4.6 Системи наведення і автоматичного напрямлення електронного променя по стику зварюваних кромок

Малі значення діаметра електронного променя і ширини зварного шва вимагають точного суміщення електронного променя зі стиком зварюваних кромок. Ручне наведення на стик під час спостереження за місцем зварювання через ілюмінатор утруднене, а інколи і просто неможливе. В цьому разі в зоні зварювання розміщують спеціальні оптичні або телевізійні пристрої [17]. Деякі електронно-променеві пристрої оснащуються владнаними оптичними системами, розміщени­ми коаксіально з віссю гармати.

Для ручного чи автоматичного наведення електронного променя на стик зварюваних кромок застосовують усі системи, розроблені для дугових методів зварювання (див. 2.9). Разом з тим створені си­стеми слідкування спеціально для ЕПЗ, які мають підвищену точність. У них для зондування стику використовують електронний промінь.

За допомогою електромагнітної системи електронний промінь пере­міщується впоперек зварюваного стику. На торці електронно-промене­вої гармати розміщується спеціальний колектор, який збирає вторин­ні електрони, що утворюються при дії скануючого електронного променя на поверхню зварюваного виробу. При перетині променем сти­ку електронний струм на колектор помітно спадає. Критерій точного попадання променя на стик — мінімальне значення струму в колі

Рисунок 4.26 – Система ручного наведення електронного променя на стик зварюваних деталей

навантаження колектора. Відмінності різних систем наведення і слід­кування одна від одної полягають у способі виділення зі струму колек­тора інформації про взаємне розміщення електронного променя і стику, а також у способі виділення корисного сигналу на фоні пере­шкод.

Для ручного наведення на стик електронного променя перед зва­рюванням використовують системи типу «Рефлектрон», які розробле­но фірмою «Сіакі». Система (рисунок 4.26, а) працює таким чином. Котуш­ка електромагнітного відхилення променя живиться від регулятора струму відхилення PCBY струмом , зміна якого в часі показана на рис. 4.26, б. Напруга, пропорційна цьому струму, з резистора RS подається на вхід Y горизонтального відхилення катодного осцилоско­па ЕПО. Напруга з резистора витоку R колектора 2 подається на вхід вертикального відхилення Z осцилоскопа ЕПО. При зміні струму І_від у часі за законом трикутника (рисунок 4.26, б) електронний промінь лі­нійно відхиляється упоперек стику, а промінь осцилоскопа — по го­ризонталі. При перетині променем стику деталей на екрані осцилоско­па спостерігається дзвоноподібний імпульс (рисунок 4.26, в, д). У паузах між імпульсами струму І_від електронний промінь не відхилений і не­рухомий промінь на екрані осцилографа висвічує яскраву пляму. Взаємне розміщення цієї плями і максимуму імпульсу на екрані ос­цилографа характеризує положення невідхиленого електронного про­меня відносно стику зварюваних кромок. За точного суміщення променя зі стиком яскрава пляма збігається з вершиною імпульсу вто­ринних електронів (рисунок 4.26, г).

Автоматичне напрямлення електронного променя по стику вима­гає здобуття інформації про величину і знак відхилення променя щодо стику у вигляді електронного

сигналу. Сигнал розузгодження виділяють, перетворюючи у той чи інший спосіб у аналоговий чи циф­ровий електричний сигнал часових інтервалів між імпульсами стру­му колектора і струму відхилення електронного променя. Цей сигнал подають на виконавчий механізм взаємного переміщення про­меня щодо стику. При цьому можливі два способи використання сигна­лів розузгодження. За першим способом виконується попередній про­хід без зварювання. Стик сканується електронним променем зварю­вальної гармати із дуже малим струмом 0,5—5 мА. Сигнал розузго­дження записується у запам'ятовуючому пристрої. Цей сигнал вико­ристовують для корекції попередньо занесеної до запам'ятовуючого пристрою програми взаємного переміщення електронного променя і зварюваного виробу при ЕПЗ стиків зі складним профілем. Отже, зва­рювання виконується без автоматичного слідкування — за поперед­ньо скоректованою програмою напрямлення променя по стику. Не­долік методу — неможливо скоректувати відхилення променя від стику, що з'явилося уже під час зварювання внаслідок нагрівання деформації виробу.

При використанні другого способу сканування стику виконується під час зварювання. З цією метою застосовують додаткову малопотуж­ну електронно-променеву або зварювальну гармату. Додаткова гарма­та ЕПГ2 (рисунок 4.27) зондує стик попереду зварювальної ванни на від­стані Х_зап.

Відстань вибирається із компромісу між захищеністю від перешкод на вимірювальний колек­тор КЛ, створюваних зварюваль­ною ванною, і допустимим транс­портним запізненням системи слідкування.

Рисунок 4.27 – Двогарматна система авто­матичного слідкування за стиком зва­рюваних деталей

Рисунок 4.28 – Одногарматна система автоматичного слідкування за сти­ком зварюваних деталей

Блок PГY виділяє сигнал відхилення зондуючого електрон­ного променя щодо стику і перетворює його в керуючу напругу, яка подається на привод М переміщення зварюваного виробу впоперек стику. При ЕПЗ тонких деталей і невеликих розузгодженнях керуючий сигнал подається на системи електромагнітного відхилення PCY1 зварювальної і зондуючої PCY2 гармати. Перевага систем автоматич­ного слідкування за стиком із додатковою ЕПГ2 — можливість працю­вати з більшою потужністю безперервного зварювального електрон­ного променя. Недолік — потреба додаткової ЕПГ.

У системах слідкування з однією гарматою електронний промінь періодично на короткий час виводиться із зони зварювання для зон­дування стику (рисунок 4.28). В одногарматній системі (на відміну від системи з додатковою

гарматою) промінь відхиляється одночасно за двома координатами. В іншому системи на рисунку 4.27 і 4.28 принципо­во не відрізняються. Недоліком одногарматних систем слідкування є обмежена максимальна потужність зварювального променя — реаль­но не більша за 5 кВт. Для роботи з потужнішими променями зварю­вальні установки треба комплектувати швидкодіючими системами ре­гулювання струмів променя і фокусування.

Перевагою усіх систем слідкування із вторинно емісійними датчи­ками є їхня відносна простота і висока точність слідкування за стиком.

На практиці при ЕПЗ застосовують також телевізійні системи ав­томатичного слідкування за стиком [36]. Вони виконують такі функції: автоматичне виявлення стику; автоматична корекція положення зва­рювальної ванни щодо стику в процесі зварювання; ведення зварю­вальної ванни паралельно до стику або будь-якої кромки виробу; дистанційна візуальна оцінка якості зварного шва без вилучення ви­робу із вакуумної камери; дистанційне вимірювання розмірів зварю­вальної ванни, стику, шва та різних інших деталей процесу перед зварюванням, у процесі і після зварювання.

Телевізійна система забезпечує похибку автоматичної установки зварювальної ванни на стик і корекції зварювальної ванни щодо стику не більш як 0,5 мм при шорсткості поверхні заготовок і кромок Ra = 32 мкм. Допустима швидкість поперечного відходу стику не більш як 1 мм/с.

Технічно телевізійні системи слідкування досить складні, що пояс­нюється складністю обробки телевізійного сигналу і різноманітністю функцій, що викопуються ними. Ці системи застосовують при ЕПЗ малих товщин для виробів відповідального призначення.