Способ управления электронно-лучевой сваркой и устройство для его осуществления

СВОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК И 9) (1114 В 23 К 15/О ггцдгГРАД;:ЕЬ:,; "1 НИЯ ЛЬСТВУ ки на ня шв корка и смеще угл кл ктронно е в изи рав- нижни ным уро у уровнями систем. Устонную систе- систему расстоянию ме оны из-енииойного ои ст откл гл ва, вычислите кор тора и две разистемы, Совме- суще и суммаяющие слоскосым прелзобретвлений Ярткл сенные ью стыка о омлением п ие твляе дво ние гия позволя и пор путем Использо избежать еспл ок ост устранения влияния с. и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗОБР ВТОРСНСМУ СВИ(56) Лаптенок В,Д., Бравернон В.Я.и Мурыгин А.В. Метод компенсации влияния магнитных полей на точность совмещения луча со стыком при электронно-лучевой сварке. - В сб.: Электронно-лучевая сварка, - М.: МДНТПим. Ф,Э.Дзержинского, 1986, с. 15-19.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ СВАРКОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к машиностроению и предназначено для автоматизации процесса электронно-лучевойсварки изделий больших толщин из металлов с остаточной намагниченностью.Цель изобретения - повышение качества сварных соединений путем совмещения сварочного пучка с плоскостьюстыка по всей толщине изделия. Способ управления заключается в двоином отклонении пучка относительно оси пушугол, равныц углу смещен относительно плоскостив направлении, противоположннию корня шва. Отношение межддвойного преломления и угломнения сварочного пучка от элоптической оси пушки при входелие поддерживают неизменньвотношению расстояния межд ем преломления и поверхность преломления. отклоняющи ойство содержит телеви му слежения за корнем ш лежения за стыком с лице делия, вычислитель углаИзобретение относится к области Машиностроения и предназначено для автоматизации процесса электронно-лу Чевой сварки изделий больших толщин йз металлов с остаточной намагниченностью,Целью изобретения является повышение качества сварных соединений путем совмещения электронного пуч,ка с плоскостью стыка по всей толщине изделия.Отклонением сварочного пучка относительно электронно-оптической оси пушки на угол, равный углу смещения корня шва, компенсируют влияние остаточного магнитного поля внутри изделия, При изменении угла отклонения пучка необходимо менять угол двойного преломления таким об разом, чтобы положение пучка в плоскости стыка на лицевой поверхности изделия оставалось неизменным. Это выполняется при условии, что отноше,ние угла двойного преломления к уг лу отклонения пучка поддерживают неизменным и равным отношению расстояния между нижним уровнем преломления и поверхностью изделия к расстоянию между уровнями преломления. 30На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, реализующая способ управления электронно-лучевой сваркой, на фиг, 2 - то же, вычислителя угла отклонения корня шва на фиг. 3 - то же, вычислителя угла двойного преломления.Устройство управления электроннолучевой сваркой (фиг,1) содержит пушку 1, первую 2 и вторую 3 отклоняю щие системы, разнесенные вдоль электронно-оптической оси, первый 4 и второй 5 усилители магнитной развертки, подключенные соответственно к первой 2 и второй 3 отклоняющим сис темам, датчик 6 положения пучка на лицевой поверхности изделия, связанный с системой 7 автоматического слежения за стыком, первый выход ко" торой электрически связан с пушкой 1, а второй - с отклоняющими системами, первый 8, второй 9 и третий 10 сумматоры, датчик 11 положения корня шва относительно плоскости стыка, систему 12 слежения за корнем55 шва, вход которой электрически связан с выходом датчика 11 положения корня шва, вычислитель 13 угла отклонения корня шва, вход 14 которого подключен к выходу системы 12 слежения за корнем шва, а выход 15 соединен с первым входом первого сумматора 8, вычислитель 16 угла двойногопреломления, вход 17 которого соединен с выходом 15 вычислителя 13, авыход 18 - с первым входом третьегосумматора 10 и вторым входом первогосумматора 8, выход которого соединенс первым входом второго сумматора 9,Вычислитель 13 угла отклонениякорня шва (фиг. 2) содержит первыйаналоговый делитель 19, первый переменный резистор 20 и первый буферный усилитель 21, выход которогоподключен к первому входу первогоаналогового делителя 19,Вычислитель 16 угла двойного преломления (фиг. 3) содержит аналоговый умножитель 22, второй аналоговыйделитель 23, второй 24 и третий 25переменные резисторы, второй 26 и третий 27 буферные усилители.На свариваемое изделие 28 содержащее плоскость 29 стыка, корень 30шва, воздействует сварочный пучок 3 1.Условные обозначения, принятые нафиг. 1, следующие: Ь, - расстояниемежду уровнями преломления; 1 2 -расстояние между нижним уровнем преломления и поверхностью изделия; Ь -толщина свариваемого изделия"Ь У -смещение корня шва; р - угол отклонения корня шва от плоскости стыка;о - угол отклонения сварочного пучка," угол двойного преломленияпучка,Пушка 1 является источником пучкаускоренных электронов и формируетсварочный пучок 31. Отклоняющие .