Способ управления электронно-лучевой сваркой и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для автоматизации процесса электронно-лучевой сварки изделийбольших толщин из металлов с остаточной намагниченностью. Цель изобретения - повышение качества сварных соединений путем совмещения сварочного пучка с плоскостью стыка по всей толщине изделия. Способ управления заключается в двойном отклонении пучка относительно оси пушки на угол, равный углу смещения корня шва относительно плоскости стыка в направлении, противоположном смещению корня шва. Отношение между углом двойного преломления и углом отклонения сварочного пучка от электроннооптической оси пушки при входе в изделие поддерживают неизменным и равным отношению расстояния между нижним уровнем преломления и поверхностью изделия к расстоянию между уровнями преломленияотклоняющих систем. Устройство содержит телевизионную систему слежения за корнем шва, систему слежения за стыком с лицевой стороны из-- делия, вычислитель угла отклонений корня шва, вычислитель угла двойного преломления, три сумматора и две разнесенные отклоняющие системы. Совмещение пучка с плоскостью стыка осуществляется двойным преломлением пучка. Использование изобретегшя позволяет избежать несплавлений и пор путем устранения влияния на пучок остаточной намагниченности металлов. 2 с. и 2 3 . п . ф-лы, 3 И.П . (Л Q1 iJ 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) ° (5)) 4 В 23 К 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

nppt ran CCCP (21) 4257554/25-27 (22) 08.06.87 (46) 15.01.89. Бюл. 1Ф 2 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) К.А.Сукач, Ю.Г.Куцан, С.Н.Ковбасенко, M.Ë.)t(àäêåâè÷, Ю.Н.Ланкин и В.В.Зубов (53) 621.79 1.72(088.8) (56) Лаптенок В.Д., Бравернон В.Я. и Мурыгин А.В. Метод компенсации влияния магнитных полей на точность совмещения луча со стыком при электронно-лучевой сварке. — В сб.: Электронно-лучевая сварка. — M.: MgHTII им. Ф.Э.Дзержинского, 1986, с. 15-19. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ СВАРКОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению и предназначено для автоматизации процесса электронно-лучевой сварки изделий. больших толщин из металлов с остаточной намагниченностью.

Цель изобретения — повышение качества сварных соединений путем совмещения сварочного пучка с плоскостью стыка по всей толщине изделия. Способ управления заключается в двойном отклонении пучка относительно оси пушки на угол, равный углу смещения корня шва относительно плоскости стыка в направлении, противоположном смещению корня шва. Отношение между углом двойного преломления и углом отклонения сварочного пучка от электроннооптической оси пушки при входе в изделие поддерживают Hpизменным и равным отношению расстояния между нижним уровнем преломления и поверхностью изделия к расстоянию между уровнями преломления. отклоняющих систем. Устройство содержит телевизионную систему слежения за корнем шва, систему слежения за стыком с лицевой стороны из-делия, вычислитель угла отклонений корня шва, вычислитель угла двойного преломления, три сумматора и две разнесенные отклоняющие системы. Совмещение пучка с плоскостью стыка осуществляется двойным преломлением пучка.

Использование изобретения позволяет избежать несплавлений и пор путем устранения влияния на лучок остаточной намагниченности металлов. 2 с. и

2 з.п, ф-лы, 3 ип.

1450943

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для

I автоматизации процесса электронно-лу.

Чевой сварки изделий больших толщин йз металлов с остаточной намагничен ностью.

Целью изобретения является повышение качества сварных соединений путем совмещения электронного пуч,ка с плоскостью стыка по всей толщине изделия.

Отклонением сварочного пучка относительно электронно-оптической оси пушки на угол, равный углу смещения корня шва, компенсируют влия ние остаточного магнитного поля внутри изделия. При изменении угла отклонения пучка необходимо менять угол двойного преломления таким об- 20 разом, чтобы положение пучка в плоскости стыка на лицевой поверхности изделия оставалось неизменным. Это выполняется при условии, что отноше,ние угла двойного преломления к уг- 25 лу отклонения пучка поддерживают не.изменным и равным отношению расстоя.ния между нижним уровнем преломления и поверхностью изделия к расстоянию между уровнями преломления. 30

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, реализующая способ управления электронно-лучевой сваркой, на фиг. 2 - то же, вычислителя угла отклонения корня шва„ на фиг. 3 — то же, вычислителя угла двойного преломления.

