SU1750891A1 - Способ электронно-лучевой сварки - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроннолучевой сварке, в частности к технологии сварки сканирующим лучом, и может быть использовано при сварке трудносвариваемых сплавов Цель изобретени  - повышение качества сварных соединений сплавов с высоким коэффициентом теллопроводноИзобретение относитс  к электроннолучевой сварке, в частности к технологии сварки сканирующим лучом, и может быть использовано при сварке трудносвариваемых сплавов. Цель изобретени  - повышение качества сварных соединений сплавов с высоким коэффициентом теплопроводности путем устойчивого формировани  сварочной вак- ны, при несквозном проплавлении, уменьшени  корневых дефектов. На фиг.1 показана схема траектории сканировани  электронного луча, на фиг.2 - диаграммы изменени  токов отклон ющей электромагнитной системы электронно-лучевой пушки, мощности и амплитуды ее изсти путем устойчивого формировани  сварочной ванны при несквозном проплавлении и снижени  корневых дефектов. Способ состоит в сканировании электронного луча на поверхности свариваемого металла по дугообразной траектории 5 (дуге окружности или эллипса, параболе), расположенной симметрично относительно плоскости стыка 6 и вогнутой внутрь сварочной ванны 4, и одновременном плавном изменении мощности электронного луча. Минимальное значение мощности луча достигаетс  на оси симметрии траектории сканировани , а максимальное - на ее концах. Максимальное значение мощности луча соответствует заданному значению по услови м сварки, т.е. определ етс  глубиной проплавлени  При плавном снижении мощности луча в точке В фронт плавлени  не опережает движение луча по траектории сканировани . Это  вл етс  условием получени  необходимой кривизны фронта плавлени  3 ил. менени  за период сканировани  луча; на фиг.З - блок-схема устройства, реализующего способ электронно-лучевой сварки. Способ состоит в сканировании электронного луча по дугообразной траектории, расположенной симметрично относительно плоскости стыка и вогнутой внутрь сварочной ванны, и одновременном плавном изменении мощности электронного луча таким образом, чтобы минимум достигалс  на оси симметрии траектории сканировани , а максимум - на ее концах. Причем максимальное значение мощности луча соответствует заданному значению по услови м сварки, т.е. определ етс  глубиной проплавлени . Ј V4 СЛ О 00 ЧЭ

Description

Сварку деталей 1 и 2 осуществл ют электронным лучом с образованием сварочного шва 3 и ванны 4, в которой сканирует луч по дугообразной траектории 5, симметрично расположенной относительно стыка 6 деталей 1 и 2. При этом возникает тепловой поток 7 в направлении центра кривизны траектории5сканировани  (фиг.1). Траекторию 5 сканировани  задают перемещением электронного луча вдоль и поперек стыка 6 (оси х и у) согласно соответствующим законам изменени  токов 1х и 1у в обмотках отклон ющей электромагнитной системы электронной пушки. Мощность луча при этом синхронно модулируют согласно вира- жению Р--Ро-Л Р cosa , где Р и Р0 текущее и заданное значени  мощности луча определ емое величиной тока луча при посто нном ускор ющем напр жении (фиг.2), При плавном снижении мощности луча к точке симметрии траектории 5 сканировани  (точка В) фронт плавлени  не опережает движение луча, что  вл етс  условием получени  необходимой кривизны фронта плавлени .

Направление максимального теплоот- вода от фронта плавлени  (лини  ABC в каждой точке совпадает с нормалью к линии фронта в тех же точках. Твердый металл в области ABCD, таким образом, получает дополнительный подогрев, причем наиболь- ший подогрев имеет металл, прилегающий к оси симметрии (лини  BD), так как сюда поступает тепло с двух сторон Отсюда следует , что тепловложение на Фронте плавлени  при приближении электронного луча к точке симметрии траектории сканировани  (точка В) необходимо снижать. Лишь в этом случае можно добитьс , чтобы фронт плавлени  не опережал траекторию сканировани  электронного луча. Снижение тепловложени  в середине траектории сканировани  можно получить либо повышением скорости перемещени  электронного луча, что неприемлемо из-за гидродинамических возмущений в сварочной ванне, либо уменьшением его мощности.

. Закон изменени  мощности электронного пучка в течение периода его сканировани  зависит от формы траектории сканировани . При сканировании по дуге (параболе, дуге окружности или эллипса) изменение мощности луча Р вдоль траектории сканировани  необходимо осуществл ть по косинусоидальному закону (фиг.2). что обеспечивает равномерный подогрев перед фронтом плавлени . Амплитуда изменени  мощности луча Д Р зависит обратно пропорционально от величины хорды, соедин ющей концы траектории сканировани 

электронного луча, но не превышает величи ны РО- Таким образом, K/b. Pol . где К - коэффициент пропорциональности определ емый скоростью сварки и тепло проводностью свариваемого металла:

b - длина хорды траектории сканирова ни .

