Способ электронно-лучевой сварки сконтролем и регулированием глубиныпроплавления

Способ электронно-лучевой сварки сконтролем и регулированием глубиныпроплавления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ИСА

Союз Советских

Социалистических

Республим

О П E

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (51)М. Кл.з (22) Заявлено 200171 (21) 1615365/25-27 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

В 23 К 15/00

Государственный комитет

СССР по делам изобре-.ений и открытий

Опубликовано 230681 Бюллетень М 23

Дата опубликования описания 2306.81 (53) УДК 621.791. . 72(088. 8) (72) Авторы изобретения

К.С,Акопьянц, О.К.Назаренко и В.Е.Локшин (71) Заявитель

Институт электросварки им. Е.О.Патона (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ СВАРКИ С КОНТРОЛЕМ

И РЕГУЛИРОВАНИЕМ ГЛУБИНЫ ПРОПЛАВЛЕНИЯ

Известен способ электроннолучевой сварки с контролем и регулированием глубины проплавления путем принудительного изменения погонной энергия электронного пучка.

Известный способ, основанный на реализации контроля и регулирования глубины проплавления с учетом сигнала, свидетельствующего о количестве.ионизированных паров металла, воз никающих при проникновении электронного потока в толщину обрабатываемого изделия, не обеспечивает достаточно высокой надежности, так как плотность потока выходящих из сварочного кратера ионизированных паров зависит не только от глубины электроннолучевого проплавления, но и от многих других факторов. Например, от ускоряющего напряжения з ави сит вероят ноет ь и они з ации (которая уменьшается при увеличении ускоряющего напряжения), or величины тока электронного пучка зависит количество ионизированных паров (с увеличением тока электронного пучка увеличивается количество ионизированных атомов пара). Уже по этим причинам йри неизменной мощности электронного, учка, но при различной величине ускоряющего напряжения и тока электронЗО ного пучка, количество ионизироваиных паров оказывается. различным, а разница в величинах ионных токов может составить два-три порядка.

Практика показывает также, что величина регистрируемого ионного тока зависит от расстояния между свариваемям иэделием и регистрирующим коллектором ионов ионный ток уменьшается примерно обратно пропорцнонально квадрату названного расстояния. Поэтому при сварке иэделия с неодинаковой высотой по контуру свар ки регистрируемый ионный ток изменяется так, словно изменяется глубина проплавления..

Кроме того, на величину ионного тока, регистрируемого коллектором ионов, влияет конфигурация поверхности свариваемого изделия вблизи места сварки. Если стык свариваеьаах кромок находится в щели, то из-эа экранирования вытягивающего ионы электрического поля коллектора происходит уменьшение регистрируемой на коллекто" ре величины ионного тока.

На количество ионизированных паров свариваемтх материалов и величину регистрируемого. на коллекторе ион" чого тока оказывает существенное вли40 1105 яние интенсивность вторичной эмиссии от облучаемой зоны, которая, в свою очередь, з ави сит от всех названных факторон. Немаловажным .является то, что обычно величина вторичноэмиссионного тока превышает на нес— колько порядков величину ионного тоКа, причем вторичные электроны по сравнению с первичными имеют более широкий энергетический спектр (от тепловой энергии до энергии, соответствующей энергии электронов первичного 10 электронного пучка) и, следонательно, обеспечивают повышенную вероятность ионизации паров по сравнению с первичным пучком.

Перечисленные физические особенности обуславливают неоднозначную зависимость между глубиной проплавления и сигналов, используемую в известном способе, т.е. недостаточно высокую надежность известного способа.

Для повышения надежности контроля и регулиронания глубины проплавления по предлагаемому способу погонную энергию электронного пучка изменяют в зависимости от си гнал а, хар акт ериз ующего величину частоты известных пульсаций парового потока в канале про плавления, и с учетом уменьшения частоты пульсаций парового потока при увели чении глубины проплавления, при- 30 чем в качестве названного сигнала используют, например, частоту пульсаций ионного тока или вторично-эмиссионного тока, возникающих над изделием в процессе электроннолучевой 35 сварки.

В ходе теоретических и экспериментальных исследований установлено, что частота f, пульсаций парового потока может быть описана в первом приближении следующим уравлениегл

> Р л 1 =07Ю вЂ” — — 2 — -9, — ", - —,) ь 2л ъ 1- %6 ь

0> .5 45 где Ь вЂ” величина, равная двум глубинам канала проплавления, см/с.

V - скорость распространения паров, см/с, Q — скрытая теплота испарения свариваемого материала, кал/г, 55

q - плотность мощности электрон0 ного пУчка, кал/см г> — полное поперечное сечение столкновений электронов с

1 г вещества, см /г.

