СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ


RU (11) 2090327 (13) C1

(51) 6 B23K15/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 95114321/02 
(22) Дата подачи заявки: 1995.08.17 
(45) Опубликовано: 1997.09.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 778971, кл. B 23 K 15/00, 1980. 2. Авторское свидетельство СССР N 733921, кл. B 23 K 15/00, 1980. 3. Авторское свидетельство СССР N 1468700, кл. B 23 K 15/00, 1989. 
(71) Заявитель(и): Пермский государственный технический университет 
(72) Автор(ы): Беленький В.Я.; Язовских В.М.; Кротов Л.Н. 
(73) Патентообладатель(и): Пермский государственный технический университет 

(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 

Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки конструкционных материалов с контролем и управлением удельной мощности электронного пучка непосредственно в процессе сварки. Сущность изобретения: обеспечение стабильности глубины проплавления путем получения регулируемых колебаний достигается тем, что в устройство ввели блок управления током пучка 5, подключенный к электронной пушке 1, аналого-цифровой преобразователь 8 и цифровое вычислительное устройство 9, подключенные определенным образом. Причем ток электронного пучка изменяют периодически по прямоугольному закону и скачкообразно меняют ток фокусирующей системы с отрицательным и положительным приращениями. Одновременно измеряют амплитуду импульсов тока в плазме и устанавливают фокусировку электронного пучка по максимуму этой амплитуды. При этом начало скачкообразного приращения тока фокусировки совмещают с началом прямоугольного импульса тока электронного пучка. Время поддержания неизменным значения тока фокусировки после его скачкообразного приращения устанавливают равным длительности прямоугольного импульса тока пучка. Измерение величины тока в плазме осуществляют перед окончанием прямоугольного импульса тока электронного пучка. 2 с.п. и 1 з.п. ф-лы. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области элекронно-лучевой сварки и может быть использовано при электронно-лучевой сварке конструкционных материалов с контролем и управлением удельной мощности электронного пучка непосредственно в процессе сварки.

Известен способ электронно-лучевой сварки, при котором осуществляют колебания тока фокусирующей системы электронно-лучевой пушки относительно его значения, соответствующего необходимому положению фокального пятна на свариваемом изделии, и это положение стабилизируется изменением тока фокусирующей системы [1] Известно также устройство для электронно-лучевой сварки с контролем и управлением фокусировкой электронного пучка, содержащее электронно-лучевую пушку с фокусирующей системой, резистор нагрузки, фильтр и амплитудный детектор [2] Недостатком способа и устройства является невысокое качество сварного соединения при сварке с глубоким проплавлением.

Наиболее близким к описываемым по технической сущности и достигаемому эффекту является способ электронно-лучевой сварки, при котором осуществляют колебания тока фокусирующей системы электронно-лучевой пушки относительно его значения, соответствующего необходимому положению фокального пятна на свариваемой детали, и это положение стабилизируют изменением тока фокусирующей системы, который определяют по удельной мощности в зоне сварки, причем фокусировку электронного пучка устанавливают по сигналу, получаемому в результате выделения и обработки одновременно нескольких переменных составляющих тока с непересекающимися частотными спектрами [3] прототип.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для электронно-лучевой сварки, содержащее электронно-лучевую пушку с фокусирующей системой, коллектор электронов, к которому через источник смещения подключен резистор нагрузки, генератор импульсов и последовательно соединенные цифро-аналоговый преобразователь и усилитель тока, выход которого подключен к фокусирующей системе, а также два фильтра и два амплитудных детекторов, блок преобразования сигналов, триггер и счетчик импульсов, причем входы обоих фильтров соединены с переключателем, выходы фильтров подключены к входам амплитудных детекторов, выходы последних соединены с входами блока преобразования сигналов, а выход блока преобразования сигналов соединен с входом триггера, выход которого подключен к входу управления генератора импульсов [3] прототип.

Недостатком известных способа и устройства является недостаточное качество сварных соединений при сварке с глубоким проплавлением, что связано с невозможностью обеспечения регулярных колебаний тока фокусирующей системы относительно необходимого значения ввиду стохастичности протекающих в сварочной ванне процессов при большой глубине проплавления металла.

Задача изобретения повышение качества сварных соединений при сварке с глубоким проплавлением металла.

Технический эффект заключается в повышении стабильности глубины проплавления путем обеспечения регулируемых колебаний.

