УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ Российский патент 1995 года по МПК B23K15/00 

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке металлов и их сплавов и может быть использовано при сварке металлов в низком вакууме.

Известно устройство для электронно-лучевой сварки (патент Франции N 2041620, кл. В 23 К 15/00). Этим устройством осуществляется защита только катодного узла сварочной пушки с помощью полого усеченного конуса, обращенного малым основанием в сторону сварочной электронно-лучевой пушки, что и является существенным недостатком данного устройства, так как не осуществляется защита стенок вакуумной камеры от продуктов испаряемого материала во время сварочного процесса.

Известно а.с. СССР N 1409436, кл. В 23 К 15/00. Устройство представляет собой конический экран с лучепроводом. Устройство обеспечивает надежную защиту сварочной пушки, а изделие и сварочную ванну от продуктов испаряемого материала не защищает, что и является существенным недостатком данного устройства.

Известна международная заявка на устройство защиты от продуктов напыления, которое состоит из экрана, выполненного в виде усеченного конуса, повернутого большим основанием в сторону сварочной пушки, лучепровода и выгнутого экрана, закрепленного на корпусе конического экрана. Основным недостатком данного устройства является невозможность смены сварочного режима при сварке материалов разной конфигурации и толщины.

Устройство, выполненное по этой заявке, не способно осуществить, без разгерметизации сварочной камеры и повторной герметизации, сварку деталей, которые имеют разные толщины.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков.

Указанная цель достигается тем, что устройство защиты снабжено зубчатым редуктором с движителем, экран устройства выполнен в виде двух усеченных конусов, жестко соединенных малыми основаниями, при этом канал лучепровода выполнен двухступенчатым, а движитель снабжен корпусом, который выполнен из немагнитного материала.

При проведении патентных исследований не было обнаружено устройств для электронно-лучевой сварки, в которых были бы изложены технические решения, предложенные в данной заявке.

На чертеже приведена конструкция устройства.

Устройство состоит из экрана 1, который в свою очередь состоит из конических пустотелых экранов 2 и 3, соединенных малыми основаниями 4, лучепровода 5, имеющего двухступенчатый канал, состоящий из каналов 6 и 7 с наружными коническими поверхностями 8 и 9, камеры 10 с отверстиями 11 и 12, двух гаек 13, камеры 14 с отверстиями 15, лучепровода 16, шестерни 17, шестерни 18 и шестерни 19, установленной на валу движителя 20, двух цилиндрических направляющих 21, электронно-лучевой пушки 22 (показанной на чертеже частично), крепежных элементов 23, крышки 24, кожуха 25, конечного выключателя 26, свариваемых деталей 27 и 28, подвижного стола 29, вакуумного объема сварочной камеры 32 (на чертеже показана частично). Электронный пучок 30, паровой поток 31 и конденсат 33 образуются во время сварочного процесса.

Размер S₁ регулируется в зависимости от режимов сварки. С увеличением сварочного тока расстояние от торца устройства до поверхности свариваемых деталей возрастает.

Устройство работает следующим образом.

Собранное устройство устанавливается на торце сварочной пушки. Затем в зависимости от толщины свариваемых деталей предварительно устанавливается расстояние от торца устройства до поверхности свариваемых деталей. Откачивается одновременно электронно-лучевая пушка и сварочная камера. Достигнув требуемое остаточное давление начинают сварочный процесс, при этом беспрерывно осуществляется вертикальное колебание экрана устройства защиты. Экран 1 перемещается по напpавляющим 21 с помощью лучепровода 16, на котором установлена шестерня, входящая в зацепление с шестерней 18, шестерня 18 в свою очередь входит в зацепление с шестерней 19, посаженной на валу движителя 20. Движитель 20, работая в автоматическом режиме, меняя направление вращения своего вала по команде конечного выключателя 26, перемещает устройство, то вверх, то вниз, по направляющим 21, осуществляя вертикальные колебания устройства относительно сварочной ванны. При этом непрерывно меняется плотность движущегося парового потока и молекулярное сцепление элементов конденсата при его конденсации на внутренних стенках экрана.

Конденсат четко фиксируется и при колебаниях устройства не срывается со стенок экрана. За счет вертикального колебания экрана устройства над сварочной ванной создается зона переменного давления в районе сварочной ванны, ограниченной периметром нижнего основания устройства. Значительно улучшается эффект всасывания парового потока во внутренний объем устройства и практически обеспечивается полная защита стенок вакуумной сварочной камеры от конденсации паров испаряющегося материала в период сварочного процесса.

Кроме того, наружный слой жидкого металла сварочной ванны при своей кристаллизации, находясь под воздействием переменного давления, приобретает внешний вид, соответствующий косметическому проходу.

