Устройство для электронно-лучевой сварки Советский патент 1961 года по МПК B23K15/00 B23K37/47 

Известные устройства для электроннолучевой сварки кольцевых швов труб из тугоплавких и легко окисляющихся металлов обычно содержат вакуумную камеру для размещения свариваемого изделия, электроннолучевую пущку, смонтированную в камере, и механизмы для перемещения изделия при сварке. Такие устройства малопроизводительны и практически непригодны для промыщленного использования.

В описываемом устройстве применены: десятипозиционный поворотный барабан с цанговыми зажимами для установки свариваемых труб, диск с отверстиями для установки заглущек и механизм для запрессовки заглушек, расположенные в вакуумной камере. Вне камеры находятся привод с мальтийским механизмом для прерывистого вращения барабана, привод для вращения изделия при сварке и механизм для фиксирования барабана во время сварки. Такое выполнение устройства повышает его производительность.

Для автоматизации процесса сварки и повыщения ее качества привод вращения изделия связан с распределительным кулачком- воздействующим на переменное сопротивление в цепи электропривода и изменяющим скорость вращения изделия в процессе сварки.

Для повыщения качества сварки за счет лучшей фокусировки электронного луча рабочие поверхности анода и катода электроннолучевой пущки выполняются в виде концентрично расположенных полусфер.

Для автоматизации процессов сварки и сборки изделия и управления работой отдельных механизмов применяется система конце вых выключателей с реле времени.

На фиг. 1 изображено описываемое устройство в общем виде; на фиг. 2 - его схема и вид по стрелке А; на фиг. 3 -- электроннолучевая пущка.

Устройство состоит из вакуумной камеры /, станины 2, барабана 3механизма привода 4, электроннолучевой пущки 5, вакуумной станции 6, шкафа управления установкой 7, щкафа управления пушкой 8. пульт

№ 135558 2 управления 9 и высоковольтного источника питания, снабженного автоматической блокировкой (фиг. 1). Камера / имеет смотровые окна 10 для наблюдения за процессом сварки и зажимы 11 для крепления к ней диска 12. Супиорт J3 обеспечивает автоматический подъем и опускание электроннолучевой пушки 5 при загрузке барабана изделиями. Вакуумная станпия 6 предназначена для создания в вакуумной камере разрежения до 5- 10 мм рт. ст. Она состоит из двух форвакуумных пасосов и вакуумного диффузионного агрегата, присоединяемого непосредственно к вакуумной камере.

Барабан 3 выполнен из двух дисков 14 и 15 (фиг. 2). установленных на корпусе с гильзой, по которой может перемещаться люнет /6. поддерживаюш,ий свариваемые трубы 17. На диске 14 смонтированы десять радиально расположенных зажпмов для крепления труб. Вращение каждого из зажимов осуществляется цилиндрическими щестернями от к лачковой полумуфты /S. которая, сцепляясь на рабочей позиции с такой же полумуфтой, получает вращение от механизма привода. На диске 15 напротив труб 17 устанавливаются предназначенные для сварки заглущки 19. Запрессовка заглущек производится щтоко.м 20. вводимым в камер посредством сильфона.

Механизм привода 4 предназначен для осуществления автоматического цикла сборки десяти изделий, подачи каждого изделия на рабочую позицию и вращения его с заданной при сварке переменной скоростью. Л еханиз.м нрнвода состоит из распределительного вала с двумя кулачками 21 барабанного типа и мальтийского механизма 22. Вращение сообщается распределительно.му валу и мальтийскому механиз.му редуктором, который в свою очередь приводится от электродвигяте.чя через предохранительную пружинную муфту и преобразует скорости с помощью двух червячных пар щестерен. Левый кулачок распределительного вала служит для фиксации положения барабана после его поворота мальтийСКИЛ1 механизмом на /ю часть окружности, а правый кулачок предназначен для запрессовки заглущек 19.

Вращение вала 23, фиксирующего положение барабана и свариваемых труб, осуществляется от редуктора сварки 24, установленного на задней стенке корпуса механизма привода. Этот редуктор обеспечивает непрерывное регулирование скорости вращения свариваемого изделия в пределах 1-40 м1час.