С практической точки зрения суще- бО ственным оказалось существование однозначной зависимости между величиной частоты пульсаций и глубиной канала пропланления, согласно которой по мере углубления канала проплавле- 65 ния частота пульсаций парового потока уменьшается, В целом ряде случаев ! (если требования к точности сварки это допускают) можно ориентироваться на обратно пропорциональную зависимость между f и Ь.

В полном соответствии с существующей системой взглядов на построение систем автоматического регулирования вышеуказанная зависимость положена в основу предлагаемого способа.

Ча чертеже дана схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит электронный излучатель 1, формирующий электронный пучок 2, фокусирующую электромагнитную линзу 3, свариваемое изделие 4, над к от срым распространяет ся выходящий из сварочного кратера пульсирующий паровой поток 5, коллектор б ионного тока, источник 7 напря>кения, сопротивление 8 утечки, усилитель-ограничитель 9, частотный детектор 10, усилитель 11, да чик 12 номинального уровня сигнала, переключатель 13, источник 14 питания электромагнитной линзы, блок 15 регулировки мощности электронного пучка, источник 16 ускоряющего напряжения.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Электронный пучок 2, сфокусированный электромагнитной линзой 3, проходит через пульсирующий паровой поток 5 и поступает на сваринаемое изделие 4. Взаимодействие пучка 2 с пульсирующим паровым потоком 5 сопровождается иониз ацией последнего.

Пульсирующий ионный ток регистрируется коллектором б. Проходя по сопротивлению 0 утечки он создает падение напряжения, которое подается на вход усилителя-ограничителя 9.. С выхода этого элемента сигнал поступает на частотный детектор 10 и после выхода с него суммируется эталонным сигналом от датчика 12, который соответствует требуемой глубине проплав. ления. Результирующий сигнал подается на усилитель 11 и с его выхода — в цепь управления источника 14 питания линзы 3 или с помощью переключателя

13 — в цепь управления блока 15 регулировки мощностью электронного пучка

2. Если по каким-либо причинам глубина проплавления в процессе электроннолучевой сварки изменяется, то это приводит к изменению вы>ичины управляющего сигнала, выходящего с усилителя 11, и вызывает изменение степени фокусировки или изменение мощности пучка, т.е. изменение погонной энергии (при необходимости можно известными путями обеспечивать изменение скорости сварки) . Не исключена возможность одновременного изменения всех параметров.

401105

f (кГц) = 12,5 /h (мм) ВНИИПИ Заказ 4568/16 Тираж 1148 Подписное

Филиал ППП"Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4

При осуществлении предлагаемого способа следует учитывать, что в устройстве для регистрации ионного тока источник 7 напряжения следует отрицательным полюсом подключать к коллектору 6, а положительным полюсом через сопротивление 8 утечки — к земле. Для регистрации вторично-эмиссионного тока подключение источника

7 — обратное.

В ходе экспериментальной проверки способа исследована, в частности, сталь марки Х18Н9Т. При мощности пучка 2 кВт, токе 100 мА, скорости сварки 0,86 м/с, глубина проплавления составляет 3 мм, а частота пульсаций ионного тока —, 1,6+ 0,14 кГц. При 15

Мощности пучка 7 кВт, токе 3?О мЛ, скорости сварки О, 86 м/с глуби на проплавления составляет 23 ьм, а часто та пульсаций ионного тока — 0,65 4+

+О, 12 кГц. При мощности пучка 10 кВт, 20 токе 400 мА, скорости сварки 0,86 м/с глубина проплавления составляет

30 мм, а частота пульсации ионного тотока — 0,3810,12 кГц.

Аналитическая зависимость частоты пульсаций парового потока от глубины Ь проплавления в данном случае (сталь Х18Н9Т) описывается следующим соотношением

Формула изобретения

1. Способ электроннолучевой свар ки с контролем и регулированием глубины проплавления путем принудительного изменения погонной энергии электронного пучка, о т л и ч а ю щ и и с я ТрМ что с целью повышения надежности контроля и регулирования глуби ны проплавления, погонную э нергию электронного пучка изменяют в зависимостии от сигнала, хар акт ери зукще го величину частоты пульсаций парового потока в канале проплавления, и с учетом уменьшения частоты пульсаций парового потока при увеличении глубины проплавления.

2. Способ по и. 1, о тли ч ав.шийся тем, что в качестве сигнала, характеризующего величину частоты пульсаций парового потока в канале проплавления, используют частоту пульсаций ионного тока, возникающего над свариваемым изделием в процессе электроннолучевой сварки.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве сигнала, характеризующего величину частоты пульсаций парового потока в канале проплавления, используют частоту пульсапий "îê-; вторичных электронов, воз никакщего над свариваемым изделием в процессе электроннолучевой сварки.