способ контроля отклонения положения линии стыка при электронно-лучевой сварке

Формула изобретения

Способ контроля отклонения положения линии стыка при электронно-лучевой сварке, включающий сканирование электронным пучком линии стыка, измерение вторично-эмиссионного тока, определение совпадения линии стыка и оси неотклоненного электронного пучка путем анализа амплитуды составляющей спектра колебаний вокруг вторично-эмиссионного тока, отличающийся тем, что совпадение линии стыка и оси неотклоненного электронного пучка определяют по наличию минимума амплитуды составляющей спектра колебаний вторично-эмиссионного тока с частотой, равной частоте сканирования стыка электронным пучком, или по одновременному наличию максимума амплитуды составляющей спектра колебаний вторично-эмиссионного тока с частотой, равной удвоенной частоте сканирования стыка электронным пучком, и минимума амплитуды составляющей спектра колебаний вторично-эмиссионного тока с частотой, равной частоте сканирования стыка электронным пучком.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронно-лучевой сварки и может быть использовано при электронно-лучевой сварке конструкционных материалов для контроля отклонений положения линии стыка.

Известен способ контроля отклонения положения линии стыка при электронно-лучевой сварке, при котором производят сканирование электронным пучком линии стыка, регистрируют вторично-эмиссионный ток с введением задержки измерения значения этого тока и по временному положению импульса вторично-эмиссионного тока в цикле сканирования определяют величину отклонения электронного пучка от стыка [1]

Недостатком известного способа является невысокая точность контроля отклонения положения линии стыка, что связано с погрешностями при определении временного положения импульса вторично-эмиссионного тока в цикле сканирования.

Наиболее близким к описываемым по технической сущности и достигаемому эффекту является способ контроля отклонений положения линии стыка, при котором производят сканирование электронным пучком линии стыка, регистрируют вторично-эмиссионный ток и анализируют спектр колебаний вторично-эмиссионного тока, при этом совпадение линии стыка и оси неотклоненного электронного пучка определяют по экстремуму амплитуды составляющей спектра с частотой, равной удвоенной частоте сканирования пучка [2]

Недостатком способа является невысокая точность контроля отклонения положения линии стыка, связанная с отсутствием контроля минимума амплитуды составляющей спектра вторично-эмиссионного тока с частотой, равной частоте сканирования стыка электронным пучком.

Задача изобретения повышение точности контроля отклонения положения линии стыка при электронно-лучевой сварке.

Это достигается тем, что в способе контроля отклонения положения линии стыка при электронно-лучевой сварке, при котором происходит сканирование электронным пучком линии стыка, регистрируют вторично-эмиссионный ток, анализируют спектр колебаний вторично-эмиссионного тока и совпадение линии стыка и оси неотклоненного электронного пучка, определяют по экстремуму амплитуды колебаний составляющих спектра вторично-эмиссионного тока, совпадение линии стыка и оси неотклоненного электронного пучка определяют по наличию минимума амплитуды составляющей спектра колебаний вторично-эмиссионного тока с частотой, равной частоте сканирования стыка электронным пучком или по одновременному наличию максимума амплитуды колебаний составляющей спектра с частотой, равной удвоенной частоте сканирования стыка электронным пучком и минимума амплитуды составляющей спектра вторично-эмиссионного тока с частотой, равной частоте сканирования стыка электронным пучком.

Отличительным признаками предлагаемого способа электронно-лучевой сварки является то, что для наведения электронного пучка на стык используется значения амплитуд колебаний составляющих спектра вторично-эмиссионного тока с частотой, равной частоте сканирования электронным пучком линии стыка, и с частотой, равной удвоенной частоте сканирования стыка пучком. Выделение составляющих спектра колебаний вторично-эмиссионного тока с частотой, кратной частоте сканирования электронного пучка, и измерение их амплитуды эквивалентно Фурье-анализу вторично-эмиссионого сигнала. При этом достигается повышение точности контроля отклонения стыка свариваемых деталей при электронно-лучевой сварке, так как Фурье-анализ вторично-эмиссионного сигнала является высоко информативным для определения положения оси неотклоненного электронного пучка относительно линии стыка.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для осуществления способа; на фиг.2 временные диаграммы сканирования электронного пучка относительно стыка свариваемых деталей и вторично-эмиссионных сигналов.

