СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ Советский патент 1995 года по МПК B23K15/00 

Изобретение относится к технологии электронно-лучевой сварки.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 изображены свариваемые детали; на фиг.2 - схема контроля с помощью телевизионной установки переднего фронта сварочной ванны и высоты ионного облака над зоной сварки; на фиг.3 - временные диаграммы изменения параметров сварки.

При контроле процесса электронно-лучевой сварки по току луча 1, сканирующего поперек стыка 2, измеряют высоту переднего фронта сварочной ванны 3 в стыке и высоту ионного облака 4 над зоной сварки, суммируют результаты измерения и поддерживают величину суммы постоянной.

Сканирование электронного луча 1 поперек стыка 1 могут производить по синусоиде с амплитудой, равной зазору 5 в стыке с частотой, равной
F = , где α - апертура луча 1;
b - величина зазора 5 в стыке;
V - скорость сварки.

Величину тока луча 1 можно изменять по синусоидальному закону с частотой 2F, причем максимальное значение тока луча 1 соответствует его максимальному отклонению.

В процессе сварки можно определять функциональную зависимость между высотой переднего фронта сварочной ванны и высотой ионного облака над зоной сварки. Текущие значения этой функции фиксируют.

Способ контроля обеспечивает погрешность не более 5% при гарантированном зазоре не менее 0,03 мм, т.е. высокую точность.

П р и м е р. В качестве образцов использовались изделия из стали 1Х18Н9Т диаметром 70 мм при толщине стенок 10 мм и кольца из Ст.3 диаметром от 105 до 110 мм при толщине стенок 10 мм.

Электронный луч направляли на стык свариваемых изделий. Телевизионный датчик устанавливали у иллюминатора сварочной камеры так, чтобы оптическая ось телекамеры пересекала ось электронного луча перпендикулярно или под небольшим углом. Сварку вели с гарантированным зазором, который варьировали от 0,03 до 0,05 мм, что допустимо в практике сварки малогабаритных деталей.

На точность выбранного способа контроля заметно влияло правильное размещение телевизионной камеры относительно свариваемого изделия и наличие гарантированного зазора по всей длине стыка. Поэтому для каждого диаметра определяли положение камеры. Вначале включали луч при нулевом токе в отклоняющих катушках. Под этот луч подводили стык изделия. Это положение фиксировали. Далее регулировали положение телевизионной камеры так, чтобы контролируемый стык располагался по центру экрана камеры. Верхний край изделия при этом наблюдали на экране на расстоянии не менее 1/3 высоты кадра от его начала. Наличие гарантированного зазора проверяли перед каждой сваркой засветкой зазора на просвет со стороны, противоположной расположенную камеры. Зазор контролировали по экрану при полном обороте изделия. Для каждого диаметра изделия определяли коэффициент увеличения телевизионной системы К_у и рассчитывали масштабный коэффициент П. На этот коэффициент умножали результаты измерения высоты переднего фронта сварочной ванны, фиксируемые на бумажной ленте МПУ-16 и отображаемые цифровым прибором. Указанный пересчет необходимо проводить, если калибровкой макета не удавалось добиться измерения в единицах измерения глубины проплавления. В этом случае результаты измерения выдавались в относительных единицах.

Материалы, размеры образцов, режимы сварки для каждого образца приведены в таблице.

Телевизионный датчик преобразовывал оптическое изображение зоны сварки в последовательность электрических сигналов. Для сокращения объема информации был применен метод стробирования полезного сигнала, т.е. сигнала от переднего фронта сварочной ванны в зазоре видеосигнала от факела.

При контроле переднего фронта сварочной ванны применяли режим следящего строба, положение которого отслеживало положение по строке ванны, наблюдаемой в зазоре. Уход стыка возможен из-за осевых биений. Для повышения достоверности контроля необходимо, чтобы
l_0макс ≅ 0,5L, где l_0макс - максимальный уход стыка по оси Х;
L - размер рабочего поля фотокатода по оси Х.

Размеры строба по строке и кадру регулировали. Изменяя размер строба по строке, т.е. "сужая" его, добивались выделения только полезной информации, отфильтровывая помехи, даваемые бликами, рисками, царапинами на свариваемых изделиях.

