Блок обработки вторично-эмиссионных сигналов ОЛ151 синхронизирует работу всей системы. В режиме автоматического слежения. В процессе сварки электронный пучок периодически на короткое время выносится из сварочной ванны на стык и сканирует поперек его. Вторично-эмиссионный сигнал в обоих случаях принимается помехозащищенным датчиком, расположенным на электронной пушке. Сигналы от стыка визуализируются и преобразуются в управляющие воздействия для привода следящего перемещения сварочной пушки. Для предотвращения плавления металла при сканировании стыка в процессе сварки сила тока электронного пучка импульсно понижается.
Построенная таким образом система слежения за стыком обеспечивает: поиск стыка на поверхности изделия; точное наведение на него маломощного электронного пучка перед сваркой; автоматическое совмещение электронного пучка со стыком в процессе сварки; передачу технологической развертки электронного пучка от внешних устройств в электромагнитную отклоняющую систему сварочной пушки . Техническая характеристика системы приведена ниже. Возможна также передача управляющих команд непосредственно на один из трех сервоблоков координатных шаговых двигателей манипулятора сварочной пушки или свариваемого изделия. При управлении приводом автоматически обеспечивается разгон-торможение шагового двигателя по заданному закону, компенсация зазора механической передачи привода перемещения.
Для наведения на стык и слежения за стыком с записью его траектории перед он генерирует вынос электронного пучка из сварочной ванны, его развертку поперек стыка, управляет модуляцией тока электронного пучка, принимает и обрабатывает вторично-эмиссионные сигналы, выполняет преобразование управляющих напряжений в ток отклоняющих систем пушки, а также согласует во времени прохождение разверток электронного пучка от различных устройств. Блок коммутации преобразует сигналы блока , характеризующие положение стыка, в управляющие команды для блока управления приводом следящего перемещения электронной пушки. В качестве автономного привода следящего перемещения используется шаговый электродвигатель с блоком управления сваркой предназначена микропроцессорная система вторично-эмиссионного слежения . При сварке, а также при возможном последующем ремонте сварного шва траектория стыка воспроизводится. Координаты свариваемой точки стыка отображаются на малогабаритном дисплее в цифровом виде. При записи траектории стыка имеется возможность программного управления, мощностью и фокусировкой электронного пучка. Управление положением электронного пучка осуществляется перемещением сварочной пушки, для чего система СУ283 выдает управляющие сигналы на шаговый привод.
Вторично-эмиссионные системы слежения применяются только при наличии явного стыка, либо его заменяющей клиновидной канавки на поверхности металла. Изготовление сварных конструкций, имеющих замкнутую поверхность, сопряжено с определением положения середины “скрытого” стыка. Так, при сварке тавровых соединений со стороны листа необходимо контролировать положение оси ребра, находящегося под листом. Стык между листом и ребром, невидимым со стороны листа, называют “скрытым” стыком.
Для контроля положения середины “скрытого” стыка изделий из немагнитных металлов разработан специальный прибор. Работа прибора основана на сочетании цифрового интегрирующего метода измерения с токовихревым методом контроля . Для этого используется дифференциальный токовихревой преобразователь ТВП накладного типа, собранный на Ш-образном магнито-проводе из ферромагнитного материала. Преобразователь содержит три обмотки, причем питающая обмотка расположена на среднем стержне, измерительные — на крайних стержнях. Питающая обмотка подключена к выходу генератора синусоидального напряжения, а измерительные — ко входам дифференциального усилителя ДУ. Разностное напряжение на выходе ДУ определяется смещением оси ТВП относительно середины “скрытого” стыка, так как при несовпадении этих осей возникает асимметрия магнитного поля преобразователя. В результате этого амплитуда напряжения на одной обмотке возрастает, а на другой — уменьшается. Разность напряжений измерительных обмоток после усиления подается на синхронный детектор СД, управляемый сигналом с выхода того же ГСП. Постоянная составляющая про-детектированного напряжения выделяется фильтром нижних частот ФНЧ и преобразуется в цифровой эквивалент аналого-цифровым преобразователем АЦП. Величина и знак выходного сигнала АЦП соответствуют значению и направлению смещения оси ТВП и середины “скрытого” стыка. При совпадении измеренное АЦП напряжение равно нулю. Этот признак используется для управления искровым разрядником, который маркирует на поверхности изделия положение середины “скрытого” стыка.
Для контроля положения оси невидимой контактной площадки в сотовой конструкции из немагнитных материалов создана система контроля “Стык-3″, которая состоит из токових-ревого датчика, первичного преобразователя сигнала и персонального компьютера. Результаты измерений непрерывно отображаются на дисплее. В контролируемой сотовой конструкции толщина листа может достигать 2 мм, а расстояние между контактами — не менее 15 мм. Контроль и автоматическое регулирование процесса электронно-лучевой сварки. Сопровождающие электронно-лучевую сварку электромагнитное излучение и вторичная эмиссия заряженных частиц могут быть использованы для контроля и автоматического регулирования процесса сварки. Рентгеновское и световое излучения несут непосредственную информацию о состоянии поверхности сварочной ванны, а радио- и СВЧ-излучения — косвенную, усредненную информацию о поведении сварочной ванны. Практически для контроля и регулирования процесса сварки может быть использовано лишь рентгеновское излучение. Однако системы контроля и регулирования процесса электронно-лучевой сварки с использованием рентгеновских датчиков для промышленного применения пока не разработаны.
