Устройство для электроннолучевой сварки

О П И С А Н И Е (и)504339ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 16.04,73 (21) 1910719/25-27 51) М. Кл,"В 23 К 15/00 единением заявкиГосударственный комитет (23) Пр ио 1 р ите СССРелам изобретени и открытий(45) Дата опубликования описания 30.09.82 21,791.72,03088.8) Авторы изобретеци овал, В, Е. Локшин, О, К, Назаренко, А. М. Орлов и В, И, ТашлайИнститут электросварки им, Е. О. Патона(71) Заявител 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ Э ОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРК Известно устройство для электронно-лучевой сварки, содержащее электронный излучатель с электромагнитной отклоняющей системой, генератор периодических отклоняющих импульсов, электрически связанный с электромагнитной отклоняющей системой электронного излучателя, коллектор вторичных электронов, осциллограф, электрически связанный с коллектором вторичных электронов, и переключатель, встроенный в цепь электромагнитной отклоняющей системы электронного излучателя.Известное устройство используется для совмещения пятна нагрева на облучаемом изделии со стыком свариваемых кромок перед сваркой, но це может обеспечить весьма высокую точность совмещения, что является недостатком устройства в целом ряде случаев, например при сварке разнородных металлов.Известно, что при отклонении электронного пучка с помощью электромагнитной линзы наблюдается фазовый сдвиг между током и магпитным потоком, осуществляющим отклонение. Результатом является несовпадение истинного положения пятна нагрева на облучаемом изделии с положением сигнала вторично-эмиссионного тока на экране осциллографа, развертка которого во времени на экране электронно-лучевой трубки осциллографа пропорциональна то.ку в электромагнитной отклоняющей системе,При необходимости высокоточного совме щения пятна нагрева со стыком свариваемых кромок необходимо в общем случае вначале отыскать этот стык, а затем произвести ориентацию центра пятна нагрева относительно осевой плоскости стыка, ПерО вая задача решается путем колебаний поискового электронного пучка с большой амплитудой поперек стыка, при этом на экране осциллографа изображение стыка достаточно точно может совместиться с изо бражением пятна нагрева в момецт перехода последнего через стык. Вторая задача может быть надежно решена только прп увеличении масштаба вторично-эмиссионного сигнала на экране осциллографа, это 20 можно осуществить или уменьшением амплитуды поискового колебания пучка, или увеличением ширины развертки по экрану, В обоих случаях расстояние по горизонтальной оси (ца экране осциллографа) ме жду изображением стыка и изображениемпятна нагрева (прц том же фазовом сдвиге) резко возрастает и прц большом масштабе увеличения, который с практической точки зрения необходим для точного цх ЗО совмещения, одно из этих изображений мо 504 ЗЗЗ)г, 30 35 40 45 50 55 00 65 жет выйти за пределы экрана; при этом оценка точности совмещения отягощена значительной ошибкой, уменьшить которую можно лишь путем использования фазосдвигающей цепочки.Более того, известно, что в процессе работы электронно-оптической системы наблюдаются изменения величины тока пучка, ускоряющего напряжения и тока электромагнитной фокусирующей линзы, а это вызывает колебания величины вторично- эмиссионного сигнала. Если отсутствует синхронизация между флуктуациями величины вторично-эмиссионного сигнала и временной разверткой, то амплитуда вторично- эмиссионного сигнала периодически изменяется с небольшой частотой; практика показывает, что при коэффициенте пульсаций ускоряющего напряжения порядка единиц процентов и при пульсациях тока пучка порядка 5 - 10% амплитуда вторично-эмиссионного сигнала может изменяться на 20 - 30%. Если учитывать, что в известном устройстве колеблющийся электронный пучок периодически останавливают на длительное время для формирования на экране осциллографа светящейся точки, соответствующей положению пятна нагрева на изделии, то становится ясно, насколько трудно добиться синфазности в периодических колебаниях амплитуды вторично-эмиссионного сигнала и светящейся точки, формируемых на экране осциллографа, Эти изображения вразнобой перемещаются возвратно-поступательно по вертикальному направлению и не позволяют с достаточной точностью оценить совмещение стыка и пятна нагрева на облучаемом изделии,Цель изобретения - обеспечить болеевысокую точность совмещения пятна нагрева на изделии со стыком свариваемых кромок.