Способ контроля канала проплавления при электронно-лучевой сварке

 

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке, в частности к способам контроля за процессом формирования сварного шва, и может быть использовано для управления процессом сварки. Цель изобретения - повышение информативности контроля при сварке сканирующим электронным лучом за счет получения данных о топографии канала проплавления. Для получения информации о топографии канала проплавления формируют массив данных , в котором каждому положению электронного луча на траектории сканирования приводят в соответствие величину заглубления электронного луча в свариваемый материал. Массив данных позволяет определить топографию канала проплавления и построить его аксонометрическое изображение. Способ контроля канала проплавления может быть использован при выборе форм траектории сканирования и режи- g MOB сварки для получения качественных сварных соединений с требуемой глубиной проплавления. 1 з.п., ф-лы, . 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 В 23 К 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

l it 2

%ЖБл .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4171980/25-27 (22) 04.01.87 (46) 30.10.88. Бюл. ¹ 40 (72) В .Д.Лаптенок, В.В.Башенко, С.Г.Баякин, А.Д.Дрянньгх, В.Г.Угрюмов и В.В.Пономарев (53) 621.791.72(088.8) (56) Патент США - 3780256, кл. 219-121, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 1260142, кл. В 23 К 15/00, 1984. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАНАЛА ПРОПЛАВЛЕНИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКЕ (57) Изобретение относится к электронно-лучевой сварке, в частности к способам контроля за процессом формирования сварного шва, и может быть использовано для управления процессом сварки. Цель изобретения — повышение информативности контроля при

„„SU„„1433690 А1 сварке сканирующим электронным лучом за счет получения данных о топографии канала проплавления. Для получения информации о топографии канала проплавления формируют массив данных, в котором каждому положению электронного луча на траектории сканирования приводят в соответствие величину заглубления электронного луча в свариваемый материал. Иассив данных позволяет определить топографию канала проплавления и построить

его аксонометрическое изображение.

Способ контроля канала проплавления может быть использован при выборе форм траектории сканирования и режи- ф мов сварки для получения качественных сварных соединений с требуемой глубиной проплавления. 1 з.п. ф"лы, 1 ил.

1433690

Изобретение относится к электрон,но-лучевой сварке, в частности к способам наблюдения за процессом формирования сварного шва,и может быть использовано для управления процессом сварки.

Цель изобретения — повышение ин. формативности контроля при сварке сканирующим электронным лучом путем получения данных о топографии канала проплавления.

Способ контроля канала проплавления при электронно-лучевой сварке сканирующим электронным лучом заключается в формировании массива данных путем измерения в каждом положении электронного луча на траектории сканирования двух координат сканирования и величины заглубления электронного луча в свариваемый материал. По, сформированному массиву данных полу чают аксонометрическое изображение канала проплавления.

На чертеже изображена схема осуще- 25 ствления способа.

Электронно-лучевой пушкой 1 на свариваемое изделие 2 направляется сварочный электронный луч 3. С помо щью генератора 4 сканирования и от- Зр клоняющих систем 5 и б осуществляется сканирование электронного луча в плоскости с координатными осями Х и У.

Управляющие сигналы 11„ и U пропорциональны положению луча по соответ-!, .ствующим координатам.

При сварке в иэделии формируется канал проплавления, представляющий ,собой парогазовую полость. Геометрическая форма и размеры канала проплавления зависят от параметров процесса сварки, формы сканирования электронного луча, распределения энергии по траектории сканирования, свариваемого материала, гидродинами45 ческих и газодинамических процессов в сварочной ванне, Топография канала проплавления несет информацию о процессе формирования сварного шва. Определение величины заглубления электронного луча в свариваемый материал осуществляется путем измерения интенсивности рентгеновского излучения канала проплавления с помощью детектора 7 рентгеновского излучения и устройства 8 обработки сигнала измерения.