сис-,темы 2, 3 разнесены вдоль электроннооптической оси пушки и обеспечиваютпреломление сварочного пучка надвух уровнях. Усилители 4, 5 магнитной развертки служат для преобразования входного напряжения в ток отклонения. Они выполнены на мощномоперационном усилителе по схеме преобразователя напряжение - ток, Датчик 6 положения пучка на лицевой поверхности изделия выполняет функциюизмерения положения пучка относительно линии стыка, в качестве которогоиспользуется коллектор вторичныхэлектронов. Система 7 автоматического слежения за стыком выраба.тываеткорректирующие сигналы, под воздействием которых осуществляется совме 1450943щение пучка со стыком, При этом могут использоваться вторично-эмиссионные следящие системы каК с время-импульсным алгоритмом выделения сиг 5нала рассогласования типа "Прогноз","Прицел", так и системы с аналоговым алгоритмом совмещения типа СУ 143.Первый 8, второй 9 и третий 10 сумматоры выполнены идентичными с использованием операционных усилителей.Датчик 11 положения корня шва фиксирует смещение корня относительноплоскости стыка по координате У, Вкачестве датчика используется телевизионная камера, например КТП, входящая в состав ПТУ "Сварка", Система 12 слежения за корнем шва вырабатывает напряжение, пропорциональное смещению корня шва относительно 20плоскости стыкаВычислитель 13 угла отклонения корня шва предназначен для формирования напряжения,пропорционального углуотклонениякорня шва от плоскости стыка, а вычислитель 16 двойного преломленияпредназначен для формирования напряжения, пропорционального углудвойного преломления пучка.Устройство работает следующим об- З 0разом.В процессе работы пушкой 1 формируется сварочный пучок,31. Под воздействием электромагнитных полей отклоняющих систем 2 и 3 сварочный пучок преломляется на двух уровнях.Преломпение на двух уровнях обеспечивается противофазным включениемидентичных обмоток первой 2 и второй3 отклоняющих систем.40Совмещение сварочного пучка 31 сплоскостью 29 стыка осуществляется подвум каналам. По первому каналу совмещают пучок 31 с линией стыка наповерхности изделия 28, а по второму 45каналу совмещают .корень 30 шва сплоскостью 29 стыка.Для совмещения пучка 31 с линиейстыка с датчика 6 положения пучка налицевой поверхности изделия снимаются сигналы, пропорциональные текущимкоординатам стыка. Если считываниетекущих координат осуществляется пучком малой мощности, то система 7 автоматического слежения за стыкомпредусматривает подачу модулирующихсигналов на управляющий электрод пушки 1. Системой 7 слежения за стыкомвырабатываются корректирующие сигналы, которые .ерез объединенные вторые входы второго 9 и третьего 10 сумматоров и первый 4 и второй 5 усилители магнигной развертки подаются на обмотки первой 2 и второй 3 отклоняющих систем.Под воздействием корректирующих сигналов системы 7 автоматического слежения за стыком свариваемый пучок 31 совмещается с линией стыка на поверхности свариваемого изделия 28, Так как обмотки первой 2 и второй 3 отклоняющих систем включены противофазно, то под воздействием сигналов коррекции осуществляется параллельный перенос пучка.При выполнении операции по совмещению корня 30 шва с плоскостью 29 стыка с датчиком 11 положения корня шва относительно плоскости стыка снимают сигнал, пропорциональный уходу корня шва, и подают в систему 12 слежения за корнем шва.Напряжение, пропорциональное смещению й 7 корня шва от плоскости стыка, поступает на вход 14 вычислителя 13 угла отклонения корня шва, Вычисление угла С отклонения корня шва 30 от плоскости 29 стыка производится согласно выражениюПс = агсг.ргде Д 1 - смещение корня шва от. плоскости стыка по оси У;Ь - толщина свариваемого изделия.Для выполнения указанной математической операции в вычислителе 13 (Фиг. 2) на первый вход первого аналогового делителя 19 подают напряжение, пропорциональное смещению ЬУ, а на второй вход - напряжение, пропорциональное толщине и изделия. Напряжение, пропорциональное толщине, устанавливается первым переменным резистором 20 и подается на второй вход. первого аналогового делителя 19 через первый буферный усилитель 21. Таким образом, на выходе 15 вычислителя 13 формируется напряжение, пропорциональное углуотклонения корня шва, так как для малых углов тангенс угла гриближенно равен самому углу.С выхода 15 вычислителя 13 напряжение, пропорциональное углу (р , пос(2) 5 14509тупает через первый 8 и второй 9 сумматоры, второй усилитель 5 магнитнойразвертки на вторую отклоняющуо систему 3 нижнего уровня преломления.Под воздсйствием этого сигнала сварочный пучок 3 1 отклоняется от электронно-оптической оси пушки на угол оСравный углу у отклонения корня шва,При этом отклонение пучка осуществляется в направлении, противоположномсмещению корня шва.