Электроннолучевая пушка (фиг. 3) состоит из щтеккера 25 для подвода высокого напряжения и питания накала пушки; фарфорового изолятора 26; механизма перемещения и наклона пущки; электростатического каскада фокусировки, включающего в себя электроды: верхний 27 (катод) и нижний 28 (анод), выполненные из нержавеющей стали с иолированными рабочими поверхностями и имеющие форму полусфер; самоцентрирующегося катододержателя 29; магнитной линзы 30; ионных ловушек 31 и 32; защитного кожуха 33.

Электростатический каскад фокусировки предназначен для ускорения движения электронов и формирования сходяпдегося электронного пучка. Высокая проводимость каскада (99%) обеспечивает большой к.п.д. электронной пушки.

Каскад фокусировки обеспечивает только предварительную фокусировку электронного пучка- Окончательная его фокусировка осуществляется при помощи магнитной линзы 30 со специальными полюсными наконечниками 34 и 55. Электроны испускаются накаливаемой вольфрамовой спиралью 36, представляющей собой плоскую спираль Архимеда, закрепленную в катододержателе 29, входящем при посадке в огверстие верхнего сферического электрода 27, в результате чего плоскость спирали всегда перпендикулярна к направлению луча. Изоляция сферического катода 27, находящегося под потенциалом 20-25 кв. относительно заземленного сферического анода 28 осуществляется при помощи стеклянного стакана 37. Для центрирования системы катод-анод применен ступенчатый цилиндрический шаблон, входящий при посадке в отверстия в катоде 27 и аноде 28. Магнитная линза 30 имеет катушку, которая вакуумно уплотнена внутри корпуса линзы, изготовленного из железа «Армко. а питание к катушке подводится при помощи-стеклянных «слезок. Это позволяет располагать магнитную линзу внутри вакуумной камеры, не ухудшая вакуума в последней.

После прохождения двух каскадов фокусировки пучок электронов, приобретающий большую кинет 1ческую энергию благодаря ускорению их движения при помощи высокого напряжения, приложенного между анодом и катодом, направляется па свариваемое изделие. Расстояние от нижней поверхности ионной ловушки 31 до изделия составляет 35-45 И;И, что дает возможность установить необходимую технологаческую оснасткуДля настройки электронного пучка на свариваемое изделие при наличии вакуума в камере и высокого напряжения электроннолучевая пушка может подниматься и опускаться при помощч винтовой пары 38, 39, соединенной посредством цилиндрических и конических щестерен с рукояткой. Наклон пущки производится винтом 40, вращаемым рукояткой и гайкой 41. Гайка упирается в щарнирно закрепленный корпус 42, подпружиненный с диаметрально противоположной стороны пружиной 43, и соединена сильфоном 44 с неподвижной частью корпуса пущк. Весь механизм перемещения и наклона пущки находится, так же как и изделие, под потенциалом земли.

Система фокусировки, состоящая из электростатического каскада со сферическими электродами и магнитной линзы, обеспечивает получение электронных пучков на изделия диаметром 0.7-1,5 мм при мощности пучка 1 -1.5 кет. Значительная плотность тока позволяет плавить и сваривать такие металлы, как молибден, тантал, вольфрам, алокализованный нагрев изделия и. следовательно, малая зона термического влияния, а также отсутствие вредного воздействия газов, особенно кислорода, обеспечивают высокое качество сварки.

К валу 23 присоединен механиз.м, предназначенный для остановки свариваемого изделия по окончании сварки и для регулирования скорости сварки в связи с различной степенью нагрева свариваемого изделия в конце и начале сварки. Механизм состоит из регулятора 45 напряжения, движок, которого связан с рейкой, перемещающейся от дискового кулачка 46 шестеренного редуктора. Последний передает движение от вала 23 на дисковой кулачок 46 и рычаг 47, выключающий сварку. Механизм остановки действует от кулачковой муфты 48, включающейся от вала 23. Свариваемая труба останавливается при помощи микропереKv ючaтeля 49, выключающего двигатель редуктора сварки. Микропереключатель 49 срабатывает от рычага 47, который возвращается в исходное положение с помощью пружины. Регулятор 45 напряжения изменяет скорость сварки в диапазоне, равном 4.

