Устройство для автоматической фокусировки сварочного электронного луча

Устройство для автоматической фокусировки сварочного электронного луча

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области управления сварочными процессами, а именно к управлению параметрами процесса электронно-лучевой сварки. Устройство состоит из датчика 1 вторичных электронов, формирователя 2 сигнала, схем 3 и 4 аналоговой памяти, блока 5 сравнения, блока 6 определения знака, компаратора 7, управляемого ЦАП 8, усилителя 9 тока, фокусирующей электромагнитной системы 10. блока 11 управления, блока 12 фокусировки, отклоняющей системы 13, селектора 14. Изобретение позволяет обеспечить автоматическую фокусировку сварочного луча в реальном масштабе времени при изменении расстояния сварочная пушка-свариваемая деталь, величины ускоряющего напряжения и тока луча. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. Ж, 1773641 Al (я)5 В 23 К 15/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР..,p

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ !1» .

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4867789/08 (22) 21,09.90 (46) 07,11,92, Бюл. М 41 (71) Научно-исследовательский институт технологии машиностроения (72) Е.Н, Румянцев и В.А, Казаков (56) 1. Заявка Великобритании N 1321353, кл. В 23 К 15/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

t+ 1123183, кл. В 23 К 15/00. 1983. (54} УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЭОКУСИРОВКИ СВАРОЧНОГО

ЭЛЕКТРОННОГО ЛУЧА (57) Изобретение относится к области управления сварочными процессами, а именно к управлению параметрами процесса электронно-лучевой сварки. Устройство состоит из датчика 1 вторичных электронов, формирователя 2 сигнала, схем 3 и 4 аналоговой памяти, блока 5 сравнения, блока 6 определения знака, компаратора 7, управляемого ЦАП 8, усилителя 9 тока, фокусирующей электромагнитной системы 10, блока

11 управления, блока 12 фокусировки, отклоняющей системы 13, селектора 14. Изобретение позволяет обеспечить автоматическую фокусировку сварочного луча в реальном масштабе времени при изменении расстояния сварочная пушка — свариваемая деталь, величины ускоряющегс напряжения и тока луча. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1773641

30

Изобретение относится к области управления сварочными процессами, а именно к управлению параметрами процесса электронно-лучевой сварки.

Известно устройство для регулировки фокуса электронного луча, содержащее датчики вторичных электронов, блок управления, электромагнитную фокусирующую линзу (1). Недостатками известного устройства являются применение двух датчиков, которые установлены над изделием симметрично относительно электронного луча, и невозможность поддеожания симметрии системы датчик — луч — датчик в процессе сварки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для электронно-лучевой сварки, содержащее фокусирующую систему, датчик вторичных электронов, блок фокусировки и блок управления (2), Недостатками известного устройства являются следующие. Информация о величине смещения фокуса заключена в амплитуде сигнала датчика вторичных электронов, Всякое изменение амплитуды сигнала, вызванное дестабилизирующими факторами, воспринимается устройством как смещение фокуса, т,е. устройство обладает низкой помехозащищенностью. Сканирование поверхности свариваемых деталей фокальной плоскостью луча требует наличия зазора в стыке, в случае отсутствия зазора устройство не стабилизирует фокус, Устройство не стабилизирует фокусное расстояние в реальном времени, т.е, s ходе сварки, Амплитуда сигнала датчика зависит одновременно от величины зазора в стыке и от расстояния поверхности свариваемых деталей — сварочная пушка, что существенно снижает точность определения величины смещения фокуса.

Целью изобретения является повышение качества сварного шва за счет автоматической установки и стабилизации фокусного расстояния электронного луча в процессе сварки в реальном масштабе времени.