Это достигается тем, что в способе электронно-лучевой сварки, при котором осуществляют колебания тока фокусирующей системы электронно-лучевой пушки относительно его значения, соответствующего необходимому положению фокального пятна на свариваемой детали, это положение стабилизируют изменением тока фокусирующей системы, причем значение этого тока определяют по максимуму удельной мощности в зоне сварки, ток электронного пучка изменяют периодически по прямоугольному закону, ток фокусирующей линзы скачкообразно изменяют с положительным и отрицательным приращениями, одновременно измеряют амплитуду импульсов тока в плазме и устанавливают фокусировку электронного пучка по максимальному значению этой амплитуды, при этом начало скачкообразного приращения тока фокусирующей системы совмещают с началом прямоугольного импульса тока электронного пучка, время подержания неизменным значения тока фокусирующей линзы после его скачкообразного приращения устанавливают равным длительности прямоугольного импульса тока электронного пучка, а измерение величины тока в плазме осуществляют перед окончанием прямоугольного импульса тока электронного пучка. В устройство для электронно-лучевой сварки, содержащее электронно-лучевую пушку с фокусирующей системой, резистор нагрузки, генератор импульсов, усилитель тока, подключенный выходом к фокусирующей системе, и цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединен со входом усилителя тока, введены блок управления током пучка, подключенный выходом к электронной пушке, аналого-цифровой преобразователь и цифровое вычислительное устройство, при этом выход генератора импульсов подключен к первому входу цифрового вычислительного устройства и сходу блока управления током пучка, второй вход цифрового вычислительного устройства подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, выход цифрового вычислительного устройства соединен со входом цифро-аналогового преобразователя, а вход аналого-цифрового преобразователя подключен к резистору нагрузки.

Отличительными признаками предлагаемого способа электронно-лучевой сварки является то, что ток электронного пучка изменяют периодически по прямоугольному закону и скачкообразно меняют ток фокусирующей системы с отрицательным и положительным приращениями, одновременно измеряя амплитуду импульсов тока в плазме, и устанавливают фокусировку электронного пучка по максимуму этой амплитуды. При этом начало скачкообразного приращения тока фокусировки совмещают с началом прямоугольного импульса тока электронного пучка, время поддержания неизменным значения тока фокусировки после его скачкообразного приращения устанавливают равным длительности прямоугольного импульса тока пучка, а измерение величины тока в плазме осуществляют перед окончанием прямоугольного импульса тока электронного пучка.

При этом достигается повышение качества сварного соединения при электронно-лучевой сварке с глубоким проплавлением металла, так как измерение тока в плазме осуществляют синхронно с изменениями тока электронного пучка и тока фокусирующей системы электронной пушки, что влияние стохастического фактора на процесс стабилизации фокусировки электронного пучка.

Отличительными признаками предлагаемого устройства является то, что в него введены блок управления током пучка, подключенный выходом к электронной пушке, аналого-цифровой преобразователь и цифровое вычислительное устройство, при этом выход генератора импульсов подключен к первому входу цифрового вычислительного устройства и входу блока управления током пучка, второй вход цифрового вычислительного устройства подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, выход цифрового вычислительного устройства соединен со входом цифро-аналогового преобразователя, а вход аналого-цифрового преобразователя подключен к резистору нагрузки.

При этом данное устройство в процессе электронно-лучевой сварки обеспечивает требуемую в соответствии с вышеописанным способом последовательность приращений тока электронного пучка и тока фокусирующей системы электронной пушки, а также измерения тока в плазме.

Введенные в устройство для электронно-лучевой сварки аналого-цифровой преобразователь и цифровое вычислительное устройство широко известны и применяются в различных устройствах электронной техники (см. например, Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. М. Энергоатомиздат, 1988. 304 с.). Однако введение этих элементов в устройство для электронно-вычислительной сварки, содержащее электронную пушку с фокусирующей системой, резистор нагрузки, генератор импульсов, усилитель тока и цифро-аналоговый преобразователь, в вышеописанном соединении этих элементов с элементами известного устройства позволило добиться нового результата, а именно обеспечить синхронное изменение тока электронного пучка и тока фокусирующей линзы электронной пушки с одновременным измерением тока в плазме, что обеспечило решение поставленной задачи повышение качества сварных соединений при электронно-лучевой сварке с глубоким проплавлением металла.

Устройство содержит (фиг.1): электронную пушку 1 с фокусирующей системой 2, резистор 3 нагрузки, генератор 4 импульсов, блок 5 управления током пучка, усилитель 6 тока, цифро-аналоговый преобразователь 7, аналого-цифровой преобразователь 8, цифровое вычислительное устройство 9. Коллектор 10 электронов, установленный над свариваемым изделием 12, соединен с источником 11 смещения, второй полюс которого подключен к резистору 3 нагрузки и входу аналого-цифрового преобразователя 8. Выход аналого-цифрового преобразователя 8 соединен с первым входом цифрового вычислительного устройства 9. Генератор 4 импульсов подключен ко второму входу цифрового вычислительного устройства 9 и к входу блока 5 управления током пучка, выход которого соединен с электронной пушкой 1. Выход цифрового вычислительного устройства 9 подключен к входу цифро-аналогового преобразователя 7, выход которого соединен с входом усилителя 6 тока. Выход усилителя 6 тока подключен к фокусирующей системе 2 электронной пушки 1.

Генератор 4 импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы с заданной частотой и скважностью. Цифровое вычислительное устройство 9 обеспечивает на выходе скачкообразное изменение сигнала с положительным и отрицательным приращениями синхронно с сигналом на первом его входе, при этом знак приращения сигнала на выходе устройства зависит от разности значений сигналов на втором его входе в настоящий и предшествующий моменты времени. Если эта разность положительна, то знак приращения положительный, если отрицательна, знак приращения отрицательный.

