Устройство для управления процессом электронно-лучевой сварки



Устройство для управления процессом электронно-лучевой сварки

 


Владельцы патента RU 2469827:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ") (RU)

Устройство предназначено для управления процессом электронно-лучевой сварки. Оно содержит блок управления электронной пушкой (12), электронную пушку (1), подключенную к отрицательному полюсу высоковольтного источника питания (2), источник питания управляющего электрода (3), вакуумную камеру (6) с размещенной в ней подвижной платформой (7) с приводом перемещения изделия (8) с двигателями (9, 10) и блоком управления (11), блок выделения длительности импульса, блок выделения скорости привода перемещения изделия, элемент сравнения и блок задания скорости перемещения изделия. Выход блока задания скорости перемещения изделия подключен к первому входу блока выделения скорости (12) и одному входу элемента сравнения, связанного выходом с блоком управления двигателями (11), а вторым входом с выходом блока выделения скорости перемещения изделия, подключенного соответственно вторым, третьим и четвертым входами к выходам датчика напряжения, датчика тока и блока выделения длительности импульса, подключенного входом к выходу датчика тока. Устройство обеспечивает постоянство параметров сварки, неизменность теплового режима и, соответственно, качество сварки. 1 ил.

 

Устройство относится к области машиностроения и предназначено для автоматизации процесса сварки.

Известно устройство для управления технологическими процессами в электронно-лучевой установке, содержащее электронную пушку, вакуумную камеру, изделие, установленное на манипуляторе, источник питания высокого напряжения, систему стабилизации ускоряющего напряжения и тока электронного пучка (Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник / Н.Н.Рыкалин, А.А.Углов, И.В.Зуев и др. - М. Машиностроение, 1985 г. с.475-487). Данное устройство обеспечивает управление процессом сварки в ручном режиме с установкой требуемых параметров перед каждым циклом сварки. Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает стабильности параметров процесса сварки (обработки).

Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство для управления процессом электронно-лучевой сварки, содержащее электронную пушку, подключенную к отрицательному полюсу высоковольтного источника питания, источник питания управляющего электрода, вакуумную камеру с размещенной в ней подвижной платформой, снабженной приводом перемещения изделия и блоком управления пушкой (Устройство для регулирования процесса электронно-лучевой сварки, патент на полезную модель №64972, кл. B23K 15/00, опубликовано 27.07.2007, Бюл. №21).

Недостатком данного устройства является то, что параметры процесса сварки изменяются, несмотря на стабилизацию напряжения высоковольтного и ускоряющего источников напряжения. Нестабильность параметров сварки, проявляющаяся при непрерывном воздействии электронного пучка на изделие, приводит к снижению качества сварного соединения, особенно при сварке малогабаритных изделий.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в обеспечении контроля мощности и времени воздействия электронного пучка на изделие.

Технический результат, получаемый при решении технической задачи, заключается в обеспечении стабильности параметров сварочной ванны. Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее электронную пушку, подключенную к отрицательному полюсу высоковольтного источника питания, с датчиками тока и напряжения, источник питания управляющего электрода, блок управления пушкой и вакуумную камеру с размещенной в ней подвижной платформой, снабженной приводом перемещения изделия с двигателями и блоком управления двигателями, отличающееся тем, что дополнительно введены блок выделения длительности импульса, блок выделения скорости привода перемещения изделия, элемент сравнения и блок задания скорости перемещения изделия, выход которого подключен к первому входу блока выделения скорости и первому входу элемента сравнения, связанного выходом с блоком управления двигателями, а вторым входом с выходом блока выделения скорости перемещения изделия, подключенного соответственно вторым, третьим и четвертым входами к выходам датчика напряжения, датчика тока и блока выделения длительности импульса, подключенного входом к выходу датчика тока.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для управления процессом электронно-лучевой сварки.

Устройство для управления процессом электронно-лучевой сварки содержит электронную пушку 1, подключенную к отрицательному полюсу высоковольтного источника питания 2, с датчиками тока 3 и напряжения 4, источник питания управляющего электрода 5, блок управления пушкой 6 и вакуумную камеру 7 с размещенной в ней подвижной платформой 8, снабженной приводом перемещения изделия с двигателями 9 и блоком управления двигателями 10. Блок выделения длительности импульса 11 подключен вторым входом к выходу датчика тока 3, а выходом к первому входу блока выделения скорости привода перемещения изделия 12, второй вход которого подключен к выходу датчика тока 3, третий вход - к выходу датчика напряжения 4, а четвертый вход - к выходу блока задания скорости 14, соединенного также с первым входом элемента сравнения 13, второй вход которого соединен с выходом блока выделения скорости 12. Выход элемента сравнения 13 подключен к входу блока управления двигателями 10. К выходу высоковольтного источника питания 2 подключены датчик тока 3 и датчик напряжения 4.

