УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ

Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для автоматизации процесса электронно-лучевой сварки при сварке кольцевых швов.
Наиболее близким к полезной модели аналогом (прототипом) является устройство для регулирования сварочного тока (RU, 824565 A1, опубл. 27.07.2000, кл. В23К 15/00), содержащее высоковольтный блок, подключенный к управляющему электроду электронной пушки, счетчик импульсов, выход которого соединен со входом схемы совпадения, стабилизатор тока, первый вход которого соединен с цепью отрицательной обратной связи.
В устройстве отсутствует возможность регулирования величины сварочного тока в зависимости от углового положения детали, не предусмотрено регулирование скорости вращения детали относительно луча (скорости сварки) и индикации упомянутых параметров.
Для получения качественного сварного соединения, необходим правильный выбор как энергетического, так и теплового режима сварки для обеспечения требуемой глубины и ширины сварного шва, и стабилизация указанных параметров. При сваривании деталей постоянной толщины это возможно за счет стабилизации ускоряющего напряжения электронной пушки и тока электронного пучка (луча). При сварке деталей трубчатой формы, необходимо также обеспечивать качественное перекрытие сварного шва. Это реализуется за счет плавного уменьшения тепловой мощности, вводимой в деталь. Для осуществления сварки мелкосерийных изделий (детали изготовлены из различных материалов, имеют различную толщину стенки и диаметр), необходимо варьирование основных параметров сварки и их регистрация. Мощность целесообразно регулировать за счет величины
тока луча, поскольку изменение ускоряющего напряжения приводит к значительному изменению глубины шва и нарушению фокусировки.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в повышении качества сварки путем обеспечения воспроизводимости результатов технологического процесса, расширения диапазона регулирования параметров сварки, повышения информативности управления процессом для оператора.
Предложенное устройство обеспечивает регулирование режимов нарастания и спада тока луча при сварке кольцевых швов, причем скорость нарастания и спада тока зависит от скорости вращения детали, т.е. ток является функцией углового положения детали. Кроме того, устройство позволяет регулировать скорость вращения деталей и величину тока сварки (номинального тока) с индикацией этих параметров.
Технический результат обеспечивается тем, что в устройство для регулирования процесса электронно-лучевой сварки содержит высоковольтный блок, подключенный к управляющему электроду электронной пушки, счетчик импульсов, выход которого соединен с входом схемы совпадения, стабилизатор тока, первый вход которого соединен с цепью отрицательной обратной связи, импульсный датчик скорости вращения свариваемых деталей, электрический привод вращения деталей с блоком регулирования скорости вращения деталей, блок программного управления нарастанием и спадом тока, блок задания режима, цифро-аналоговый преобразователь, измеритель частоты, блок индикации и блок запуска, причем выход импульсного датчика скорости вращения деталей подключен к входу счетчика импульсов, первому входу блока программного управления нарастанием и спадом тока и входу измерителя частоты, выход схемы совпадения соединен со вторым входом блока программного управления нарастанием и спадом тока, первые три выхода блока задания режима соединены с третьим, четвертым и пятым входами блока программного управления нарастанием и спадом тока, четвертый выход
блока задания режима соединен с входом блока регулирования скорости вращения деталей, выход блока программного управления нарастанием и спадом тока соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход цифро-аналогового преобразователя соединен со вторым входом стабилизатора тока, первый вход блока индикации соединен с цепью отрицательной обратно связи, второй вход блока индикации подключен к выходу измерителя частоты, а выход блока запуска соединен с шестым входом блока программного управления нарастанием и спадом тока.
Конструкция и работа устройства для регулирования процесса электронно-лучевой сварки поясняется чертежами, где:
Фиг.1 Функциональная схема устройства для регулирования процесса электронно-лучевой сварки;
Фиг.2 Блок-схема, иллюстрирующая принцип работы блока программного управления нарастанием и спадом тока;
Фиг.3 График зависимости тока луча от угла поворота детали.
