СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Советский патент 1996 года по МПК B23K15/00 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для автоматизации процесса электронно-лучевой сварки.

Целью изобретения является повышение производительности процесса сварки.

На чертеже изображена функциональная схема устройства для осуществления способа.

Электронный луч, формируемый электронно-лучевой пушкой и фокусирующей системой, взаимодействует с изделием, которое установлено на проводящей подкладке, соединенной через датчик тока с корпусом и изолированной от платформы посредством изолятора. Ток, возникающий в свариваемом изделии, имеет постоянную и переменную составляющие и, протекая через датчик тока, создает на нем падение напряжения. Переменная составляющая сигнала, снимаемого с датчика тока, амплитуда которой пропорциональна глубине проплавления шва, выделяется фильтром и подается через пиковый детектор на первый вход порогового элемента, на второй вход которого подается уровень, соответствующий заданной глубине проплавления. При достижении глубины проплавления заданной величины пороговый элемент открывает ключ, через который на тактовый вход шагового привода начинают поступать импульсы с выхода задающего генератора. Первый же импульс обеспечивает дискретное перемещение свариваемого изделия в направлении сварки на один шаг. Если глубина проплавления осталась на заданном уровне, то на вход шагового привода поступает второй импульс с задающего генератора, обеспечивая перемещение изделия еще на один шаг. Если же глубина проплавления после дискретного перемещения изделия оказалась меньше заданной величины, то пороговый элемент блокирует прохождение импульсов на тактовый вход привода до тех пор, пока глубина проплавления не достигнет заданного значения. Таким образом обеспечивается автоматическое задание средней скорости перемещения изделия в зависимости от скорости образования канала проплавления. При этом средняя скорость перемещения изделия приближается к максимально возможной для данных условий протекания процесса.

Частота f_r задающего генератора выбирается исходя из следующего условия:
f_св.max <f_r <f_np, (I)
где f_св.max частота, обеспечивающая максимально возможную по технологическим соображениям скорость перемещения изделия;
f_np частота приемистости шагового двигателя.

Величина единичного дискретного перемещения выбирается исходя из требований к допустимой амплитуде колебаний глубины проплавления и может быть как меньше, так и больше диаметра луча в зоне сварки. В большинстве случаев величина шага лежит в пределах:
0,1d < Δ <d (2)
где d диаметр луча в зоне сварки;
D величина шага.

На чертеже приведено предлагаемое устройство.

Устройство для управления процессом электронно-лучевой сварки содержит электронно-лучевую пушку 1, связанную с отрицательным полюсом источника 2 питания, положительный полюс которого связан с корпусом устройства. В вакуумной камере 3 размещены фокусирующая система 4, проводящая подкладка 50 установленная на изоляторе 6, размещенном на подвижной платформе 7. Подкладка 5 связана с корпусом камеры 3 через датчик 8 тока, выход которого выведен из камеры и подключен к фильтру 9. Выход фильтра 9 через пиковый детектор 10 подключен к первому входу порогового элемента 11, второй вход которого связан с выходом задающего элемента 12, а выход подключен к управляющему входу ключа 13, соединяющего выход задающего генератора 14 с тактовым входом шагового привода 15, выход которого подключен к подвижной платформе 7. Позицией 16 обозначено свариваемое изделие.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии луча ключ 13 заперт, платформа 7 неподвижна. Появление луча вызывает при взаимодействии его со свариваемым изделием 16 протекание тока по датчику 8 тока, амплитуда переменной составляющей которого, пропорциональная глубине проплавления шва, преобразуется фильтром 9 и пиковым детектором 10 в сигнал, поступающий на первый вход порогового элемента 11. При достижении глубины проплавления заданной величины, определяемой уровнем сигнала, поступающего на второй вход порогового элемента 11, последний открывает ключ 13, первый же импульс, поступающий с выхода задающего генератора 14 на вход шагового привода 15, инициирует перемещение свариваемого изделия 16 на один шаг в направлении сварки. При этом луч попадает на менее разогретую зону обработки, что вызывает изменение амплитуды переменной составляющей тока, протекающего через датчик 8 тока. Если в результате этого уровень сигнала на первом входе порогового элемента 11 примет значение, меньшее уровня сигнала на его втором входе, то ключ 13 закроется и последующие импульсы с выхода генератора 14 не пройдут на вход шагового привода 15. Платформа 7 при этом будет находится в неподвижном состоянии до тех пор, пока глубина проплавлений не достигнет заданной величины, и пороговый элемент вновь не откроет ключ 13.

