Черновик. С помощью узконаправленных датчиков рентгеновского излучения выделить сигнал от определенной области поверхности канала можно сварочной ванны
 Скачать 62.51 Kb.
|
|
Излучение светового диапазона представляет собой тепловое излучение поверхности расплава с плотностью мощности от (ar - постоянная Больцмана, Ткам температура канала) информацию о состоянии поверхности сварочной ванны, а радио- и СВЧ излучения - об электромагнитных процессах в канале и, следовательно, излучения несут непосредственную косвенную, усредненную информацию о поведении сварочной ванны. С помощью узконаправленных датчиков рентгеновского излучения МОЖНО выделить сигнал от определенной области поверхности канала сварочной ванны. Рентгеновское И тепловое информацию о состоянии поверхности сварочной ванны, а радио- и СВЧ излучения несут непосредственную излучения об электромагнитных процессах в канале и, следовательно, косвенную, усредненную информацию о поведении сварочной ванны. С помощью узконаправленных датчиков рентгеновского излучения выделить сигнал от определенной области поверхности канала можно сварочной ванны. Остальные виды корпускулярных и волновых излучений имеют узкую диаграмму направленности, обусловленную формой канала. При регистрации таких излучений практически невозможно выделить сигнал от определенной точки поверхности канала. Суперпозиция в момент приема датчиком излучений от разных точек ванны и происшедших в разное время приводит к недетерминированности регистрируемого сигнала, т. е. к его усреднению по поверхности расплава и объему канала. Прием радио- и СВЧ-излучения из зоны сварки осуществляется петлевыми или спиральными антеннами, защищенными от попадания на них вторично-эмиссионных частиц. Как показали соответствующие исследования. интенсивность этих излучений хорошо коррелируется с уровнем фокусировки электронного луча. Других четких взаимосвязей с процессом сварки не обнаружено. Аналогичные явления отмечены и при изучении светового излучения с помощью фоторезисторов фотодиодов. Регистрация рентгеновского И излучения может осуществляться с помощью фотодиодов, сцинтилляционных счетчиков, электронно-оПТИЧЕСКИХ преобразователей, рентгеновской фотопленки. фотопленки. Наблюдение за формированием сварного шва рентгеновских лучах позволило существенно расширить представления B СОБСТВЕННЫХ физических процессах, сопутствующих образованию канала в сварочной ванне. Однако возможность использования этой методики для автоматического регулирования глубины несквозного проплавления ограничивается крайне редкими случаями высокой энергии сварочного пучка (Uуск ≥ 100 кВ) при одновременно малом ослаблении сигнала материалом изделия. лишь На практике реализован способ спектрографического контроля глубины несквозного проплавления ионизационному свечению паров за счет по введения в зону будущего шва двух маркирующих веществ на двух различных уровнях, между автоматического которыми ДОЛЖен находиться корень управления процессом сварки построена шва. так, Система чтобы обеспечить наличие в парах над сварочной ванной маркирующего вещества из первого уровня, а появление вещества со второго уровня допускается только кратковременно. 10 в работах предложено контролировать положение корня шва тепловому нижней части тонкой подкладки. Однако за инерционности нагрева излучающей поверхности надежность контроля низка. Так формирование сварочной ванны определяется основном механическим воздействием поверхность расплава испаряющихся атомов материала, динамические, статические усредненные параметры парового потока наиболее полно характеризуют процесс развития существования сварочной Поскольку оперативная регистрация указанных параметров практически невозможна, обычно измеряются характеристики потока вторично-эмиссионных заряженных частиц, возникающих ионизации электронным пучком сохраняющих поверхности канала сварочной Для приема вторично-эмиссионных заряженных частиц применяют кольцевые металлические пластины (коллекторы) "открытого" (рисунок "закрытого" (рисунок 1.1, типов, устанавливаемые соосно электронным пучком сварочной ванной. вторичных электронов ионов осуществляется подачей на коллектор соответственно отрицательного смещения, 80-200 B. При анализе сигналов коллекторов вторичной эмиссии выделяют амплитуды постоянной переменной составляющих амплитуды переменной составляющей через нуль. Контроль сквозного проплавления часто применяется на практике осуществляется регистрацией части сквозь изделие. Среднее значение тока пучка поддерживается на заданном уровне отрицательной обратной связи системе управления током электронного пучка. помощью системы автоматического регулирования возможна изделий плавно меняющейся толщиной, обычно Подробнее тока магнитной линзы на электронный ионный токи эмиссии области сварки, хотя полученные результаты довольно противоречивы. В ряде работ выяснено, что при некотором токе средние значения токов 1. и имеют минимум, т.