Это достигается тем, что устройство снабжено генератором коммутирующего напряжения и трансформатором, а переключатель выполнен в виде коммутатора с двумя устойчивыми положениями, электрически связанного с генератором коммутирующего напряжения и с трансформатором, причем в цепь электромагнитной отклоняющей системы электронного излучателя встроена первичная обмотка трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к входам коммутатора с двумя устойчивыми положениями и генератора коммутирующего напряжения, а выход коммутатора с двумя устойчивыми положениями подключен к входу временной развертки осциллографа.На фиг, 1 дана принципиальная схема устройства; на фиг, 2 - показаны формы сетевого напряжения ,оти, отклоняющего тока 1 о, напряжения Рх - х на пластинах электронно-лучевой трубки осциллографа и напряжение 1 ф,рна выходе генератора 4коммутирующего напряжения; на фиг. 3 даны осциллограммы вторично-эмиссионного сигнала на экране электронно-лучевой трубки осциллографа при несовпадении линии стыка с нулевой линией развертки тока 1 о и магнитного потока Фо, на фиг. 4 - осциллограммы вторично-эмиссионного сигнала при совпадении линии стыка с нулевой линией тока развертки 1 о и мапштпого потока Фо.Устройство включает ось сварочного пучка электронов 1, линию стыка 2, отклоняющую электромагнитную систему 3, кольцевой коллектор 4 вторичных электронов, резистор 5, переходную емкость 6, экран 7 электронно-лучевой трубки с,отклоняющими пластинами Х - Х и У - У, источник 8 постоянного отклоняющего напряжения, конденсатор 9, трансформаторы 10 и 11, электронный переключатель (коммутатор) 12, генератор 13 коммутирующего напряжения,На фиг. 3 показаны временная зависимость 14 магнитного потока Фо для случая отсутствия сдвига фаз между током отклонения 1 о и магнитным потоком, импульсы 15 вторично-эмиссионного напряжения для этого случая, двойные осциллограммы 16 импульсов на экране электронно-лучевой трубки для этого случая, временная зависимость 17 магнитного потока Фо для случая сдвига фаз между Фо и 1 о на угол р, импульсы 18 вторично-эмиссионного напряжения для этого случая, двойные осциллограммы 19 импульсов на экране электронно-лучевой трубки для этого случая,На фиг. 4 показаны временная зависимость Фо 20 при р= О, временная зависимость У 21 при р=О, одиночная осциллограмма 22 импульса (совмещенные импульсы) на экране электронно-лучевой трубки при р=0, временная зависимость Фо 23 при рФО, временная зависимость У 24 при р 0, одиночная осциллограмма 25 импульса (совмещенные импульсы) на экране электронно-лучевой трубки при рО,Устройство работает следующим образом.Сварочный пучок электронов 1 колеблется перпендикулярно к линии стыка 2 с по. мощью электромагнитной отклоняющей системы 3, подавая на нее ток 1 о синусоидальной формы. При пересечении поисковым пучком электронов линии стыка ток вторичных электронов, попадающих на кольцевой коллектор 4 вторичных электронов, уменьшается, так как часть первичных электронов проникает в зазор между кромками и вторичные электроны экранируются кромками, не попадая на коллектор вторичных электронов. Ток в цепи коллектора замыкается через резистор 5 на землю, создавая на этом резисторе падение потенциала У которое через переходную ем5 10 15 кость 6 полается на отклоняющие пластины У - У электронно-лучевой трубки 7. Источник 8 постоянного напряжения позволяет установочно изменять положение центра развертки относительно стыка 2 свариваемых кромок. На выходе источника 8 установлен конденсатор 9 достаточно большой емкости, предотвращающий падение переменного напряжения на выходном сопротивлении. Трансформатор 10 подключен к сетевому напряжению.Послеловательно с обмоткой отклоняютцей системы 3 включена первичная обмотка трансформатора 11, вторичная обмотка которого подключена к входам электронного переключателя (коммутатора) 12 и генератора коммутирующего напряжения 13. Электронные коммутаторы, управляемые соответствующими формирователями коммутирующего напряжения, общеизвестны и широко применяются при исследовании различного рода фазосдвигающих устпойств, сложных электрических цепей переменного тока и т, д.Коммутатор 12 управляется генератором 13, который запускается напряжением вторичной обмотки трансформатора 11 и настроен таким образом, что напряжение на его выходе появляется и исчезает в моменты, близкие в максимумам тока 1 О отклоняющей системы 3 сварочной пушки (см. фиг. 2).Напряжение Рх - х с выхола коммутатотта подается на отклоняющие пластины Х - Х электронно-лучевой трубки 7 и разворачивает во времени сигналы У формируемьте при пересечении пучком электронов линии стыка.