Устройство содержит датчик 1 вторичных электронов, выход которого соединен с входом формирователя 2 сигнала, выход формирователя 2 связан со входами схем 3 и 4 выборки-хранения, выходы которых соединены с входами блока 5 сравнения. Выход блока 5 сравнения соединен с входом блока 6 определения знака и выходом компаратора 7, при этом выход блока 6 определения знака связан с входом управляемого цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 8, а выход компаратора 7 связан с вторым входом управляемого ЦАП 8. Выход управляемого ЦАП 8 связан с первым входом усилителя 9 тока, выход которого подключен к фокусирующей электромагнитной системе

10, При этом первый и второй выходы блока

11 управления связаны со вторым входами

3 и 4 выборки-хранения. его третий выход— с третьим входом управляемого ЦАП 8, а вход блока 11 управления связан с выходам компаратора 7. На второй вход усилителя 9 тока поступает сигнал с выхода блока 12 фокусировки, а отклоняющая система 13 связана с выходом блока 12. Датчик 1 вторичных электронов снабжен селектором 14 электронов по энергиям, конструктивно составляющих единый узел, ЦАП 8 предназначен для формирования напряжения, управляющего величиной и характером изменения тока фокусирующей системы, Под воздействием внешних управляющих сигналов выходное напряжение изменяется по величине, знаку, скорости нарастания спада, форме, что позволяет реализовать различные режимы работы устройства, которые максимально удовлетворяют требованиям процесса сварки.

ЦАП 8 осуществляет только регулирование тока, При подаче по третьему входу серий импульсов на его выходе формируется напряжение, соответствующее цифровому коду. Параметры этого напряжения определяются параметрами импульсной последовательности.

Устройство работает следующим образом.

Предварительное наведение и фокусировка электронного луча осуществляются при малом (2 — 5 mA) токе электронного луча.

Блок 12 фокусировки, подкл юченн ый к отклоняющей системе 13, создает в последней переменный ток, под действием магнитного поля которого луч совершает гармонические колебания малой амплитуды. Информация о положении луча относительно стыка заключена в амплитуде сигнала, частота которого соответствует частоте сканирования стыка. Когда координаты луча и стыка совпадают, в спектре сигнала датчика вторичных электронов присутствуют только составляющие, кратные двойной частоте сканирования. Фокусировка и совмещение луча со стыком осуществляются по максимуму амплитуды сигнала с двойной частотой сканирования, Максимум амплитуды сигнала с двойной частотой сканирования достигается за счет регулировки величины выходного тока усилителя 9, управляющего напряжением с первого выхода блока 12 фокусировки и изменением величины постолиной составляющей второго выхода блока

5 1773641 б

12, выходной сиг нал датчика 1 поступает на вход формирователя 2 сигнала, где из спектра вторично-эмиссионного сигнала выделяется сигнал с двойной частотой сканирования, Индикация положения фоку- 5 са и взаимного положения луча относительно стыка осуществляется с помощью индикатора, входящего в состав формирователя 2. По окончании процесса предварительной фокусировки и наведения 10 электронного луча устройство подготовлено к переходу в режим автоматической фокусироа«v. сварочного электронного луча. Переход в режим сварки сопровождается увеличением тока луча до номинального (ра- 15 бочего) значения, Выходной сигнал датчика

1 постуliýåò на вход формирователя 2 сигнала. В формирователе 2 сигнала выделяется постоянная составляющая выходного сигнала датчика 1, Выходной сигнал формиро- 20 вателя 2 поступает на первые входы схем 3 и 4.

Режим их работы определяется командными сигналами, формируемыми блоком 11 управления. Временной интервал между 25 выборкой сигнала в схеме 3 и выборкой сигнала в схеме 4 определяется величиной скорости сварки и ожидаемой величиной скорости изменения расстояния поверхность свариваемых деталей — сварочная 30 пушка. Выходные сигналы схем 3 и 4 поступают на входы блока 5 сравнения, где осуществляется сравнение двух сигналов, между которыми имеется временной интерваль|. Выходной сигнал блока 5 поступает 35 на вход блока 6 определения знака, где определяется знак результата сравнения, и вход компаратора 7, где определяется величина результата сравнения. Если выходной сигнал блока 5 не превышает установлен- 40 ное значение, то выходной сигнал компаратора 7 отсутствует, выходное напряжение управляемого ЦАП 8 не изменяется, неизмененным остается выходной ток усилителя