Детектирование сигнала высоты факела осуществляли путем амплитудного компаратора, на один вход которого поступал видеосигнал, а на другой подавалось напряжение с потенциометра, равное 0,7А_макс, где А_макс - максимальная амплитуда сигнала от факела.

Длительность временного интервала по кадру между детекторной линией и базовой линией, устанавливаемой по верхнему краю свариваемых изделий, была пропорциональна высоте факела.

На основании полученных результатов приближенно была оценена погрешность телевизионного метода контроля. За истинную величину была принята глубина провара, определяемая по макрошлифу.

Перед изготовлением макрошлифов каждый шов и контрольная точка (отметка отклоненным лучом) маркировались. Образцы резали поперек шва по контрольным меткам. Размеры провара (истинные) определяли по поперечным макрошлифам. Измерения вели с помощью микроскопа МБС-1 с ценой деления 0,1 мм при семикратном увеличении.

Так как глубину провара измеряли в каждой контрольной точке, то погрешность телевизионного метода оценивали по результатам измерений по каждому образцу в каждой контролируемой точке. Погрешность ε телевизионного метода рассчитывали по формуле
ε = · 100 % где n - количество контролируемых точек;
h_iш - глубина провара в i-й точке, измеренная по макрошлифу;
h_iг - глубина провара в i-й точке, измеренная телевизионным методом.

Расчет показал, что погрешность телевизионного контроля для исследуемых материалов и режимов в среднем составляла не более 5% при гарантированном зазоре не менее 0,03 мм и классе чистоты обработки стыкуемых поверхностей не хуже ▿ 5.

Были проведены исследования по выявлению корреляции геометрии факела, т.е. ионного облака над зоной обработки, с геометрией шва. Макет телевизионной измерительной системы позволил одновременно фиксировать глубину провара в зазоре, ширину и высоту факела. Размеры факела фиксировали в относительных единицах. Сопоставление результатов измерения ширины шва по макрошлифам и ширине факела с помощью телевизионной системы указало на пропорциональность этих размеров. Таким образом в данном случае могла быть выбрана простейшая линейная модель вида
BKB_ф где В_ш - ширина шва;
В_ф - ширина факела;
К - коэффициент пропорциональности.

Исследования зависимости высоты факела от I_ф показали экстремальный характер этой зависимости. Причем, если при оптимальном значении I_фглубина провара h и коэффициент формы шва К_ф максимальны, то размеры факела минимальны.

Корреляция ширины факела Вф с шириной шва В_ш и экстремальный характер высоты факела h_ф в зависимости от тока дали основание использовать указанные параметры в системах стабилизации и регулирования глубины провара в процессе сварки.

Изобретение относится к технологии электронно-лучевой сварки. Целью изобретения является повышение точности. В процессе сварки контроль осуществляют по току луча, сканирующего поперек стыка. Измеряют высоту переднего фронта сварочной ванны в стыке и высоту ионного облака над зоной сварки. Суммируют результаты измерения и поддерживают величину суммы постоянной. Сканирование электронного луча поперек стыка производят по синусоиде с амплитудой, равной зазору в стыке с частотой, равной скорости сварки, деленной на разность величин зазора в стыке и апертуры луча. Величину тока луча изменяют по синусоидальному закону с частотой, равной двойной частоте сканирования луча. При этом максимальное значение тока луча соответствует его максимальному отклонению. О форме и глубине шва судят также по форме и высоте ионного облака, т.к. они идентичны. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ по току луча, сканирующего поперек стыка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют высоту переднего фронта сварочной ванны в стыке и высоту ионного облака над зоной сварки, суммируют результаты измерения и поддерживают величину суммы постоянной. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сканирование электронного луча поперек стыка производят по синусоиде с амплитудой, равной зазору в стыке с частотой, равной

где a - апертура луча;
b - величина зазора в стыке;
V - скорость сварки. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что величину тока луча изменяют по синусоидальному закону с частотой 2F, причем максимальное значение тока луча соответствует его максимальному отклонению. 4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что определяют функциональную зависимость между высотой переднего фронта сварочной ванны и высотой ионного облака над зоной сварки и текущие значения этой функции фиксируют.