Управление процессом электронно-лучевой сварки с использованием информационных свойств плотности распределения электронного пучка

• Автор: Мурыгин, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 334 с. : ил.

1.1 Анализ методов и средств позиционирования электронного пучка по стыку

1.1.1 Автоматическое ведение пучка по стыку с помощью механических, электромагнитных и оптических датчиков стыка.
1.1.2 Системы автоматического позиционирования с вторичноэмиссионными датчиками стыка.

1.1.3 Системы автоматического позиционирования с рентгеновскими датчиками стыка

1.1.4 Методы выделения сигнала от стыка

1.1.5 Автоматическое позиционирование при микропроцессорном

управлении.

1.2 Контроль плотности распределения энергии электронного пучка

1.2.1 Методы измерения плотности распределения энергии в поперечном сечении пучка

1.2.2 Факторы, влияющие на распределение плотности энергии по

поперечному сечению электронного пучка.

1.3 Выводы и постановка задачи.
ГЛАВА 2 КОНТРОЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ СТЫКА ПО РЕНТГЕНОВСКОМУ ИЗЛУЧЕНИЮ С ПОВЕРХНОСТИ СВАРИВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ СВАРКЕ.
2.1 Особенности формирования сигнала от стыка по рентгеновскому излучению от поверхности свариваемых деталей.
2.2 Расположение датчика в плоскости, перпендикулярной стыку
2.3 Расположение датчика стыка в плоскости стыка
2.4 Математическая модель коллимированного рентгеновского датчика стыка.
2.4.1 Формирование сигнала от стыка на коллимированном РДС при пересечении электронным пучком стыка вдоль проекции коллимационного отверстия.
2.4.2 Формирование сигнала от стыка на коллимированном РДС с
разверткой электронного пучка в виде растра.
2.5 Выводы
ГЛАВА 3 КОНТРОЛЬ ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПО СЕЧЕНИЮ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА
3.1 Математическая модель рентгеновского датчика для контроля
плотности распределения энергии электронного пучка
3.2 Анализ формы распределения плотности энергии в поперечном сечении электронного пучка при электроннолучевой сварке
3.3 Определение ширины плотности распределения энергии электронного пучка по его сечению при электроннолучевой сварке
3.4 Экспериментальное исследование геометрических параметров электронного пучка
3.5 Выводы
ГЛАВА 4 АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ СВАРКИ
4.1 Адаптивная система управления процессом ЭЛС.
4.2 Анализ помехоустойчивость датчика стыка.
4.2.1 Оценка помехоустойчивости сигнала датчика стыка.
4.2.2 Повышение помехоустойчивости сигнала датчика методом
синхронного накопления
4.2.3 Повышение помехоустойчивости сигнала датчика методом
фильтрации
4.3 Анализ эффективности и достоверности сигнала от стыка по форме
сигнала
4.4 Анализ закономерности распределения плотности вероятности отсчетов координаты стыка.
4.5 Определение координаты стыка в процессе адаптивного наведения на . стык.
4.6 Контроль ширины зазора стыка деталей и ширины канала проплавления по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей
4.6.1 Контроль ширины зазора стыка деталей.
4.6.2 Контроль ширины канала проплавления
4.7 Наведение на стык в условиях действия на луч магнитных полей
4.8 Выводы.
ГЛАВА 5 ВОПРОСЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ СРЕДСТВ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛС.
5.1 Реализация слежения за стыком в процессе сварки
5.1.1 Функциональная схема системы слежения за стыком и диаметром электронного луча
5.1.2 Функциональная схема и принцип действия устройства автоматического регулирования усиления АРУ сигнала от стыка
5.1.3 Алгоритмы функционирования системы.
5.1.4 Конструкция
5.1.5 Испытания системы
5.2 Реализация системы контроля геометрии электронного пучка.
5.2.1 Функциональная схема системы контроля геометрии электронного пучка
5.2.2 Конструктивное исполнение системы
5.3 Техническая реализация автоматизированной системы управления электроннолучевой сваркой АСУ ЭЛС.
5.4 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованных источников