Способ реализуется следующим образом.

В установке для электронно-лучевой сварки (фиг.1) на отклоняющую систему 2 электронной пушки 1 через усилитель тока отклонения 8 подается сигнал с генератора колебаний 7, что обеспечивает сканирование электронным пучком стыка свариваемых деталей 11. Импульсы вторично-эмиссионного сигнала от стыка регистрируются коллектором электронов 3, который включен в электрическую цепь, содержащую резистор нагрузки 4. Сигнал с резистора нагрузки 4 поступает на двухканальный селективный усилитель 5, который выделяет и усиливает составляющую с частотой, равной частоте сканирования электронного пучка, и составляющую с частотой, равной удвоенной частоте сканирования электронного пучка.

При сканировании электронным пучком стыка свариваемых деталей импульсы вторично-эмиссионного тока возникают вследствие различия значений коэффициента отражения электронов от металла на поверхности деталей и стыке (фиг.2). Амплитуда импульсов на выходе селективного усилителя 5 в канале составляющей с частотой, равной частоте сканирования электронного пучка, является при Фурье-анализе амплитудой первой гармоники колебаний (фиг.2,а) и равна



где U_k вторично-эмиссионный сигнал с коллектора электронов;

w частота сканирования электронного пучка;

t момент времени, когда электронный пучок при сканировании достигает середины стыка свариваемых деталей;

d полуширина импульса вторично-эмиссионного тока;

Т период колебаний при сканировании электронного пучка.

Полагая, что величина d достаточно мала, мы получаем

A₁ 4A_ksin().

При совпадении линии стыка свариваемых деталей и оси неотклоненного электронного пучка (фиг. 2, б) Т/2, А₁=0, т. е. имеет место равный нулю минимум сигнала. Соответственно, и амплитуда сигнала на выходе усилителя 5 в канале выделения составляющей с частотой, равной частоте сканирования электронного пучка, имеет равный нулю минимум. При t Т/2 частота импульсов вторично-эмиссионного тока w₁= 2 и амплитуда сигнала в канале усилителя 5 в канале выделения составляющей спектра вторично-эмиссионного тока с удвоенной частотой сканирования пучка имеет максимальное значение.

Сигнал с селективного усилителя 5 подается на блок 6 управления позиционированием электронного пучка, который управляет взаимным расположением линии стыка и оси электронного пучка путем подачи сигнала на вход привода перемещения свариваемых деталей 9 таким образом, чтобы обеспечить совпадение линии стыка свариваемых деталей 11 и оси неотклоненного электронного пучка. В качестве дополнительной точной подстройки при электронно-лучевой сварке тонкостенных деталей может использоваться воздействие и на отклоняющую систему 2 через усилитель тока отклонения 8.

Опробование способа производилось на установке ЭЛУ-4 с энергетическим агрегатом ЭЛА-60/15 при следующих режимах: ускоряющее напряжение 42 кВ, ток электронного пучка 4 мА, частота сканирования пучка относительно линии стыка деталей 200 Гц. Над зоной воздействия электронного пучка был установлен коллектор электронов, включенный в электрическую цепь, содержащую резистор нагрузки сопротивлением 1,2 кОм. Сигнал с резистора нагрузки обрабатывался селективным усилителем, содержащим два канала резонансного усиления с центральными частотами 200 и 400 Гц. На выходе обоих каналов были включены аналоговые вольтметры, регистрирующие амплитуды составляющих спектра с частотами соответственно 200 и 400 Гц. С помощью привода перемещения деталей электронно-лучевой установки осуществляли перемещения стыка относительно сканирующего электронного пучка, измеряя при этом амплитуды составляющих спектра вторично-эмиссионного тока с частотами 200 и 400 Гц. В процессе опробования способа при точном наведении оси неотклоненного электронного на стык имел место минимум амплитуды сигнала с частотой 200 Гц и максимум амплитуды сигнала с частотой 400 Гц.

Таким образом, предлагаемый способ, по сравнению с прототипом, обеспечивает существенное повышение точности контроля отклонения положения линии стыка при электронно-лучевой сварке за счет обработки спектра колебаний вторично-эмиссионного тока при сканировании электронным пучком относительно линии стыка на основе Фурье-анализа, который в данном случае является весьма информативным для контроля отклонения положения линии стыка.