е. кривые Есмеш 6) Ic=f(L) и 1 = f(L) носят V-образный. Некоторые исследователи получили W. образную зависимость для 1 и Гет. В работе показано, что закон изменения 1. и I. в зависимости от I. обусловлен мощностью электронного пучка: при малой мощности получается V-образная кривая, а при большой - W-образную. Более подробные исследования эмиссионных сигналов как случайных, так и детерминированных показали, что четкая взаимосвязь этих сигналов с качеством сварного шва отсутствует. Лишь в ряде случаев при сварке сталей отмечается соответствие аномальных всплесков амплитуды колебания ионного тока и образование полостей в объеме шва. Однако широкого практического применения для контроля и управления процессом сварки этот факт пока не получил. Наиболее практически значимым результатом этих исследования надо признать установление сильной зависимости от уровня фокусировки электронного пучка мощностью до 5 кВт частоты перехода через нуль амплитуды переменной составляющей как ионного, так и электронного токов вторичной эмиссии. Это объясняется тем, ЧТО частота возмущений расплавленного металла существенно зависит от радиуса поперечного сечения канала, так как сила поверхностного натяжения в этом сечении намного больше, чем в продольном сечении канала. Это можно рассмотреть на примере капиллярных колебаний поверхности канала. При нарушении равновесия поверхности расплава из-за изменения давления паров и газов либо капиллярного давления при случайных возмущениях на поверхности канала глубина и диаметр канала колеблются около своего равновесного состояния, на поверхности возникают И возмущения, которые можно представить в виде бегущей волны: аж (2,1)=аже где а>> <<т. - амплитуда возмущения. Для этих условий получено следующее дисперсионное уравнение (1.4): = , К волн (1 — Кролик; ) К, (Кралы , ) Ко (Кволнгк) где Ка, Кi - функции Макдональда. Справедливость соотношения (1.1) доказывается тем, что при Колг >>1 (волны малой длины для которых 2< (= ti, ok волн P т. е. выражение для частоты капиллярных волн на поверхности жидкости. Для в соответствии с методом, измеряют время тзи задержки испарения время начала воздействия луча на материал до момента достижения OT интенсивного испарения (рисунок 1.4). Это время характеризует удельную мощность пучка в плоскости измерения (меньшему Тзи соответствует большая удельная мощность). По амплитуде сигналов обратного тока тока образца можно и контролировать ток в пучке I. Соотношение зи для разных уровней образцов характеризует угол сходимости пучка ап. Зарегистрированные с датчиков значения I и зи являются эталонными для данного режима сварки и измерительных образцов. Если изменением I и тока магнитной линзы не удается достичь требуемых значений, то необходимо заменить элементы катодного узла или отъюстировать пушку. Сохранение в определенных пределах параметров I, зи, ал свидетельствует о возможности получения заданной формы плавления. В одноцелевых установках достаточно определить условия фокусировки один раз и затем контролировать их, например, по результатам сварки. При более жестких требованиях в качестве критериев оценки фокусировки можно использовать параметры, поддающиеся измерению в ходе сварки, например, сквозной ток, ток через свариваемое издели. Оптимальное положение фокуса для данной задачи сварки, как правило, приходится находить путем многочисленных технологических экспериментов и затем воспроизводить при рабочей сварке. Настройку положения фокуса чаще всего ведут визуально, контролируя пятна нагрева на поверхности деталей. Если задачи сварки часто меняются, а требования к ее качеству высоки. то необходимы объективные критерии настройки фокуса. Одна из таких возможностей состоит в измерении светового потока от места сварки. например, с помощью фотоэлементов или телекамеры. Исследование частотных характеристик вторичных эмиссионных токов при ЭЛС указывает на возможность использования этих характеристик для контроля процесса сварки. Так, частота пульсаций парового потока, истекающего из канала проплавления, или частота пульсаций ионного или вторично-эмиссионного токов коррелируют с глубиной проплавления и со степенью фокусировки. Эксперименты по исследованию информационного сигнала, снимаемого с положительно заряженного датчика электронов, выявили следующее: по уровню постоянной составляющей сигнала можно судить об удельной мощности пучка в пятне нагрева; - поддержание постоянным