Проттесс совмещения пучка электронов с линией стыка при использовании предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.Если линия стыка 2 не совпадает с плоскостью симметрии отклоняющего магнитного потока Фо, то сигналы У оказьтваются сдвинутыми по фазе относительно моментов петтехода магнитного потока Фо через нуль. Если магнитный поток Ф, не имеет сдвига по фазе относительно тока 1 О то имеет место зависимость 14, показанная сплошной линией.Если спроектировать моменты времени, соответствующие импульсам 15 - максимальным значениям У - на ось времени 1 зависимости 1,=1 (г), а затем на ось времени 1 зависимости т.,т=1 тт), то (как слелует из построений, вьтполненньтх на фиг. 3) на экпаце электронно-лучевой трубктт 7 б тлут получены двойные осттиллограммьт 16, расстояние между котопьтмтт тем больше, чем дальше слвицута линия стыка 2 относительно плоскости симметптттт отклоняющего магнитного потока Ф, а следовательно, и пучка,20 25 30 35 40 45 50 55 б 0 65 Если магнитный поток Фо сдвинут по фазе на угол ср относительно тока 1, (вттеменцая зависимость 17), то импульсы 18 соответственно также сдвигаются по фазе, а на экране электронно-лучевой трубки будут также получены двойные осциллограммы 19, лишь несколько сдвинутые относительно осциллограммы 16 по оси Х - Х трубки.На фиг. 4 рассмотрена ситуация, когда линия стыка совпадает с плоскостью симметрии отклоняющего магнитного потока Фо отклоняющей катушки 3 и, соответственно, с нулевой линией отклоняющего тока 1 р,Если магнитный поток ф це имеет сдвига фаз по отношению к току отклонения 1 (временная зависимость 20), то вторично-эмиссионные импульсы 21 при графическом построении наложатся один на другой и дадут на экране электронно-лучевой трубки только один сигнал 22.Если поток Фо сдвинут по фазе на угол тр относительно тока 1 О т,временная зависимость 23), то вторично-эмиссионные импульсы 24 также наложатся друг на друга и лалут на экране трубки также только олин сигнал 25, лишь сдвинутый по оси Х - Х относительно импульса 22.Следовательно, осциллограммы па экране электронно-лучевой трубки будут сдвоенными, т. е. совмещенными вдоль оси Х - Х лишь в том случае, если линия стыка свариваемых кромок совпадает с нулевой линией отклоняющего тока 1 оТаким образом, оператор лолжен добиться совмещения вдоль оси Х - Х электронно-лучевой трубки двух осциллограмм от вторично-эмиссионных импульсов, что однозначно свилетельствует о последующем попадании пучка электроцов в стык свариваемых кромок при отключении питания трансформатора 10 (см, фиг. 1), В том случае, если в развертывающих системах электронно-лучевой трубки имеют место фазовьте сдвиги, это не приводит к каким- либо нарушениям принципа совмещения пучка электронов со стыком свариваемых кромок (эта ситуация на фигурах не показана, чтобы не затенять их). Совмещение пучка электронов со стыком свариваемых кромок может осуществляться перемещением изделия, пушки или смещением пучка за счет введения в ток 1 о постоянной сос. тавляющей. Формула изобретения Устройство лля электронно-лучевой сварки, солержашее электронный излучатель с электромагнитной отклоняющей системой, генератор периодических отклоняющих импульсов, электрически связанный с электромагнитной отклоняющей системой электронного излучателя, коллектор вторичныхэлектронов, осциллограф, электрически связанный с коллектором вторичных электронов, и переключатель, встроенный в цепь электромагнитной отклоняющей системы электронного излучателя, о т л и ч а ю щ е еся тем, что, с целью повышения точности совмещения пятна нагрева на изделии со стыком свариваемых кромок перед свар. кой, устройство снабжено генератором ком. мутирующего напряжения и трансформатором, а переключатель выполнен в виде коммутатора с двумя устойчивыми положепнями, электрически связанного с генератором коммутирующего напряжения и с трансформатором, причем первичная обмотка трансформатора встроена в цепь 5 электромагнитной отклоняющей системыэлектронного излучателя, а вторичная об.мотка подключена к входам коммутатора с двумя устойчивыми положениями и гене.ратора коммутирующего напряжения, а вы.10 ход коммутатора с двумя устойчивыми положениями подключен к входу временной развертки осциллографа,Редактор М. Кузнецова Техред А. Камышникова Корректор Л. СлепаяЗаказ 1184/16 Изд.211 Тираж 1151 ПодписноеН 110 11 онск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2