Способ управления качеством сварного шва в процессе электронно-лучевой сварки

(51 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ СВИ ТВОМ ТРОН КАЧ ЭЛтся варкеавтоучевойышение дл иапазона упшва. вМ Ф М ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) С 11 ОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СВАРНОГО ШВА В ПРОЦЕСС ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ(7) Изобретение относ и может быть испольэов матизации процесса эле сварки. Цель изобретен точности и расширение равления качеством сва ЯО 1449283 Во время интенсивного плавления металла, когда испускаемое корневойчастью 5 канала проплавления рентгеновское излучение 6 максимальнои обладает наибольшей достоверностьюинформации о корне сварного шва, егорегистрируют с помощью датчика 12.После анализа полученной информациис помощью устройств 13-17 судят оплощади поперечного сечения зазора встыке. По этой площади устанавливают оптимальное регулирующее воздействие, дающее наилучшее качествосварного шва. Способ позволяет на30% повысить качество сварного шваза счет лучшего заполнения металломкорня шва, стабилизации глубины проплавления и уменьшения корневых дефектов. 2 ил.Изобретение относится к сварке иможет быть использовано для автоматизации процесса электроннолучевойсварки.Цель изобретения - повышение точности и рагширецие диапазона управления качеством сварного шва.На фиг, 1 приведены пространственно-временные диаграммы колебания глу 10бины проплавлення по длине сварногошва, тока коллектора вторично-электронной эмиссии во времени и частотыследования импульсов запуска порогового устройства во времени; нафиг. 2 - структурная схема устройства для реализации способа.Электронный луч 1, генерируемыйэлектроннолучевой пушкой 2, направ,лен на стык 3 свариваемых изделий 4,20Корневая часть 5 стыка 3 свариваемыхизделий 4 испускает рентгеновскоеизлучение 6. Кроме того, иэ каналапроплавления на коллектор 7 вторичных электронов поступает вторичноэмиссионный поток 8, создающий токколлектора 1,Коллектор 7 вторично-эмиссионногопотока 8 через усилитель 9 и пороговое устройство 10 с формирователем11 импульсов связан с рентгентелеви 30зионным датчиком (преобразователем)1. Рентгентелевизионный датчик 12через формирователь 13 видеоимпульсов со ждущим генератором 14 пачекимпульсок, счетчик 15 с сумматором 3516, преобразователь код - напряжение17 связан с механизмом 18 подачиприсадочной проволоки,Работа устройства для реализацииспособа основывается на следующем 40принципе.Как видно из диаграмм фиг. 1 процесс проплавления при электроннолучевой сварке состоит из четырехучастков. На первом участке происходит нагрев металла до плавления,при этом глубина проплавления Н возрастает, а так коллектора 1 к уменьшается незначительно. На второмучастке 11 происходит интенсивноеплавление металла, при этом глубинапроплавления Н достигает максимальной, а ток коллектора 1минимальной величины. На третьем участке 111происходит паро- и гаэообразование,гпубина проплавлеция Н падает, аток колпектора 1возрастает дом аксимальной величины. Пар и газ соканала устремляютгя к выходу канала проплацлецця, Поэтом ца четвертом участкс 1 Н происходит зкрацировка луча 1 и его рассеяние.Нри этом ток коллектора 1сохрацяет свою максимальную, а глубина проплавлеция Н - мицимапьную величину. Эатем цикл повторяется г частотой плавления Г - 0,5-10 кГц.Нп участке 1 1 вся энергия пучка тратится на плавлецие, поэтому глубина пцоплавлеция и температура дца канапа в этом случае макгцмальны. При этом корневая часть 5 объема канала проплавлеция генерирует максимум рентгеновгкого излучения 6 и обладает наилучшей достоверностью информации по сравнению с участками 1,111,1 Ч.Способ осуществляется следующим образом.Перед сваркой электронный луч совмещают со стыком 3 свариваемых изделий 4, а ось рентгентелевизионного датчика 12 - с корневой чагтью 5 стыка 3 с учетом толщины свариваемых изделий 4 и угла наклона датчика 12. Коплектор 7 крепят на торце пушки 2. Пороговое устройство 10 срабатывает при пороговом напряжении, соответствующем току коллектора 1 , и отключается при втором пороговом напряжении, соответствующим току коллектора 1, , При другой последова- тельности воздействия, т.