Электротермическая установка с электронной пушкой Советский патент 1992 года по МПК B23K15/00 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для электротехнических установок с использованием электронной пушки.

Цель изобретения - повышение качества обработки путем обеспечения стабильности тока пучка электронов.

На фиг.1 представлена функциональная схема установки с одной диодной электродной пушкой; на фиг.2 - электрическая схема преобразователя с характеристикой диодной электронной пушки| на фиг. 3 - регулировочная характеристика прямонакальной пушки и выходные характеристики преобразователя.

Специализированные электротермические установки содержат несколько электронных излучателэй, работающих в различных режимах. В установке используются излучатели прецизионной обработки.

для управления которыми используются автоматические регуляторы.

Установка, показанная на фиг.1, содержит диодную электродную пушку 1 (другие пушки не показаны и могут иметь аналогичные автоматические регуляторы), блок питания пушки, включающий высоковольтный источник 2. высоковольтный прерыватель 3, датчик 4 тока пучка, блок 5 управления прерывателем 3. блок 6 задания режима, схему 7 сравнения, блок 8 управления током накала электронной пушки 1, блок 9 питания накала пушки, датчик 10 тока накала пушки, преобразователь 11 с характеристикой диодной электронной пушки 1, коммутатор 12, узел 13 управления преобразователем 11. На фиг.1 показаны также изделие 14 и пучок 15 электронов.

Преобразователь 11, как показано на фиг.2, содержит пэрвый 16 и второй 17 входа

СО

N

со

ные резисторы, операционный усилитель 18, первый 19 и второй 20 диоды, переменный резистор 21 обратной связи.

Установка может иметь несколько диодных пушек, подключаемых к высоковольтно- му источнику 2 через прерыватель 3 (не показаны).

Установка работает следующим образом.

Оператор или система управления (не по- казаны)через блок 6 задает режим работы электронной пушки 1, на которую через прерыватель 3 от высоковольтного источника 2 подается высокое напряжение. Величина тока накала электронной пушки 1 определи- ет ток пучка 15 электронов, направленного на изделие 14. Датчик 4 тока пучка через коммутатор 12 подключен на первый вход схемы 7 сравнения, на выходе которой формируется управляющий сигнал, воздейству- ющий на нить накала электронной пушки 1 через блоки 8 и 9. Датчик 10 тока накала выдает сигнал на преобразователь 11, с выхода которого снимается сигнал, равный по величине сигналу, снимаемому с датчика 4 тока пучка. Для настройки преобразователя 11 сигнал с его выхода подается на схему сравнения узла 13 управления преобразователем. На второй вход этой схемы поступает сигнал с датчика 4 тока пушки. Разность сигналов от преобразователя 11 и датчика 4 корректирует величину сигнала отсечки, поступающего на первый резистор 16 преобразователя 11. При этом сигнал с выхода преобразователя 11 становится рав- ным по величине сигналу от датчика 4 тока пучка.

При испарении материала изделия 14 пучком 15 электронов и попадании его паров в пушку 1 возникают пробои. Для пре- кращения разряда высоковольтный прерыватель 3 отключает высоковольтный источник 2 от электронной пушки 1.

Для управления прерывателем 3 на вход блока 5 управления прерывателем по- ступают сигналы от датчика 4 тока пучка и задатчика 6 режима. При пробое сигнал датчика 4 тока пучка резко возрастает и превышает сигнал, получаемый от задатчика 6 режима пушки. При этом формируется сиг- нал управления прерывателем 3, который отключает высокое напряжение на время, равное нескольким десяткам миллисекунд. За это время устраняются условия развития разряда в пушке.

При снятии высокого напряжения с электронной пушки 1 исчезает сигнал датчика 4 тока пучка. Это вызывает срабатывание коммутатора 12, который подключает вход преобразователя 11 на вход схемы 7

сравнения. Поскольку сигналы с выходов датчика 4 тока пучка и преобразователя равны, то величина тока накала не изменяется за время отсутствия тока пучка.

При повторном подключении электронной пушки 1 к высоковольтному источнику 2 вновь возникает ток пучка 15 электронов, поддерживаемый током накала пушки 1 и равный величине тока пучка до пробоя.

От сигнала датчика 4 тока пучка срабатывает коммутатор 12, который подключает датчик 4 тока пучка к входу схемы 7 сравнения и отключает выход преобразователя 11.

