Способ контроля времени работы катода и подогревателя сварочной электронной пушки и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК B23K15/00 

Изобретение относится к сварочному производству и предназначено для контроля срока службы катодного узла сварочной электронной пушки.

Целью изобретения является повышение точности определения выработки ресурса катода и подогревателя.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

В течение каждого периода работы сварочной электронной пушки измеряют и фиксируют в функции времени ток электронного пучка, ток бомбардировки катода, ток подогревателя, затем вычисляют и фиксируют время отбора таких значений этих токов, при которых определен срок службы, по соотношениям:

J fl

Тк,--2- Indt;

7W-S /to,

/600

1р

нС

1фо J

(I)

а общее время Гкат работы катода и подогревателя пушки определяют по соотношениям:

T™ Ki2TKt+K&Tel+KЈTai;(2)

ttfi

7 noiorp / 42/6 -}- 5S7 (3)

где /nna«t, /п - максимальное и текущее значе ния тока электронного пучка, /во, /б - оптимальное и текущее значения тока бомбардировки катода,

/но, /и - оптимальное и текущее значения тока подогревателя; t - время;

Дг1, - время 1-го периода работы пушки;

ьо

о to

Јь

|

K.i-/(5 - весовые коэффициенты, зависящие от конструкции катодного узла пушки.

Для катодов с косвенным подогревом при нагреве электронной бомбардировкой , , если бомбардировка и накал включаются и выключаются одновременно (как в прототипе); , , , если бомбардировка и накал включаются и выключаются неодновременно. При нагреве катода излучением подогревателя , .

Для прямонакальных катодов . Срок службы катода пушки определяется степенью его разрушения от электронной бомбардировки со стороны подогревателя и ионной бомбардировки со стороны анода, когда теряются заданные эмиссионная способность и качество пространственно-энергетических параметров электронного пучка. Степень нагрева и скорость разрушения катода прямо пропорциональны току его бомбардировки (напряжение бомбардировки постоянно) и току электронного пучка (ускоряющее напряжение постоянно). Срок службы катода обычно определяется для оптимального тока бомбардировки, обеспечивающего ограничение эмиссии пространственным зарядом, и максимального (паспортного) тока электронного пучка. Поскольку режим бомбардировки регулируют в процессе подготовки к сварке, а ток электронного пучка в период работы пушки непостоянен по условиям технологического процесса, то реальный срок службы катода отличается от паспортного. Для оценки реальной выработки срока службы катода определяют приведенное время его работы, т. е. время, за которое происходит такая же потеря характеристик катода, но режим работы соответсвует оптимальному току бомбардировки и максимальному току электронного пучка:

А,

Гк, Indt;

/nMdKCjйЛ-1 I6dt/60 Ј

(4)

Коэффициент Ki определяет степень разрушения катода со стороны анода (т. е. его эмиссионной поверхности) и зависит от материала катода, степени разрежения в ускоряющем промежутке, диаметра отверстия в аноде, наличия ловушки арэ и газов из сварочной ванны, а в случае ее отсутствия и от свариваемого материала. Для сварочной пушки аппаратуры ЭЛА-15, имеющей лантанборидный катод, дифференциальную откачку, но не имеющей ловушки парогазового потока, общее время работы катода определяют из соотношения

Т к.т , + 27б1.(5)

Аналогично обосновывается и контроль времени работы подогревателя катода для этой же пушки:

Тподогр К.427 б + 7 п1.(6)

Таким образом, при контроле времени работы катода пушки учтен режим подогрева катода, отбор эмиссии с него (формирование электронного пучка) и режим этого отбора. Кроме того, введен контроль

времени работы подогревателя катода

Устройство содержит датчики токов подогревателя 1, бомбардировки 2 и электронного пучка 3, мультиплексор 4, генератор 5 тактовых импульсов, формирователь б пачки