Устройство управления электроннолучевой сваркой (фиг.1) содержит пушку 1, первую 2 и вторую 3 отклоняю- 40 щие системы, разнесенные вдоль электронно-оптической оси, первый 4 и второй 5 усилители магнитной развертки, подключенные соответственно к первой 2 и второй 3 отклоняющим сис- 45 темам, датчик б положения пучка на лицевой поверхности изделия, связанный с системой 7 автоматического слежения за стыком, первый выход которой электрически связан с пушкой

1, а второй — с отклоняющими системами, первый 8, второй 9 и третий

10 сумматоры, датчик 11 положения корня шва относительно плоскости стыка, систему 12 слежения за корнем

55 шва, вход которой электрически связан с выходом датчика 11 положения корня шва, вычислитель 13 угла отклонения корня шва, вход 14 которого подключен к выходу системы 12 слежения за корнем шва, а выход 15 соединен с первым входом первого сумматора 8, вычислитель 16 угла двойного преломления, вход 17 которого соединен с выходом 15 вычислителя 13, а выход 18 — с первым входом третьего сумматора 10 и вторым входом первого сумматора 8, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 9.

Вычислитель 13 угла отклонения корня шва (фиг. 2) содержит первый аналоговый делитель 19, первый переменный резистор 20 и первый буферный усилитель 21, выход которого подключен к первому входу первого аналогового делителя 19.

Вычислитель 16 угла двойного преломления {фиг. 3) содержит аналоговый умножитель 22, второй аналоговый делитель 23, второй 24 и третий 25 переменные резисторы, второй 26 и третий 27 буферные усилители.

На свариваемое изделие 28,, содержащее плоскость 29 стыка, корень 30 шва, воздействует сварочный пучок 3 1.

Условные обозначения, принятые на фиг. 1, следующие: Ь, — расстояние между уровнями преломления; )-2 расстояние между нижним уровнем преломления и поверхностью изделия; h— толщина свариваемого изделия", 5 Y— смещение корня шва, р — угол отклонения корня шва от плоскости стыка; о — угол отклонения сварочного пучка, g - угол двойного преломления пучка.

Пушка 1 является источником пучка ускоренных электронов и формирует сварочный пучок 31. Отклоняющие .сис-, темы 2, 3 разнесены вдоль электроннооптической оси пушки и обеспечивают преломление сварочного пучка на двух уровнях. Усилители 4, 5 магнитной развертки служат для преобразования входного напряжения в ток отклонения. Они выполнены на мощном операционном усилителе по схеме преобразователя напряжение — ток. Датчик 6 положения пучка на лицевой поверхности изделия выполняет функцию измерения положения пучка относительно линии стыка, в качестве которого используется коллектор вторичных электронов. Система 7 автойатического слежения за стыком вырабатывает корректирующие сигналы, под воздействием которых осуществляется совме1450943 щение пучка со стыком. При этом могут использоваться вторично-эмиссионные следящие системы каК с время-импульсным алгоритмом выделения сиг5 нала рассогласования типа "Прогноз-4", "Прицел-4", так и системы с аналоговым алгоритмом совмещения типа СУ143.

Первый 8, второй 9 и третий 10 сумматоры выполнены идентичными с использованием операционных усилителей.

Датчик 11 положения корня шва фиксирует смещение корня относительно плоскости стыка по координате Y. В качестве датчика используется телеви- 15 зионная камера, например КТП-65> входящая в состав ПТУ "Сварка-1". Система 12 слежения за корнем шва вырабатывает напряжение, пропорциональное смещению корня шва относительно 2р плоскости стыка ° Вычислитель 13 угла отклонения корня шва предназначен для формирования напряжения, пропорционального углу Cg отклонения корня шва от плоскости стыка, а вы- 25 числитель 16 двойного преломления предназначен для формирования напряжения, пропорционального углу двойного преломления пучка.

Устройство работает следующим об- ° 30 разом.

В процессе работы пушкой 1 формируется сварочный пучок,31. Под воздействием электромагнитных полей отклоняющих систем 2 и 3 сваРочный пу чок преломляется на двух уровнях.

Преломпение на двух уровнях обеспечивается противофазным включением идентичных обмоток первой 2 и второй

3 отклоняющих систем.

Совмещение сварочного пучка 31 с плоскостью 29 стыка осуществляется по двум каналам. По первому каналу совмещают пучок 31 с линией стыка на поверхности изделия 28, а по второму 45 каналу совмещают .корень 30 шва с плоскостью 29 стыка.

