Устройство для электроннолучевой сварки

Устройство для электроннолучевой сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е ((()504339

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (01) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.04.73 (21) 1910719/25-27 (51) М. Кл.з

В 23К 15/00 с присоединением заявки №

Государственный комитет сссР по делам изобретений и открытий (23) Прио(ритет (43) Опубликовано 30,09.82. Бюллетень № 36 (53) УДК 621.791.72.03 (088.8) (45) Дата опубликования описания 30.09.82 (72) Авторы изобретения

В. И. Шаповал, В. Е. Локшин, О. К. Назаренко, А. М. Орлов и В. И, Ташлай

Институт электросварки им. Е. О. Патона (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ

Известно устройство для электронно-лучевой сварки, содержащее электронный излучатель с электромагнитной отклоняющей системой, генератор периодических отклоняющих импульсов, электрически связанный с электромагнитной отклоняющей системой электронного излучателя, коллектор вторичных электронов, осциллограф, электрически связанный с коллектором вторичных электронов, и переключатель, встроенный в цепь электромагнитной отклоняющей системы электронного излучателя.

Известное устройство используется для совмещения пятна нагрева на облучаемом изделии со стыком свариваемых кромок перед сваркой, но не может обеспечить весьма высокую точность совмещения, что является недостатком устройства в целом ряде случаев, например при сварке разнородных металлов.

Известно, что при отклонении электронного пучка с помощью электромагнитной линзы наблюдается фазовый сдвиг между током и магнитным потоком, осуществляющим отклонение. Результатом является несовпадение истинного положения пятна нагрева на облучаемом изделии с положением сигнала вторично-эмиссионного тока на экране осциллографа, развертка которого во времени на экране электронно-лучевой трубки осциллографа пропорциональна току в электромагнитной отклоняющей системе.

При необходимости высокоточного совмещения пятна нагрева со стыком свариваемых кромок необходимо в общем случае вначале отыскать этот стык, а затем произвести ориентацию центра пятна нагрева относительно осевой плоскости стыка. Пер10 вая задача решается путем колебаний поискового электронного пучка с большой амплитудой поперек стыка, при этом на экране осциллографа изображение стыка достаточно точно может совместиться с изо15 бражением пятна нагрева в момент перехода последнего через стык. Вторая задача может быть надежно решена только прп увеличении масштаба вторично-эмиссионного сигнала на экране осциллографа, это

20 можно осуществить или уменьшением амплитуды поискового колебания пучка, или увеличением ширины развертки по экрану.

В обоих случаях расстояние по горизонтальной оси (на экране осциллографа) ме25 жду изображением стыка и изображением пятна нагрева (прп том же фазовом сдвиге) резко возрастает и при большом масштабе увеличения, который с практической точки зрения необходим для точного их

З0 совмещения, одно из этих изображений мо504330

15 о

>г, Зо

4О

55 оо

65 жет выйти за пределы экрана; при этом оценка точности совмещения отягощена значительной ошибкой, уменьшить которую можно лишь путем использования фазосдвигающей цепочки.

Более того, известно, что в процессе работы электронно-оптической системы аблюдаются изменения величины тока пучка, ускоряющего напряжения и тока электромагнитной фокусирующей линзы, а это вызывает колебания величины вторичноэмиссионного сигнала. Если отсутствует синхронизация между флуктуациями величины вторично-эмиссионного сигнала и временной разверткой, то амплитуда вторичноэмиссионного сигнала периодически изменяется с небольшой частотой; практика показывает, что при коэффициенте пульсаций ускоряющего напряжения порядка единиц процентов и при пульсациях тока пучка порядка 5 — 10% амплитуда вторично-эмиссионного сигнала может изменяться на

20 — 30%. Если учитывать, что в известном устройстве колеблющийся электронный пучок периодически останавливают на длительное время для формирования на экране осциллографа светящейся точки, соответствующей положению пятна нагрева на изделии, то становится ясно, насколько трудно добиться синфазности в периодических колебаниях амплитуды вторично-эмиссионного сигнала и светящейся точки, формируемых на экране осциллографа. Эти изображения вразнобой перемещаются возвратно-поступательно по вертикальному направлению и не позволяют с достаточной точностью оценить совмещение стыка и пятна нагрева на облучаемом изделии.

Цель изобретения — обеспечить более высокую точность совмещения пятна нагрева на изделии со стыком свариваемых кромок.