Предлагаемое устройство может содержать как однокоординатный, так и двухкоординатный привод перемещения изделия. Число координат привода перемещения изделия и типы двигателей не оказывает влияния на существо предложения.

Блок выделения длительности импульса 11 по сигналу тока луча вычисляет длительность импульса тока электронного пучка, непосредственно воздействующего на изделие. По существу этот блок вырабатывает аналоговый или цифровой сигнал, пропорциональный длительности импульса тока луча. Он может быть реализован как аппаратными средствами (на так называемой «жесткой логике»), так и на программируемых контроллерах.

Блок выделения скорости привода перемещения изделия 12 по существу вычисляет энергию, поступающую на изделие, и преобразует ее в сигнал коррекции задания скорости перемещения изделия. Погонная энергия, вводимая в изделие на единицу длины сварного шва при действии импульса тока пучка, определяется по выражению

,

где I, U - ток и напряжение высоковольтного источника питания, νсв - скорость сварки.

Сигнал коррекции скорости Δν связан с энергией, поступающей на изделие, соотношением

,

где Wз - заданное значение энергии пучка, рассчитанное для данного режима сварки по тепловой модели; tи - длительность импульса, выработанная блоком выделения длительности импульса 11. Этот блок также может быть реализован как на цифровой элементной базе («жесткой логике»), так и на программируемом контроллере.

Важной особенностью предлагаемого устройства является обеспечение стабильности условий формирования сварного соединения, которые достигаются импульсным воздействием на изделие тока луча с стабильными значениями мощности и времени. Очевидно, что в этом случае при однократной настройке длительности тока луча, его формы и величины воспроизводимость заданного качества сварного соединения будет нарушаться вследствие воздействия неконтролируемых факторов, к которым относятся колебания напряжения питания электронной пушки, изменение толщины изделия и др. Расчет энергии электронного пучка в импульсе, производимый в реальном времени блоком выделения скорости привода перемещения изделия 12, позволяет определить отклонение энергии, поступающей на изделие в предыдущем цикле сварки, и скорректировать ее в следующем цикле. Если, например, в предыдущем цикле сварки была введена энергия, меньше заданной, то сигнал коррекции обеспечит снижение скорости подачи изделия, сохранив тем самым неизменное интегральное значение вводимой мощности.

Устройство работает следующим образом. Каждый цикл сварки обеспечивается формированием на выходе блока управления пушкой 6 короткого импульса управления (значительно меньшей длительности в сравнении с длительностью цикла сварки). При этом привод обеспечивает перемещение изделия с заданной скоростью, величина которой вырабатывается блоком задания скорости 14. Изделие может перемещаться по одной или двум координатам. Рассмотрим для определенности работу устройства при поступлении на электронную пушку очередного импульса управления. В результате на изделие поступает импульс тока длительностью tи, величиной I при ускоряющем напряжении U, измеряемые соответственно блоком выделения длительности 11, датчиком тока 3 и датчиком напряжения 4. Если значение энергии W, вычисленное по указанным выше величинам, равно заданному Wз, то на выходе блока 12 вырабатывается сигнал коррекции Δν=0. Это означает, что электронная пушка формирует пучок заданной энергии и скорость привода сохраняется неизменной.

Если длительность импульса tи, величина напряжения U и тока I под действием неконтролируемых возмущений изменятся, что приведет, например, к уменьшению энергии пучка W, то блоком выделения скорости 12 будет выделен сигнал коррекции, обеспечивающий снижение скорости подачи изделия на следующем после текущего импульса. При увеличении текущего значения энергии W сигнал коррекции будет иметь положительное значение, что приведет к увеличению скорости подачи изделия.

Коррекция скорости перемещения изделия при различного рода возмущающих воздействиях на параметры пучка обеспечивает неизменность теплового режима сварки и, следовательно, постоянство качества и параметров сварного соединения по длине шва.

Устройство для управления процессом электронно-лучевой сварки, содержащее электронную пушку, подключенную к отрицательному полюсу высоковольтного источника питания, с датчиками тока и напряжения, источник питания управляющего электрода, блок управления пушкой и вакуумную камеру с размещенной в ней подвижной платформой, снабженной приводом перемещения изделия с двигателями и блоком управления двигателями, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок выделения длительности импульса, блок выделения скорости привода перемещения изделия, элемент сравнения и блок задания скорости перемещения изделия, выход которого подключен к первому входу блока выделения скорости и первому входу элемента сравнения, связанного выходом с блоком управления двигателями, а вторым входом - с выходом блока выделения скорости перемещения изделия, подключенного соответственно вторым, третьим и четвертым входами к выходам датчика напряжения, датчика тока и блока выделения длительности импульса, подключенного входом к выходу датчика тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оборудованию для электронно-лучевой сварки. .

