УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОННОГО ЛУЧА ПУШКИ В ПРОЦЕССЕ СВАРКИ

Полезная модель относится к оборудованию для осуществления электронно-лучевых технологических процессов, в частности - к сварке и может быть использовано в авиадвигателестроении и других отраслях промышленности.
Известно устройство для автоматического измерения и фокусировки электронного луча, US пат.№5 483 036 кл. В23К 15/00; G01T 1/29 1996 г.
Недостаток известного устройства: определение параметров электронного луча до процесса сварки с записью параметров луча от профилометра, представляющего собой ловушку Фарадея, совмещенную через изолятор с пластиной со щелями. Данная конструкция представляет собой датчик щелевого типа для измерения параметров: диаметр луча в определенном сечении и распределение тока луча по его диаметру.
Известен так же способ и устройство для диагностики электронного луча в установках для электронно-лучевой сварки, К.С.Акопянц, O.K.Назаренко, В.В.Гумовский, В.П.Чернякин. «Автоматическая сварка» №10. 2002 г. Стр.30-33.
Недостатком известного технического решения является особенность расположения устройства диагностики в специально отведенном месте сварочной камеры (в стороне от свариваемого изделия). Перед началом, работы электронную пушку перемещают в положение «выше датчика и мишени». Диагностику луча проводят методом «края пластины». Измерения производят перед сваркой и после нее. По их результатам судят об изменении параметров луча в процессе сварки.
Недостатком известного технического решения является также и невозможность использования его при стационарном расположении пушки на камере. Кроме того, параметры пучка под воздействием возмущений в
процессе сварки дрейфуют во времени и отличаются от исходных параметров и замеров после сварки в стороне от изделия.
Наиболее близким предложенному техническому решению является устройство для диагностики параметров электронного луча в процессе сварки, содержащее электронно-лучевую пушку с отклоняющей системой, системой оперативного контроля характеристик электронного луча и модулем снятия этих характеристик, выполненным в виде датчика прямого края, (В.Н.Ластовиря, П.В.Полянский «Сварочное производство» 1990 №18 стр.25-26).
В данном устройстве использование одного датчика «прямого края» недостаточно. Оно не позволяет оперативно определять угол сходимости пучка и, соответственно, положение фокального пятна по отношению к изделию. Необходимые параметры в известном устройстве определяют ' аналитически.
Предложенное устройство отличается от известного тем, что содержит дополнительный модуль снятия характеристик электронного луча и корригирующие системы, причем дополнительный модуль снятия характеристик электронного луча установлен параллельно и соосно основному на заданном расстоянии от него, при этом каждый из модулей оснащен щелевым датчиком и датчиком вращающегося зонда, а корригирующие системы подключены к вышеназванным модулям.
Предложенное устройство отличается еще и выполнением системы оперативного контроля характеристик электронного луча в виде процессора компьютера. К тому же еще, для визуализации характеристик электронного луча в процессе сварки оно укомплектовано монитором.
Задача предложенной модели - повышение качества сварного шва путем осуществления непосредственного оперативного контроля параметров электронного луча.
Задача решается выполнением технического результата - снижением погрешности измерения параметров электронного луча и возможностью
получения дополнительной информации при оснащении системы дополнительными датчиками.
Технический результат выполняется тем, что устройство для диагностики параметров электронного луча в процессе сварки, содержащее электронно-лучевую пушку с отклоняющей системой, системой оперативного контроля характеристик электронного луча и модулем снятия этих характеристик, выполненным в виде датчика прямого края, содержит дополнительный модуль снятия характеристик электронного луча и корригирующие системы, причем дополнительный модуль снятия характеристик электронного луча установлен параллельно и соосно основному модулю на заданном расстоянии от него, при этом каждый из модулей оснащен щелевым датчиком и датчиком вращающегося зонда, а корригирующие системы подключены к вышеназванным модулям.
Технический результат осуществляется и тем, что система оперативного контроля характеристик электронного луча выполнена в виде процессора компьютера
Технический результат осуществляется еще и тем, что устройство укомплектовано монитором.
Это позволяет повысить быстродействие устройства, а также дает возможность визуализации характеристик электронного луча в процессе сварки на мониторе. Установка дополнительного модуля снятия характеристик электронного луча позволяет определять угол сходимости электронного луча за одно измерение.
Изобретение поясняется следующими схемами:
1. - устройство для диагностики электронного луча.
2. - модуль снятия характеристик электронного луча.
3 - отклонения электронного луча.
