Способ контроля канала проплавления при электронно-лучевой сварке

(51)4 В 23 00 щщщщщщщщфщг "т-т щ Щрф ътЕТЕ свазафииния электронным лучо е сканирующиет полученияанала пропланформации о анных о топогра ения, Для получ пографии канала 1984.ПРОПЛАВ СВАРКЕ элекности м форет быт роцеся пр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ С 8 ИДЕТЕПЬСТ(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАНАЛАЛЕНИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ(57) Изобретение относится ктронно-лучевой сварке, в часспособам контроля за процессмирования сварного шва, и можиспользовано для управлениясом сварки. Цель изобретенияшение информативности контрол проплавления формируют массив данных, в котором каждому положению электронного луча на траектории сканирования приводят в соответствие величину заглубления электронного луча в свариваемый материал. Массив данных позволяет определить топографию канала проплавления и построить . его аксонометрическое изображение, Способ контроля канала проплавления может быть использован при выборе форм траектории сканирования и режи- ф мов сварки для получения качественных сварных соединений с требуемой глубиной проплавления. 1 з,п, ф"лы, 1 ил.Изобретение относится к электрон,но-лучевой сварке, в частности кспособам наблюдения за процессомформирования сварного шва,и можетбыть использовано для управления процессом сварки.Цель изобретения - повышение информативности контроля при сваркесканирующим электронным лучом путемполучения данных о топографии каналапроплавления.Способ контроля канала проплавления при электронно-лучевой сваркесканирующим электронным лучом заключается в формировании массива данныхпутем измерения в каждом положенииэлектронного луча на траектории сканирования двух координат сканирования и величины заглубления электронного луча в свариваемый материал, По,сформированному массиву данных полу чают аксонометрическое изображениеканала проплавления.На чертеже изображена схема осуществления способа,Электронно-лучевой пушкой 1 насвариваемое изделие 2 направляетсясварочный электронный луч 3, С помо щью генератора 4 сканирования и от Оклоняющих систем 5 и б осуществляетсясканирование электронного луча вплоскости с координатными осями Х и У.Управляющие сигналы 11 и 0 упропорциональны положению луча по соответ, ствующим координатам.При сварке в иэделии формируетсяканал проплавления, представляющийсобой парогазовую полость. Геометрическая форма и размеры канала проплавления зависят от параметров процесса сварки, формысканированияэлектронного луча, распределенияэнергии по траектории сканирования,свариваемого материала, гидродинами 45ческих и газодинамических процессовв сварочной ванне, Топография каналапроплавления несет информацию о процессе формирования сварного шва. Определение величины заглубления электронного луча в свариваемый материалосуществляется путем измерения интенсивности рентгеновского излученияканала проплавления с помощьюдетектора 7 рентгеновского излученияи устройства 8 обработки сигнала измерения.Источник рентгеновского излученияраспределен по поверхности канала проплавления. При этом значительная часть излучения исходит из дна канала, положение которого определяет глубину проплавления. Рентгеновское излучение ослабляется слоем непроплавленного металла по следующему законур1=1,Егде 1 - интенсивность источника излучения;3- коэффициент линейного ослабления;толщина слоя непроплавленного материала.Используя указанное выражение и измеряя интенсивность рентгеновского излучения, можно рассчитать величину заглубления электронного луча в свариваемый материал в соответствии с выражением1 1Е=й+-1 п - ,огде д - толщина свариваемого изделия,Преобразование сигнала детектора в величину заглубления электронного луча в свариваемый материал осуществляет устройство 8 обработки сигнала измерения, Для получения информации о топографии канала проплавления при сварке сканирующим электронным лучом формируют массив данных, в котором каждому положению электронного луча на траектории сканирования приводят в соответствие величину эаглубления электронного луча в свариваемый материал. Это достигается тем, что в каждом положении луча на траектории сканирования измеряют две координаты Б и Б положения луча в плоскости сканирования и величину заглубления электронного луча в свариваемый материал Е.Массив данных позволяет определить топографию канала проплавления, в частности, построить его аксонометрическое изображение. Массив данных о топографии канала проплавления может быть введен в ЭВМ с целью последующей обработки и управления процессом электронно-лучевой сварки.Построение аксонометрического изображения канала проплавления осуществляется следующим образом, Сигналы Б, П, Б поступают на устрсйство 9 трехмерного преобразования, два выхода которого подключены к координатным входам Х и У видеоконт 1 ч 33690рольного устройства 10. В устройстветрехмерного преобразования осуществляется операция преобразования входных сигналон в ныходные н соответствии со следующими ныражениями К 11 хТ. - Кэцк + К 10 у + КРг Ф где К 1, Кг КзфК , К, - масштабные коэффициенты изображения,С помощью изменения масштабныхкоэффициентов К; - К можно трансформировать аксонометрическое изображение по соответствующим координатам.При этом может быть изменен как масштаб изображения, так и направлениеосей координат изображения,При построении аксонометрическогоизображения используются три коорди-,наты дна канала проплавления, Две изэтих координат соответствуют положению луча на плоскости сканирования,а третьей координатой является заглубление электронного луча в свариваемое изделие. Это заглубление вычисляется быстродействующим устройством8 обработки сигнала, выполненным,например, в виде логарифмическогоусилителя, по данным сигнала детектора 7 рентгеновского излучения, Детектор 7 имеет небольшие размеры иможет рассматриваться как точечный.