Устройство содержит высоковольтный блок 1, подключенный к управляющему электроду электронной пушки 2, стабилизатор тока 3, первый вход которого соединен с цепью отрицательной обратной связи, где датчик обратной связи 4 включен в цепь высоковольтного источника питания электронной пушки, блок регулирования скорости вращения деталей 5, подключенный к электрическому приводу вращения деталей, импульсный датчик скорости вращения свариваемых деталей 6, счетчик 7, измеритель частоты 8, схему совпадения 9, блок программного управления нарастанием и спадом тока 10, блок задания режима 11, цифро-аналоговый преобразователь 12, блок индикации 13, и блок запуска 14, причем выход импульсного датчика скорости вращения деталей 6 подключен к первому входу счетчика импульсов 7, первому входу блока программного управления нарастанием и спадом тока 10 и входу измерителя частоты 8, выход схемы совпадения 9 соединен со вторым входом блока программного управления нарастанием и спадом тока 10, первые три выхода блока задания режима 11
соединены с третьим, четвертым и пятым входами блока программного управления нарастанием и спадом тока 10, четвертый выход блока задания режима 11 соединен с входом блока регулирования скорости вращения деталей 5, выход блока программного управления нарастанием и спадом тока 10 соединен с входом цифро-аналогового преобразователя 12, выход цифро-аналогового преобразователя соединен 12 со вторым входом стабилизатора тока 3, первый вход блока индикации 13 соединен с цепью отрицательной обратной связи, а второй вход блока индикации подключен к выходу измерителя частоты 8.
ном
α
β
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии ток луча равен нулю, электронная пушка заперта. С помощью блока задания режима 11 оператор задает скорость вращения детали. Деталь вращается, импульсы с датчика 6 поступают на вход измерителя частоты 8, который выдает сигнал, пропорциональный скорости вращения детали в блок индикации 13, отображающий величину скорости вращения детали. После этого оператор с помощью блока 11 устанавливает величину номинального тока сварки I, угла нарастания тока α, и угла спада тока β. Эти параметры задаются в виде двоичных кодов, причем параметры α и β задаются в виде чисел К и К обратнопропорциональных величине соотвествующих углов. Далее с блока запуска 14 на блок 10 подается управляющий сигнал, переводящий устройство в режим сварки.
Блок программного управления нарастанием и спадом тока 10 выполнен на базе цифровых логических микросхем, осуществляющих операции суммирования, сравнения, вычитания и умножения.
α
ном
Блок 10 производит пошаговое суммирование по тактовым импульсам, поступающим с импульсного датчика 6. Суммирование начинается с нуля и заканчивается заданным нерегулируемым значением. На каждом шаге к результату предыдущего суммирования прибавляется число К. Результат суммирования на каждом шаге умножается на величину тока I, и поступает на вход преобразователя 12 преобразующего двоичный код в
ном
β
ном
аналоговый сигнал, поступающий на второй (управляющий) вход стабилизатора тока 3, изменяя величину тока луча. После достижения суммой заданного значения, ток луча достигает величины I, суммирование прекращается, а со второго выхода блока 10 подается импульс, переводящий счетчик 7 в режим счета. Блок 10 переходит в статическое состояние. Счетчик 7 работает в суммирующем режиме, прибавляя по единице на каждый тактовый импульс с датчика 6. Результат суммирования поступает на вход схемы совпадения 9, настроенной таким образом, что после совершения деталью полного оборота (360°), с ее выхода подается управляющий импульс в блок 10, переводящий блок в режим вычитания. Вычитание начинается с заданного нерегулируемого значения, и заканчивается нулем. На каждом шаге из результата предыдущего шага вычитается число К. Результат вычитания на каждом шаге умножается на величину тока I, и поступает на вход преобразователя 12 преобразующего двоичный код в аналоговый сигнал, поступающий на второй (управляющий) вход стабилизатора тока 3, изменяя величину тока луча. После уменьшения тока до нулевого значения, блок 10 блокируется, и устройство переходит в статическое состояние.
ном
ном
α
β
Более детально принцип действия блока управления нарастанием и спадом тока в режимах нарастания и спада приведен на Фиг.2 в виде блок-схем программы. Заданный номинальный ток луча представлен в виде переменной I, текущий результат суммирования (вычитания) представляется в виде переменной N, текущее значение тока луча - в виде переменной I, заданное максимальное значение суммирования (вычитания) - N, число, определяемое углом нарастания тока - К, число, определяемое углом спада тока - К. Программа работает по тактовым импульсам, поступающим с импульсного датчика вращения деталей.