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки труб и может быть использовано при изготовлении каналов ядерных реакторов при сварке труб из циркония и титана.

Изобретение относится к формированию микрорельефа поверхностей изделий и может найти применение в электронной технике. .

Изобретение относится к сварке, в частности к способу электронно-лучевой сварки, и может найти применение при изготовлении ответственных конструкций в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к области обработки заготовок лучами, например сварке заготовок лазерным лучом. .

Изобретение относится к области сварки плавлением и позволяет расширить технологические возможности сварки. .

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке конструкционных материалов для контроля отклонения стыка. .

Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки и предназначено для управления процессом сварки. .

Способ электронно-лучевой сварки с контролем и управлением удельной мощности электронного луча непосредственно в процессе сварки может быть использован для изготовления сварных изделий из конструкционных материалов. Из спектра колебаний вторичного тока в диапазоне частот 5-125 кГц выделяют сигнал переменной составляющей, включающей диапазон частот, содержащий «пик» спектральной плотности, который подвергают статистической обработке. Строят эмпирические плотности распределения указанного сигнала в амплитудном диапазоне. Затем в зависимости от измеренных величин параметров эмпирической плотности распределения, таких как дисперсия, среднеквадратичное отклонение, модальное значение эмпирической плотности распределения в моде или отношение значения плотности распределения к среднеквадратичному отклонению или к дисперсии, а также от внешнего вида эмпирической плотности распределения, задают ток фокусировки, соответствующий максимальной удельной мощности электронного луча. В результате достигают повышение точности контроля фокусировки электронного луча и расширение функциональных возможностей способа при проведении сварки в режиме глубокого проплавления как статичным, так и осциллирующим или модулированным лучом в диапазоне мощностей от 1,5 до 15 кВт за счет использования дополнительного информационного параметра. 7 ил., 1 пр.

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке, в частности к способам контроля процесса электронно-лучевой сварки, и может быть использовано для сварки ответственных изделий со сложной геометрией и повышенными требованиями к качеству сварного соединения. Электронный луч периодически выводят из зоны сварки. Сканируют его поперек стыка. Регистрируют ток луча электронной эмиссии в каждой точке траектории сканирования, по изменению которого определяют положение стыка сварного соединения. Устанавливают зависимость тока от перемещения электронного луча и по этой зависимости оценивают геометрические параметры электронного луча. Дополнительно создают траекторию сканирования поперек стыка в области сформированного сварного шва. Регистрируют рельеф поверхности сварного шва, по которому оценивают качество сварного шва и осуществляют корректировку параметров сварки после совместной обработки основной и дополнительной траекторий сканирования. В результате осуществляется практически моментальная оценка качества сварного шва и соответственно - изменение параметров электронного луча, что повышает качество сварного соединения как при сварке продольных швов, так и кольцевых или сложнопрофильных. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки. Способ электронно-лучевой сварки осуществляется с оперативным контролем удельной мощности и степени фокусировки электронного луча, причем сварку проводят с осцилляцией электронного луча в частотном диапазоне от 300 до 2000 Гц по синусоидальному или линейному закону, в процессе сварки измеряют и подвергают фильтрации и выпрямлению сигнал вторичного тока в цепи коллектора электронов, затем проводят обработку отфильтрованного и выпрямленного или исходного сигнала вторичного тока методом синхронного накопления и измеряют величину запаздывания этого сигнала относительно сигнала тока в отклоняющих катушках. При этом током фокусировки управляют поддерживая упомянутую величину запаздывания сигнала на постоянном уровне, соответствующем заданной величине удельной мощности электронного луча. Техническим результатом при использовании изобретения является повышение качества формирования сварного шва в режиме глубокого проплавления осциллирующим электронным лучом. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки. Сварку осуществляют со сквозным проплавлением и регулированием мощности электронного пучка. В процессе сварки регистрируют частоту и продолжительность импульсов сквозного тока. Электронно-лучевую сварку проводят с осцилляцией электронного пучка в частотном диапазоне от 300 до 2000 Гц по синусоидальному или линейному закону. Регулируют мощностью электронного пучка, поддерживая среднюю продолжительность импульсов или величину произведения средней продолжительности импульсов сквозного тока на их частоту на определенном уровне, обеспечивающем требуемое формирование шва. Техническим результатом является повышение точности и надежности регулирования электронно-лучевой сварки осциллирующим электронным пучком со сквозным проплавлением металлических изделий толщиной 5-40 мм. 3 ил.

