Способ стабилизации глубины проплавления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 9) (11) 40 К 15/00, 26/О 51) 4 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ А Втсрскомг свидетельству И 766/2 ределяется пми каналужеццыми с ра скостями, поцеречныроплавленияных стороны. Положений задается и располоноситель цо ядра плаз цых плоскост равенства ве попер усл ови ичин интенси ре вливаемог 1 ОВСКИМИ тояции ;О1 ГЬЦОВСКОГО ЦЗ из этих плоск датчиками. От этих плоскост гулирую 111 ее во рую 1 цее глубин позволяет бол ВЫСИТЬ ТОЧНОС лучеция, ул остей рснтг цоьтс.цие расей преобраззлействие,ют втаб ре или зиСпосо аза по- глубико роплавл ЕЕМ ь управлеци Оплавлеция,ЕЛ Ядро 3 плазмы находится в канале 2проплавления на расстоянии 6 от поверхности свариваемого изделия 1Ось канала 2 проплавления совпадаетс осью электронного луча 7, генерируемого электронно-лучевой пушкой 8,Устройство 9 управляет шаговым механизмом 1 О перемещения рентгеновскихдатчиков 11 и 12, Оси датчиков 11 и12 разнесены друг от друга на расстояние 13, Датчики 11 и 12 соединены с усилителями 14 и 15 сигналовдатчиков. Один из выходов усилителя15 сигнала датчика связан со входомизмерителя 16 интенсивности рентгеновского излучения, фиксируемогодатчиком 12. Другой выход усилителя варки. я повы цениПОВЬШ ссутЕ точности управлеци 1 приведена блок-с Оеализующего спо ци фиг.йства хемасоб;наубинь 1рентустросбиг. 2 менеция гл енсивцости гра ики и авл 1 ниского и ин проец лучеция во вр цесса проплавле В свариваемо еу Ес вой сварки 1 ИЯ, м издел 1 в процессея канал 2 обрдзуе ядро.1 3 си луча плазмы,ра каналажду точкдм 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ й ОТКРЫТИЯМПРИ П(НТ СССР(56) Тееея Р., Репсе Г., Бапдег 1.Гцпс Е.Е., с Иаягег Рс.С, - Е 1 ессгоп Ъеаш еее 1 с 1 пя ярЖе яеерргеяяе.оп цяе 1 ея Ге 1 сЪас 1 сопГго 1 "Ие 1 с 1,1", 1976, 55, Р 2, р. 52-55.Заявка Японии Р 52-4 1738,кл. В " 15/00, 20.10.77,Г 54) СПОс.оь .,ТАБИЛИЗАЩИ ГДУБИПЫГРОП.АВГГЕШ 1 Я(57) Изобретение относится к с:варкеможет быть использова:1 О лля управления процессом , Еевой сварки.Цель:1 зобретеция - повышение качестид сварного швд путем повьш 1 ения Изобретение относится к сваркеможет быть использовано для упения процес со.1 лучевои елью изобретения являе е качества сварного шв точности управления, Управление Осу ществляют по положению ца оси канала проплавления ядра плазмы. Относительцое положение ядра плазмы оп 150404015 сигналя датчика 12 тяк же, кэк и выход усилителя 14 сигнала датчика 11 через первый амплитудный компаратор 17 соединен с шаговым механизмом 18 перемещения датчика 11. Входы преобразователей 19 и 20 расстояние код механизмов 10 и 18 соответственно связаны с устройством 21 отображения информации и через преобразователи 10 22, 23 код - напряжение через множительное устройство 24 - с одним из входов второго амплитудного компяратора 25. Пэ другой вход 2 б второго амплитудного компяряторэ 25 подается 15 опорное напряжение. Выход второго амплитудного компэрятора 25 соединен с регулятором 27 глубины проплавлеция, связанным с электронно-лучевой пушкой 8. 20На графике изменения величины интенсивности рентгеновского излучения по толщине образца 1 = 1(Н) обозначено; 1, - максимальная величина интенсигцо:ти излучения; а - расстоя ние от оси датчика 12 до ядра плазмы; 2 а + Х - ра стояние между датчиками; 1, - равные величины интенсивности, фиксируемые датчиками 11 и 12.Устройство для реализации способа 30 Функционирует следующим образом.