Расстояние от детектора 7 до сваринаемого изделия выбирается значительно большим, чем толщина свариваемогоизделия,Изображение канала проплавления может быть построено с использованием полученного массива данных на различных графопостроителях, графических .терминалах.Иэображение на экране видеоконтрольного устройства строится в виде трехмерного изображения объемного тела на плоскости. Для этой цели используется устройство 9 трехмерного преобразования, на выходы которого поступают дне координаты сканирования электронного луча и координата заглубления электронного луча в сваринаемый материал,На экране нидеоконтрольного устройства, в качестве которого, например, может быть использована электронно-лучевая трубка, формируется изображение канала проплавления в 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 трех координатах Х, У, 7 причем вплоскости координат Х, У происходитсинхронное со сварочным лучом сканиронание светового пятна, описывающееаксонометрическое иэображение сканиронания сварочного электронного луча.Координата Е изображения формируется сигналом о заглублении электронного луча в свариваемый материал ЮВ этом случае светящийся луч видеоконтрольного устройства будет перемещаться ло дну изображения каналапропланления. Изображение только днаканала проплавления не является наглядным, так как в каждой точке трудно выделить величину заглубления луча, поэтому целесообразно также получать и изображение основания каналапроплавления, Для этой цели используется коммутатор 11, который периодически прерывает подачу сигналаП на видеоконтрольное устройство иделает его равным нулю, При этом нааксонометрическом изображении очерчивается как основание канала проплавления, так и его дно,Частота переключения коммутатора11 должна быть достаточно высокой,чтобы в каждой точке изображениясигнал о глубине принял значение,равное П и значение, равное нулю.Если процесс сварки ведется безсканирования электронного луча, тона экране видеоконтрольного устройства будет видно изображение двухсветящихся точек, одна из которых,неподвижная, соответствует основанию канала проплавления, а другая -дну канала проплавления, Расстояниемежду точками характеризует заглубление канала пропланления в снариваемый материал,Испытания проводятся с устройством контроля, выполненным в видеблока функционального сканированияэлектронного луча, измерителя глубины проплавления с датчиком рентгеновского излучения, размещенным собратной стороны свариваемого соединения, устройства трехмерного преобразования с коммутатором, видео"контрольного устройства (осциллографа).Сварку выполняют в установкеЭЛУБ, с источником питания У 250 АМи сварочной электронной пушкойКЭПМна образцах из сплава АМг 6с размерами 500 х 200 х 18 мм, Блок функ 1433690ционального сканирования осуществляет перемещение электронного пуча по1 рограммируемой траектории, содержащей б 4 дискретные точки, ЧастотаСканирования измеряется в пределахот 100 Гц до 2 кГц, В качестве детектора рентгеновского излучения испольуется сцинтилляционный датчик с фооэлектронным умножителем типа БДС.атчик размещен на расстоянии 150 ммт свариваемого изделия,Сварка выполняется на следующихежимах: ускоряющее напряжениеиск = 25 кБ; ток сварки 1 а = 070 ма; скорость сварки Чсз= 55 м/ч;аэмеры сканирования луча поперектыка А= 0-2 мм; вдоль стыка А=0-8 мм; частота сканирования Г100-2000 Гц.В результате испытаний на экранесциллографа наблюдается отчетливоезображение части канала проплавленияо контуру сканиронания, Имеют местозменение глубины проплавления поонтуру сканирования, а также общиеолебания дна канала проплавления,вязанные с гидродинамическими процессами в сварочной ванне. При изменении формы траектории сканирования наблюдается изменение формы канала проплавления.Изменением масштабных коэцфициен 1 ов устройства трехмерного преобразования получены изображения каналароплавления в продольном и поперечмом сечениях,В результате испытаний установлено, что способ контроля канала проплавления может быть использован привыборе форм и .размеров траекториисканирования и режиМов сварки для пойучения качественных сварных соедийений с требуемой глубиной проплавления, а также для исследования гидродинамических явлений в сварочнойВанне.В связи с размещением датчика собратной стороны сварного соединенияяе накладываются ограничения на размеры свариваемого изделия, что позволяет применять способ как для исследовательских целей, так и для 5контроля и управления в производственных условиях,Способ позволяет осуществлятьконтроль топографии канала проплавления в реальном масштабе времени.При этом фиксируются быстрые изменения, связанные с гидродинамическими процессами сварочной ванны.Формула изобретения1. Способ контроля канала проплавления при электронно-лучевой сварке, при котором измеряют интенсивность рентгеновского излучения с противоположной введению луча стороны свариваемого изделия обрабатывают сигнал измерения для определения величины заглубления электронного лу В ча в свариваемый материал, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения информативности контроля при сварке сканирующим электронным лучом путем получения данных о топографии канала проплавления, формируют массив данных, измеряя в каждом положении электронного луча на траектории сканирования две координаты, сканирования и величину заглубления электронного луча в свариваемый мате- ЗБриал, и по сформированному массиву данных строят аксонометрическое изображение канала проплавления,2. Способ по и. 1, о т л и ч а- -ю щ и й с я тем, что, с целью получения аксонометрического, изображения канала проплавления на экране видео- контрольного устройства, осуществляют синхронное со сварочным лучом перемещение луча видеоконтрольного устройства по двум координатам изображения, а сигналом о заглублении электронного луча в свариваемый материал формируют третью координату изображения..433 б 90 Составитель И. ФроловТехред Л,Сердюкова Корректор Л. Пилипен Касард акт Заказ 5493/14 Тираж 922 ВНИИПИ Государственно по делам изобретен 3035, Москва, Ж"35, Ра