Сборку и подготовку устройства защиты к работе осуществляют в следующей последовательности. Сначала стыкуют между собой экраны 2 и 3 и получают экран 1, в который вставляют камеру 10, а в нее монтируют лучепровод 5 и закрепляют его с помощью гаек 13. Затем надевают камеру 14, в которую вставляют направляющие 21. После чего монтируют крышку 24 и вставляют лучепровод 16 с шестерней 17, затем устанавливают шестерню 18, которую вводят в зацепление с шестерней 19, предварительно собранной с движителем 20. После регулировки и окончательного крепления всех деталей устройства, устройство с помощью крепежных элементов 23 монтируют на торцевой поверхности электронно-лучевой пушки 22, а движитель 20 включают в электрическую цепь с требуемым напряжением.

На подвижном столе 29 монтируют детали 27 и 28, подготовленные под сварку, которые устанавливаются на требуемом расстоянии от устройства защиты. Сварочную камеру 32 герметизируют, затем откачивают и начинают сварочный процесс. Во время работы устройства защиты от продуктов напыления лучепровод 16 вдвигается в верхнюю часть канала 7 лучепровода 5. Длина канала 7 определяет величину общего вертикального перемещения устройства, как в период сварочного процесса, так и в период настройки и установки перед сварочным процессом, и может регулироваться заменой лучепровода 5 на другой. Установка конечного выключателя 26 определяет величину вертикального перемещения экрана 1, которая может регулироваться перед сварочным процессом в пределах от одного до 100 миллиметров. При необходимости может быть и более, особенно для длиннофокусных сварочных пушек.

Меняя направление вращения вала движителя 20 осуществляют вертикальные колебания экрана над деталями 27 и 28, причем время, затрачиваемое на одно полное колебание экрана, эквивалентно времени, расходуемого в сварочном процессе на прохождение одного миллиметра шва. При увеличении скорости сварки, частота колебания увеличивается, а при уменьшении уменьшается.

Отверстия 11, 12 и 15 являются вспомогательными. Они способствуют откачке из внутреннего объема устройства и процессу конденсации элементов парового потока на внутренних поверхностях устройства. Поверхности 8 и 9 лучепровода 5 выполнены коническими, чтобы создать на участке перед камерой 10 двухступенчатую стоящую волну, тормозящую движение парового потока внутри устройства.

Общая величина вертикального перемещения устройства фиксируется с помощью цифровой металлической линейки, которая установлена на кожухе (не показана).

П р и м е р практического использования предлагаемого устройства защиты от напыления в процессе ЭЛС. Предварительно из табл. 1 определяется расстояние S₁ от торца устройства до поверхности свариваемых деталей.

Расстояние S₁ определяют в зависимости от величины сварочного тока.

Сравнительные испытания отображены в талб. 2.

Как видно из результатов сравнительных испытаний, показанных в табл. 2, преимущество предложенного устройства защиты от напыления в процессе ЭЛС очевидны. Процент задержания продуктов напыления приближается практически к 100% Электрические пробои ликвидированы полностью. Экономия рабочего времени за одно вакуумирование составляет более 300% Кроме того, расходы электроэнергии и воды снижены более двух, трех раз. Сварка проводилась в низком вакууме, которая также дает возможность экономить воду и электроэнергию, потребляемую вакуумным оборудованием.

В процессе ЭЛС устройство позволяет обходить ребра и возможные препятствия, мешающие движению сварочной пушки, оставляя расстояние между пушкой и изделием постоянным, но меняя при этом расстояние между торцом экрана устройства защиты и поверхностью свариваемых деталей.

Ни одно из известных автору устройств защиты от напыления при ЭЛС не обладают качествами предлагаемого устройства.

Таким образом, положительный эффект от предлагаемого изобретения позволит значительно снизить себестоимость выпускаемой продукции.

Использование: при сварке металлов в низком вакууме. Сущность изобретения: устройство, состоящее из экрана 1, собранного из двух экранов 2 и 3, соединенных малыми основаниями 4, лучепровода 5, имеющего двухступенчатый канал, состоящий из каналов 6 и 7 с наружными коническими поверхностями 8 и 9, камеры 10 с отверстиями 11 и 12, двух гаек 13, камеры 14 с отверстиями 15, лучепровода 16, шестерни 17, шестерни 18 и шестерни 19, установленной на валу движителя 20, двух цилиндрических направляющих 21, электронно-лучевой пушки 22, крепежных элементов 23, крышки 24, кожуха 25, конечного выключателя 26, свариваемых деталей 27 и 28, подвижного стола 29. Во время сварочного процесса происходят беспрерывные вертикальные колебания устройства над сварочной ванной. Устройство способно совершать вертикальные перемещения без изменния расстояния от сварочной пушки до поверхности свариваемых деталей. За одну загрузку в сварочную камеру устройство обеспечивает сварку деталей на различных режимах. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ, содержащее конусообразный экран, закрепленный на электронно-лучевой пушке и обращенный большим основанием в ее сторону, лучепровод, а также направляющие шпильки, отличающееся тем, что оно снабжено зубчатым редуктором с движителем, экран выполнен в виде двух усеченных конусов, жестко соединенных малыми основаниями, канал лучепровода двухступенчатым. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено корпусом для движителя, выполненным из немагнитного материала.