е. когда сначала поступает ситнал 1 кз, а затем 1 что характерно для участка 111, пороговое устройство 1 О не срабатывает. Оно работает в момент времени г В качестве преобразователя рентгеновского излучения в электрические видеосигналы можно использовать рецтгеновидикон.Во время сварки электронный луч 1 расплавляет металл свариваемых изделий 4, при этом в канале проплавления образуется плазма с максимальной плотностью в корневой части 5, За счет взаимодействия плазмы с электронным лучом 1 генерируется рентгеновское излучение 6, принимаемое датчиком 12.Поток 8 вторично-эмиссионных электронов попадает на коллектор 7 и преобразуется в электрический сигнал (фиг. 1), который усиливается до необходимой величины усилителем 9. Пороговое устройство 10 по уровням1, и 1вырабатывает импульсы О , с ллитепьностью 1, которые послеФрмцрват ця 13 поступают ца модулятор рс цтгецовцдцкоца датчика 12и открывают ег. Таким образом,датчик 12 работает периодически счастотой плавления Г= 0,5-10 кГцн момент вРемени ц. Частота 14развертки рентгеновского датчика 12должна быть значительно выше частоты плавления с , т.е. 11 ,Изображение корневой части 5 стыка 3 на мишени рентгеновидиконазанимает определенное количество ителевизионных строк. В каждой строкекорневой части 5 выделяют импульс отстыка 3, длительности которого соответствует ширина зазора в стыке 3.Суммируя длительности всех импульсов, получаем величину, пропорциональную площади корневой части 5 стыка 3. Для этого видеоимпульсы послеформирователя 11 запускают ждущийгенератор 14, частота э:;полнения которого Г Г (частота разверткирентгеновского датчика 12) и характеризует точность контроля. Счетчик16 считает количество импульсовзаполнения каждого видеоимпульса и ввиде кода подает их на сумматор 16,который суммирует информацию по цстрокам Далее суммарный код преобраэуется в напряжение (регулирующеевоздействие) в преобразователе 17и поступает на механизм 18 подачиприсадочной проволоки.При сварке материалов больших толщин во время второго участка 11,когда расплавленный металл испаряется, в корне канала проплавления образуется высококоццентрированная плазма с концентрацией электронов и р(5 2 о -3= 1 О - 10 см и их температуройТ, =(5-10"-5 10)К. В этом случаеплазма излучает максимальную интенсивность рентгеновского излученияиэ корня канала проплавления.Отраженное от стенок стыка рентгеновское излучение мало ввиду еговысокой проникающей способности икачественной пространственной селекции за счет коллиматора.Для проведения эксперимента использовали установку ЭЛУ, электроннолучевую пушку КЭП, источник питания Уи доработанную рентгентелевиэионную промышленную установку цДефектоскоп , Свариваемый материал -ЛИГтолщиной 20 мм. Режим сварки:1 са = 100 мА, Б с, 0=60 кВ. Датчик рецтгецовског излучецця(телевизионная передающая камераКТП) размещен под углом 45 к осилуча и жестко закреплен ца пушке, Ка мера снабжена щелевым коллиматором.Ширина щели составляет 1,5 мм и может быть увеличена с увеличением толщины свариваемого материала. Для используемого видикона ДИвыбранаширина щели, которая соответствуетприблизительно шести полезным телевизионным строкам кадра, т.е. п=б.Кзличество полезных телевизионныхстрок, определяющее точность измерения, можно увеличить сжатием растрапо кадру и увеличением строчной частоты. Прицимая приблизительно временные участки 1-17 (фцг. 1) равными, а время с (фиг. 1) в два разаменьшим, чем ширина участка 11, частоту строчной развертки необходимосделать Г р, =8 г , при этом за время открывания генератора и рентгеновидикона воспроизведется одна .телевизионная строка. При воспроизведении шести (п=б) полезных строк строчную частоту необходимо увеличить достр.г = стр.и, а при сжатии растра - увеличить дополнительно во столько же раэ.В известных способах можно применять рентгентелевизионную установку со стандартной строчной разверткой.