уровня сигнала с датчика за счет колебания магнитной линзы B процессе сварки с достаточной точностью Тока обеспечивает одинаковый уровень фокусировки пучка относительно изделия при изменении рабочего расстояния; появление в составе информационного сигнала переменной составляющей свидетельствует о динамических процессах, происходящих в сварочной ванне, а момент достижения максимального значения амплитуды переменной составляющей соответствует такому значению тока магнитной линзы, при котором обеспечивается максимальная глубина проплавления материала; - заглублению минимального сечения электронного луча на уровень 60 - 70% от глубины проплавления, что отвечает качественному формированию проплавления без корневых дефектов, соответствует максимальный уровень постоянной составляющей сигнала датчика с малой амплитудой переменной составляющей. На основании проведенных исследований опробовано устройство, работающее по принципу сравнения информационного сигнала с опорным напряжением. Устройство позволяет без помощи оператора выставить и поддерживать в процессе сварки ток магнитной линзы, обеспечивающий заданную глубину проплавления при изменении расстояния от пушки до изделия. В устройстве осуществляется линейное нарастание тока магнитной линзы до момента обеспечения в пучке удельной мощности, достаточной для плавления И испарения металла. B этот момент появляется сигнал, регистрируемый датчиком. При достижении уровня сигнала, соответствующего выбранному опорному напряжению изменение тока магнитной линзы прекращается. Далее, любое изменение уровня фокусировки в процессе сварки вызовет изменение информационного сигнала, что приведет к повторению поиска заданного уровня фокусировки. В результате устройство меняет ток фокусировки таким образом, чтобы амплитуда сигнала, снимаемого с датчика, была постоянной в процессе всего цикла сварки. При этом поддерживается постоянная глубина проплавления и качественное формирование зоны плавления, если изменяется расстояние от пушки до изделия. Форма импульсов вторично-эмиссионного тока зависит от соотношения размеров поперечного сечения пучка электронов и зазора в стыке свариваемых кромок. Амплитуда импульсов обратнопропорциональна, а длительность прямопропорциональна диаметру пучка. Поддерживая, вручную или автоматически, сигнал, максимальным величине, можно с высокой ПО устанавливать минимальный точностью относительно поверхности свариваемых деталей. диаметр пучка электронов О положении фокуса можно судить по распределению направлений движения отраженных электронов в плоскости сварки. Разность токов датчиков отраженных электронов коррелирует с геометрией поверхности слоя расплава. в особенности с отношением глубины парового капилляра к его ширине и со степенью несимметрии поверхности расплава впереди и сзади (по направлению сварки) электронного пучка. Каждой точке разностного тока соответствует определенное состояние фокусировки. Исходя недофокусированного из состояния и увеличивая TOK фокусирующей линзы, можно найти требуемое состояние фокусировки при полном сварочном токе пучка. Минимум разностного напряжения отвечает состоянию, при котором отношение глубины шва к его ширине максимально. При необходимости ток изменяют относительно минимума на фиксированное значение таким образом, настраивают любое желаемое состояние фокусировки. Контроль процесса ЭЛС по собственному рентгеновскому излучению из сварочной ванны освещен в немногочисленных работах. Так, в работе для регистрации распределения сопутствующего рентгеновского излучения использована серийная рентген-телевизионная аппаратура, включающая рентгенвидикон и прикладную телевизионную установку "Дефектоскоп". Эксперименты показали, что при энергии электронов 60 кэВ. скорости сварки 10 м/час, толщине свариваемых изделий из алюминия 35 мм и токе луча от 10 до 55 мА глубина проплавления периодически изменяется с частотой, равной приблизительно 1 - 5 Гц. Сложность аппаратуры, и, следовательно, низкая надежность, а также необходимость применения нескольких рентгеновских датчиков, устанавливаемых с высокой степенью точности, ограничивает применение таких систем в производственных условиях. Поскольку рентгеновское излучение сварочной ванны распределено по каналу проплавления, то, контролируя геометрические параметры зоны излучения, можно контролировать геометрию канала проплавления. При расчете рентгеновского излучения в канале проплавления учитывается его спектральный состав, зависимость интенсивности OT угла наклона обрабатываемой поверхности, поглощение и рассеяние пучка на парах металла. Использовано принятое представление о том, что плотность распределения электронов по оси пучка описывается