CC BY
14
УДК 621.791.722
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ РЯД АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ
АППАРАТУРЫ АЭЛА30
И. С. Морозов*, К. П. Марусенко Научный руководитель - Н. В. Успенский
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: ness1905@rambler.ru
Рассмотрен и описан разработанный параметрический ряд электронно-лучевой аппаратуры с ускоряющим напряжением до 30 КВ. Определена суть разработки и оптимизации технологии.
Ключевые слова: электронно-лучевая сварка, напряжение, сварное соединение, электронный пучок.
PARAMETRIC RANGE OF THE AUTOMATED ELECTRON BEAM
EQUIPMENT AELA30
I. S. Morozov*, K. P. Marusenko Scientific Supervisor - N. V. Uspensky
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: ness1905@rambler.ru
The developed parametric series of electron beam equipment with an accelerating voltage of up to 30 KV is considered and described. The essence of development and optimization of technology is determined.
Keywords: electron-beam welding, voltage, welded joint, electron beam.
Развитие электронной, преобразовательной, вычислительной техники и систем управления позволяет создать электронно-лучевую аппаратуру нового поколения, имеющую на порядок меньшие габаритные размеры массу, более высокий КПД, расширенные функциональные возможности по обеспечению качества сварных соединений. В этой аппаратуре удается добиться высокой стабильности технологических параметров процесса и реализовать прецизионную сварку изделий малых (от 0,2 мм) и больших толщин, характерных для технологии электроннолучевой сварки.
В Сибирском исследовательском центре электронно-лучевых технологий (ООО «СИЦИЭЛТ») при Сибирском государственном аэрокосмическом университете (г. Красноярск) разработан параметрический ряд электронно-лучевой аппаратуры с ускоряющим напряжением до 30 КВ.
Источник ускоряющего напряжения представляет собой высокочастотный инверторный преобразователь напряжения с высоковольтным трансформатором и выпрямителем (см. рисунок).
Высоковольтный трансформатор с выпрямительным блоком помещен в металлический заземленный корпус, наполненный трансформаторным маслом [1].
Для снижения массогабаритных показателей высоковольтный трансформатор выполнен в виде двух изолированных друг от друга секций, соединенных последовательно. Напряжения
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1
каждой секции выпрямляется отдельным диодным мостом. Каждая секция рассчитана на напряжение 15 КВ, что значительно снижает трудоемкость и сроки изготовления трансформатора и существенно повышает его масштабируемость при переходе на более высокие напряжения.
Наименование параметра Наименование аппаратуры
АЭЛА 30/2,5 АЭЛА 30/5 АЭЛА 30/10
Ускоряющее напряжение, кВ 20-30 20-30 20-30
Нестабильность ускоряющего напряжения, % 0,1 0,1 0,1
Ток электронного пучка, мА 1-100 1-200 1-400
Нестабильность тока пучка, % 0,5 0,5 0,5
Ток фокусировки, А 7-1,5 7-1,5 7-1,5
Нестабильность тока фокусировки, % 0,1 0,1 0,1
Погрешность слежения по стыку, мм 0,1 0,1 0,1
Амплитуда сканирования, мм
По Х 0- -5 0- -5 0- -5
По У 0- "2,5 0- -2,5 0- -2,5
Время нарастания тока сварки, с 0- -10 0- -10 0- -10
Время спада тока сварки, с 0- -10 0- -10 0- -10
Габаритные характеристика, мм
шкаф управления 600x800x1930 600x800x1930 600x800x1930
высоковольтный блок 300x500x1000 300x500x1000 300x500x1 000
Потребляемая мощность, кВт 3,5 6,5 12
Для питания трансформатора используется мостовой преобразователь напряжения с параллельным резонансным контуром, где подключение нагрузки осуществляется к конденсатору резонансного контура, а переключение силовых ключей происходит при нулевом значении напряжения. Выбор данной топологии преобразователя связан с большим коэффициентом передачи высоковольтного повышающего трансформатора, которому свойственны большие значения паразитных межвитковых, межслойных и межобмоточных емкостей вторичной обмотки, а значительный диаметр вторичных обмоток повышает индуктивность рассеяния. Поэтому резонансной емкостью Ср является паразитная емкость вторичной обмотки, пересчитанная к первичной обмотке, а резонансной индуктивностью Ьр является индуктивность рассеяния первичной обмотки и дополнительная индуктивность дросселя, вводимого для обеспечения требуемой резонансной частоты контура и мощности энергокомплекса. Напряжение на выходе колебательного контура имеет синусоидальную форму и только одну частотную составляющую, в результате исключается негативное влияние паразитных параметров трансформатора, так как нет высших гармоник напряжения. Регулирование выходного напряжения происходит по частотной характеристике колебательного контура путем изменения частоты инвертора в области частот, превышающих резонансную частоту.
Использование высоких частот (более 50 кГц) позволяет снизить емкость сглаживающих конденсаторов при низком уровне пульсаций ускоряющего напряжения, которые не превышают 0,2 %. Малая накопленная энергия источника ускоряющего напряжения способствует устранению влияние пробоев в электронно-лучевых пушках на качество сварных соединений [2].
Источник бомбардировки, блок управления накалом и блок управления током луча имеют аналогичное принципиальное исполнение в маломощном варианте. Для управления ими также используется частотный метод 3 - максимальная нагрузка.
Исследования по оптимизации технологии электронно-лучевой сварки выявили возможность повышения качества сварных соединений за счет управления распределением энергии электронного пучка по пятну нагрева. Для реализации такой возможности в состав аппаратуры включен микропроцессорный блок функционального сканирования (БФС).
Распределение энергии электронного луча по пятну нагрева осуществляется за счет применения различных траекторий сканирования. Сами траектории сканирования хранят в памяти микроконтроллера в виде массивов координат по осям Х и У.
Автоматизированная система управления процессором электронно-лучевой сварки построена на базе промышленного компьютера. В ней реализованы функции слежения по стыку
сварного соединения, программного управления режимом сварки настройки фокусировки, контроля и регистрации параметров процесса.
Слежение по стыку сварного соединения осуществляется путем записи траектории стыка в режиме малого тока с последующим воспроизведением траектории режиме технологического тока сварки.
Функции АСУ ЭЛС в аппаратуре реализованы на программном и аппаратном уровнях. Промышленные образцы аппаратуры прошли производственные испытания и внедрение на предприятиях г. Красноярска [3].
Библиографические ссылки
1. Автоматизированная электронно-лучевая аппаратура АЭЛА 30/10 / В. Д. Лаптенок [и др.] // Технологии и оборудование электронно-лучевой сварки - 2008 : материалы Первой Санкт-Петерб. междунар. науч.-техн. конф. СПб. : ООО «Агенство» ВиТ-Принт», 2008. С. 173-175.
2. Автоматизированная система управления электронно-лучевой сваркой (АСУ ЭЛС) / В. Д. Лаптенок [и др.] // Технология машиностроения. 2002. № 4. С. 52-54.
3. Технологии и оборудование ЭЛС-2011 : докл. Санкт-Петерб. междунар. науч.-техн. конф. (23-26 июня 2011 г., Санкт-Петербург). СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2011.
© Морозов И. С., Марусенко К. П., 2017