Источник рентгеновского излучения распределен по поверхности канала проплавления. При этом значительная часть излучения исходит из дна канала, положение которого определяет глубину проплавления. Рентгеновское излучение ослабляется слоем непроплавленного металла по следующему закону рР т =Т,e где I - интенсивность источника излучения;

I — коэффициент линейного ослабления; толщина слоя непроплавленного материала.

Используя указанное выражение и измеряя интенсивность рентгеновского излучения, можно рассчитать величину заглубления электронного луча в свариваемый материал в соответствии с выражением

1 l

Z-=d+-1n —, (л где Й вЂ” толщина свариваемого изделия.

Преобразование сигнала детектора в величину заглубления электронного луча в свариваемый материал осуществляет устройство 8 обработки сигнала измерения. Для получения информации о топографии канала проплавления при сварке сканирующим электронным лучом формируют массив данных, в котором каждому положению электронного луча на траектории сканирования приводят в соответствие величину эаглубления электронного луча в свариваемый материал. Это достигается тем, что в каждом положении луча на траектории сканирования измеряют

I две координаты U и U ïîëîæåíèÿ луча в плоскости сканирования и величину заглубления электронного луча в свариваемый материал Z.

Массив данных позволяет определить топографию канала проплавления, в частности, построить его аксонометрическое изображение. Массив данных о топографии канала проплавления может быть введен в ЭВМ с целью последующей обработки и управления процессом электронно-лучевой сварки.

Построение аксонометрического изображения канала проплавления осуществляется следующим образом. Сигналы U<, Пу, U> поступают íà устрсiйство 9 трехмерного преобразования, два выхода которого подключены к координатным входам Х и У видеоконт1433690 рольного устройства 10. В устройстве трехмерного преобразования осуществляется операция преобразования входных сигналов в выходные н соответствии со следующими выражениями

KrUx

Y =КUx+ К10у+ КU где К„К, К, К, К, — масштабные коэффициенты изображения.

С помощью изменения масштабных коэффициентов К; — К можно трансформировать аксонометрическое изображение по соответствующим координатам.

При этом может быть изменен как масштаб изображения, так и направление осей координат изображения, При построении аксонометрического изображения используются три коорди- . наты дна канала проплавления. Две из этих координат соответствуют положению луча на плоскости сканирования, а третьей координатой является заглубление электронного луча в свариваемое изделие. Это заглубление вычисляется быстродействующим устройством

8 обработки сигнала, выполненным, например, в виде логарифмического усилителя, по данным сигнала детектора 7 рентгеновского излучения, Детектор 7 имеет небольшие размеры и может рассматриваться как точечный.

Расстояние от детектора 7 до свариваемого изделия выбирается значительно большим, чем толщина свариваемого изделия.

Изображение канала проплавления может быть построено с использованием полученного массива данных на различных графопостроителях, графических .терминалах.

Иэображение на экране видеоконтрольного устройства строится в виде трехмерного изображения объемного тела на плоскости. Для этой цели используется устройство 9 трехмерного преобразования, на выходы которого поступают две координаты сканирования электронного луча и координата заглубления электронного луча в свариваемый материал, На экране видеоконтрольного устройства, в качестве которого, например, может быть использована электронно-лучевая трубка, формируется изображение канала проплавления в

l0

55 трех координатах Х, 7, 7., причем в плоскости координат X Y происходит синхронное со сварочным лучом сканирование светового пятна, описывающее аксонометрическое иэображение сканирования сварочного электронного луча.

Координата Z изображения формируется сигналом о заглублении электронного луча в свариваемый материал П

В этом случае светящийся луч видеоконтрольного устройства будет перемещаться ло дну изображения канала проплавления. Изображение только дна какала проплавления не является наглядным, так как в каждой точке трудно выделить величину заглубления луча, поэтому целесообразно также получать и изображение основания канала проплавления. Для этой цели используется коммутатор 11, который периодически прерывает подачу сигнала

U на видеоконтрольное устройство и делает его равным нулю. При этом на аксонометрическом изображении очерчивается как основание канала проплавления, так и его дно.

Частота переключения коммутатора

ll должна быть достаточно высокой, чтобы в каждой точке изображения сигнал о глубине принял значение, равное Uz v значение, равное нулю.