Режим работы преобразователя 11 задается сигналами на входах первого 16 и второго 17 резисторов. Эти сигналы разные по знаку. В случае, когда сигнал на входе второго резистора 17 превышает сигнал на входе первого резистора 16, на выходе операционного усилителя 18 появляется сигнал, имитирующий возникновение тока пучка. Наклон характеристики задается выбором величины переменного резистора 21 обратной связи. Диоды 19 и 20 обеспечивают получение заданной полярности сигнала.

На фиг.З представлена характеристика диодной пушки. На этой характеристике показаны напряжение 22, поступающее от блока 13, и напряжение 23, имитирующее ток пучка при сигнале 24 от датчика 10 тока накала электронной пушки 1.

Разброс тока пучка Aln определяется несоответствием характеристики диодной пушки 1 характеристике преобразователя 11. Наклон характеристики задается резистором 21, а величина отсечки-нал ряжением от узла 13 управления преобразователем, который имеет в своем составе фильтр низкой частоты, сохраняющий значение выходного сигнала на время прерывания пучка 15 электронов.

При изменении характеристик электронной пушки 1 за счет выработки катода происходит автоматическая подстройка режима преобразователя 11.

При высокой частоте прерывания пучка 15 электронов возникает нестабильность тока за счет изменения сигнала отсечки. Для исключения этого целесообразно устанавливать на выходе узла 13 управления преобразователем блоки аналоговой памяти, управляемые сигналом датчика 4 тока пучка, однако это несколько усложняет блок 13.

Таким образом, благодаря введению новых связей узлов и блоков удалось улучшить стабильность тока пучка электроннолучевых термических установок. В результате использования изобретения сигналы на выходе преобразователя 11 и датчика 4 тока пучка остаются постоянными во всем диапазоне изменений режимов диодной пушки, что гарантирует исключение ударных бросков тока накала и тока пучка. повышает качество обрабатываемых изделий и исключает брак вследствие их оплавления или прожога,

Изобретение было реализовано в установке УЭ-193, в состав которой входят шесть электронных пушек, две из которых используются для нагрева поверхности лопаток, а остальные - для плавления материалов, используемых для упрочняющего покрытия. Режим работы пушек, используе- мых для нагрева, обеспечивал ток пучка 400 мА, а режимы работы других излучателей - до2А.

Установка прошла экспериментальную проверку и используется на электронно-лу- чевых установках для нанесения защитных покрытий на лопатки газотурбинных двигателей. Нагрев лопаток в таких установках осуществляют электронным лучом. Применение устройства управления режимом ди- одной пушки позволило ликвидировать ударные броски по току накала и току пучка в переходных режимах при включении электронной пушки под номинальную нагрузку и отключении тока пучка при пробоях. В результате использования изобретения удалось полностью исключить локальный

перегрев и оплавление поверхности лопаток газотурбинных двигателей.

Формула изобретения Электротермическая установка с электронной пушкой, содержащая последовательно соединенные высоковольтный источник, высоковольтный прерыватель, датчик тока пучка и электронную пушку, блок управления прерывателем, первый вход которого связан с выходом датчика тока пучка, а второй - с первым выходом блока задания режима, второй выход которого связан с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с датчиком тока пучка через коммутатор, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества обработки путем обеспечения стабильности тока пучка электронов, оно содержит последовательно соединенные датчик тока накала пушки, преобразователь и узел управления преобразователем, а также последовательно соединенные блок управления током накала и блок питания накала пушки, причем второй вход узла управления преобразователем соединен с выходом датчика тока пучка, а выход - с вторым входом преобразователя, выход преобразователя соединен также с вторым входом коммутатора, а выход схемы сравнения соединен с входом блока управления током накала.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для электротермических установок с использованием электронной пушки. Цель изобретения - повышение качества обработки путем обеспечения стабильности тока пучка электронов. Установка содержит высоковольтный источник прерыватель, датчики тока пучка и тока накала, блок задания режима, коммутатор, блок сравнения и преобразователь. При пробое в электронной пушке прерыватель отключает высоковольтный источник на время, за которое устраняются условия развития разряда. При этом преобразователь, имитирующий характеристику электронной пушки, стабилизирует ток накала за время отсутствия тока пучка. Устройство позволяет улучшить стабильность тока пучка элект- ротермических установок путем автоматической подстройки режима при старении катода. 3 ил. ё

фигЛ

f/j;-5

фиг. 2

фиг.З