Для совмещения пучка 31 с линией стыка с датчика 6 положения пучка на лицевой поверхности изделия снимаются сигналы, пропорциональные текущим координатам стыка. Если считывание текущих координат осуществляется пучком малой мощности, то система 7 автоматического слежения за стыком предусматривает подачу модулирующих сигналов на управляющий электрод пушки 1. Системой 7 слежения за стыком вырабатываются корректирующие сигналы, которые .ерез объединенные вторые входы второго 9 и третьего 10 сумматоров и первый 4 и второй 5 ус»лители магнигной развертки подаются на обмотки первой 2 и второй 3 отклоняющих систем.

Под воздействием корректирующих сигналов системы 7 автоматического слежения за стыком свариваемый пучок

31 совмещается с линией стыка на поверхности свариваемого изделия 28, Так как обмотки первой 2 и второй 3 отклоняющих систем включены противофазно, то под воздействием сигналов коррекции осуществляется параллельный перенос пучка.

При выполнении операд,ии по совмещению корня 30 шва с плоскостью 29 стыка с датчиком 11 положения корня шва относительно плоскости стыка снимают сигнал, пропорциональный уходу корня шва, и подают в систему 12 слежения за корнем шва.

Напряжение, пропорциональное смещению Д Y корня шва от плоскости стыка, поступает на вход 14 вычислителя 13 угла отклонения корня шва.

Вычисление угла С отклонения корня шва 30 от плоскости 29 стыка производится согласно выражению

ДУ

arctg где ДУ вЂ” смещение корня шва от. плоскости стыка по оси У;

h — толщина свариваемого изделия.

Для выполнения указанной математической операции в вычислителе 13 (фиг ° 2) на первый вход первого аналогового делителя 19 подают напряже- . ние, пропорциональное смещению ДУ а на второй вход — напряжение, пропорциональное толщине h изделия. Напряжение, пропорциональное толщине, устанавливается первым переменным резистором 20 и подается на второй вход- первого аналогового делителя 19 через первый буферный усилитель 21.

Таким образом, на выходе 15 вычислителя 13 формируется напряжение, пропорциональное углу у отклонения корня шва, так как для малых углов тангенс угла гриближенно равен самому углу.

С выхода 15 вычислителя 13 напряжение, пропорциональное углу ср пос43

Lz 11 — cL = — — С г

0 Lг г! (2) 5 14509 тупает через первый 8 и второй 9 сумматоры, второй усилитель 5 магнитной развертки на вторую отклоняющую систему 3 нижнего уровня преломления.

Под гзоздсйствием этого сигнала сварочный пучок 31 отклоняется от электронно-оптической оси пушки на угол оС равный углу ггг отклонения корня шва, При этом отклонение пучг .а осуществля- 10 ется в направлении, противоположном смещению корня шва.

Сигнал с выхода 15 вычислителя

13 угла отклонения, помимо сумматора ! 8, поступает также на вход l7 вычис- 15 лителя 16 угла двойного преломления.

Так как изменение угла отклонения влечет за собой уход пучка со стыка на поверхности изделия, то необходимо изменение угла двойного преломле — 2p ния компенсировать указанное смещение, т.е. необходимо угол " двойного преломления изменить так, чтобьг положение пучка в плоскости изделия оставалось неизменным. Это достигается 25 поддержанием отношения между углами и „-, постоянным и равным отношению

Ь /Lt. В этом случае вычислитель 16 угла двойного преломления функционирует согласно выражению 30 где L, — расстояние между уровнями преломления, L — расстояние между нижним уровнем преломления и поверхностью изделия.

Для выполнения указанной матема- 10 тической операгп.и в вычислителе 16 (фиг. 3) на первый вход аналогового умножителя 22 подают напряжение, пропорциональное углу Cg = Ы, а на второй вход подают напряжение, пропорцирнальное отношению ?. /?., Операцию делегация выполняют на втором аналоговом делителе 23, па входы которого с второго 24 и третьего 25 переменных резисторов через второй 26 и 5п третий 27 буферные усилители подают напряжения, пропорциональные L u Lt соответственно.