Перед проведением процесса сварки рэсстояцие между датчиками 11 и 12устанавливают предварительно равным 2 я + Х, где 2 а = 4-10 мм, Х т 2-5 мм с помощью механизма 18. Затем ось датчика 12 направляют на поверхность изделия 1 в плоскости стыка, фиксируют это положение и считают его нулевым. Потом датчики перемещают в сторону изделия 1 на расстояние, соответствующее зэдяццой глубине проплявлеция, определяемой точкой 5 пересечения осей луча 7 и первого датчика 12, затем вк:почэзот рабочий свэроч ный ток, величину которого корректировали до получения максимума Р величины рентгеновского излучения, фиксируемого датчиком 12, и включают устройство 17 и 18.Амплитудный компяратор 17 выраба 50 тывает кодовый сигнал, пропорциональный разности величин интенсивности излучения датчиков, Этот разцостный сигнал с помсщью шагового механизма 18 перемещает датчик 11 до совпадения его оси с точкой 4 цэ расстояние я + Х до получения равной величицы интенсивности рентгеновского излучения, фиксируемой обоими датчиками, Таким образом, зя счет первой петли обратной связи (устройства 10-13, 17 и 18) пространственное положение датчика 11 корректируется рязцостцым сигналом обоих датчиков.Затем включают устройство полностьюРасстояние перемещения обоих датчиков с наведением оси датчика 2 на точку 5 с помощью устройств 9 и 10 преобразовывается в код в устройстве 19Расстояние а + Х перемещения датчика 11 с помощью шагового механизма 18 также преобразовывэется в код в устройстве 20. Затем обя кода устройствами 22 и 23 преобразовываются в напряжения, которые поступают на множительное устройство 24, Выходное напряжение устройства 24 через устройства 25 и 27 поступает на пушку 8 для регулирования тока сварки (фокусировки), стабилизируя таким образом глубину проплавлеция,После установления стационарного режима глубокого кинжального пронлавления процесс электронно-лучевой сварки становится импульсным. Импульсность процесса обусловлена низкочастотным перекрытием жидким металлом канала проплавления с частотой 1= 6-50 Гц и высокочастотной экранировкой луча парами металла с частотой 1= 0,5- 10 кГц. В обоих случаях луч не доходит до дна кяцэлэ проплавления, поэтому глубина проплавления уменьшается, Вдоль сварного шва она изменяется н соответствии с указанными частотами, т.е. нестабильна по величине.Рассмотрим физику высокочастотных колебаний глубины проплавления. Период колебаний состоит из четырех временных участков ( ,Т , С З, С), изображенных ца фиг.2. В начале первого временного участка е, луч рассеивается вблизи поверхности изделия (т.1 зависимости Н = 1(Т), фиг.2) парами расплавленного металла, а глубина проплавлеция минимальная. При этом за счет взаимодействия луча состатками паров с малыми величинами их концентрации 4 и давления Р, вблизи поверхности изделия образуется плазма с низкой коццентрацией электронов и 10 сми темпера 4етурой Т104 К. Электроны луча, взаимодействуя с остатками пэров иплазмой, тормозятся и отдают им своюэнергию, часть которой переходит низлучение, в том числе рентгеновское. Тормозное излучение Япрямопропорционально и е и 6 е, а величина п и Т связаны известным соотношением и = ГТ стояния.Измеренные экспериментально с учетом поглощения рентгеновского излучения материалом и рассчитанные по приведенным формулам зависимости Т и величины интенсивности рентгеновского излучения в зависимости от глубины проплавления приведены на фиг2 для начала участков и имеют близкий качественный характер с максимумом в корне канала проплавления,При постоянной энергии луча концентрация и и величина излучения 1 плазмы определяются концентрацией И и давлением Р паров расплавленного металла, В корневой части канала проплавления величины И и Р максимальны, в его середине - в несколько раз меньше ввиду увеличения объема канала, а вблизи поверхности изделия - меньше на 1-2 порядка, поэтому вблизи поверхности концентрация электронов ипадает до и е 410 см з, а интенсивность рент 14геновского излучения минимальна (кривая 1= Е (Н), фиг. 2) .