Способ электронно-лучевой сварки

(57) Изобрлучевой сва в машиност ных констру сплавов, а намагниченн тение рке и роении кций из также остью. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ/ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Патент ГДРкл. В 23 К 15/00,Патент США4 08 79 ОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕ относится к электронноможет быть использовано для производства свар- разнородных металлов и металлов с остаточной Цель изобретения - поЯО 162024 2вышение качества сварных соединений путем повышения точности определения положения электронного пучка относительно плоскосги стыка. В процессе сварки образца 3 четырех- координатные электронно-оптические датчики 4 и 5 температуры контроля формирования вершины и корня шва соответственно регистрируют зоны шва, ограниченные изотермами Тр и 0,9 Т, определяют разность теператур точек, симметричных относительно плоскости стыка, и выдают сигналы управления пучком 7 с целью его оптимальной ориентации. Контроль положения электронного пучка относительно плоскости стыка с помощью измерения температуры позволяет получить оптимальное распределение теплового поля относительно стыка, которое определяет положение и размеры сварочной ванны. Это позволяет устранить дефекты в виде непроваров сварного шва. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.зИзобретение относится к электронно-лучевой сварке и может быть использовано вмашиностроении для производства сварныхконструкций из разнородных металлов исплавов, а также металлов с остаточннойнамагниченностью.Целью изобретения является повышениекачества сварных соединений путем повышения точности определения положения осиэлектронного пучка относительно плоскостистыка.На фиг. 1 изображена схема способаэлектронно-лучевой сварки; на фиг. 2 - распределение температуры в зоне охлаждения;на фиг. 3 - зона измерения температур; нафиг. 4 - схема оптимального расположенияэлектронно-оптических датчиков; на фиг. 5 -схема установки датчиков под углом к поверхности детали.По способу сварки, включающему формирование двух контрольных сигналов, определяющих положеие плоскости стыка относительно оси электронного пучка и смещениеэлектронного пучка в зависимости от величины сигалов, для формирования одногоконтрольного сигнала измеряют разностьтемператур свариваемых деталей в точках, симметричных относительно плоскости стыка слицевой стороны сварного шва, и для формирования другого сигнала - то же в корнешва,В случае сварки сталей большой толщины при нгли ии сигнала рассогласованияпри измерении температуры в вершине швапроизводят смещение пучка, перпендикулярное плоскости стыка, а при наличии сигналарассогласования при измерении температурыв корне шва - угловое смещение пучка.Температуру измеряют в области, ограниченной сварочной ванной и изотермой (0,5 -0,9) Т, в зависимости от теплофизическихсвойств свариваемых материалов, где Т -температура кристаллизации.Способ электронно-лучевой сварки реализуется следующим образом.На стол 1 (фиг. 1) механизма 2 перемещсния устанавливают образец 3 из разнородныхметаллов или из стали с остаточной намагниченностью 5 - 6 Гс. Для измерения температуры над образцом 3 жестко закрепляютчетырехкоординатные электронно-оптическиедатчики 4 и 5 температуры контроля формирования вершины и корня шва, соответственно, помещенные в защитные экраны 6.Перед сваркой совмещают начало координат датчиков 4 и 5 с плоскостью стыка, азатем проводят электронно-лучевую сварку.В процессе сварки оба электроо-оптических датчика 4 и 5 регистрируют зоны шва,размеры которых не превышают области,ограниченных изотермами Т и 0,9 Т определяют разность температур точек (или разновеликих зон), симметричных относительноплоскости стыка, и выдают сигналы дляуправления пучком 7 с целью его оптималь С Т+27) ф юо5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 БЮ 55 ной ориентации, Сигнал рассогласования от датчика 4 контроля вершины шва поступает на блок 8 управления механизмом 2 пеоемещения пучка в направлении, перпендикулярном плоскости стыка, а сигнал от датчика 5 контроля корня шва поступает на усилитель 10, а затем на отклоняющие катушки 11 электронно-лучевой пушки 9 с целью изменения угла наклона электронного пучка в плоскости стыка, Изменение пространст. венного положения электронного пучка мож но проводить различны и способами - с помощью механических систем, двойным преломлением пучка, а также их комбинацией. Таким образом, в процессе сварки осуществ. ляют регулирование положения зоны плавления относительно плоскости стыка.Чтобы исключить изменения температуры в зонах регистриации за счет движения жидкой фазы, их выбирают за пределами сварочной ванны. Точность способа зависит от температуры этих зон, так как удельный поток излучения д, Вт/м- тела, нагретого до температуры Т (.С), через его поверхность согласно закону Стефана-Ьольцмана пропорционален четвертой степени абсолютной температуры поверхности этого тела где С - коэффициент излучения, зависящийот состояния поверхности.