Материал: Управление электронно-лучевой сваркой

пределах в зависимости от режимов сварки, коэффициент к в формуле (6.14) следует уточнить по результатам экспериментов. На рис. 6.5 изображена функциональная схема микропроцессорной системы для контроля и управления глубиной проплавления при ЭЛС. Система со­ стоит из микропроцессорного контроллера МК, устройства связи с объектом (УСО) и блока индикации. С электронно-лучевой установки ЭЛУ через коммутатор К и АЦП снимается информация о токе пучка, ускоряющем напряжении и скорости сварки. С рентгеновского датчика со сканирующей коллимационной щелью сигнал подается на аналого­ цифровой преобразователь и записывается во внешнее ОЗУ, адресное пространство которого формируется счетчиком СЧ, который управля­ ется от генератора тактовых импульсов ГТИ через логическую схе­ му И. По окончании записи счетчик выдает в контроллер МК сигнал, и МК начинает считывать информацию из ОЗУ, изменяя состояния счет­ чика. Алгоритм обработки информации в контроллере реализует метод накопления, усредняющий информацию 16-ти реализаций сигнала датчика. Это позволяет повысить помехозащищенность и точность метода за счет уменьшения случайных ошибок. Рассчитанное значение глубины проплавления сравнивается с заданным значением, и в соот­ ветствии с разностью формируется уставка тока пучка. На цифровые индикаторы выводятся значения глубины проплавления и диаметр технологического электронного пучка.

На рис. 6.6 изображена структурная схема микропроцессорной системы стабилизации глубина проплавления. В этой схеме W(z) - дис­

кретная передаточная функция микропроцессора; WQ - передаточная

функция канала стабилизации тока электронного пучка, имеющая вид

Wj(S) =—— ;

Wk(S) - передаточная функция канала проплавления, устанавливающая связь между глубиной проплавления и током электронного пучка:

kU Wk(S) = &Gk(T2s + \y

где постоянная времени Т2 отражает динамику глубины канала про­ плавления. Процесс углубления канала проплавления является преры­ вистым. Время процесса образования канала есть суммарное время элементарных циклов, каждый из которых включает испарение слоя и последующую экранировку электронного пучка парами. За каждый цикл происходит углубление канала на величину проникновения элек­

тронов в металл, которая в соответствии с формулой Шонланда равна

п U2

5 = 2,35-10” 2——,

Р

где р - плотность обрабатываемого металла.

Рис. 6.6. Структурная схема системы стабилизации глубины проплавления

Время элементарного цикла состоит из двух компонентов: вре­ мени энергонакопления для взрывного вскипания ти и времени рассеи­ вания тр. Общее время углубления канала равно t = л(тн + тр), где

п_ Я о = - количество элементарных циклов.

Постоянная времени канала проплавления определяется выра­ жением [148]

ния; q2 - удельная мощность луча; а - коэффициент поглощения; &п - скорость разлета частиц пара; q - критическая удельная мощность. Расчет по формуле (6.20) для U = 60 кВ: Н0 = 1,5 см, dn/d K= 0,5, ма­

териал алюминий дает значение Т2= 0,232 С.

Анализ и синтез системы стабилизации, проведенный известны­ ми методами теории дискретных систем управления, дает следующие

параметры системы: время регулирования 0,2 с, точность стабилизации глубины проплавления составляет 3...5 % от номинальной величины.

6.3.Способ контроля и стабилизации глубины проплавления

срентгеновским датчиком, размещенным с обратной стороны

сварного шва

Предложенный способ основан на поглощении рентгеновского излучения сварочной ванны материалом обрабатываемого изделия. Ослабление интенсивности рентгеновского излучения слоем материала толщиной £ подчинено экспоненциальному закону в соответствии с выражением (6.15), причем коэффициент ослабления p(v) зависит от частоты v излучения в соответствии с выражением (6.16). Интеграль­ ная интенсивность по всем частотам излучения определяется выраже­ нием

На рис. 6.7 изображена схема контроля глубины проплавления рентгеновским датчиком, размещенным с обратной стороны сварного шва [15; 96]. Рентгеновский датчик размещен в металлической бленде, не пропускающей рентгеновское излучение с боковых поверхностей, и ориентирован на зону обработки. Толщина слоя £ будет различна для различных участков канала проплавления и определяется выражением

e(n)=d-H. (6.22)

Датчик рентгеновского излучения имеет зону обзора, захваты­ вающую весь канал проплавления, поэтому плотность рентгеновского излучения (6.10) необходимо проинтегрировать по координатам х н у и с учетом выражений (6.21) и (6.22). Суммарная интенсивность рентге­ новского излучения, попадающего на датчик, имеет вид

Рис. 6.7. Схема контроля глубины проплавления рентгеновским датчиком, размещенным с обратной стороны сварного шва

Выражение (6.23) дает зависимость сигнала датчика от фазы ср периодического процесса формирования канала проплавления при различных значениях толщины деталей и глубины проплавления.

На рис. 6.8 изображена характеристика датчика, рассчитанная по формуле (6.23). Из характеристики видно, что сигнал датчика зависит от фазы процесса формирования канала. Максимальные значения Ja соответствуют минимальной плотности пара, когда электронный пучок фокусируется на дне канала. Максимальная и минимальная интенсив­ ность рентгеновского излучения отличаются на два порядка. Из расче­ тов следует, что сигнал рентгеновского датчика, расположенного с обратной стороны сварного шва, представляет последовательность относительно кратковременных импульсов, амплитуда которых зависит от степени фокусировки пучка на дне канала проплавления и величины непроплава. Очевидно, что для контроля глубины проплавления целе­ сообразно использовать амплитуду импульсов датчика. Следует иметь в виду, что амплитуда импульсов зависит не только от величины не­ проплава, но и от степени фокусировки пучка на дне канала проплавле­ ния, которая в значительной степени определяется плотностью паров.