импульсов, аналого-цифровой преобразователь 7, цифровыми выходами соединенный с цифровыми входами первого 8, второго 9, третьего 10, четвертого 11, пятого 12 регистров, дешифратор 13, своими выходами соединенный с управляющими входами с пер0 вого по пятый регистров 8-12,-причем управляющий вход пятого регистра 12 через элемент 14 задержки соединен с управляющими входами шестого 15 и седьмого 16 регистров, цифровые входы которых, соот5 ветственно, подключены к выходам первого 17 и второго 18 сумматоров, буферный источник 19 питания, связанный с входами питания шестого 15 и седьмого 16 регистров, первый элемент И 20 и блок 21 индикации, первые входы которого подключе0 ны к выходам шестого регистра 15 и четвертыми входами первого сумматора 17. Вторые входы блока 21 индикации подключены к выходам седьмого регистра 16 и к третьим входам второго сумматора 18, первые входы которого подключены к выхо5 дам четвертого регистра 11, а вторые - к выходам пятого регистра 12. Выходы с первого по третий регистров 8-10 подключены, соответственно, к первым, вторым и третьим входам первого сумматора 17.

0 Первый вход мультиплексора 4 соединен с выходом датчика 1 тока подогревателя, второй и четвертый его входы - соответственно с первым и вторым выходами датчика 2 тока бомбардировки, третий и пя- тый его входы - с первым и вторым выходами датчика 3 тока электронного пучка соответственно, а выход - с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 7, управляющий вход которого соединен с первым входом первого элеменQ та И 20 и с управляющим выходом формирователя 6 пачки импульсов, цифровые выходы которого соединены с цифровыми входами мультиплексора 4 и дешифратора 13, управляющий вход которого подключен к выходу первого элемента И 20, второй

5 вход которого соединен с управляющим выходом преобразователя 7. Генератор 5 тактовых импульсов выходом соединен с входом формирователя 6 пачки импульсов.

Формирователь 6 пачки импульсов включает в свой состав генератор 22 импульсов, второй элемент И 23, триггер 24, восьмой регистр 25 и счетчик 26. Первый вход второго элемента И 23 соединен с выходом триггера 24, второй его вход - с выходом генератора 22 импульсов и с установки триггера 24, третий его вход - с входом сброса триггера 24 и с выходом заема счетчика 26, вычитающий вход которого подключен к выходу второго элемента И 23 и является управляющим выходом формирователя 6. Восьмой регистр 25 своими выходами соединен с информационными входами счетчика 26, управляющий вход которого является входом формирователя 6, а цифровые выходы - цифровыми выходами формирователя 6.

Кроме того, на чертеже показана электронная сварочная пушка 27, электронный пучок 28, подогреватель 29, катод 30, управляющий электрод 31, анод 32, фокусирующая линза 33, электромагнитная система отклонения 34, свариваемое изделие 35, свариваемый стык 36.

Устройство работает следующим образом. Устройство начинает функционировать после включения питания электронной свароч йой пушки 27. Тактовые импульсы с выхода генератора 5 тактовых импульсов поступают на управляющий вход счетчика 26. При этом в счетчик 26 записывается код восьмого регистра 25 (в данном случае код «5 в двоичном представлении). На выходе заема счетчика 26 устанавливается сигнал высокого логического уровня, который реблокирует второй элемент И 23 и триггер 24. При поступлении импульса с выхода генератора 22 импульсов по переднему его фронту взводится триггер 24, разрешая прохождение импульсов формируемой пачки на выход формирователя 6 и на вычитающий вход счетчика 26. После выдачи количества импульсов, равного числу, код которого хранится в восьмом регистре 25, на выходе заема счетчика 26 устанавливается логический сигнал низкого уровня, который блокирует второй элемент И 23 и сбрасывает триггер 24, чем завершает формирова- ние пачки импульсов. На цифровых выходах счетчика 26 во время формирования пачки импульсов выдаются коды номерков импульсов, которыми управляются мультиплексор 4 и дешифратор 13. Мультиплексор 4 при этом последовательно подключает соответствующие выходы первого 1, второго 2 и третьего 3 датчиков к информационному входу аналого-цифрового преобразователя 7, на управляющий его вход, инициирующий режим преобразования, подаются импульсы с выхода формирователя 6. После окончания преобразования аналогового сигнала в цифровой на управляющем выходе аналого

