Способ управления качеством сварного шва в процессе электронно-лучевой сварки
Изобретение относится к сварке и может быть использовано для автоматизации процесса электроннолучевой сварки. Цель изобретения - повьпиение точности и расширение диапазона управления качеством сварного шва. Во время интенсивного плавления металла , когда испускаемое корневой частью 5 канала проплавления рентгеновское излучение 6 макг-имально и обладает наибольшей достоверностью информации о корне сварного шва, его регистрируют с помощью датчика 12. После анализа полученной информации с помощью устройств 13-17 судят о площади поперечного сечения зазора в стыке. По этой площади устанавливают оптимальное регулирующее воздействие , дающее наилучшее качество сварного шва. Способ позволяет на 30% повысить качество сварного шва за счет лучшего заполнения металлом корня шва, стабилизации глубины проплавления и уменьшения корневых дефектов . 2 ил. / i (Л
СОВХОЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM ПРИ ГКНТ СССР! (21) 4038425/25-27 (22) 17.03.86 (46) 07.01.89. Бюл. и 1 (72) А.А. Солнцев (53) 621.791.7 1(088.8) (56) Патент ФРГ Ф 2634342, кл. В 23 К 15/00, 02.03.78. Заявка Японии В 52-41738, кл. В 23 К 15/00, 20.10.77. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ СВАРНОГО ШВА В ПРОЦЕССЕ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ СВАРКИ (7) Изобретение относится к сварке и может быть использовано для автоматизации процесса электроннолучевой сварки. Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона управления качеством сварного шва. „„Я0„„1449283 А1 Во время интенсивного плавления металла, когда испускаемое корневой частью 5 канала проплавления рентгеновское излучение 6 максимально и обладает наибольшей достоверностью информации о корне сварного шва, его регистрируют с помощью датчика 12. После анализа полученной информации с помощью устройств 13-17 судят о площади поперечного сечения зазора в стыке. По этой площади устанавливают оптимальное регулирующее воздействие, дающее наилучшее качество сварного шва. Способ позволяет на 30% повысить качество сварного шва за счет лучшего заполнения металлом корня шва, стабилизации глубины проплавления и уменьшения корневых дефектов. 2 ил. 144928 4 ИзоГ>ретен»е относится к с âÿðêå и может быть использовано для автоматизации процесса электроннолучевой сварки. Цель изобретения — повьпиение точности и рагширение диапазона управления качеством сварного шва. На фиг. 1 приведены пространственно-временные диаграммы колебания глу10 бины проплавлення по длине сварного шва, тока коллектора вторично-электронной эмиссии во времени и частоты следования импульсов запуска порогового устройства во времени; на фиг. 2 — структурная схема устройства для реализации способа. Электронный луч 1, генерируемый электроннолучевой пушкой 2, направ.лен на стык 3 свариваемых изделий 4. Корневая часть 5 стыка 3 свариваемых изделий 4 испускает рентгеновское излучение 6. Кроме того, иэ канала проплавления на коллектор 7 вторичных электронов поступает вторичноэмиссионный поток 8, создающий ток коллектора I„, Коллектор 7 вторично-эмиссионного потока 8 через усилитель 9 и пороговое устройство 10 с формирователем i1 импульсов связан с рентгентелеви30 зионным датчиком (преобразователем) 1 . Рентгентелевизионный датчик 12 через формирователь 13 видеоимпульсов со ждущим генератором 14 пачек импульсок, счетчик 15 с сумматором 35 1Ü, преобразователь код — напряжение 17 связан с механизмом 18 подачи присадочной проволоки. Работа устройства для реализации способа основывается на следующем 40 принципе. Как видно из диаграмм фиг. 1 процесс проплавления при электроннолучевой сварке состоит из четырех участков. На первом участке проис- 45 ходит нагрев металла до плавления, при этом глубина проплавления H возрастает, а так коллектора I < уменьшается незначительно. На втором участке II происходит интенсивное плавление металла, при этом глубина проплавления Н достигает максимальной, а ток коллектора Т „ минимальной величины. На третьем участке III происходит паро- и гаэообразование, гпубина проплавления Н падает, а ток колпектора I „ возрастает до ч к<.