Это достигается тем, что устройство снабжено генератором коммутирующего напряжения и трансформатором, а переключатель выполнен в виде коммутатора с двумя устойчивыми положениями, электрически связанного с генератором коммутирующего напряжения и с трансформатором, причем в цепь электромагнитной отклоняющей системы электронного излучателя встроена первичная обмотка трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к входам коммутатора с двумя устойчивыми положениями и генератора коммутирующего напряжения, а выход коммутатора с двумя устойчивыми положениями подключен к входу временной развертки осциллографа.

На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — показаны формы сетевого напряжения V«»>, отклоняющего тока Io, напряжения Vx > на пластинах электронно-лучевой трубки осциллографа и напряжение V@,р„на выходе генератора

4 коммутирующего напряжения; на фиг. 3 даны осциллограммы вторично-эмиссионного сигнала на экране электронно-лучевой трубки осциллографа при несовпадении линии стыка с нулевой линией развертки тока Io и магнитного потока Фо, на фиг. 4— осциллограммы вторично-эмиссионного сигнала при совпадении линии стыка с нулевой линией тока развертки Ip и мапштпого потока Фо.

Устройство включает ось сварочного пучка электронов 1, линию стыка 2, отклоняющую электромагнитную систему 3, кольцевой коллектор 4 вторичных электронов, резистор 5, переходную емкость 6, экран 7 электронно-лучевой трубки с,отклоняющими пластинами Х вЂ” Х и У вЂ” У, источник 8 постоянного отклоняющего напряжения, конденсатор 9, трансформаторы 10 и 11, электронный переключатель (коммутатор)

12, генератор 13 коммутирующего напряжения.

На фиг. 3 показаны временная зависимость 14 магнитного потока Фо для случая отсутствия сдвига фаз между током отклонения I< и магнитным потоком, импульсы

15 вторично-эмиссионного напряжения для этого случая, двойные осциллограммы 16 импульсов на экране электронно-лучевой трубки для этого случая, временная зависимость 17 магнитного потока Фо для случая сдвига фаз между Фо и 1 на угол q>, импульсы 18 вторично-эмиссионного напряжения для этого случая, двойные осциллограммы 19 импульсов на экране электронно-лучевой трубки для этого случая.

На фиг. 4 показаны временная зависимость Фо 20 при A=0, временная зависимость U< 21 при р=0, одиночная осциллограмма 22 импульса (совмещенные импульсы) на экране электронно-лучевой трубки при A=0, временная зависимость Фо 23 при рФ0, временная зависимость U„ „24 при 0, одиночная осциллограмма 25 импульса (совмещенные импульсы) на экране электронно-лучевой трубки при р о.

Устройство работает следующим образом.

Сварочный пучок электронов 1 колеблется перпендикулярно к линии стыка 2 с помощью электромагнитной отклоняющей системы 3, подавая на нее ток Io синусоидальной формы. При пересечении поисковым пучком электронов линии стыка ток вторичных электронов, попадающих на кольцевой коллектор 4 вторичных электронов, уменьшается, так как часть первичных электронов проникает в зазор между кромками и вторичные электроны экранируются кромками, не попадая на коллектор вторичных электронов. Ток в цепи коллектора замыкается через резистор 5 на землю, создавая на этом резисторе падение потенциала U <<, которое через переходную ем504339

5 !

О

15 кость 6 подается на отклоняющие пластины У вЂ” У электронно-лучевой трубки 7.

Источник 8 постоянного напряжения позволяет установочно изменять положение центра развертки относительно стыка 2 свариваемых кромок. На выходе источника

8 установлен конденсатор 9 достаточно большой емкости, предотвращающий падение переменного напряжения на выходном сопротивлении. Трансформатор 10 подключен к сетевому напряжению.

Последовательно с обмоткой отклоняюгцей системы 3 включена первичная обмотка трансформатора 11, вторичная обмотка которого подключена к входам электронного переключателя (коммутатора) 12 и генератора коммутирующего напряжения 13.

Электронные коммутаторы, управляемые соответствующими формирователями коммутирующего напряжения, общеизвестны и широко применяются при исследовании различного рода фазосдвигающих устпойств, сложных электрических цепей переменного тока и т, д.

Коммутатор 12 управляется генератором

13, который запускается напряжением вторичной обмотки трансформатора 11 и настроен таким образом, что напряжение на его выходе появляется и исчезает в моменты, близкие в максимумам тока Io отклоняющей системы 3 сварочной пушки (см. фиг. 2).

Напряжение V÷ x с выхода коммутатора подается на отклоняющие пластины

Х вЂ” Х электронно-лучевой трубки 7 и разворачивает во времени сигналы U„-, формируемые при пересечении пучком электронов линии стыка.