Система слежения обеспечивает автоматическое ведение пучка по стыку с точностью 0,1 мм при ширине зазора или разделке кромок равной 1 0,3 диаметра электронного пучка. При токе пучка более 0 мА точность слежения падает. Рис. Следует отметить, что в процессе сварки на ВЭД действуют различного рода помехи, вызывающие флюктуацию сигнала от стыка. Источником таких помех может быть нестабильность тока пучка, ускоряющего напряжения, наличие поверхностных неровностей, изменение зазора в стыке, размеров электронного пучка , , , . Кроме того, испарение металла с поверхности сварочной ванны вызывает задержку в спаде сигнала датчика до уровня, соответствующего эмиссии электронов с нерасплавленной поверхности относительно начала сканирования на время, определенное скоростью разлета атомов пара и расстоянием датчика от сварочной ванны. Появление флюктуации сигнала датчика также вызывается испарением металла по контуру сканирования , . Повысить помехоустойчивость системы слежения за стыком можно, если в период обнаружения стыка снижать мощность пучка , ,0,0. В ИЭС им. Е.О. Патона разработана промышленная система слежения за стыком в процессе ЭЛС Прицел4, работающая с модулированными источниками питания мощностью , и 0 кВт . В этих источниках питания на короткое время 2мс номинальная мощность пучка снижается до 0 Вт. В момент сканирования пучком пониженной мощности производится динамическая фокусировка пучка. Возникающие отраженные электроны воспринимаются датчиком вторичных электронов и поступают в электронную схему, содержащую блоки наведения на стык, обработки сигналов от стыка, управления двигателем коррекции. Система слежения обеспечивает наведение пучка мощностью до 0 кВт с точностью 0,1 мм. Широкое применение систем с модуляцией тока пучка затруднено изза необходимости изменения существующих источников питания, высокими требованиями к стабильности устройств модуляции и времени переходных процессов. К тому же следует учитывать, что, несмотря на наличие юстировочных приспособлений, электронный пучок несколько смещен относительно оптической оси фокусирующей линзы. В этом случае изменение условий фокусировки приводит к отклонение пучка 9. Для повышения точности слежения и уменьшения уровня помех предлагается использовать два вторичноэмиссионных датчика, расположенных симметричным образом по обе стороны шва и образующих дифференциальную схему 4. Датчики цилиндрической формы снабжены экраном с отверстием, на который подан отрицательный потенциал. Устройство работает следующим образом рис. Когда электронный пучок, направленный в центр плоскости стыка, отклоняется от оси стыка, часть электронов оказывается в процессе сварки отраженной поверхность одной из заготовок, происходит увеличение сигнала, передаваемого датчиком 1 или 2, расположенного с той стороны, на которую перемещается фокусное пятно. Дифференциальный усилитель 3, в свою очередь, передает на систему управления 4 положительный или отрицательный сигнал в зависимости от того, какой датчик его подает. Величина сигнала зависит от интенсивности потока отраженных электронов, то есть от степени отклонения пучка от оси стыка. Система управления 4 формирует сигнал коррекции и с помощью отклоняющей системы 5 возвращает пучок в исходное положение. В работе 3 описано применение такой системы слежения для сварки торцевых соединений из тонких листов 0, 3 мм при изготовлении капсул. Точность слежения дифференциального датчика стыка составила 0, мм. В устройстве 0 с дифференциальным датчиком вторичных электронов слежение по стыку предлагается осуществлять по кромкам стыка, имеющим Уобразную разделку. Чтобы исключить потерю стыка изза оплавления кромок, в процессе обнаружения стыка электронный пучок периодически выбрасывается из зоны сварки на неоплавленный стык, затем производится измерение положения пучка относительно стыками и требуемая коррекция. В устройстве зоны обзора двух датчиков, включенных дифференциально, располагают с касанием в одной точке, а зону сканирования поискового пучка совмещают с зоной обзора одного из датчиков. Это позволяет компенсировать сигнал помехи.