Во время первого временного участка 1 пары металла выходят из канала проплавления,экранировка луча уменьшается, луч опускается в корневую часть канала (т. 2 зависимости Н = Г, фиг.2), нагревая металл до плавления и ионизируя оставшиеся пары, а рентгеновское излучение также минимально и распределено по всему объему канала проплавления (кривая 1фиг. ).21.для плазмы с локальным термическим равновесием, при этом величины и е и Т рассчитываются или измеряются. В частности для лазерной плазмы известны зависимости и е и Т при разных давлениях в зависимости от расВо время второго временного участка с происходит интенсивное плавление металла, а глубина проплавления становится максимальной. В конце второго временного участка 1луч также 15000 6находится в корне канала (т. 3 зависимости Н = 1, фиг.2), металл перегревается, начинается его испарение и в корне канала образуется высококонцентрированная плазма сТ = 5 10 - 5 10 К и и в 1 О5 И10 см-з. При этом энергия лучапередается к металлу через плаэ 10 му с минимальными потерями, а н корне канала образуется ядро плазмыс Те = (О 5 0 9) Тр макси (050,9) и макс и 1 = (0,5 - 0,9) 11и максимальной величиной15 рентгеновского излучения 1,(криная 1 , фиг.2)з 1На третьем временном участкеза счет перегрева металла происходит активное парообразование, глу 20 бина проплавления уменьшается. Парыдвигаются к выходу из канала и ионизируются, концентрация и в объемеканала резко уменьшается, величинаинтенсивности рентгеновского излу 25 чения из всего канала также резкоуменьшается и в конце третьего временного участка С з происходит полная экранировка луча, продолжающаясявесь четвертый временной участок30 4. При этом энергия луча концентрируется вблизи поверхности иэделия (т. 4 зависимости Н = Г,фиг.2), рассеивается и частично расходуется на образование приповерхностной плазмы, которая генерируетрентгеновское излучение (кривая 1 =й (Н), фиг, 2), причем 11за счет И) И 1 и РР Далеепроцесс повторяется.40 Во всем объеме канала проплавления рентгеновское излучение нестабильно в пространстве и во времени,но в корневой части канала н концевторого временного участка 1оно45 максимально и наиболее стабильно,причем пространственное положениеядра плазмы максимально совмещенос корневой частью канала и характеризует глубину проплавления,Ядро плазмы образуется в середине второго временного участкаа к середине третьего временногоучастка Тэ оно исчезает, причемего размеры максимальны при наибольшей глубине проплавления и зависят от режима сварки, типа и толщины свариваемых материалов.Ядро плазмы колеблется вблизикорневой части канала проплавления.В соответствии с. колебаниями ядрамаксимум величины ицтецсивцости рентгеновского излучения (1 = Г(Н), Фиг.2) также перемещается вдоль канала в тех же пределах, но величина максимальной интенсивности 1 уменьшается по мере удаления от корня канала. В связи с указанным пространственное положение плоскостей с равными величинами интенсивностирентгеновского излучения нестабипь 10 но при отсутствтш временной селекции.С введен 1 ем временной селекции, когда рецтгецтвское и пучецце принимают 15 во время рабточего временного участкапространственно-временное положение ядра рецтгс.цовского излучения.