Процесс совмещения пучка электронов с линией стыка при использовании предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Если линия стыка 2 не совпадает с плоскостью симметрии отклоняющего магнитного потока Фо, то сигналы У„оказываются сдвинутыми по фазе относительно моментов пепехода магнитного потока Фо через нуль. Если магнитный поток Фо не имеет сдвига по фазе относительно тока I<, то имеет место зависимость 14, показанная сплошной линией.

Если спроектировать моменты времени, соответствующие импульсам 15 — максимальным значениям U„— на ось времени

t. зависимости I,=f (t), а затем на ось времени t зависимости U„=f (t), то (как следует из построений, выполненных на фиг. 3) на экпане электронно-лучевой трубки 7 бу дут получены двойные осциллограммы 16, расстояние между котовыми тем больше. чем дальше сдвинута линия стыка

2 относительно плоскости симметрии отклоняющего магнитного потока Ф, а следовательно, и пучка.

Если магнитный поток Фо сдвинут по фазе на угол rp относительно тока 1„(временная зависимость 17), то импульсы 18 соответственно также сдвигаются по фазе, а ца экране электронно-лучевой трубки будут также получены двойные осциллограммы 19, лишь несколько сдвинутые относительно осциллограммы 16 по оси Х вЂ” Х трубки.

На фиг. 4 рассмотрена ситуация, когда линия стыка совпадает с плоскостью симметрии отклоняющего магнитного потока

Фо отклоняющей катушки 3 и, соответственно, с нулевой линией отклоняющего тока Io

Если магнитный поток Ф не имеет сдвига фаз по отношению к току отклонения

I (временная зависимость 20), то вторично-эмиссионные импульсы 21 при графическом построении наложатся один на другой и дадут на экране электронно-лучевой

Tpv6KH только один сигнал 22.

Если поток Фо сдвинут по фазе на угол р относительно тока Iо (временная зависимость 23), то вторично-эмиссионные импульсы 24 также наложатся друг на друга и дадут на экране трубки также только один сигнал 25, лишь сдвинутый по оси

Х вЂ” Х относительно импульса 22.

Следовательно, осциллограммы па экране электронно-лучевой трубки будут сдвоенными, т. е. совмещенными вдоль оси

Х вЂ” Х лишь в том случае, если линия стыка свариваемых кромок совпадает с нулевой линией отклоняющего тока Io.

Таким образом, оператор должен добиться совмещения вдоль оси Х вЂ” Х электронно-лучевой трубки двух осциллограмм от вторично-эмиссионных импульсов, что однозначно свидетельствует о последующем попадании пучка электронов в стык свариваемых кромок пРи отключении питания трансформатора 10 (см, фиг. 1). В том случае, если в развертывающих системах электронно-лучевой трубки имеют место фазовые сдвиги, это не приводит к какимлибо нарушениям принципа совмещения пучка электронов со стыком свариваемых кромок (эта ситуация на фигурах не показана, чтобы не затенять их). Совмещение пучка электронов со стыком свариваемых кромок может осуществляться перемещением изделия, пушки или смещением пучка за счет введения в ток I постоянной составляющей.

Формула изобретения

Устройство для электронно-лучевой сварки, содержащее электронный излучатель с электромагнитной отклоняющей системой, генератор периодических отклоняющих импульсов, электрически связанный с электромагнитной отклоняющей системой электронного излучателя, коллектор вторичных

504339 электронов, осциллограф, электрически связанный с коллектором вторичных электронов, и переключатель, встроенный в цепь электромагнитной отклоняющей системы электронного излучателя, о т л и ч а ю щ е еся тем, что, с целью повышения точности совмещения пятна нагрева на изделии со стыком свариваемых кромок перед сваркой, устройство снабжено генератором коммутирующего напряжения и трансформатором, а переключатель выполнен в виде коммутатора с двумя устойчивыми положепнями, электрически связанного с генератором коммутирующего напряжения и с трансформатором, причем первичная обмотка трансформатора встроена в цепь

5 электромагнитной отклоняющей системы электронного излучателя, а вторичная обмотка подключена к входам коммутатора с двумя устойчивыми положениями и генератора коммутирующего напряжения, а вы)О ход коммутатора с двумя устойчивыми положениями подключен к входу временной развертки осциллографа, Редактор М. Кузнецова Техред А. Камышникова Корректор Л. Слепая

Заказ 1184/16 Изд. № 211 Тираж 1151 Подписное

Н110 «11онск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2