5

0

0

5

5 5

цифрового преобразователя 7 появляется сигнал «Конец преобразования, который через первый элемент И 20 поступает на управляющий вход дешифратора 13, стробируя его выходные сигналы, которыми осуществляется последовательная запись информации с выхода аналого-цифрового преобразователя 7 в регистры с первого по пятый 8-12. Коды регистров с первого по третий 8-10 суммируются с содержимым шестого регистра 15 первым сумматором 17, коды четвертого 11 и пятого 12 регистров суммируются с кодом седьмого регистра 16 вторым сумматором 18. После записи информации в пятый регистр 12 через промежуток времени, определяемый элементом 14 задержки, время задержки которого должно быть больше времени, которое необходимо для работы первого 17 и второго 18 сумматоров, производится запись информации с выходов первого 17 и второго 18 сумматоров соответственно в шестой 15 и седьмой 18 регистры, содержимое которых индицируется блоком 21 индикации. Таким образом, в шестом 15 и седьмом 16 регистрах накапливаются значения /Var и Тшиогр, реализуемые по выражениям (2) и (3). За счет того, что пятый 15 и шестой 16 регистры имеют буферный автономный источник 19 питания, например гальванический элемент, в них накапливается информация о времени работы катода и подогревателя за все периоды работы электронной пушки 27.

Пример. Способ проверялся на сварочной установке У788, оснащенной энергоблоком ЭЛА-60/60, массивной стальной мишенью, а также макетом устройства, реализующего предлагаемый способ. В источник питания энергоблока ЭЛА-60/60 был введен счетчик моточасов 228 чп для контроля времени работы подогрева катода пушки (аналогично прототипу). В пушке использовался лантанборидный катод диаметром 4,7 мм. 0 Вначале был определен коэффициент Ki в формуле для общего времени работы катода. Для этого сравнивался срок службы двух одинаковых вначале катодов при их работе в разных режимах - один катод только нагревался электронной бомбардировкой без подачи ускоряющего напряжения, а другой работал с эмиссией электронного пучка током 1 А при ускоряющем напряжении 60 кВ (при этом осуществлялся процесс проплавления на мишени). Для первого катода потеря номинальной эмиссионной способности наступила после 14,3 ч, а для второго катода - через 3,5 ч непрерывной работы. Отсюда, пользуясь соотношением (2) для общего времени работы катода, получаем уравнение для К: 14,3

Кг 3,5+3,5. Следовательно, ,09. Затем третий катод непрерывно эксплуатировал ся в режиме модуляции тока электронного

0

пучка треугольными импульсами длительностью 1 мин и амплитудой 1 А (при оптимальном подогреве катода). Срок службы этого катода составил 5,73 ч астрономического времени. В соответствии с соотношением (2) по предлагаемому способу

, (,3,09;

/пм а кс J

4r+A/i 14,3 ч,

находим, что это время должно составлять: ,62 ч. Точность определения выработки ресурса катода по предлагаемому

5 735 62

способу составляет- -- 00% 1,92%,

по способу-прототипу

100%«38,92%.

Таким образом, благодаря использованию предлагаемого способа контроля времени работы катода и подогревателя точность контроля выработки ресурса катода повышается более, чем в 20 раз.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в снижении брака свариваемых изделий.

