Способ регулирования процесса электронно-лучевой сварки

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУВЛПК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3639229/27 (22) 07.09.83 (46) 15.11.93 Бюл. Йю 41-42 (72) Виноградов ВА„Шершнев НА; Павлово(ий (19) Я(. (11) (51) 5 В2,3 К15 00

АИ:, Григорьев Ю.В. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА

3IIEKTPOHH0-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ (57) 1133781

Изобретение относится к технологии электроннолучевой сварки.

Известен способ регулирования процесса электронно-лучевой сварки, при котором постоянную глубину проплавления поддерживают изменением тока фокусировки, добиваясь минимального значения излучения плазменного факела из зоны об.работки при установившемся режиме процесса, 10

Недостатком способа является невысокая точность из-за чувствител.ьности к запылению датчика парами металла и помехам от общего теплового излучения.

Наиболее близким к изобретению по 15 технической сущности и достигаемому эффекту является способ регулирования процесса электронно-лучевой сварки, при котором глубину проплавления поддерживают постоянной по минимальной мощно- 20 сти излучения плазменного факела из зоны сварки при установившемся режиме процесса.

Недостатком способа является невысокая точность регулирования глубины про- 25 плавления при электронно-лучевой сварке.

Целью изобретения является повышение точности при.расположении фокуса электронного луча на половине требуемой глубины проплавления. 30

Поставленная цель достигается тем, что в способе регулирования процесса электронно-лучевой сварки, при котором глубину и роплавления поддерживают постоянной по минимальной мощности излучения плаз- 35 менного факела из зоны сварки при установившемся режиме процесса; минимальное значение мощности излучения плазменного факела обеспечивают; устанавливая нулевое значение производной мощности иэлу- 40 ч ения плазменного факела путем регулирования тока электронного луча с одновременным наложением вобуляции на ток фокусировки луча с частотой 60-250 Гц и амплитудой, равной 0;3-5 » амплитуды то- 45 ка фокусировки.

На фиг. 1 изображена схема осуществления способа; на фиг. 2 — зависимость изменения мощности излучения плазменного факела из зоны сварки от тока фокусировки 50 при различных значениях тока электронного луча; на фиг. 3 — зависимость положения фокуса от тока фокусировки. С помощью электронной пушки 1, питаемой от источника 2 тока, получают луч и направляют его в 55 зону 3 сварки (фиг. 1), Изменяя ток в фокусирующей катушке 4 с помощью источника

5 тока фокусировки до значения 6 (фиг. 2), устанавливают фокус 7 луча на половине требуемой глубины проплавления Н р, для чего используют экспериментальную зависимость, связывающую положения фокуса 7 с током фокусирующей катушки 4 (фиг. 3). С помощью генератора 8 вобуляций на ток фокусировки накладывают вобуляцию с амплитудой 9; При этом в соответствии с зависимостью 10 возникают колебания мощности излучения плазменного .факела иэзоны 3 сварки величиной hW Выделяя с помощью фотоэлектрического датчика 11 и селективного усилителя 12 колебания мощности, определяют знак производной мощности излучения плазменного факела по току фокусировки с помощью синхdW б!ф раиного детектора 13 и направляют соответствующий сигнал в источник 2 тока луча для изменения величины тока луча до получения нулевого значения производной

dW мощности излучения по току фокус)!ф сировки 1ф в соответствии с кривой 14 (фиг.

2). При этом глубина проплавления достигает величины Н р и ее постоянно поддерживают на этом уровне.

Частоту вобуляций выбирают не менее

60 Гц, чтобы исключить помехи, связанные с собственными колебаниями сварочной ванны. При использовании частоты более

250 Гц возникает значительный сдвиг по фазе между вобуляциями тока фокусировки и колебаниями мощности плазменного факела, что не позволяет определить знак производной.

Минимальную амплитуду вобуляции, накладываемую на ток фокусировки, выбирают не менее 0,37; амплитуды тока фокусировки, чтобы надежно выделять изменения мощности плазменного факела на фоне помех. Увеличение амплитуды вобуляций свыше 5 jL амплитуды тока фокусировки. приводит к снижению концентрации плотности мощности в луче и к невозможности получения кинжального проплавления.

