Устройство для автоматической фокусировки сварочного электронного луча Советский патент 1992 года по МПК B23K15/02 

сл С

Изобретение относится к области управления сварочными процессами, а именно к управлению параметрами процесса электронно-лучевой сварки. Устройство состоит из датчика 1 вторичных электронов, формирователя 2 сигнала, схем 3 и 4 аналоговой памяти, блока 5 сравнения, блока 6 определения знака, компаратора 7, управляемого ЦАП 8, усилителя 9 тока, фокусирующей электромагнитной системы 10. блока 11 управления, блока 12 фокусировки, отклоняющей системы 13, селектора 14. Изобретение позволяет обеспечить автоматическую фокусировку сварочного луча в реальном масштабе времени при изменении расстояния сварочная пушка-сва- риваемая деталь, величины ускоряющего напряжения и тока луча. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

i vj

GJ О

N

Изобретение относится к обпасти управления сварочными процессами, а именно к управлению параметрами процесса электронно-лучевой сварки.

Известно устройство для регулировки фокуса электронного луча, содержащее датчики вторичных электроноз, блок управления, электромагнитную фокусирующую линзу 1. Недостатками известного устройства являются применение двух датчиков, которые установлены над изделием симметрично относительно электронного луча, и невозможность поддержания симметрии системы датчик-луч-датчик в процессе сварки,

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для электронно-лучевой сварки, содержащее фокусирующую систему, датчик вторичных электронов, блок фокусировки и блок управления 2. Недостатками известного устройства являются следующие. Информация о величине смещения фокуса заключена в амплитуде сигнала датчика вторичных электронов. Всякое изменение амплитуды сигнала, вызванное дестабилизирующими факторами, воспринимается устройством как смещение фокуса, т.е. устройство обладает низкой помехозащищенностью. Сканирование поверхности свариваемых деталей фокальной плоскостью луча требует наличия зазора в стыке, в случае отсутствия зазора устройство не стабилизирует фокус. Устройство не стабилизирует фокусное расстояние в реальном времени, т.е. в ходе сварки, Амплитуда сигнала датчика зависит одновременно от величины зазора в стыке и от расстояния поверхности свариваемых деталей - сварочная пушка, что существенно снижает точность определения величины смещения фокуса.

Целью изобретения является повышение качества сварного шва за счет автома- тической установки и стабилизации фокусного расстояния электронного луча в процессе сварки в реальном масштабе времени.

Устройство содержит датчик 1 вторичных электронов, выход которого соединен с входом формирователя 2 сигнала, аыход формирователя 2 связан со входами схем 3 и 4 выборки-хранения,выходы которых соединены с входами блока 5 сравнения. Выход блока 5 сравнения соединен с входом блока б определения знака и выходом компаратора 7, при этом выход блока 6 определения знака связан с входом управляемого цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 8, а выход компаратора 7 связан с вторым входом управляемого ЦАП 8. Выход управляемого ЦАП 8 связан с первым входом усилителя 9 тока, выход которого подключен к фокусирующей электромагнитной системе 10. При этом первый и второй выходы блока

11 управления связаны со вторым входами 3 и 4 выборки-хранения, его третий выход - с третьим входом управляемого ЦАП 8, а вход блока 11 управления связан с выходом компаратора 7. На второй вход усилителя 9

0 тока поступает сигнал с выхода блока 12 фокусировки, а отклоняющая система 13 связана с выходом блока 12. Датчик 1 вторичных электронов снабжен селектором 14 электронов по энергиям, конструктивно со5 ставляющих единый узел.

ЦАП 8 предназначен для формирования напряжения, управляющего величиной и характером изменения тока фокусирующей системы. Под воздействием внешних управ0 ляющих сигналов выходное напряжение изменяется по величине, знаку, скорости нарастания спада, форме, что позволяет реализовать различные режимы работы устройства, которые максимально

5 удовлетворяют требованиям процесса сварки.

ЦАП 8 осуществляет только регулирование тока, При подаче по третьему входу серий импульсов на его выходе формируется

0 напряжение, соответствующее цифровому коду. Параметры этого напряжения определяются параметрами импульсной последовательности.

Устройство работает следующим обра5 зом.

Предварительное наведение и фокусировка электронного луча осуществляются при малом (2-5 тА) токе электронного луча. Блок 12 фокусировки, подключенный к QT0 клоняющей системе 13, создает в последней переменный ток, под действием магнитного поля которого луч совершает гармонические колебания малой амплитуды. Информация о положении луча относительно

5 стыка заключена в амплитуде сигнала, частота которого соответствует частоте сканирования стыка. Когда координаты луча и стыка совпадают, в спектре сигнала датчика вторичных электронов присутствуют только

0 составляющие, кратные двойной частоте сканирования. Фокусировка и совмещение луча со стыком осуществляются по максимуму амплитуды сигнала с двойной частотой сканирования, Максимум амплитуды сигна5 ла с двойной частотой сканирования достигается за счет регулировки величины выходного тока усилителя 9, управляющего напряжением с первого выхода блока 12 фокусировки и изменением величины постоянной составляющей второго выхода блоке

12, выходной сигнал датчика 1 поступает на вход формирователя 2 сигнала, где из спектра вторично-эмиссионного сигнала выделяется сигнал с двойной частотой сканирования. Индикация положения фокуса и взаимного положения луча относительно стыка осуществляется с помощью индикатора, входящего в состав формирователя 2. По окончании процесса предварительной фокусировки и наведения электронного луча устройство подготовлено к переходу в режим автоматической фокусировки сварочного электронного луча. Переход в режим сварки сопровождается увеличением тока луча до номинального (рабочего) значения. Выходной сигнал датчика 1 поступает на вход формирователя 2 сигнала. В формирователе 2 сигнала выделяется постоянная составляющая выходного сигнала датчика 1, Выходной сигнал формирователя 2 поступает на первые входы схем 3 и 4.