Если же после дискретного перемещения изделия на один шаг сигнал, характеризующий значение глубины проплавления, по-прежнему больше уровня на втором входе порогового элемента 11, то ключ 13 останется открытым и второй импульс с задающего генератора 14 инициирует перемещение изделия еще на один шаг в направлении сварки. Движение будет продолжаться, пока глубина проплавления имеет значение, не меньше заданного посредством задающего элемента 12. Таким образом, средняя скорость перемещения изделия задается скоростью проплавления канала и может достичь максимально возможно для данных условий протекания процесса значения.

Способ был реализован на установке УЭЛС-902 при сварке стали Х18Н10Т толщиной 15 мм при следующих режимах: ускоряющее напряжение 25 кВ, ток луча 80 мА, ток фокусировки 70 мА.

Для обеспечения амплитуды пульсаций глубины шва в пределах 0,5 мм при глубине проплавления 5 мм, толщине изделия 10 мм, единичный шаг перемещения был установлен равным 0,1 мм. Частота задающего генератора 14 была выбрана равной 1,6 кГц. Для осуществления способа был использован шаговый двигатель ШД5Д-1М с частотой приемистости 1,666 кГц. Скорость сварки удалось увеличить на 20% по сравнению с известными способами.

Применение способа для управления процессом электронно-лучевой сварки:
повысить производительность сварки путем увеличения скорости перемещения изделия до максимально возможного значения.

уменьшить термические напряжения и увеличить среднюю мощность тепловложения в зоне обработки за счет исключения импульсного режима источника нагрева.

упростить структуру системы управления исключением модулятора электронного луча.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для автоматизации процесса электронно-лучевой сварки. Цель изобретения - повышение производительности сварки. Способ управления процессом электронно-лучевой сварки заключается в регулировании удельной энергии тепловложения в зоне обработки по информации о токе, протекающем через изделие. По достижении амплитуды переменной составляющей тока, протекающего через изделие заданной величины дискретно перемещают изделие в направлении сварки. Устройство для управления процессом электронно-лучевой сварки обеспечивает посредством введенного в него ключа подключение выхода задающего генератора к тактовому входу шагового привода перемещения изделия. По достижении глубины проплавления шва величины, уставка которой осуществляется задающим элементом, срабатывает пороговый элемент и осуществляется пошаговое перемещение изделия. Такое решение обеспечивает повышение скорости электронно-лучевой сварки путем автоматического задания в процессе формирования шва максимально возможно значения скорости сварки. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ управления процессом электронно-лучевой сварки, заключающийся в изменении удельной энергии тепловложения в зоне обработки при достижении амплитуды переменной составляющей тока, протекающего через свариваемое изделие, заданной величины, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса сварки, дискретное перемещение изделия в направлении сварки осуществляют по достижении амплитуды перемещения составляющей тока, протекающего через свариваемое изделие, заданной величины. 2. Устройство для управления процессом электронно-лучевой сварки, содержащее электронно-лучевую пушку, соединенную с отрицательным полюсом источника питания, положительный полюс которого связан с корпусом устройства, вакуумную камеру с размещенными в ней фокусирующей системой, подвижной платформой и изолированной от корпуса посредством изолятора, установленного на платформе, проводящей подкладкой, связанной с корпусом через датчик тока, задающий генератор, привод перемещения изделия, выход которого соединен с подвижной платформой, пороговый элемент, первый вход которого подключен через последовательно соединенные пиковый детектор и фильтр к датчику тока, а второй вход связан с выходом задающего элемента, отличающееся тем, что привод перемещения выполнен в виде шагового привода, тактовый вход которого подключен к выходу задающего генератора через дополнительно введенный в устройство ключ, управляющий вход которого соединен с выходом порогового элемента.