Способ электронно-лучевой сварки

 

Изобретение относится к области сварочного производства, а именно к способам электронно-лучевой сварки, позволяет повысить качество сварного соединения путем уменьшения перегрева в центральной зоне сварного шва. Воздействием на отклоняющую систему осуществляют колебания электронного луча вдоль и поперек направления сварки. Отклонение электронного луча поперек направления сварки наложения пилообразных и прямоугольных колебаний равной частоты позволяет исключить взаимное перекрытие пятна нагрева. Исходные точки полос пятна нагрева расходятся по оси y на равные расстояния от оси X, величина которых пропорциональна амплитуде прямоугольных колебаний тока. Для изменения площади пятна нагрева и плотности теплового потока в нем по координатам X и Y токи фокусирующей линзы и электронного луча изменяют по пилообразному закону. 6 ил.

Изобретение относится к области сварочного производства, а именно к способам для электронно-лучевой сварки и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства: авиастроении, машиностроении, прибоpостроении. Целью изобретения является повышение качества сварного соединения за счет уменьшения перегрева центральной зоны сварного шва. На фиг. 1 изображена схема электронно-лучевой установки для осуществления способа сварки; на фиг.2, 3 изображены кривые изменения токов системы отклонения луча, фокусировки и тока луча. На фиг.4, 5, 6 даны формы нагрева при различных колебаниях луча (колоколообразных и пилообразных) вдоль оси Х. Для осуществления способа электронно-лучевая установка (фиг.1) содержит пушку (не показана), систему 1 отклонения луча вдоль направления сварки, систему 2 отклонения луча поперек направления сварки, систему 3 управления током фокусирующей линзы и систему 4 управления током луча с источниками питания. Исполнительными механизмами перемещения луча вдоль и поперек направления сварки служат катушки 5, 6, размещенные в вакуумной камере 7. Ток системы 1 отклонения луча вдоль направления сварки Ix может изменяться по закону колоколообразных колебаний, например (фиг.2.а, кривая I). I_x = I_макс (sinft), или по закону пилообразных колебаний с формой кривой в виде симметричных треугольников (фиг. 2а; кривая 2), где I_макс - амплитудное значение тока I_x; f - частота колебаний; t - время. Ток системы 2 отклонения луча поперек направления сварки I_yизменяется по закону пилообразных колебаний (фиг.2,б), на которые дополнительно накладываются прямоугольные колебания тока I_y^I (фиг.2,в), с частотой, равной частоте пилообразных колебаний. При этом частота пилообразных колебаний I_y равна половине частоты колоколообразных или пилообразных колебаний тока I_x. Токи системы 3 управления фокусировкой луча и системы 4 управления током луча изменяются по закону пилообразных колебаний (фиг.2,д,е) с частотой, равной частоте колебаний тока системы 1 отклонения луча вдоль направления сварки. Способ осуществляют следующим образом. Стол (не показан) перемещают в вакуумной камере 7 вдоль оси Х. Форма пятна нагрева в виде двух полос образуется при сложении колебаний луча в направлении осей х и y. При включении системы 1 отклонения луча в направлении сварки на катушки 5 подается ток I_x, изменяющийся по закону I_x = I_макс (sinft) (фиг. 2,а; кривая 1) или по закону пилообразных колебаний с формой кривой в виде симметричных треугольников (фиг.2,а; кривая 2). Под действием этих сигналов электронный луч совершает колебательные движения вдоль оси х с амплитудой А_х (фиг.4). При включении системы 2 отклонения луча поперек направления сварки вырабатывается ток I_y, изменяющийся по закону пилообразных колебаний с формой кривой в виде симметричных треугольников (фиг.2,б) и ток I_y^I, изменяющийся по закону прямоугольных колебаний (фиг.2,в) с частотой, равной частоте колебаний тока I_y или половине частоты колебаний тока I_x. При сложении колебаний токов I_y и I_y^I в отклоняющие катушки 6 подается суммарный ток I_y^II, изменяющийся по закону колебаний, изображенных на фиг. 1, г. Электронный луч будет совершать колебательные движения вдоль оси у с амплитудой А_y (фиг.4), при этом траектория электронного луча имеет разрыв первого