Работа устройства начинается с того, что барабан выводится из камеры и в него устанавливают изделия, предназначенные для сварки (трубы 17 - в цанговые зажимы, заглущки - в диск 15). После загрузки барабан вкатывают в камеру и прижимают диск 12 к камере зажимами 11. При этом одним из зажимов (//) включается посредством конечного выключателя 50 двигатель суппорта 13, и пушка опускается вниз до соприкосновения с фланцем камеры- 3 -Aio 135558

№ 135558 4 Сжатием уплотнительной резины посредством пружины, встроенной в суппорт, двигатель суппорта автоматически отключается. Затем включают вакуумную станцию б и производят откачку воздуха до достижения разрежения 5 10 мм рт. ст., которое контролируется вакуумметром 5J.

Автоматическое включение устройства в работу осуществляется нажимом кнопки «пуск с пульта управления 9. Прежде всего включается высоковольтный источник питания- и редуктор привадит во вращение левый кулачок 21 распределительного вала 23, вследствие чего барабан фиксируется коническим хвостовиком вала 23. Последний приводится в движение рычагом, шарнирно соединенным с пазом распределительного кулачка. Движением вала 23 вводятся в зацепление муфты 18 и 48 и через конечный выключатель 52 включается электроннолучевая пушка. Через некоторый промежуток времени, необходимый для прогрева изделия, через реле времени включается редуктор сварки и начинается процесс сварки изделия. Вращение кулачка 21 продолжается и во время сварки. После фиксации барабана посредством щтока 20 заглушка 19 запрессовывается в трубу, и шток 20 отходит в крайнее правое положение, а конечный выключатель 53 отключает двигатель редуктора, при водящий во вращение кулачок 21.

Вал 23 посредством кулачковых муфт 48 сообщает вращательное движение рычагу 47 и кулачку 46, изменяющему скорость сварки. После наложения на изделие сварочного шва с перекрытием рычаг 47 нажимает на конечный выключатель 49, пушка и редуктор сварки отключаются, а. редуктор поворота распределительного вала включается. При дальнейшем вращении распределительного вала 23 шток 20 отходит в правое положение; при этом муфты 18 и 48 расцепляются, а кулачок 46 с рычагом 47 под действием пружины возвращаются в исходное положение. Мальтийский механизм поворачивает барабан на /ю часть окружности, и на рабочую позицию подается для сварки следующая труба с запрессованной заглущкой.

Затем автоматический цикл сварки повторяется. Устройство отключается конечным выключателем 54 после сварки десятой трубы. Конечный выключатель 55 подготовляет электросхему к сварке новой партии труб.

Предмет изобретения

1.Устройство для электроннолучевой сварки кольцевых швов труб из тугоплавких и легко окисляющихся металлов, например для приварки к трубам заглушек, содержащее вакуумную камеру длл размещения свариваемого изделия, электроннолучевую пушку, смонтированную з камере, и механизмы для перемеп 1,евия изделия при сварке, отличающееся тем, что, с целью повыщения производительности, в вакуумной камере установлен десятипозиционный поворотный барабан с цанговыми зажимами для установки свариваемых труб, диск с отверстиями для установки заглушек, механизм для запрессовки заглушек в трубы, а вне камеры - привод с мальтийским механизмом для прерывистого вращения барабана, привод для вращения изделия при сварке и механизм для фиксирования барабана во время сварки.

2.Устройство по п. 1, от л и ч а ю щ е е ся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения и автоматизации процесса сварки, привод вращения изделия связан с распределительным кулачком, воздействующим на переменное сопротивление в цепи электропривода к изменяющим скорость вращения изделия в процессе сварки.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что. с целью повышения качества сварки за счет лучшей фокусировки электронного луча, рабочие поверхности анода и катода электроннолучевой пушки выполнены в виде концентрично расположенных полусфер.

4.Устройство по пп. 1,2иЗ, отличаю ш;ееся тем, что, с целью автоматизации процессов сварки и сборки изделия и для управления работой отдельных механизмов, применена система концевы.х выключателей с реле времени.

Ю От бысоко&олотноги выпрямителя // 13 16 6

Фиг 2

Вид А

53