имапьной величины. Пар и газ со канала устремляются к выходу канала прон<» ll> При этом ток коллектора 1 сохраняет свою максимальную, а глубина проплавления Н вЂ” минимальную величину. ЭаТрМ цикл повторяется г частотой плавления f„, =- 0,5-10 кГц. Нп участке 1.I вся энергия пучка тратится на плавле: ие, поэтому глубина пцоплавления и температура дна канапа в этом слу ае макгимальны. При этом корневая часть 5 объема канала проплавления генерирует максимум рентгеновгкого излучения 6 и обладает наилучшей достоверностью информации по сравнению с участками I,III,IV. Способ осуществляется следующим образом. Перед сваркой электронный луч совмещают со стыком 3 свариваемых изделий 4, а ось рентгентелевизионного датчика 12 — с корневой чагтью 5 стыка 3 с учетом толщины свариваемых изделий 4 и угла наклона датчика 12. Коплектор 7 крепят на торце пушки 2. Пороговое устройство 10 срабатывает при пороговом напряжении, соответствующем току коллектора I q и отключается при втором пороговом напряжении, соответствующим току коллектора I . При другой последовательности воздействия, т.е. когда сначала поступает ситнал I >, а затем I ., что характерно для участка III, пороговое устройство 10 не срабатывает. Оно работает в момент времени t В качестве преобразователя рентгеновского излучения в электрические видеосигналы можно использовать рентгеновидикон. Во время сварки электронный луч 1 расплавляет металл свариваемых изделий 4, при этом в канале проплавления образуется плазма с максимальной плотностью в корневой части 5, За счет взаимодействия плазмы с электронным лучом 1 генерируется рентгеновское излучение 6, принимаемое датчиком 12. Поток 8 вторично-эмиссионных электронов попадает на коллектор 7 и преобразуется в электрический сигнал (фиг. 1), который усиливается до необходимой величины усилителем 9. Пороговое устройство 10 по уровням и 1 „ вырабатывает импульсы Н ц,„ с длитепьностью t „, которые после 1449 83 Формироват ля 13 поступают на моду:181ор рентгеновидикона датчика 12 и открывают ег >. Таким образом, датчик 12 работает периодически с частотой плавления fз = 0,5-10 кГц н момент времени t„. Частота f4 развертки рентгеновского датчика 12 должна быть значительно выше частоты плавления f „„, т.е. f p» ) „> Изображение корневой части 5 стыка 3 на мишени рентгеновидикона занимает определенное количество и телевизионных строк. В каждой строке корневой части 5 выделяют импульс от стыка 3, длительности которого соответствует ширина зазора в стыке 3. Суммируя длительности всех импульсов, получаем величину, пропорциональную площади корневой части 5 стыка 3. Для этого видеоимпульсы после формирователя 11 запускают ждущий генератор 14, частота э:;полнения которого f < > f* (частота развертки рентгеновского датчика 12) и характеризует точность контроля. Счетчик 16 считает количество импульсов заполнения каждого видеоимпульса и в виде кода подает их на сумматор 16, который суммирует информацию по и строкамъ Далее суммарный код преобра эуется в напряжение (регулирующее воздействие) в преобразователе 17 и поступает на механизм 18 подачи присадочной проволоки. При сварке материалов больших толщин во время второго участка II, когда расплавленный металл испаряется, в корне канала проплавления образуется высококонцентрированная плазма с концентрацией электронов и р<Х 2о -3 = 10 — 10 см и их температурой Т q =(5 -10"-5 10 ) К. В этом случае плазма излучает максимальную интенсивность рентгеновского излучения иэ корня канала проплавления. Отраженное от стенок стыка рентгеновское излучение мало ввиду его высокой проникающей способности и качественной пространственной селекции за счет коллиматора. Для проведения эксперимента использовали установку ЗЛУ-9, электроннолучевую пушку K3II-2, источник питания У-927 и доработанную рентгентелевиэионную промышленную установку II Дефектоскоп . Свариваемый материал— ЛИГ-6 толщиной 20 мм. Режим сварки: 1, = 100 мА, U c. 0=60 кВ. Датчик рентгеноьскогс излучения (телевизионная передающая камера КТП-68) размещен под углом 45 к оси луча и жестко закреплен на пушке. Ка5 мера снабжена щелевым коллиматором. Ширина щели составляет 1,5 мм и может быть увеличена с увеличением толщины свариваемого материала. Для ис10 пользуемого видикона ДИ-447 выбрана ширина щели, которая соответствует приблизительно шесги полезным телевизионным строкам кадра, т.е . п=б. Кзличество полезных телевизионных строк, определяющее точность измерения, можно увеличить сжатием растра по кадру и увеличением строчной частоты. Принимая приблизительно временные участки I-IV (ф;;г. 1) равны20 ми, а время t (фиг. 1) в два раза меньшим, чем ширина участка II, частоту строчной развертки необходимо сделать Г „р, =8t „„, при этом за время открывания генератора и рентгеновидикона воспроизведется одна .