Режим их работы определяется командными сигналами,формируемыми блоком 11 управления. Временной интервал между выборкой сигнала в схеме 3 и выборкой сигнала в схеме 4 определяется величиной скорости сварки и ожидаемой величиной скорости изменения расстояния поверхность свариваемых деталей - сварочная пушка. Выходные сигналы схем 3 и 4 поступают на входы блока 5 сравнения, где осуществляется сравнение двух сигналов, между которыми имеется временной интервалу. Выходной сигнал блока 5 поступает на вход блока 6 определения знака, где определяется знак результата сравнения, и вход компаратора 7, где определяется величина результата сравнения. Если выходной сигнал блока 5 не превышает установленное значение, то выходной сигнал компаратора 7 отсутствует, выходное напряжение управляемого ЦАП 8 не изменяется, неизмененным остается выходной ток усилителя 9, а ток в электромагнитной фокусирующей системе 10 равен первоначально установленному 10. В блоке 11 формируются командные сигналы, управляющие режимом работы схем 3 и 4, циклы выборки - сравнения повторяются. Если выходной сигнал блока 3 сравнения превышает установленное значение, то на выходе компаратора 7 появляется сигнал разрешения по второму входу работы управляемого ЦАП 8, выходной сигнал блока 6 определяет по первому входу направление изменения выходного напряжения ЦАП 8, а по третьему ЦАП 8 получает последовательно серию импульсов, вызывающую последовательные приращения тока усилителя 9 и тока

электромагнитной фокусирующей систе мы 10. Изменение выходного сигнала датчика 1 после каждого приращения тока обрабаты вается в формирователе 2 и запоминается 5 в схемах 3 и 4. Если выходной сигнал блока 5 сравнения не превышает установленное значение, то циклы выборки - сравнения прекращаются. В противном случае циклы выборки-сравнения повторяются до тех 10 пор, пока выходной сигнал да гчика 1 не примет максимально возможного значения при текущих значениях расстояния поверхность свариваемой детали-сварочная пушка, толщине свариваемого материала, токе сварки 15 и величине ускоряющего напряжения.

Селектор 14 электронов не пропускает на датчик 1 электроны обладающие малой энергией.

Конструктивно датчик 1 выполнен в ви- 20 де диска, который устанавливается на нижнем торцовом срезе сварочной пушки. В центре диска выполнено сквозное отверстие для прохождения потока электронов (сварочного луча).

5Селектор 14 электронов конструктивно

выполнен в виде набора металлических сеток, которые электрически изолированы друг от друга, размеры ячеек у каждой сетки различны. На сетки поданы постоянные по- 0 тенциалы. Количество сеток, размер ячеек и величины постоянных потенциалов выбираются в зависимости от вида свариваемых материалов. Селектор 14 установлен на поверхности датчика 1, которая обращена к 5 сварочной ванне.

Устройство обладает следующими преимуществами: обеспечивает автоматическую фокусировку и стабилизацию фокуса сварочного луча непосредственно в ходе 0 электронно-лучевой сварки; работоспособ- но при отсутствии зазора в стыке и при помощи сварочного луча от 60 Вт до 15 кВт. В устройстве используется однозначная зависимость между амплитудой инфор- 5 мационного сигнала и расстоянием поверхность свариваемой детали - сварочная пушка, что повышает точность фокусировки.

Формула изобретения 01. Устройство для автоматической фокусировки сварочного электронного луча, содержащее фокусирующую электромагнитную систему, датчик вторичных электронов, блок фокусировки, блок управления и отклоняю- 5 щую систему, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сварного шва за счет стабилизации фокусного расстояния электронного луча в процессе сварки, оно снабжено формирователем сигнала, двумя схемами выборки-хранения, блоками срав

Нения и определения знака, компаратором,управляемого цифроаналогового преобра- управляемым цифроаналоговым преобра -зователя, к третьему входу которого под- зователем и усилителем тока, причем датчикключей третий выход блока управления, к вторичных электронов через формирова-второму - вход блока управления, а выход тель сигнала подключен к первым входам5 через усилитель тока соединен с электросхем выборки-хранения, вторые входы ко-магнитной фокусирующей системой, блок торых соединены с выходами блока управ-фокусировки выходами подключен к откло- ления, а выходы подключены к входам блоканяющей системе и к второму входу усилите- сравнения, выход которого подключен кля тока.

входам блока определения знака и компара-10 2. Устройство поп. 1,отличающеетора, выходы которых соединены соответст-с я тем, что датчик сторичных электронов

венно с первым и вторым входамиснабжен селектором электронов по энергиям.