А = 0,9112.
0,341 -10-37 г/ЙГ, '
Погрешность аппроксимации характеристики (выражение (6.24)) в диапазоне непроплава ^ = 0,01...0,1 см не превышает 0,02 см. Это
указывает на то, что выражение (6.24) может быть использовано для расчета глубины непроплава по результатам показаний датчика рентге новского излучения, установленного с обратной стороны сварного шва, и измерений тока электронного пучка и ускоряющего напряжения. Рас четы, выполненные по формуле (6.23) для различных ускоряющих на пряжений в диапазоне от 20 до 120 кВ, позволили выявить зависимость коэффициентов выражения (6.24) от ускоряющего напряжения £7, кВ:
|
А = 0,9111-0,0167U + 0,607 • 10"3£/2, |
(6.25) |
||||
в= |
1 |
I8>9I+^ |
_ J V 3 |
+ Q*06 + |
||
0,341 • 10~31 zIK, |
||||||
|
10- ' и 10~2 и |
2 |
10_3[ / 3 |
|||
|
10,67 |
3,701 |
0,1496 |
|
(6.26) |
|
|
10"4£/4 10~5U5 10~6U6.' |
|
||||
|
|
|
||||
Выражения (6.24), (6.25) и (6.26) позволяют рассчитать величину |
||||||
непроплава t = d -H § \ контролируя |
интенсивность |
рентгеновского |
||||
излучения Уд, ускоряющее напряжение U и ток электронного пучка / [94]. Погрешность контроля при этом составляет 5...7 % от контроли-
руемой величины. Учитывая, что величина непроплава обычно на по рядок меньше глубины проплавления, точность контроля и стабилиза ции глубины проплавления достаточно высока и составляет 0,5... 1 % от глубины проплавления Я0.
Поскольку расчет величины непроплава должен производиться в реальном масштабе времени с целью управления глубиной проплавле ния, а коэффициенты А и В находятся в сложной зависимости от уско ряющего напряжения, то для упрощения расчетов целесообразно свер ку осуществлять при фиксированном ускоряющем напряжении. Коэф фициенты А и В в этом случае определяются по формулам (6.25), (6.26) для конкретного ускоряющего напряжения. Коэффициент А при этом является постоянной величиной, а коэффициент В зависит от тока элек тронного пучка.
На рис. 6.10 изображена функциональная схема микропроцес сорной системы контроля и стабилизации величины непроплава, рабо тающей по изложенному принципу [25].
Рис. 6.10. Функциональная схема микропроцессорной системы контроля и управления глубиной непроплава с датчиком снизу: РД - рентгеновский датчик; ПД - пиковый детектор; ПУ - пороговое устройство; АЦП - аналого цифровой преобразователь; ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь
Пиковые значения сигнала рентгеновского датчика фиксируются пиковым детектором, который запускается пороговым устройством, настроенным на уровень 0,8 от амплитуды импульсов датчика. Пико вые значения преобразуются в цифровой код и поступают через порт В2 в микроконтроллер. Через порт А! в микроконтроллер поступает измеренное значение тока пучка 1. В микроконтроллере информация по результатам 16-ти измерений усредняется, производится расчет вели чины непроплава по формуле (6.24). Измеренная величина непроплава сравнивается с заданным значением, и формируется уставка тока пуч ка, которая через порт С! и цифро-аналоговый преобразователь посту пает в канал управления током электронно-лучевой установки. Контро лируемое значение величины непроплава выводится на цифровой ин дикатор.
Рассмотренный способ контроля и стабилизации величины не проплава реализуется с применением вычислительной техники в связи с необходимостью проведения расчетов. На точность контроля величи ны непроплава влияет погрешность стабилизации ускоряющего напря жения. Устройство контроля и стабилизации можно существенно упро стить, если использовать дифференциальный рентгеновский датчик, состоящий из двух рентгеновских датчиков, один из которых размещен со стороны сварочной пушки, а другой - с обратной стороны сварного шва.
На рис. 6.11 изображена функциональная схема системы стаби лизации величины непровара с дифференциальным рентгеновским датчиком.
Дифференциальный рентгеновский датчик включает в себя рент геновские датчики РД] и РД2 и устройство сравнения. Датчик РДЬ рас положенный с обратной стороны обрабатываемого изделия, фиксирует рентгеновское излучение зоны обработки через непровар £ = d - H 0.
Его сигнал описывается выражением (6.23).
Датчик РДд крепится на электронно-лучевой пушке так, что он может фиксировать рентгеновское излучение со дна канала проплавле ния. Между датчиком РДд и обрабатываемым изделием установлен фильтр 1, представляющий собой пластину определенной толщины £ф
из такого же материала, как и обрабатываемое изделие. Поэтому на рентгеновский датчик РД2 поступает рентгеновское излучение свароч ной ванны, ослабленное фильтром 1. Интенсивность рентгеновского излучения, поступающего на датчик РД2 при условии, что он имеет такой же коэффициент передачи, как и датчик РДЬ описывается выра жением
|
хехр ' |
х2 |
‘ |
(У~ту)2 |
|
|
ехр |
|
|||
|
|
2 а2(Я ,р) |
|
2 а2 (Я , р) |
|
|
хехр(-арЯ)л:е(Я,р) J°(v0 - v)exp[-^v)^]*^</v, |
(6.27) |
|||
где |
- толщина фильтра 1. |
|
|
|
|
Рис. 6.11. Функциональная схема системы стабилизации глубины проплавле ния с дифференциальным рентгеновским датчиком: РДЬ РД* - рентгеновские датчики; ПД - пиковый детектор; К2 - масштабный усилитель; УС - устройст во сравнения; ЭЛП - электронно-лучевая пушка; 1 - фильтр
На рис. 6.9 изображена характеристика датчика РД2, рассчитан ная по формуле (6.27) без учета множителя, стоящего перед интегра лом. Здесь же приводятся характеристики датчика РД! при значениях £(H0) = t ф. Анализ характеристик показывает, что сигналы датчиков
РД! и РД2 существенно отличаются. Это объясняется тем, что для дат чика РД1 толщина слоя материала, поглощающего излучение, связана с геометрией канала проплавления.
Можно найти такой коэффициент Къ на который можно разде лить сигнал УРд2, чтобы при определенной толщине £ф выполнялось
бы условие УРД1 = — д -.
Анализ характеристик с/РД1 и УРД2 при ускоряющих напряжениях в диапазоне от 20 до 120 кВ показал, что равенство сигналов при тол щине = t = d - H Q=0,3 см возникает при К2, удовлетворяющем
выражению
К2 = 1,514 + 82,102 ехр[- ОД447С/ + 0,6519 • 10_3 U2].
По этому выражению можно рассчитать коэффициент К2 для любого ускоряющего напряжения в указанном диапазоне. При фикси рованном ускоряющем напряжении коэффициент К2 является постоян ной величиной. Система стабилизации (рис. 6.10) изменяет ток элек
тронного пучка до тех пор, пока ошибка стабилизации |
~ J*A\ |
|
не станет равной нулю.
При заданном К2это условие выполняется лишь для одного зна чения величины непроплава
£ф = ( = d - tf0 = 0,3 см.
Нас интересует возможность стабилизации заданной величины непроплава L Для этого необходимо определить такое значение £ф = I + А?, чтобы выполнялось условие
-^РД2
к
где t = d - H Q - |
заданная величина непровара; At - поправка, завися |
щая от 1\ £ф - |
толщина пластины фильтра, которую необходимо ус |
тановить для того, чтобы стабилизировать величину L