Формула изобретения

1 Способ контроля времени работы ка- года к подогревателя сварочной электронной пушки, заключающийся в измерении и суммировании периодов работы пушки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения выработки ресурса катода и подогревателя, в течении каждого периода работы пушки измеряют и фиксируют в функции времени ток электронного пучка, ток бомбардировки катода, ток подогревателя, затем вычисляют и фиксируют время отбора таких значений этих токов, при которых определен срок службы, по соотношениям

A±i

Гк, hdt,

In макс Ј

fi

7б,тЦ kdt,

/бо J

hdt

/но J

а общее время работы катода Ткач и подогревателя Тподогр пушки определяют по соотношениям

Г«ат К||71к1+К2 7 6 | + Кз|71п1

г„одогр к4|т±к Тш

5

8

где/пмакс,/л -максимальное и текущее значения тока электронного пучка;

&t, - время /-го периода работы пушки;

/ - время;

/во, /в - оптимальное и текущее значения тока бомбардировки катода;/но, /н - оптимальное и текущее зна0чения тока подогревателл;

Ki-Ks- весовые коэффициенты, зависящие ог конструкции катодно го узла пушки.

2. Устройство контроля времени работы катода 4 и подогревателя сварочной электронной пушки, содержащее датчики токов подогревателя, бомбардировки и электронного пучка и блок индикации, отличающееся тем, что оно снабжено мультиплексором, генератором тактовых импульсов, фор0 мирователем пачки импульсов, дешифратором, с первого по седьмой регистрами, первым и вторым сумматорами, элементом И, элементом задержки, буферным источником питания, аналого-цифровым преобразователем, цифровым выходом, связанным с цифровыми входами регистров с первого по пятый, причем выходы с первого по пятый дешифратора связаны соответственно с управляющими входами с первого по пятый регистров, выходы первого и второго сумQ маторов подключены соответственно к информационным входам шестого и седьмого регистров, первый вход мультиплексора соединен с выходом датчика тока подогревателя, второй и четвертый входы его соединены соответственно с первым и вторым выходаg ми датчика тока бомбардировки, третий и пятый входы - соответственно с первым и вторым выходами датчика тока электронного пучка, адресные его входы соединены соответственно с цифровыми выходами формирователя пачки импульсов и цифровыми

0 входами дешифратора, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И, у которого первый вход подключен к управляющему выходу формирователя пачки импульсов и к управляющему входу аналого- цифрового преобразователя, информационным входом соединенного с выходом мультиплексора, а управляющим выходом - с вторым входом элемента И, кроме того выходы регистров с первого по третий соответственно подключены к первым, вторым и тред тьим входам первого сумматора, к четвертым входам которого подключены выходы шестого регистра и первые входы блока индикации, ьлходы четвертого и пятого регистров подключены соответственно к первым и вторым входам второго сумматора, к

5 третьим входам которого подключены выходы седьмого регистра и вторые входы блока индикации, входы питания шестого и седьмого регистров соединены с буферным

5

источником питания, управляющий вход пятого регистра через элемент задержки соединен с управляющими входами шестого и

седьмого регистров, генератор тактовых импульсов выходом соединен с входом формирователя пачки импульсов.

Изобретение относится к сварочному производству и предназначено для контроля срока службы катодного узла сварочной электронной пушки. Цель изобретения - повышение точности определения выработки ресурса катода и подогревателя В течение каждого периода работы сварочной электронной пушки измеряют и фиксируют в функции времени ток электронного пучка, ток бомбардировки катода и ток подогревателя. Затем фиксируют время отбора таких значений этих токов, при которых определен срок службы по выведенным математическим соотношениям. Устройство содержит датчики токов подогревателя, бомбардировки и электронного луча, мультиплексор и аналого-цифровой преобразователь Устройство управления содержит генератор тактовых импульсов, формирователь пачки импульсов, регистры, дешифратор, два сумматора и блок индикации. За счет дифференцированного измерения токовых параметров электронной пушки точность контроля выработки ресурса катода возрастает 2 с п. ф-лы, 1 ил. (С (Л