рода. Величина этого разрыва, равная А_y^I, определяется амплитудой тока I_y^I. При одновременном включении обеих систем 1, 2 электронный луч будет совершать синхронизированные колебания по двум ортогональным направлениям. В результате сложения этих колебаний траектория электронного луча на поверхности пластины имеет вид, изображенный пунктирной линией 3 на фиг.4 (при изменении тока I_x по закону колоколообразных колебаний, кривая 1 на фиг. 2, а) и пунктирной линией 4 на фиг.5 (при изменении тока I_x, по закону пилообразных колебаний, кривая 2, на фиг.2,а). Пpи одновременном сдвиге начальной фазы пилообразных колебаний тока I (фиг. 3,б) и прямоугольных колебаний тока I_y^I (фиг.3,в) на угол π/2 колебания cуммарного тока I_y^II (фиг.3,г) также получают сдвиг на угол π/2. В результате сложения этих колебаний луча вдоль оси у с колоколообразными колебаниями луча вдоль оси (фиг.3,а) траектория электронного луча на поверхности пластин имеет вид, изображенный пунктирной линий 5 на фиг.6. Траектории электронного луча (пунктирные линии 3, 4, 5) определяют три различные по форме пятна нагрева с регулируемыми параметрами А_y, A_y^I, A_x. Для изменения площади пятна нагрева и плотности теплового потока в нем по координатам х и y регулируют токи фокусирующей линзы и луча. При подключении системы 3 (фиг.1), формирующей пилообразные колебания тока I_ф (фиг.2, д), к фокусирующей линзе пятно нагрева будет иметь форму полос, расширяющихся к хвостовой части (фиг.4. 5). Плотность теплового потока в пятне нагрева такой формы уменьшается к хвостовой части с удалением от оси шва из-за увеличения диаметра электронного луча на поверхности изделия. При подключении системы 4, формирующей пилообразные напряжения, изменение тока луча I_л будет определяться кривой, изображенной на фиг.2,е. При этом плотность теплового потока в пятне нагрева (фиг.4, 5) вдоль осей х и у будет уменьшаться к хвостовой части с удалением от оси шва из-за уменьшения тока луча. Если траектория электронного луча имеет вид, изображенный пунктиром на фиг. 6, то при пилообразном изменении тока I_ф (фиг. 3, д) и тока I_л(фиг.3, е) также получаем пятно нагрева с расширяющимися полосами к хвостовой части (фиг.6) и с уменьшением плотности теплового потока при удалении от оси шва. При сдвиге начальных фаз колебаний токов I_ф и I_х на π можно обеспечить возрастание плотности теплового потока в пятне нагрева в направлении расширения его полос. Способ был опробован при сварке стыкового соединения без разделки кромок пластин толщиной 0,4 см из сплава Zr 2,5 Nb. Режим сварки: ток луча I_y = 105 мА, ускоряющее напряжение U = 17 кВ, скорость сварки V_св = 0,9 см/с. Параметры пятна нагрева: А_х = 1 см, А_у^I = 0,6 см, А_у^I ≈ 0,2 см. Получаемые три различных по форме пятна нагрева с изменением величины А_у^I взаимного перекрытия полос значительно расширяют возможности управления тепловым процессом сварки металлов с различными теплофизическими свойствами и толщинами сварных соединений, что позволяет уменьшить перегрев в центральной зоне сварного соединения. Данный способ обеспечивает по сравнению с известными уменьшение перегрева в центральной зоне сварного соединения при электронно-лучевой сварке, что повышает технологические и эксплуатационные свойства сварных соединений, в результате повышается работоспособность сварных изделий и увеличивается срок безаварийной работы их.

Формула изобретения

СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ, включающей колебания электронного луча вдоль и поперек направления сварки посредством подачи на отклоняющую систему пилообразного тока с соотношением частот 2 : 1, при этом фокусировку и ток электронного луча изменяют по закону пилообразных колебаний с частотой, равной частоте колебания тока отклонения луча вдоль направления сварки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет уменьшения перегрева зоны сварного шва, отклонение электронного луча поперек направления сварки осуществляют дополнительным наложением в каждый полупериод колебаний прямоугольной составляющей тока отклоняющей системы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 11-2002

Извещение опубликовано: 20.04.2002        

---