9, а ток в электромагнитной фокусирующей 45 системе 10 равен первоначально установленному!о. В блоке 11 формируются командные сигналы, управляющие режимом работы схем 3 и 4, циклы выборки — сравнения повторяются. Если выходной сигнал 50 блока 3 сравнения превышает установленное значение, то на выходе компаратора 7 появляется сигнал разрешения по второму входу работы управляемого ЦАП 8, выходной сигнал блока 6 определяет по первому 55 входу направление изменения выходного напряжения ЦАП 8, а по третьему ЦАП 8 получает последовательно серию импульсов, вызывающую последовательные приращения тока усилителя 9 и тока электромагнитной фокусирующей системы

10. Изменение выходного сигнала датчика 1 после каждого приращения тока обрабатывается в формирователе 2 L "запоминается" в схемах 3 и 4. Если выходной сигнал блока

5 сравнения не превышает установленное значение, то циклы выборки — сравнения прекращаются, В противном случае циклы выборки-сравнения повторяются до тех пор, пока выходной сигнал датчика 1 не примет максимально возможного значения при текущих значениях расстояния поверхность свариваемой детали — сварочная пушка, толщине свариваемого материала, токе сварки и величине ускоряющего напряжения.

Селектор 14 электронов не "пропускает" на датчик 1 электроны. обладающие малой энергией.

Конструктивно датчик 1 выполнен в виде диска, который устанавливается на нижнем торцовом срезе сварочной пушки. B центре диска выполнено сквозное отверстие для прохождения потока электронов (сварочного луча).

Селектор 14 электронов конструктивно выполнен в виде набора металлических сеток, которые электрически изолированы друг от друга, размеры ячеек у каждой сетки различны. На сетки поданы постоянные потенциалы. Количество сеток, размер ячеек и величины постоянных потенциалов выбираются в зависимости от вида свариваемых материалов. Селектор 14 установлен на поверхности датчика 1, которая обращена к сварочной ванне.

Устройство обладает следующими преимуществами: обеспечивает а втоматическую фокусировку и стабилизацию фокуса сварочного луча непосредственно в ходе электронно-лучевой сварки; работоспособно при отсутствии зазора в стыке и при помощи сварочного луча от 60 Вт до 15 кВт, В устройстве используется однозначная зависимость между амплитудой информационного сигнала и расстоянием поверхность свариваемой детали — сварочная пушка, что повышает точность фокусировки.

Формула изобретения

1. Устройство для автоматической фокусировки сварочного электронного луча, содержащее фокусирующую электромагнитную систему, датчик вторичных электронов, блок фокусировки, блок управления и отклоняющую систему, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества сварного шва за счет стабилизации фокусного расстояния электронного луча в процессе сварки, оно снабжено формирователем сигнала, двумя схемами выборки — хранения, блоками срав1773641

Составитель Е,Румянцев

Редактор М.Кузнецова Техред M.Mîðãåíòàë Корректо Н.Милюкова

Заказ 3893 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 нения и определения знака, компаратором, управляемым цифроаналоговым преобразователем и усилителем тока, п ричем датчик вторичных электронов через формирователь сигнала подключен к первым входам схем выборки-хранения, вторые входы которых соединены с выходами блока управления, а выходы подключены к входам блока сравнения, выход которого подключен к входам блока определения знака и компаратора, выходы которых соединены соответственно с первым и.вторым входами управляемого цифроаналогового преобразователя, к третьему входу которого подключен третий выход блока управления, к второму — вход блока управления, а выход

5 через усилитель тока соединен с электромагнитной фокусирующей системой, блок фокусировки выходами подключен к отклоняющей системе и к второму входу усилителя тока, 10 2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что датчик сторичных электронов снабжен селектором электронов по энергиям.