Сигнал с выхода 15 вычислителя13 угла отклонения, помимо сумматора8, поступает также на вход 17 вычис лителя 16 угла двойного преломления.Так как изменение угла отклонениявлечет за собой уход пучка со стыкана поверхности изделия, то необходимо изменение угла двойного преломле - 20ния компенсировать указанное смещение, т.е, необходимо угол " двойногопреломления изменить так, чтобь положение пучка в плоскости изделия оставалось неизменным, Это достигается 25поддержанием отношения между угламии К постоянным и равным отношениюЬ /Ь,. В этом случае вычислитегь 16угла двойного преломления функционирует согласно выражению 30 где Ь, - расстояние между уровнямипреломления,Ь - рассгояние между нижнимуровем пр еломлеИя и поверхностью изделия.Для выполнения указанной математической операции в вычислителе 16 (фиг, 3) на первый вход аналогового умножителя 22 подают напряжение, про. порциональное углу (1 = Ы , а на второй вход подают напряжение, пропорцирнальное отношению Ь/Ь,. Операцию делесия выполняют на втором аналоговом делителе 23, на входы которого с второго 24 и третьего 25 переменных резисторов через второй 26 и 5 п третий 27 буферные усилители подают напряжения, пропорциональные Ь и Ь, соответственно.С выхода 18 вычислителя 16 напряжение, пропорционаьное углудвойного преломления, поступает на первую 2 и вторую 3 отклоня 0 щие системы верхнего и нижнего уровней преломления, При этом па отклоняющуо Формула изобретения 1. Способ упразления электроннолучевой сваркой, при котором производят компенсацию влияния остаточного магнитного поля свариваемого изделия отклонением сварочного пучка путем его двойного преломления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем совмещения сварочного пучка с плоскостью с.тыка г,о всей тол 7 14509 щине изделия, сварочный пучок отклоняют относительно электронно-оптической оси пушки на угсд, равный углу смещения корня шва от плоскости5 стыка в направлении, противоположном смещению корня шва, при этом поддерживают отношение между углом двойного преломления и углом отклонения сварочного пучка от электронно-опти О ческой оси пушки при входе в изделие неизменным и равным отношению расстояния между нижним уровнем преломления и поверхностью изделия к расстоянию между уровнями преломления 15 отклоняющих систем.2. Устройство для управления электронно-лучевой сваркой, содержащее пушку с первой и второй отклоняющими системами, расположенными вдоль 20 электронно-оптической оси пушки на двух уровнях и включенных противофазно, первый и второй усилители магнитной развертки, выходы которых соединены с обмотками соответствующих 25 отклоняющих систем, систему автоматического слежения за стыком, первый выход которой соединен с пушкой, а вход - с датчиком положения сварочного пучка на лицевой поверхности из делия, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены первый, второй и третий сумматоры, последовательно соединенные датчик положения корня шва, система слежения за корнем шва, вычислитель угла отклонения корня шва и вычислитель угла двойного преломления, причем выход вычислителя угла отклонения корня шва соединен с первым входом первого сумматора, вто рой вход которого соединен с выходом вычислителя угла двойного преломпения и первым входом третьего сумматсра, второй вход которого соединен с вторым входом второго сумматора и вторым выходом системы автоматического слежения .за стыком, а выходы второго и третьего сумматоров соединены соответственно с входами второго и первого усилителей магнитной развертки.3. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что вычислитель угла отклонения корня шва содержит первый аналоговый делитель, первый буферный усилитель и первый переменный резистор, причем вход первого буферного усилителя подключен к выходу первого переменного резистора, а выход - к первому входу первого аналогового делителя, второй вход которого соединен с.выходом системы слежения за корнем шва, а выход - с входом вычислителя угла двойного преломпения и первым входом первого сумматора. 4. Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что вычислитель угла двойного преломпения содержит последовательно соединенные второй переменный резистор, второй буферный усилитель, второй аналоговый делитель и аналоговый умножитель, а также последовательно соединенные третий переменный резистор и третий буферный усилитель, выход которого соединен с вторым входом второго аналогового делителя, второй вход аналогового умножителя соединен с выходом вычислитсля -угла отклонения корня шва, а выход - с первым входом третьего сумматора.Подписное тениям и отк ская наб., д Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная Заказ 7016/9ВНИИПИ Государс Тираж 892енного комитета по изоб 13035, Москва, Ж, Ра ям при ГКНТ ССС5