С выхода 18 вычислителя 16 напряжение, пропорциональное углу двойного преломления, поступает на первую 2 и вторую 3 отклоняющие системы верхнего и нижнего уровней преломления. При этом tta отклоняющуго систему 2 указанное напряжение подается через третий сумматор 10 и первый усилитель 4 магнитной развертки, а на отклоняющую систему 3 — через первый 8 и второй 9 сумматоры и второй усилитель 5 магнитной развертки, Суммированием на первом сумматоре 8 напряжений, пропорциональных углу двойного преломления и углу отклонения пучка от оси пушки, обеспечивают превышение тока во второй отклоняющей системе 3, чем обеспечивается наклон сварочного пучка в точке его совмещения со стыком на угол К, равный углу q отклонения корня шва от плоскости стыка. На втором 9 и третьем 10 сумматорах напряжения, пропорциональные отклонению пучка, суммируются с корректирующими напряжениями системы 7 автоматического слежения эа стыл;ом. Под воздействием суммарных напряжений в процессе работы сварочный пучок совмещается с плоскостью стыка, т.е совмещается по всей толщине свариваемого изделия, Способ осуществляют на электроннолучевой аппаратуре типа ЭЛА 60/60 с помощью устройства, схема которого приведена на фиг. 1 °

Сгосоо и устройство для его осуществления опробованы при электронto-лучевой сварке изделий и.з стали

12Х2Н4МД толщиной 60-80 мм с остаточной намагниченностью в области стыка до 5 Гс. Б процессе работы устройством обеспечивалась устойчивая работа при смещении пучка от стыка в пределах + 3 мм и смещении корня шва в пределах + 2 мм, При выбранных расстояниях Lг = 70 мм, Lg = l50 мм, толщине изделия h = 60 мм и уходе корня шва на 2 мм устройством обеспечивались углы отклонения of.

0,03 рад и углы двойного преломления (= 0,064 рад.

Формула изобретения

1. Способ упразления электроннолучевой сваркой, при котором производят компенсацию влияния остаточного магнитного поля свариваемого изделия отклонением сварочного пучка путем его двойного преломления, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем совмещения сварочного пучка с плоскостью стыка г,о всей тол43

7 14509 щине изделия, сварочный пучок отклоняют относительно электронно-оптической оси пушки на угсл, равный углу смещения корня шва от плоскости

5 стыка в направлении, противоположном смещению корня шва, при этом поддерживают отношение между углом двойного преломления и углом отклонения сварочного пучка от электронно-оптической оси пушки при входе в изделие неизменным и равным отношению расстояния между нижним уровнем преломления и поверхностью изделия к расстоянию между уровнями преломления 15 отклоняющих систем.

2. Устройство для управления электронно-лучевой сваркой, содержащее пушку с первой и второй отклоняющими системами, расположенными вдоль электронно-оптической оси пушки на двух уровнях и включенных противофазно, первый и второй усилители магнитной развертки, выходы которых соединены с обмотками соответствующих 25 отклоняющих систем, систему автоматического слежения за стыком, первый выход которой соединен с пушкой, а вход — с датчиком положения сварочного пучка на лицевой поверхности из- 3р делия, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены первый, второй и третий сумматоры, последовательно соединенные датчик положения корня шва, система слежения за корнем шва, вычислитель угла отклонения корня шва и вычислитель угла двойного преломления, причем выход вычислителя угла отклонения корня шва соединен с первым входом первого сумматора, вто- 4р рой вход которого соединен с выходом вычислителя угла двойного преломпения и первым входом третьего сумматсра, второй вход которого соединен с вторым входом второго сумматора и вторым выходом системы автоматического слежения .за стыком, а выходы второго и третьего сумматоров соединены соответственно с входами второго и первого усилителей магнитной развертки.

3. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что вычислитель угла отклонения корня шва содержит первый аналоговый делитель, первый буферный усилитель и первый переменный резистор, причем вход первого буферного усилителя подключен к выходу первого переменного резистора, а выход — к первому входу первого аналогового делителя, второй вход которого соединен с.выходом системы слежения за корнем шва, а выход — с входом вычислителя угла двойного преломпения и первым входом первого сумматора.

4. Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что вычислитель угла двойного преломпения содержит последовательно соединенные второй переменный резистор, второй буферный усилитель, второй аналоговый делитель и аналоговый умножитель, а также последовательно соединенные третий переменный резистор и третий буферный усилитель, выход которого соединен с вторым входом второго аналогового делителя, второй вход аналогового умножителя соединен с выходом вычислитсля--угла отклонения корня шва, а выход — с первым входом третьего сумматора.

1450943

1450943

Составитель В.Пучинский

РедактоР M.Êåëåìåø ТехРед Л Сердюкова КоРРектоРМ.Максимишинец

Заказ 7016/9 Тираж 892 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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