Дл  обеспечени  возможности форми ровани  фронта плавлени  с обратной кривизной необходимо, чтобы выполн лось условие b de, где de - диаметр электрон ного луча на поверхности свариваемого ме тэлла.

Значение максимальной мощности луча РО выбирают из услови  достижени  требу емой глубины проплэвлени . Угол а. межд продольной осью симметрии сварочное ванны и нормально к поверхности траекто рии сканировани  измен етс  от 0 до 90( (фиг.1). При гаком способе сканировани  электронного луча одновременно реализу етс  условие предотвращени  образовании корневых дефектов сварного шва. заключа ющеес  в формировании распределени  плотности мощности электронного луча с провалом в приосевой области.

Способ электронно-лучевой сварки ре ализуетс  с помоа(ью устройства, блок-схе ма которого представлена на фиг.З. Устройство содержит: сварочную пушку 8, оборудованную отклон ющей электромагнитной системой 9, блоки 10 усилителей и цифроанллоговых преобразователей 11 программируемых запоминающих блоков 12, блока 13 управлени , модул тора 14. На фиг 3 также показаны. 3 - сварной шов. 4 - сварочна  панна

Устройство работает следующим образом .

В программируемые запоминающие устройства 12 занос тс  программы задани  перемещени  лучз 15 вдоль и поперек стыка 6 деталей 1 и 2, а также нормированную функцию изменени  мощности луча 15 (например, cos а). В блоке 13 оператор задает амплитуду сканировани  путем выдачи на блок 11 цифро-аналоговых преобразователей опорного сигнала; частоту сканировани  путем выдачи адресных кодов воспроизводимой информации из блока 13 на вход блока 12; ток сварки путем выдачи управл ющего сигнала на вход блока 14 модул тора , на второй вход которого поступают коды нормированных коэффициентов изменени  тока (мощности) электронного лучз.

С частотой опроса блок 12 выдает коды управл ющих сигналов смещени  луча 15 и модул ции его тока. Блок 11 преобразует

коды смещени  луча и через усилители 10, задаютс  токи 1х и 1у в обмотке отклон ющей электромагнитной системы 9, магнитное поле которой перемещает электронный луч 15 по траектории 5 относительно стыка 6 Блок 14 модулирует сигнал, задающий ток электронного луча от блока 13, согласно коду модул ции.Регулировка глубины модул ции в блоке 14 позвол ет задавать градиент изменени  мощности электронного луча при приближении к оси симметрии траектории 5 сканировани . Сигнал с выхода блока 14 поступает на схему стабилизации тока электронно-лучевой пушки 8.

Таким образом, оператор, занос  программу в блок 12, может измен ть траекторию 5 сканировани  луча, а также управл ть его частотой и амплитудой сканировани , задавать амплитуду изменени  мощности луча в соответствии с его перемещением по траектории сканировани .

Реализаци  устройства по блок-схеме фиг.З позволила отработать технологию сварки ранее трудносвариваемых материалов

Сваривали образцы из алюминиевого сплава АМгб вертикальным электронным лучом со скоростью 0,75 см/с в режиме несквозного проплавлени  на глубину 5 см. Луч сканировали по дуге окружности диаметром 0.15 см с частотой 90 Гц. Амплитуда изменени  мощности луча А Р составл ла (5 ..20)% от максимальной мощности луча Р0, равной 18 кВт. Оптимальные результаты по формированию шва получены при Д ,16 РО. т.е мощность луча измен лась от 18 до 15,1 кВт Металлографическим анализом установлено, что в корне шва корневые дефекты отсутствуют, а амплитуда

0

5

0

5

0

5

0

колебани  глубины пропллнленич нпначи тельна 

По сравнению с базовым з  который прин т прототип, предложенный способ электронно-лучевой сварки обеспечивает уменьшение брака при сп,фко труд носвариваемых сплавов и сокрлщение затрат на исправление дефектов сварных швов,

Claims (1)

1. Формула изобретений

   Способ электронно-лучевой спарки, при котором луч сканируют по дугообразной траектории с осью симметрии, совпадающей с плоскостью стыка, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  качества сварных соединений сплавов с высоким коэффициентом теплопроводности путем устойчивого формировани  сварочной ванны при несквозном проплавлении и уменьшени  корневых дефектов, траекторию сканировани  луча выпуклой стороной ориентируют в сторону сварочной ванны, а мощность луча измен ют по конусоидально- му закону

   Р Ро-Л Р cos a , где РО - максимальна  мощность луча, Вт;

   Д Р - амплитуда изменени  мощности луча, Вт, ровн   min K/b, РО ;

   К - коэффициент пропорциональности. определ емый скоростью сварки и теплопроводностью свариваемого металла:

   b - длина хорды траектории сканировани , мм, ,

   de - диаметр электронного луча на поверхности свариваемого металла, мм;

   а - угол между продольной осью симметрии сварочной ванны и нормалью к поверхности траектории сканировани .

   X

   Фиг.1

   Фиг. 2

   Фиг.З