Если процесс сварки ведется без сканирования электронного луча, то на экране видеоконтрольного устройства будет видно изображение двух светящихся точек, одна из которых, неподвижная, соответствует основанию канала проплавления, а другая— дну канала проплавления. Расстояние между точками характеризует заглубление канала проплавления в свариваемый материал.

Испытания проводятся с устройством контроля, выполненным в виде блока функционального сканирования электронного луча, измерителя глубины проплавления с датчиком рентгеновского излучения, размещенным с обратной стороны свариваемого соединения, устройства трехмерного преобразования с коммутатором, видео" контрольного устройства (осциллографа) .

Сварку выполняют в установке

ЭЛУ-9Б, с источником питания У 250 AN и сварочной электронной пушкой

КЭП-2И-1 на образцах из сплава ANr6 с размерами 500х200 18 мм. Блок функ1433б90 ционального сканирования о< уществляет перемещение электронного пуча по

1 рограммируемой траектории, содержащей б4 дискретные точки, Частота

Сканирования измеряется в пределах от 100 Гц до ? кГц. В качестве детектора рентгеновского излучения испольуется сцинтилляционный датчик с фооэлектронным умножителем типа БДС-6. атчик размещен на расстоянии 150 мм т свариваемого изделия, Сварка выполняется на следующих ежимах: ускоряющее напряжение — 25 кБ; ток сварки Iqq = 070 ма; скорость сварки V - =55 м/ч; аэмеры сканирования луча поперек тыка A > = 0-2 мм; вдоль стыка A > =

0-8 мм; частота сканирования f

100-2000 Гц.

В результате испытаний на экране сциллографа наблюдается отчетливое зображение части канала проплавления о контуру сканиронания. Имеют место зменение глубины проплавления по онтуру сканирования, а также общие олебания дна канала проплавления, вязанные с гидродинамическими процессами в сварочной ванне. При изменении формы траектории сканирования наблюдается изменение формы канала проплавления.

Изменением масштабных коэцфициен1ов устройства трехмерного преобразования получены изображения канала роплавления в продольном и поперечмом сечениях.

В результате испытаний установлено, что способ контроля канала проплавления может быть использован при выборе форм и .размеров траектории сканирования и режиМов сварки для пойучения качественных сварных соедийений с требуемой глубиной проплавления, а также для исследования гидродинамических явлений в сварочной

Фаине.

В связи с размещением датчика с обратной стороны сварного соединения яе накладываются ограничения на размеры свариваемого изделия, что позволяет применять способ как для исследовательских целей, так и для

5 контроля и управления в производственных условиях.

Способ позволяет осуществлять контроль топографии канала проплавления в реальном масштабе времени.

При этом фиксируются быстрые изменения, связанные с гидродинамическими процессами сварочной ванны.

Формула изобретения

1. Способ контроля канала проплавления при электронно-лучевой сварке, при котором измеряют интенсивность рентгеновского излучения с противо20 положной введению луча стороны свариваемого изделия„ обрабатывают сигнал измерения для определения величины заглубления электронного лу25 ча в свариваемый материал, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения информативности контроля при сварке сканирующим электронным лучом путем получения данных о топографии канала проплавления, формируют массив данных, измеряя в каждом положении электронного луча на траектории сканирования две координаты сканирования и величину заглубления электронного луча в свариваемый матеЗБ риал, и по сформированному массиву данных строят аксонометрическое иэображение канала проплавления.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а-— ю шийся тем, что, с целью полу чения аксонометрического, изображения канала проплавления на экране видеоконтрольного устройства, осуществляют синхронное со сварочным лучом перемещение луча видеоконтрольного уст45 ройства по двум координатам изображения, а сигналом о заглублении электронного луча в свариваемый материал формируют третью координату изображения.

l 433690

Составитель И. Фролов

Техред II.Cåðäþêîâà Корректор Л. Пилипенко

Редактор И. Касарда

Заказ 5493/14 Тираж 922 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4