CC BY
29
УДК 621.791.722
К ВОПРОСУ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ФОКУСОМ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ
А. Д. Бугаев Научный руководитель - Ю. Н. Серегин
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: abugaev@nordstar.ru
Изучено влияние фокусировки на сварку. Выявлена степень изученности вопроса управления фокусным расстоянием. Рассмотрены способы управления фокусировкой при работе с электроннолучевой сваркой.
Ключевые слова: электронно-лучевая сварка, фокусировка, магнитная линза.
THE ISSUE OF THE DEVELOPMENT OF AUTOMATED CONTROL SYSTEMS FOCUS
BY ELECTRON-BEAM WELDING
A. D. Bugaev Scientific Supervisor - Y. N. Seregin
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: abugaev@nordstar.ru
The influence of focusing on welding. The extent of knowledge of this problem is determined management focal length. The focus control methods are considered when using electron-beam welding.
Keywords: electron-beam welding, focusing, magnetic lens.
Процесс электронно-лучевой сварки может быть выполнен с поверхностным нагревом кромок и глубинным рис. 1. В первом случае при сварке используют небольшие плотности энергии в пятне нагрева или недофокусировку луча.
а б в
Рис. 1. Влияние фокусировки на конфигурацию потока электронов и форму ванны: а - недофокусировка; б - оптимальная фокусировка; в - перефокусировка
Во втором случае применяют высокие плотности энергии в пятне нагрева и оптимальную фокусировку. В сварочной ванне образуется кратер, который способствует глубинному проплавлению металла. Поверхностный нагрев применяют в основном при сварке тонких металлов; он способствует увеличению ширины шва и зоны термического влияния [1]. Особенно большое влияние на размеры
Секция «Информационно-управляющие системы»
сварочной ванны и шва оказывает сила тока в магнитной фокусирующей линзе (фокусировка). Этот параметр режима определяет конфигурацию потока электронов по отношению к свариваемому изделию (рис. 1), форму ванны и диаметр пятна нагрева.
Регулированием тока в магнитной линзе можно в широких пределах изменять концентрацию тепловой энергии в пятне нагрева. Это значит, что при одинаковом значении погонной энергии можно получать различную по форме сварочную ванну и шов рис. 2. При увеличении силы тока !ф фокусирующей линзе ширина ванны е сначала снижается, а Н возрастает.
Рис. 2. Зависимость глубины проплавления, ширины и площади шва от силы тока в фокусирующей линзе
Известен способ электронно-лучевой сварки, при котором модулируют удельную мощность электронного луча путем наложения на ток луча и (или) на ток фокусирующей линзы электронной пушки переменного напряжения с заданной частотой. Фокусировку электронного луча регулируют по переменной составляющей вторичного тока, имеющей частоту, равную частоте модуляции удельной мощности луча, определяют два максимума зависимости от тока фокусировки амплитуды и (или) ненормированной спектральной плотности составляющей вторичного тока с частотой, равной частоте модуляции удельной мощности электронного луча, и устанавливают фокусировку луча по минимальному значению амплитуды и (или) ненормированной спектральной плотности этой составляющей, регулируя ток фокусирующей линзы в интервале между его значениями, соответствующими максимумам амплитуды и (или) спектральной плотности данной составляющей (Патент РФ № 2183153, B23K 15/00, 2002 г.).
Недостатком известного способа является то, что он обеспечивает достаточную точность контроля фокусировки электронного луча при сварке малой мощностью (не более 2.5 кВт) и только при сварке пучком модулированной мощности.
Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ электронно-лучевой сварки с контролем удельной мощности электронного пучка в зоне взаимодействия с металлом, при котором фокусировку электронного луча устанавливают по сигналу, получаемому в результате выделения и обработки переменных составляющих вторичного тока с пересекающимися частотными спектрами (Авторское свидетельство № 1468700, B23K 15/00, 1989 г.).
Способ управления фокусировкой луча при электронно-лучевой сварке металлов, включающий измерение сигнала вторичного тока в цепи коллектора электронов и обработку упомянутого сигнала, на основании которой осуществляют управление током фокусировки луча в соответствии с заданной величиной удельной мощности электронного луча, отличающийся тем, что в процессе сварки проводят осцилляцию фокуса электронного луча, которую осуществляют синфазно с осцилляцией продольных отклонений электронного луча в частотном диапазоне от 300 до 2000 Гц по синусоидальному или линейному закону, при этом обработку сигнала вторичного тока в цепи коллектора электронов осуществляют методом синхронного накопления с вычислением величины запаздывания обработанного сигнала относительно сигнала тока в отклоняющих катушках, а управляют током фокусировки луча путем поддерживания упомянутой величины запаздывания на постоянном уровне, соответствующем заданной величине удельной мощности электронного луча [2].
Устройство для управления фокусировкой луча при электронно-лучевой сварке металлов, содержащее коллектор электронов, резистор нагрузки, подключенный к коллектору через источник смещения, и блок управления током фокусирующих катушек, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно соединенными первым аналого-цифровым преобразователем, блоком синхронного накопления, цифро-аналоговым преобразователем, пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) регулятором, последовательно соединенными блоком измерения тока отклоняющих катушек и вторым аналого-цифровым преобразователем, последовательно соединенными генератором пилообразных или синусоидальных колебаний и блоком управления током отклоняющих катушек, при этом вход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с коллектором электронов, второй вход блока синхронного накопления подключен к выходу второго аналого-цифрового преобразователя, а первый и второй входы блока управления током фокусирующих катушек соединены соответственно с выходом упомянутого генератора и выходом ПИД-регулятора [2].
Вывод. Материалы рассматриваемой тематики и предварительные научные исследования определили направление исследовательской деятельности по созданию систем управления фокусом в процессе электронно-лучевой сварки.
Библиографические ссылки
1. Назаренко О. К., Истомин Е. И., Локшин В. Е. Электронно-лучевая сварка // Машиностроение, 1985. 127 с.
2. Пат. 2567962 Российская Федерация, В23К 15/00. Способ управления фокусировкой луча при электронно-лучевой сварке металлов и устройство для его осуществления / Трушников Д. Н. ; опубл. 27.08.2015.
3. Управление электронно-лучевой сваркой / В. Д. Лаптенок, А. В. Мурыгин, Ю. Н. Серегин, В. Я. Браверман Сиб. аэрокосмич. акад. Красноярск, 2000. С. 234.
© Бугаев А. Д., 2016