Устройство для диагностики электронного луча при электроннолучевой сварке содержит: 1 - катод пушки, 2 - электронный луч, 3 - анод, 4 - фокусирующая система, 5 - отклоняющая система. Последняя состоит из
двух «косинусных» катушек «X» и «У», позволяющих отклонять электронный луч от оси в любом азимутальном направлении, обеспечивая, отклонение электронного луча в однородном магнитном поле. Для сокращения погрешности измерения характеристик электронного луча за счет избыточности информации устройство содержит модуль 6 из размещенных по окружности трех датчиков: пластины 7, щелевого датчика 8, содержащего щель 9 в пластине 7, и диска 10, являющегося ловушкой Фарадея, и датчика 11, представляющего собой модификацию метода вращающего зонда.
1
2
3
4
5
6
Параллельно и соосно модулю 6 на расстоянии L расположен модуль 12, аналогичный модулю 6. Все датчики заземлены через резисторы нагрузки, R; R; R; R; R; R. Выходы датчиков подключены к корригирующим устройствам 13, 14 сигналов с датчиков. При этом каждый из модулей датчиков 6, 12 соединен соответственно с корригирующими устройствами 13, 14. Корригирующие устройства 13 и 14 подключены к процессору 15, выполняющему функцию системы оперативного контроля характеристик электронного луча, имеющему вход от задатчика исходных данных 16. Процессор 15 имеет выходы на монитор 17, регулятор 18 тока отклонения луча, регулятор 19 тока фокусирующей катушки и регулятор 20 тока накала катода и подключен к блоку 21 накала катода, с которого подается ток на катод 1. При накале катода 1 формируется электронный луч 2 для сварки изделия 22. Регулятор 18 тока отклонения луча подключен к катушкам Х и У отклоняющей системы 5, а регулятор 19 тока фокусировки соединен с фокусирующей системой 4.
Работа полезной модели заключается в следующем. Эмитируемые катодом 1 и формируемые в электронный луч 2 электроны проходят анод 3, фокусирующую систему 4, отклоняющую систему 5, модуль 6 круговых датчиков и аналогичный модуль 12 и попадает на свариваемое изделие 22.
Осуществляется технологический процесс сварки электронным лучом с заданным распределением плотности мощности, которая определяется
исходными значениями его параметров и соответствующими значениями управлений процессором 15. Исходные значения величин хранятся в датчике 16 исходных данных.
В процессе электронно-лучевой сварки периодически выполняют зондирование луча 2 по диаметру. Луч 2 дважды пересекает край пластины 7, щелевой датчик 8 и датчик 11, а так же аналогичные датчики модуля 12.
1
2
3
4
5
6
При пересечении электронным лучом края пластины 7, щели 9 и датчика 11 в их цепи, а так же и на пластинах и датчике параллельного модуля 12 протекают импульсы тока, которые поступают на корригирующие устройства 13 и 14, состоящие из сумматора, согласующего усилителя и быстродействующего аналого-цифрового преобразователя (позициями не указаны), далее - в процессор 15 компьютера. Посредством процессора 15 по фронту кривой нарастания и убывания тока рассчитывают распределение его плотности в поперечном сечении луча и диаметр луча. Азимут «α» зондирования электронного луча может изменяться в пределах от 0 до 180°. Все датчики заменены резисторами R; R; R; R; R; и R равного сопротивления. При протекании импульса тока луча через отдельный датчик в устройстве предусмотрена процедура калибровки скорости луча относительно датчика. Скорость луча при сканировании датчиков определяется величиной его отклонения от оптической оси пушки и частоты сканирования, величины которых задаются. Отсюда скорость движения луча определяется: V=2ƒD, где ƒ - частота сканирования, D - диаметр окружности, на которую отклоняется луч.
л.1
Далее по длительности импульса тока определяют диаметр электронного луча в поперечном сечении по плоскостям датчиков: D=τ·V.
Для определения угла сходимости луча и соответственно положения фокального пятна производят замеры модулем 12 датчиков, находящемся на расстоянии L от первого модуля 6, где так же определяют диаметр луча в его плоскости. Угол сходимости β определяется: , где:
1
d - диаметр луча в плоскости первого модуля датчиков,
2
d - диаметр луча в плоскости дополнительного модуля.
В результате компьютерной обработки полученных данных рассчитывают распределение мощности в луче, положение фокуса, угол сходимости и т.д.
Полученные значения параметров сравнивают с данными, поступающими с задатчика 16, и корректируют их. Сигналы коррекции поступают на следующие регуляторы тока: 18 - отклонения луча, 19 - фокусирующей катушки и 20 - накала катода. Соответствующие сигналы на отклоняющую систему 5 поступают с регуляторов тока 18-20 и фокусирующей системы 4 в блок накала катода 21. С последнего они поступают на катод 1 пушки.
Кроме того, сигналы с процессора передаются на монитор, где получают отображение прохождения луча в виде параметрической кривой тока распределения в поперечном сечении луча.
Устройство диагностики параметров электронного луча в процессе сварки позволяет повысить качество сварного шва путем осуществления непосредственного оперативного контроля его характеристик.