Изобретение предназначено для осуществления процесса электронно-лучевой сварки в условиях действия магнитных полей, наводимых в свариваемом изделии. Устройство содержит электронно-лучевую пушку, фокусирующую систему, отклоняющие катушки, генератор сканирования электронного пучка поперек стыка и вдоль него, блок наведения электронного пучка на стык соединения, электропривод перемещения электронно-лучевой пушки, источник компенсирующего магнитного поля, рентгеновский датчик с щелевым коллиматором, установленный на электронно-лучевой пушке таким образом, что проекция коллимационной щели на поверхности свариваемого изделия совпадает с оптической осью электронно-лучевой пушки и расположена параллельно стыку соединения. Устройство также содержит соответствующие блоки обработки сигнала рентгеновского датчика, который используется для управления источником компенсирующего магнитного поля, выполненным, например, в виде электромагнита или двух источников тока, содержащих токоподводы, располагаемые сверху и снизу свариваемого изделия симметрично сварному шву в зоне его максимальной температуры. Изобретение позволяет компенсировать наведенные магнитные поля и тем самым повысить точность совмещения сварного шва со стыком изделия и повысить качество сварки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки металлов. Осуществляют синфазную осцилляцию фокуса электронного луча и осцилляцию продольных отклонений луча в частотном диапазоне от 300 до 2000 Гц по синусоидальному или линейному закону. Одновременно измеряют сигнал вторичного тока в цепи коллекторов электронов и обрабатывают методом синхронного накопления. Вычисляют величину запаздывания обработанного сигнала относительно сигнала тока в отклоняющих катушках. Управляют током фокусировки, поддерживая упомянутое значение запаздывания на постоянном уровне, соответствующем определенной величине удельной мощности электронного луча. Устройство содержит коллектор 1 электронов, источник 2 смещения, резистор 3 нагрузки, блок 4 измерения тока отклоняющих катушек 16, первый 5 и второй 6 аналого-цифровые преобразователи, блок 7 синхронного накопления, цифро-аналоговый преобразователь 8, ПИД-регулятор 9, блок 10 управления током фокусирующих катушек 15, блок 11 управления током отклоняющих катушек 16 и генератор 12 пилообразных или синусоидальных колебаний. Изобретение позволяет повысить качество формирования сварного шва. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки. Периодически осуществляют регистрацию рентгеновского излучения из корневой части канала проплавления в плоскостях, поперечных каналу проплавления между плоскостями, расположенными с разных сторон и на равных расстояниях относительно ядра плазмы. Формируют управляющее воздействие по амплитуде и фазе составляющей интенсивности рентгеновского излучения, частота которой равна частоте регистрации. Технический результат заключается в стабилизации глубины проплавления в процессе сварки. 3 ил.

Изобретение относится к устройству для определения распределения плотности энергии для контроля фокусировки электронного пучка при электронно-лучевой сварке. Устройство содержит контроллер 1 и преобразователь 2 поперечного распределения энергии электронного пучка в аналоговый сигнал. Преобразователь 2 содержит цилиндрический корпус 3 с открытым торцом 4 и закрытым торцом 5, щелевую диафрагму 6, коллектор 7 первичных и коллектор 8 вторичных электронов, разделительный стакан 9. Щелевая диафрагма 6 расположена внутри корпуса 3 преобразователя 2 в области его торца 4, электрически соединена с этим корпусом и содержит N1 радиальных щелей шириной h1 для дифференциальных измерений и N2 радиальных щелей шириной h2 для интегральных измерений поперечного распределения энергии электронного пучка так, что h2>h1 и N1>N2≥1. Коллекторы 7 и 8 соединены между собой электрически и изолированы от корпуса 3 при помощи разделительного стакана 9. Коллектор 7 выполнен в виде тела вращения с уменьшающейся площадью поперечного сечения в направлении от дна разделительного стакана к упомянутой щелевой диафрагме, соединен с входом нагрузочного резистора 10, выход которого соединен с корпусом 3. Коллектор 8 выполнен в виде полого цилиндра, установлен внутри разделительного стакана 9 соосно с ним и электрически соединен с коллектором 7, являющимся выходом упомянутого аналогового сигнала, предназначенного для его обработки контроллером 1. Технический результат: снижение потерь электронов в результате их вторичной эмиссии за счет изменения угла отражения электронов от коллектора первичных электронов. 3 ил.
Наверх