тацовцтся стабильным при стлбипьтц х птрлметрах (ретттимлх) сарки, осо бенито пр 1 млпом времени рабочегоу 1 астка с. -" О. В этом случае дестабипиз 11 руощ:1 ш Флкттрльтц являются неточность совмещения датчика 12 с ядром плазмы по максимуму ицтенс 11 вности рецтгецс вского излучения или нестабит;ьцость плрлмстрств сварки,Точность совмещения датчика 12 с ят,ром 3 плазмы определяется чувствитепт цосттю рентгеновского датчика, 30 1 лк клк цр 11 .1 ыцимл 11 ьцом рлссто 51 ции 13 ме;кду ося.ти датчиков 11 и 12 и г - О ядро цплзмы занимает опреде- :1:ццос поп;жение в прострлцстве.При нестабильных параметрах свлр - ки ядро гИлз:ты перемещается цл рлс - стояние, состлгп 51 ющее до 20 л от глубины проппавпеция, т.е. нестабильность г:1 убпцы цропплвпеция 20,ь.В способе ист 1 ог 1 ьзуот систему с,тВУЫЯ ДЛтт 1 ЦКЛМЦ Л ЩЕ:И КОП:ШМатОРЛсостлнпяет 0,2 мм. Только зл счетуклзлцц,1 х мер цестлби 11 ьцость Г:1 убитцпропп;твпец 11 я сцтпксгс тся до З . Вре -МЕЦЦЛЯ СС.:1 ЕКЦИЯ ДЛЕт ДОПОттнитЕПЫ 1 ОЕ .ущестце;цос снижение цестлбцпьцостц, В гроцессе сварки датчики заниМ,нот ЦОСтОЯНЦОЕ ЗЛД;1 ЦЦОЕ ПОПОжЕНИЕ и, гырлблтывля коцтрапьцуто ицформацито от цритшмлемого рсцтгсц; вского излучения, через брлтцую связь стабили 50 зирутот прострситстгц ццос положение ядра плазмы, уменьшая таким образом нестлбипьцость глубины пропплгтпения.Дпя погьшения точности управления при обрлботке информации цсггаттьзова 55 пи не рлтцос.ть величин перомсщециш, л их отношение. Кроме того, зл счет испоЬзтилция пцух рлзцесеццых в пространстве датчиков возможностисбоя работы системы значительноуменынены.При проведении эксперимента использовали установку ЭЛУ, электронно-лучевую пушку КЭП, источник питанияя 1-927 и устройство, изображенные на Фиг.1.Режим сварки : 1 1, = 100 мА,0,ск 60 кВСвариваемый материал АМГс толщиной 20 мм. Длина коллиматора 50 мм,расстояние до св","иваемого изделия100 мм; размер щели коллиматора02 к 15 мм, угол наклона оси датчиковк вертикали 4511; заданная глубинапроплавпеция 15 мм, точность установки заданной глубины 0,1 мм,При проведении эксперимента взятадоработанная схема прототипа. Рентгеновское излучение регистрировалосьдатчиками, в состав которых входят:кристалл Иа 1 (Т 1), щелевой свинцовыйколлиматор и фотоумножитель с усилителем. Датчики 11, 12 и шаговыемеханизмы 10 и 23 крепили на общейплите, механически связанной с пушкой.В качестве датчика можно использовать рентгенотелевизионную передающую камеру с двумя щелями и информационными строками, перемещаемыми электронным методом. Устройствообработки инФормации снабжено блокомкомпенсации толщины изделия, обуслов ленной разными расстояниями прохождения рентгеновского излучения отточек 3-5 до датчиков сквозь сваривлемый материал и соответственнорлзличными величинами поглощения излучения,Устройство обеспечивает точностьуправления37.Внедрение способа позволяет болеечем в 2,5 раза повысить точность управления глубиной проплавления, чтозначительно улучшает качество сварного шва,Формула изобретенияСпособ стабилизации глубины проплавления в процессе лучевой сварки по рентгеновскому излучению, регистрируемому из корневой части канала проплавления, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьштения качества сварного шва путем повышения точности управления, определяют пве10 1504040 ло Корол едактор Н. Горва ррек Заказ 5193/18 ВНИИПИ Госуда Тираж 894 Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская цаб д. 4/5 поперечные каналу проплавления плоскости, расположенные с разных сторони на разных расстояниях относительно ядра плазмы, из которых регистри.1оставитель И.ехред М.Ходаци Производственно-полиграФическо руют излучение равной интенсивности,а отношение расстояний до этих плоскостей преобразуют в регулирующеевоздействие. иятие, г, Ужгород, ул. Проектная,4