нормальным законом, и форма канала проплавления может быть описана нормальным законом распределения. Рассмотрены два способа контроля глубины проплавления, отличающиеся местом размещения датчика и его разрешающей способностью. При первом способе используется уравнение связи между секундным объемом проплавления и энергетическими параметрами процесса. Глубина проплавления в этом случае рассчитывается в виде где к-коэффициент пропорциональности. Для расчета по этой формуле необходимо контролировать ток луча I, ускоряющее напряжение U, скорость сварки V. Наиболее трудоемким для расчета параметром является радиус канала ок. можно получить, контролируя геометрические параметры зоны Его рентгеновского излучения сварочной ванны. Для этой цели использован рентгеновский датчик CO сканирующей коллимационной щелью, установленный на электронно-лучевой пушке. Уравнение сигнала датчика представлено в виде Здесь ц(v) коэффициент ослабления излучения для свариваемого материала. На рисунке 1.5 изображены характеристики выходного сигнала датчика. Если величину порогового уровня установить в соответствии с формулой то расстояние между точками характеристики, соответствующими порогу, будет равно бок. Отсюда определяется б. Второй способ контроля глубины проплавления основан на поглощении рентгеновского излучения материалом обрабатываемого изделия. Установлено, что амплитудные значения интенсивности рентгеновского излучения связаны с величиной непроплава х выражением: где коэффициенты А и В зависят от ускоряющего напряжения и тока. Недостатками рассмотренных способов является большой объем луча. вычислений, требующий заметных затрат времени, что необходимо учитывать при организации управления в реальном масштабе времени, a также зависимость некоторых параметров от ускоряющего напряжения и тока луча Кроме этого точность вычислений зависит от ряда допущений, в частности, о форме канала проплавления. Экспериментальные исследования показали, что рентгеновское излучение: из сварочной ванны, возникающее в процессе ЭЛС обнаруживается как со стороны ввода луча, так и с обратной вводу луча стороны. В обоих случаях интенсивность рентгеновского излучения несет информацию о глубине проплавления. В связи с этим рассмотрены такие ситуации, когда излучение регистрируется над свариваемыми поверхностями и под ними Схема регистрации рентгеновского излучения для такого случая представлена на рисунке 2.1. Рассматриваемый метод определения глубины проплавления основан на законе ослабления рентгеновского излучения (2.4) при прохождении его через материал свариваемых деталей. В соответствии с (2.4) и рисунком 2.1 интенсивность 1 рентгеновского излучения, прошедшего слой х непроплавленного металла определяется где Јо - интенсивность возникающего рентгеновского излучения (источника излучения) (2.3): н - коэффициент линейного ослабления материала. Для оценки ослабления рентгеновских проходящих через материал. лучей, интегральную интенсивность тормозного спектра можно приравнять к интенсивности монохроматического излучения, что позволяет применять уравнение (2.1). Решив ero относительно X и выразив Јо в соответствии с (2.3) через ток луча I, ускоряющее напряжение U и атомный номер: Z, получим Последняя формула справедлива B TOM случае, если источник рентгеновского излучения находится на дне сварочной ванны. Для правильного применения формулы (2.3) необходимо рассмотреть положение источника излучения при ЭЛС внедренным лучом. Рентгеновское излучение возникает вследствие соударения электронов луча с атомами материала. Вероятность такого соударения тем выше, чем больше плотность последнего и концентрация электронов в луче. Кроме того, в процессе сварки луч взаимодействует с плазмой и парами материала. Интенсивность возникающего при этом рентгеновского излучения гораздо ниже, чем при взаимодействии луча с твердым и жидким материалом. Таким образом, при ЭЛС за основной источник рентгеновского излучения приняли зону контакта луча с расплавом или твердым материалом, а излучением, возникающим в его парах, пренебрегли. Согласно экспериментальным данным, форма зоны контакта луча с материалом, а, следовательно, и источника рентгеновского излучения, имеет вид пятна, которое периодически перемещается вдоль передней стенки парогазового канала, что обусловлено гидро- и газодинамикой сварочной ванны. Интенсивность рентгеновского излучения, проникающего через непроплавленный материал, изменяется в соответствии с пульсациями расплава и связанным с ними перемещением пятна взаимодействия луча с материалом и поэтому несет информацию о положении этого пятна. Для правильного определения глубины проплавления важен момент, когда источник