теле25 визионная строка. При воспроизведении шести (п=б) полезных строк строчную частоту необходимо увеличить до < с, р, г = .;р. - и, а при сжатии растра — увеличить дополнительно во столько же раэ. В известных способах можно применять рентгентелевизионную установку со стандартной строчной разверткой. Импульс U,„ (фиг. 1) синхронизирует строчную развертку, запуская ее передним фронтом и срывая задним. Перед сваркой ориентировочно совмеща1 ют оси пушки 2 и коллиматора на по40 верхности стыка 3. Включают малый ток луча 1 (I,„ =1-3 мА), фиксируют его и совмещают со стыком 3. Затем щель коллиматора направляют на место взаимодействия луча 1 со стыком 3, 45 вертикально перемещая рентгентелевиэионную камеру. В результате взаимодействия луча с металлом обраэуется рентгеновское излучение малой интенсивности, максимум которого фиксируРентгеновидиконом при совпадении оси коллиматора с плоскостью взаимодействия, при этом рентгентелевизионная установка работает в непрерывном режиме. Полученное положение датчика 12 считают нулевым. Затем датчик перемещают в сторону свариваемого изделия 4 на величину, соответствующую заданной глубине проплавления, причем глубина зависит от толщины и ти1449283 tl t мате риа»! я (д»» я KQHKpp TH() I э к с tip римента она составляла 17 мм). Вк»»к)чают сварочный ток 1„, =100 мЛ и корректируют его величину, при коз орой интенсивность рентгеновского излуче5 ния максимальна. При максимальной величине рентгеновского излучения включают бпок синхронизации (элементы 7,9-11, фиг. 2), который вырабатывает синхрониэирующий импульс (1, (фиг. ) ° Затем включают ждущий режим, при котором строчная развертка рентгентелевизионной установки запускается и синхронизируется импульсом !1,„, При 15 этом интенсивность рентгеновского излучения уменьшается ввиду временной селекции на интервале 1,„. Вторично корректируют ток сварки по макси20 муму рентгеновского излучения. Затем включают петлю обратной связи, состоящую из блоков 14-18 (фиг. 2). Рентг»новское излучение. проходя сквозь стык, формирует его изображение на 25 мишени рентгеновидикона на шести и более строках растра. Ширина зазора в стыке определяет длительность видеоимпульса. Этот видеоимпульс формируется в формирователе 13 (фиг. 2), затем его передний фронт запускает, а задний срывает работу ждущего генератора 14 пачек импульсов, частота которого должна быть f,» f p t tt определяет точность контроля. Счетчик 15 (фиг. 2) считает коли- 35 честно импульсов заполнения каждого нидеоимпульса с выходом устройства 13. С выхода счетчика 15 информация от каждой телевизионной строки в виде кода поступает на блок 16, кото- 40 рый суммирует ее по и строкам. Затем суммарный код по окончании импульса Ll, „ B преобразователе 17 преобразуется в напряжение регулирующего воздействия и поступает на регулятор, на- 45 пример механизм 18 подачи присадочной проволоки (фиг. 2). При выполнении указанных операций в способе включают петлю обратной связи, состоящую из блоков 12-18 (фиг. 2). 50 fIp»t(м ст;» и It í )! t) t)»р) с» рвнс I ве рентге»«>t)c к. » с и, »у te»tt»t во в1» к»»» интенсивного план.»е»!ин метал Ià по 3âo ляет полу тить кон грольную инф»рмацию с наибольшей посто»)ер»»остью из корне— вой части канал» пропланления. При этом в результате ирецизион:»ого измерения площади корневой части зазора в стыке и ее преобразования в регулирую»»»ее воз,»ействие заполнение корня швя расплавленным металлом улучшается, а кол» чество и размеры дефектов, особенно корневых, уменьшаются, В способе нестабильность глубины »»роплавления уменьшена более чем в 3 раза, в ре ультате чего повышено качество сварн»)го шва. Указанная нестабильность уме»»ь»»»е»»а за счет улучшения пространственной и применения временной селекции. Так, ширина щели применяемого коллиматора составляет 1,5 мм, «то соответствует разрешению 0,25 »1м при 6 телевизионных строках. 11редлагаемый способ позволит более чем на 30Х улучшить качество сварного шва по сравнению с известным эа счет лучшего заполнения металлом корня шва, стабилизации глубиньt проппавления и уменьшения корневых дефектов (непроваров и т.п.). Ф о р м у и а и з о б р е т е н и я Способ управления качеством сварного шва в процессе электроннолучевой сварки, при котором используют рентгеновское излучение для получения информации о глубине проплавления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона управления качеством сварного шва, периодически во время интенсивного плавления металла регистрируют рентгеновское излучение из корневой части стыка, по полученной информации судят о площади корневой части поперечного сечения зазора в стыке, а результаты измерения преобразуют в регулирующее воздействие. 144 >383 Составитель И.Фролов Техред М.Ходанич Корректор О.Кравцова Редактор В.Данко Заказ 6908/13 Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород. ул . Пр ектнан, Тирах 922 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ((СР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