П ри несимметричности теплового поля относительнолоскости стыка сигнал рассогласования при измерении температур двух точек будет больше в том случае, если градиент температуры выше. Такие области максимально приближены к источнику теплоты. Однако для различных металлов и сплавов при одинаковых режимах сварки они имеют разные размеры (фиг. 2). Так, например, оптимальныя зона регистрации (зона с высоким градиентом температуры) для аустенитной стали ограничена изотермой 0,9 Т, для углеродистой стали - 0,7 Т, алюминия - 0,9 Т, меди - 0,5 Т,. В общем случае, точки, в которых измеряют темературу, должны входить в области, ограниченные изотермой (0,5 - 0,9) Т, в зависимости от тепло- физических свойств свариваемых материалов.Измерение температур проводят следующим образом.Предварительно настроенные на областьстыка четырехкоординатные электронно-оптические датчики 4 и 5 (начало координат датчика совмещено с плоскостью стыка) определя т в точках или равных по площади частях А и В симметричных относительно плоскости стыка среднюю температуру (Т и Тв ) (фиг. 3), затем эти температуры сравниваются, формируется сигнал рассогласования, в соответствии с которым блок 8 управления выдает команды для переориентациипучка до выполнения ранее установленного отношения Т /Т при сварке разнородных металлов или Т =Т при сварке однородных металлов.Поскольку теплофизические свойства свариваемых материалов и величина остаточной магнитной индукции по длине образца изменяются незначительно, а быстродействие оптических датчиков и электронных систем составляют 1 - 5 мс, исполнительных механизмов - 50 в 1 мс, то точность предлагаемого способа высока.Угол а между поверхностью детали и линией электронно-оптических датчиков. Зону регистрации излучения выбирают в зависимости от условий сварки. Наилучшие условия для регистрации излучения с помошью электронно-оптических датчиков 4 и 5 возникают в том случае, когда а=90 (фиг. 4). Однако это условие не всегда можно осушествить из-за ряда технологических параметров (наклон оси электронного пучка к поверхности детали, использование пучков с большим углом сходимости и т.п.). В этих случаях выбирают максимально возможный угол регистрации а 2 (фиг. 5), причем минимальное его значение аг определяется длиной зоны регистрации 1. и разрешающей способностью электронно-оптического датчика а. Таким образом, регистрацию проводят под углом, который выбирают из соотношенияатсзт-(а(90,и в направлении перемещения источника теплоты по детали, так как в противном случае регистрация будет проводиться через пучок и продукты разрушения, выносимые из парогазового канала, что снижает точность способа,Контроль положения пучка относительно плоскости стыка с цомошью измерения температуры позволяет получить оптимальное распределение теплового поля относительно стыка, которое определяет положение и размеры сварочной ванны. Это дает возможность повысить качество сварных соединений. путем устранения дефектов в виде непроваров.Экспериментальную проверку проводили на прямолинейных образцах из следующих пар сплавов 48 КНФ и 36 НХТЮ, ЭП 517 и ВУС, 36 НХ 1 Ю и БрХО.5 толшццой 30 мм.Режимы электронно-лучевой сварки: ускоряюшее напряжение 60 кВ, ток сварки 160 200 мА, скорость сварки 20 и/ч.5Предлагаемый способ электронно-лучевой сварки значительно повышает качество сварных соединений, выполненных электроцно-лучевой сваркой, и позволяет применять 1 о ее для соединения разнородных материалов,в частности для производства биметаллических роторов из магнитных и немдгццтцых сплавов.формула изобретения1. Способ электронно-лучевой сварки,включа.оший формирование двух контрольных сигналов, определяюших положение плоскости стыка относительно оси электрон.2 О ного пучка и смешение электронного пучкав зависимости от величины рассогласования контрольных сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем повышения точности определения положения оси электроцного ияка гьотносительно плоскости стыка, для формирования одного контрольного сигнала измеряют разность температур свариваемых деталей в точках, симметричных относительно плоскости стыка с лицевой стороны сварного шва, а для формирования другого сигнала измеряют разность температур сварцваемых деталей в точках, симметричных относительно плоскости стыка в корне сварного швд.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, чтопри наличии сигнала рассогласования црцизмерении температуры в вершине шва пучоксмещают перпендикулярно плоскости стыка, а при наличии сигнала рассогласования прц измерении температуры в корне швд производят угловое смещение пучка.403. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем,что температуру измеряют в области, огрдциченной сварочной ванной и изотермой (0,50,9) Ть в зависимости от теплофцзцческцхсвойств свариваемых материалов, где Т -температура кристаллизации.1620248 усалилуелло Я) лм 7 д/ ар ено арственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС3035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5но.издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина. О Производств ф ье с с с,Редактор М Заказ 4208НИИПИ Гос Соста вехред А. Кираж ель И. Фвчук лов Корректор Н. Корол Подписное