Способ осуществляется следующим образом. Импульсы прямоугольной формы с генератора 4 импульсов поступают на первый вход цифрового вычислительного устройства 9 и на вход блока 5 управления током пучка. При этом ток электронного пучка изменяется по прямоугольному закону. Одновременно с началом каждого импульса вычислительное устройство 9 формирует на выходе в цифровой форме приращения сигнала, которое преобразуется цифро-аналоговым преобразователем 7 в приращение аналогового сигнала. Этот сигнал усиливается усилителем 6 тока и поступает на фокусирующую систему 2 электронно-лучевой пушки 1. Время поддержания неизменным тока фокусирующей системы после его скачкообразного приращения устанавливается равным длительности прямоугольного импульса тока пучка. В процессе изменения тока фокусирующей системы 2 осуществляют измерение величины тока в плазме путем подачи напряжения с резистора 3 нагрузки, включенного в цепь последовательно с источником 11 смещения и коллектором 10 электронов, на вход аналого-цифрового преобразователя 8. Сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя 8 подают на второй вход цифрового вычислительного устройства 9. При этом измерение величины тока в плазме производят перед окончанием прямоугольного импульса тока электронного пучка, так как при этом завершаются все переходные процессы, связанные с изменением тока пучка. После каждого приращения тока фокусирующей системы 2 цифровое вычислительное устройство 9 вычисляет разность значений сигналов на его втором входе в настоящий и предшествующий моменты времени. В первоначальные моменты времени работы устройства эта разность положительна, так как зависимость тока в плазме от тока фокусирующей системы 2 имеет экстремальный характер, и при увеличении тока фокусирующей системы от малых значений система работает на возрастающем участке этой зависимости. После прохождения экстремума зависимости тока в плазме от тока фокусирующей системы 2 разность сигналов на втором входе цифрового вычислительного устройства 9 в настоящий и предшествующий моменты времени становится отрицательной, так как система начинает работать на падающем участке зависимости тока в плазме от тока фокусирующей системы 2. Соответственно знак приращения сигнала на выходе цифрового вычислительного устройства 9 становится отрицательным. Соответственно, ток фокусирующей системы 2 уменьшается, и происходит возврат в сторону экстремума зависимости тока в плазме от тока фокусирующей системы 2. Таким образом осуществляют колебания тока фокусирующей системы 2 электронно-лучевой пушки 1 относительно значения, соответствующего необходимому положению фокального пятна на свариваемой детали, и это положение стабилизируют изменением тока фокусирующей системы, а это значение определяют по максимуму удельной мощности в зоне сварки, которому соответствует максимальное значение тока в плазме.

Предлагаемый способ обеспечивает существенное повышение качества электронно-лучевой сварки с глубоким проплавлением металла, так как благодаря импульсному изменению тока электронного пучка с синхронными приращениями тока фокусирующей системы электронно-лучевой пушки и контролем экстремального значения тока в плазме, достигается, несмотря на стохастичность процессов в зоне сварки при глубоком проплавлении металла, устойчивый колебательный процесс изменения тока фокусирующей линзы вблизи максимума удельной мощности в зоне сварки. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ электронно-лучевой сварки, при котором осуществляют колебания тока фокусирующей системы электронно-лучевой пушки относительно его значения, соответствующего необходимому положению фокального пятна на свариваемой детали, и это положение стабилизируют изменением тока фокусирующей системы, который определяют по удельной мощности в зоне сварки, отличающийся тем, что ток электронного пучка изменяют периодически по прямоугольному закону, а ток фокусирующей системы определяют по максимуму удельной мощности в зоне сварки и скачкообразно изменяют с положительным и отрицательным приращениями, при этом одновременно измеряют амплитуду импульсов тока в плазме и устанавливают фокусировку электронного пучка по максимальному значению этой амплитуды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что начало скачкообразного приращения тока фокусирующей системы совмещают с началом прямоугольного импульса тока электронного пучка, время поддержания неизменным значения тока фокусирующей системы после его скачкообразного приращения устанавливают равным длительности прямоугольного импульса тока пучка, а измерение величины тока в плазме осуществляют перед окончанием прямоугольного импульса тока электронного пучка.

3. Устройство для электронно-лучевой сварки, содержащее электронно-лучевую пушку с фокусирующей системой, коллектор электронов, к которому через источник смещения подключен резистор нагрузки, а также генератор импульсов и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и усилитель тока, выход которого подключен к фокусирующей системе, отличающееся тем, что в него введены блок управления током пучка, аналого-цифровой преобразователь и цифровое вычислительное устройство, при этом выход генератора импульсов подключен к первому входу цифрового вычислительного устройства и через блок управления током пучка к электронно-лучевой пушке, второй вход цифрового вычислительного устройства через аналого-цифровой преобразователь соединен с резистором нагрузки, а выход цифрового вычислительного устройства подключен к входу цифроаналогового преобразователя.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Технология сварки и сварочное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+сварка -металлов".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сварка" будут найдены слова "газасварка", "электросварка" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("сварка!").



Рейтинг@Mail.ru