Материал: Управление электронно-лучевой сваркой

стабилизации диаметра электронного пучка, стабилизации скорости сварки и блока функционального сканирования, осуществляющего развертку технологического электронного пучка по программируемым траекториям. Указанные функциональные блоки могут иметь различ­ ную структуру и выполняются в виде отдельных микропроцессорных подсистем. Ввод исходных данных в подсистемы осуществляется с пульта управления микропроцессорной АСУ. Отображение информа­ ции о регулируемых параметрах и режимах работы подсистем осуще­ ствляется на видеомониторе ВМ.

Одной из функций микропроцессорной АСУ является регистра­ ция параметров процесса ЭЛС: ускоряющего напряжения, тока пучка, скорости сварки, амплитуд сканирования по осям Х и У и фокуса, час­ тоты сканирования. Для контроля указанных параметров и формирова­ ния управляющих воздействий и установок используется блок УСО, в состав которого входит многоканальный АЦП и цифро-аналоговые преобразователи.

В микропроцессорной АСУ слежение по стыку основано на принципе предварительной записи программы по методу синхронного детектирования, рассмотренному ранее. Для этой цели используется избирательный усилитель первой гармоники ИУЬ демодулятор ДМЬ преобразователь напряжение частота ПНЧ, реверсивный счетчик РСЧ и цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, усилитель мощности, стоя­ щий в цепи формирования тока отклоняющей системы. Цифровой код, снимаемый с регистра Р по шине данных Ш Д используется для записи программы траектории стыка. В режиме воспроизведения программы последовательность цифровых сигналов извлекается из памяти микро­ ЭВМ, через шину данных поступает на ЦАП и осуществляет повторе­ ние записанной программы тока отклоняющей системы.

Сигнал второй гармоники, формируемый избирательным усили­ телем ИУ2 и демодулятором ДМ2, используется для фокусировки элек­ тронного пучка, анализа чувствительности измерительного устройства и отключения слежения на прихватках.

Для синхронизации записанной программы траектории стыка с перемещением свариваемого изделия используется оптический датчик перемещения ДП типа ВЕ-178, у которого на один оборот вала форми­ руется 1024 импульса. Формирующий преобразователь ФП вырабаты­ вает последовательность нормированных импульсов и сигнал о направ­ лении перемещения. Запись траектории стыка и воспроизведение про­ граммы в процессе сварки могут осуществляться при любом направле­ нии перемещения изделия.

Микропроцессорная АСУ ЭЛС выполняет следующие основные режимы работы:

-режим поиска стыка;

-режим записи траектории стыка;

-режим выполнения прихваток;

-режим сварки;

-режим косметического прохода шва.

Перевод системы в указанные режимы осуществляется операто­

ром.

В режиме поиска стыка устанавливается ток пучка 2...5 мА. Электронный пучок программно сканируется поперек стыка в пределах отклонения ± 5 мм. В процессе сканирования анализируется сигнал датчика стыка и уровень второй гармоники. Положение стыка фикси­ руется в тот момент, когда показание датчика стыка равно нулю, а уровень второй гармоники максимален. При сканировании в обратном направлении при достижении фиксированного уровня контур обратной связи следящей системы замыкается и производится захват стыка. Опе­ ратор с помощью средств визуального наблюдения контролирует за­ хват стыка и переводит систему на следующий режим работы.

В режиме записи траектории стыка включается перемещение из­ делия. Осуществляется автоматическое слежение электронного пучка по стыку свариваемого изделия за счет изменения тока в отклоняющей системе, воспроизводящей положение стыка. Цифровой эквивалент перемещения пучка записывается в ячейки ОЗУ в моменты прихода импульсов с датчика перемещения изделия. Всего записывается 1024 точки программы траектории стыка. В процессе слежения осуществля­ ется анализ чувствительности измерительного устройства по уровню второй гармоники и прекращение слежения при чувствительности ниже порогового уровня. На экране монитора отображается траектория дви­ жения пучка, а также координаты свариваемого изделия, где чувстви­ тельность была нормальной. По окончании режима записи выдается показатель наличия чувствительности по длине стыка, рассчитанный по формуле

где Nj - количество координат с нормальной чувствительностью. Опе­ ратор оценивает величину С, а также равномерность распределения координат с нормальной чувствительностью по длине стыка и прини­ мает решение о переходе к следующему режиму или повторению пре­ дыдущего. При переходе к следующему режиму программно осущест­

7.4. Применение средств контроля и управления для экспериментальных исследований и оптимизации процесса ЭЛС

Разработка технологии ЭЛС - длительный и дорогостоящий процесс. Поскольку математическое моделирование дает лишь при­ ближенные значения параметров технологического процесса, то эта задача решается экспериментальными методами. Производится элек­ тронно-лучевая сварка некоторого количества образцов с различными параметрами технологического процесса. Затем делаются микрошлифы сварного соединения, оценивается его качество, глубина проплавления

ивыбираются те параметры технологического процесса, которые дают приемлемое качество соединения при заданной глубине проплавления. Контроль правильности выбранных режимов производится путем свар­ ки опытных образцов изделий. Такой традиционный путь отработки технологического процесса сопряжен со значительными временными и материальными затратами, связанными с подготовкой к работе элек­ тронно-лучевого оборудования, вакуумирования камеры при сварке каждого образца. Уменьшение количества обрабатываемых образцов приводит к ограничению возможностей выбора оптимальных парамет­ ров процесса. Правильность выбора параметров и количество сварных соединений в значительной степени зависят от квалификации и опыта работы технолога-оператора. Это обстоятельство ограничивает область применения ЭЛС, которая все еще прибывает в разряде уникальных технологий.

Указанные противоречия могут быть устранены путем создания автоматизированного комплекса для экспериментальных исследований

иоптимизации технологического процесса ЭЛС, который многократно повышает производительность исследовательских работ. Математиче­ ские методы планирования эксперимента позволяют достаточно быст­ ро рассчитать оптимальные параметры технологического процесса, исходя из выбранного критерия оптимизации. Управление эксперимен­ том и необходимые расчеты производятся с использованием вычисли­ тельной техники, входящей в состав автоматизированного комплекса [55; 131; 156; 161].

Рассмотренный подход к автоматизации электронно-лучевой сварки, предусматривающий контроль и стабилизацию энергетических параметров электронного пучка и глубины проплавления, позволяет более точно воспроизводить параметры сварного соединения [118]. Новый подход требует новых решений технологического процесса ЭЛС. С помощью автоматизированного комплекса целесообразно соз­