Поток вторично-эмиссионных заряженных частиц, возникающих при ионизации пара электронным пучком, имеет определенную информацию о состоянии поверхности паро-динамического канала в сварочной ванне. Для приема части потока частиц применяют обычно кольцевые металлические пластины (коллекторы) открытого типа и закрытого , устанавливаемые со-осно с электронным пучком над зоной сварки. Разделение вторичных электронов и ионов осуществляется подачей на коллектор соответственно положительного или отрицательного электрического потенциала Е— 80…200 В.
Экспериментально установлена сильная зависимость от уровня фокусировки электронного пучка мощностью до 5 кВт частоты пульсаций как ионного, так и электронного токов вторичной эмиссии. Так, при изменении фокусировки электронного пучка постоянной мощности частота пульсаций ионного тока прямо пропорциональна глубине проплавле-ния, а при изменении мощности пучка с неизменной фокусировкой или скорости сварки — обратно пропорциональна.
В ИЭС им. Е. О. Патона разработан прибор для стабилизации уровня фокусировки электронного пучка при сварке металлов толщиной менее 30 мм (в комплекте с коллектором ионов ОЛ139). Прибор предназначен для работы вместе с энергоблоком (30 кВ); также возможно его использование с энергоблоками ЭЛА. В состав прибора входит источник тока фокусирующей линзы сварочной пушки и имитатор сигналов ионного тока. Прибор имеет два основных режима работы — ручной и автоматический. В ручном режиме оператор устанавливает силу тока фокусирующей линзы пушки и в процессе сварки контролирует уровень фокусировки электронного пучка по частоте ионного тока. В автоматическом режиме в процессе сварки фокусировка пучка автоматически поддерживается на заданном уровне. При этом компенсируются нарушения уровня фокусировки пучка относительно поверхности свариваемого изделия, вызванные изменением расстояния между сварочной пушкой и изделием, износом катода пушки, нестабильностью электрических параметров энергоблока (например, ускоряющего напряжения) и др.
Контроль положения фокуса электронного пучка. В Институте электросварки им. Е. О. Патона разработан новый метод непосредственного определения положения фокуса тонкого аксиально-симметричного электронного пучка высокой мощности. Метод является модификацией известного метода прямого края пластины и обеспечивает высокую точность контроля и большую долговечность датчика при мощности электронного пучка менее 100 кВт. На основе этого метода контроля создано устройство “Дельта-1″, состоящее из датчика и электронного блока Датчик располагается в вакуумной камере на расстоянии 20…40 мм от оси электронного пучка. Устройство измеряет диаметр электронного пучка при импульсном его отклонении на датчик. Минимальный диаметр электронного пучка соответствует его фокусировке на уровне датчика. Контроль диаметра электронного пучка можно осуществлять и во время технологического процесса (сварка, резка, наплавка, обработка) без нарушения его качества.
Успешное развитие имеющей большие возможности электронно-лучевой сварки тесно связано с дальнейшим совершенствованием и производством оборудования, с помощью которого она осуществляется.
— Определившиеся в настоящее время основные направления дальнейшего развития техники и технологии электронно-лучевой сварки естественно являются главными направлениями совершенствования и разработки сварочных установок. Кроме того, при проектировании установок требуют решения проблемы, связанные с работой точных механизмов (вращатели, тележки, манипуляторы, электромеханические приводы, вакуумные вводы, механизмы перемещения электронно-лучевых пушек, устройства подачи присадочных материалов, механизмы сборки изделий в камере и др.) в условиях вакуума, а также повышенной температуры, напыления, разбрызгивания и рентгеновского излучения из зоны сварки.
— Данные о методике проектирования такого оборудования отсутствуют, а заимствование опыта смежных областей (таких, как вакуумная техника, вакуумная металлургия и др.) позволяет сформулировать лишь некоторые общие рекомендации по их конструированию. Опыт проектирования и внедрения установок для электронно-лучевой сварки показывает необходимость проведения в этой области специальных теоретических и экспериментальных исследований в направлении решения задач механизации и автоматизации технологического процесса ЭЛС и вспомогательных операций диагностики оборудования с максимальным применением микропроцессорных систем управления и ЭВМ.
— Разработка унифицированных механизмов, узлов, блоков и модулей с целью всемерного применения модульного принципа конструирования позволит агрегатировать типораз-мерный ряд установок для ЭЛС, отличающихся значениями параметров и назначением. В первую очередь следует унифицировать: от-качные системы, вакуумную арматуру (затворы, клапаны, натекатели, вакуумные вводы и др.), электромеханические, гидравлические и пневматические приводы, приспособленные для работы в высоком вакууме и др.
— К числу перспективных работ, обеспечивающих формирование электронных пучков, следует отнести дальнейшее совершенствование электронно-оптических систем сварочных пушек и создание модификаций источников питания на базе универсальных источников для использования в различных отраслях промышленности.