Импульс 11, (фиг. 1) синхронизирует строчную развертку, запуская ее передним Фронтом и срывая задним. Перед сваркой ориентировочно совмещают оси пушки 2 и коллиматора на по верхности стыка 3. Включают малыйток луча 1 (1 =1-3 мА), Фиксируют его и совмещают со стыком 3, Затем щель коллиматора направляют на место взаимодействия луча 1 со стыком 3, 45 вертикально перемещая рентгентелевиэионную камеру, В результате взаимодействия луча с металлом обраэуется рентгеновское излучение малой интенсивности, максимум которого Фиксируется Рентгеновидиконом при совпадении оси коллиматора с плоскостью взаимодействия, при этом рентгентелевизионная установка работает в непрерывном режиме. Полученное положение датчика 12 считают нулевым. Затем датчик перемещают в сторону свариваемого изделия 4 на величину, соответствующую заданной глубине проплавления, причем глубина зависит от толщины и тц 1449283пд материала (для конкретного эксперимента она составляла 17 мм). Вкюгючают сварочный ток 1, =100 мЛ и корректируют его величину при коз оройинтенсивность рентгеновского излуче 5ния максимальна.При максимальной величине рентгеновского излучения включают блоксинхронизации (элементы 7,9-11,фиг. 2), который вырабатывает синхрониэирующий импульс О, (фиг. )Затем включают ждущий режим, при котором строчная развертка рентгентелевизионной установки запускается исинхронизируется импульсом 1 11 ри15этом интенсивность рентгеновскогоизлучения уменьшается ввиду временной селекции на интервале с,. Вторично корректируют ток сварки по макси 20муму рентгеновского излучения, Затемвключают петлю обратной связи, состоящую из блоков 14-18 (фиг. 2). Рентгновское излучение, проходя сквозьстык, формирует его изображение на25мишени рентгеновидикона на шести иболее строках растра, Ширина зазорав стыке определяет длительность видеоимпульса. Этот видеоимпульс формируется в формирователе 13 (фиг, 2),затем его передний фронт запускает,а задний срывает работу ждущего генератора 14 пачек импульсов, частотакотоРого должна быть Г,р г иопределяет точность контроля.Счетчик 15 (фиг. 2) считает количестно импульсов заполнения каждогонидеоимпульса с выходом устройства13. С выхода счетчика 15 информацияот каждой телевизионной строки в виде кода поступает на блок 16, который суммирует ее по и строкам. Затемсуммарный код по окончании импульса(1,в преобразователе 17 преобразуется в напряжение регулирующего воздействия и поступает на регулятор, например механизм 18 подачи присадочной проволоки (фиг. 2). При выполнении указанных операций в способевключают петлю обратной связи, состоящую из блоков 12-18 (фиг. 2). 50 Прггем стд ильног о г,грос г р; нс г нерентгенсвс:с гс и,чучегпгя во нг.мяинтенсивного плавления метдлгд позволяет полу тить конгрсгльную информацию с ндибольщей достоггерггостью из корневой части кдндлд проплднления. При этом в результате прецизионного измерения площади корневой части зазора в стыке и ее преобразования в регулируюгцее воздействие заполнениекорня щва расплавленным металломулучщдетсл, а количество и размерыдефектов, особенно корневых, уменьшаются,В способе нестабильность глубиныггроплдвления уменьшена более чемв 3 рдзд, в ре.,ультате чего повышено качество сварного щва. Указаннаянестабильность уменьшена за счетулучшения пространственной и применения временной селекции. Так, ширина щели применяемого коллимдторд составляет 1,5 мм, чтсг соответствуетразрешению 0,25 йм при 6 телевизионных строках.Предлагаемый способ позволит более чем нд 30 Х улучшить качествосварного щва по сравнению с известным эд счет лучшего заполнения металлом корня шва, стабилизации глубиньг проплавления и уменьшения корневых дефектов (непроваров и т,п,).Ф о р м у и д и з о б р е т е н и яСпособ управления качеством сварного щва в процессе электроннолучевой сварки, при котором используютрентгеновское излучение для получения информации о глубине проплавления, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности ирасширения диапазона управления качеством сварного щвд, периодическиво время интенсивного плавления металла регистрируют рентгеновскоеизлучение из корневой части стыка,по полученной информации судят оплощади корневой части поперечногосечения зазора в стыке, а результатыизмерения преобразуют в регулирующее воздействие.Составитель И.фроловТехред М.Ходанич Корректор О.КРавцова Редактор В.Данко Заказ 6908/13 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул . Проектная,Тирах 922 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ГССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., л. 4/5