Таким образом, за счет исключения помех и стабильного выделения величины изменения излучения плазменного факела удается точно определить знак производной и ее нулевое значение, а следовательно, обеспечить точную регулировку энергии, вводимой в иэделие при электронно-лучевой сварке.

Пример, Способ был опробован на электронно-лучевой установке СА-424, укомплектованной электронно-лучевой пушкой с прямонакальным танталовым катодом и экстремальным регулятором тока фокусировки СА-424.02 12. Регулирование тока луча осуществляли за счет изменения

1133781

Примечание

Глубина провара мм

Ток луча, мА

Заглубление фокуса, Н мм

ММ и/и Параметры вобуляций

Ток фокусировки, мА

Материал

Знак производной определить не елось

АД!

12Х18Н 10Т

1-50Гц

Йф 0.2

90

580 =60 Гц аф-1.0

АД!

118

12H18H10 T

580.

580

18,5

11ф

f 180 Гц

Ь!ф-1,0

АД!

12Х18Н10Т

580

92

120

АД!

12Х18Н10Т !8;5

18,5

f 180Гц жф=о,з

580

М180Гц

Ж -5

98

116

АД!

12Х18Н10Т

17,5

17,5

19

18,5

f-250 Гц йф-1,0

f 270 Гц ь!ф- е . 90

1,18

АД!

12Х18Н10Т

АД!.

12Х18Н10Т

580

Снижалась праплавляющэя сгюсобность

3ABGPoHнОГо луча, не было

ISKRBtlbнопзпротока накала, что обеспечивало стабильное положение фокуса луча в пространстве при постоянном токе фокусирующей линзы. Bed ×× личину знака производной < опредео ф ляли с помощью экстремального регулятора

СА-424.02.12, который обеспечивал наложение вобуляции на ток фокусировки с амплитудой 0,3 от действующего значения тока фокусиравки. Сварку проводили на образ- 10 цах из АД1 и 12Х18Н10Т, без сквозного проплавления. Ток фокусировки устанавливали

580мА, что обеспечивало заглубление фокуса.на 9 мм, после этого включали сварочный луч Ври токе 70 мА и постепенно увеличива- 15 ли до тех пор, пока не обеспечивали нулевое

dW значение производной, . При сварке б !ф. сплава АД1 величина тока луча была равна

92 мА, а глубина проплавления составила 20

18-19 мм. При сварке стали 12Х18Н10Т величина тока луча была равна 120 мА, а глубина проплавления 18 мм. Остальные результаты испытаний сведены в таблицу.

Способ по сравнению с базовым обьектом позволяет повысить качество сварного соединения за счет стабилизации оптимальных геометрических параметров сварочной ванны (глубина проплавления в пределах 6 и вертикальность линии сплавления сварного шва на середине глубины проплавления в пределах 5 ), получить максимальный термический КПД и свести к минимуму энерговложение в изделие, а также значительно сократить время выбора оптимальных параметров процесса сварки и йрактически отказаться от сварки макетных образцов. (56) В.И. Жариков. Кинетика образования сварного соединения. при электронно-лучевой сварке.-Материалы V Всесоюзной конференции по электронно-лучевой сварке, 1977, с. 56.

Патент ФРГ М. 2443563, кл. В 23 К

15/00, 28.06.78.

1133781

Формула изобретения

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ, при котором глубину проплавления поддерживают постоянной по минимальной мощно-. сти излучения плазменного факела из зоны сварки при установившемся режиме процесса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при расположении . фокуса электронного луча на половине требуемой глубины проплавления, минимальное значение мощности излучения плазменного факела обеспечивают, устанавливая нулевое значение производной мощности излучения плазменного факела путем регулирования тока электронного луча с одновременным наложением вобуляции на ток фокусировки луча с частотой

10 60 - 250 Гц, и амплитудой; равной 0,3 - S от амплитуды тока фокусировки.

1133781

Корректор M,Êóëü

Редактор А.Колоскова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Заказ 3240

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

D3y

Фиг.Z

Составитель

Техред М. Моргентал