излучения максимально приближен ко дну канала. При этом интенсивность J, проникающего через непроплавленный материал излучения, достигает максимального значения, которое следует применять в формуле (2.3) для определения глубины проплавления. Для выявления связи выражения (2.3) с параметрами ЭЛС преобразуем его к следующему виду: где K3 -= InK1 + InK2 - коэффициент, который может быть определен как расчетным, так и экспериментальным путем. Таким образом, зная параметры ЭЛС (ток сварки, ускоряющее напряжение, материал свариваемых деталей) и измеряя интенсивность рентгеновского излучения со стороны, обратной вводу луча, можно вычислять глубину проплавления во время сварки и производить, тем самым, контроль процесса. Преобразуем (2.1) к виду: где Jmax максимальная, за период измерения, интенсивность рентгеновского излучения, проникающего через непроплавленный металл и измеряемого рентгеновским датчиком. Из последнего выражения видно, что логарифм отношения интенсивности проникающего рентгеновского излучения к интенсивности источника излучения линейно зависит от глубины проплавления (рисунок 2.2) и однозначно определяет последнюю. Отсюда очевидна функциональна схема преобразования сигнала рентгеновского датчика для контроля глубины проплавления и управления ею в случае необходимости (рисунок 2.3). Сигнал с рентгеновского датчика поступает на устройства выборки хранения (УВХ), вход представляющего собой накопительное устройство с вентильным эффектом. Время накопления выбирается таким, чтобы выполнялось условие: После накопления сигнал поступает в блок деления БД для дальнейшей обработки. Частота накопления определяется тактовым генератором, который после каждого измерительного цикла обнуляет устройство выборки-хранения с помощью электронного ключа ЭК и устанавливает в состояние начала следующего измерения. В результате такого алгоритма преобразования с выхода устройства выборки-хранения снимается напряжение Umax, пропорциональное максимальной за время измерения интенсивности рентгеновского излучения Jmax, определяющей положение источника приближенного ко дну канала проплавления. излучения, максимально C помощью блока перемножения БП формируется сигнал, пропорциональный интенсивности источника излучения Jо. Составляющие этого сигнала - ток луча I и ускоряющее напряжение U поступают от источника питания электронно-лучевой пушки, а величины, пропорциональные атомному номеру Z свариваемого материала и коэффициенту С подаются установочные входы блока перемножения БП перед сваркой. на в блоке деления БД осуществляется операция деления напряжения, пропорционального величине максимальной интенсивности рентгеновского излучения Jmax, регистрируемого датчиком на напряжение, пропорциональное интенсивности источника излучения Јо. Далее, это отношение логарифмируется логарифмирующим усилителем ЛУ, и, тем самым, реализуется левая часть уравнения (2.5). Напряжение, пропорциональное логарифму отношения соответствующих интенсивностей, а, следовательно, и глубине проплавления поступает на устройство сравнения, на другой вход которого подается напряжение, пропорциональное заданной глубине проплавления. На выходе устройства сравнения формируется разностный сигнал, который через источник питания электроннолучевой пушки управляет током луча, регулируя вводимую мощность и, тем самым глубину проплавления. Другой вариант устройства контроля управления глубиной И проплавления представлен на рисунке 2.4. На основании экспериментальных исследований о ВЛИЯНИИ тока фокусирующей системы на появление корневого дефекта установлено, что корневые дефекты устраняются при расфокусировке луча на определенную величину относительно фокусировки, соответствующей максимальной глубине проплавления при данном токе луча. На рисунке 2.5 изображены характеристики, поясняющие зависимость глубины проплавления от тока фокусирующей системы и от тока луча. Штрих пунктирной линией обозначен интервал значений тока фокусирующей линзы, при которых образуется корневой дефект. Значение тока фокуса фо соответствует фокусировке луча, при которой достигается максимальная глубина проплавления. Глубину проплавления о можно достичь при токе фокусирующей линзы фо и токе луча 12, но при этом сварка будет осуществляться с наличием корневого дефекта. Та же глубина проплавления достигается при значениях тока фокусирующей линзы Iı или +2 и токе луча 13. Во втором случае появление корневого дефекта будет исключено. Управлять глубиной проплавления можно как током луча, так и током фокусирующей линзы, причем последнее часто оказывается предпочтительней, поскольку влияние тока фокусирующей линзы на глубину проплавления значительнее, чем влияние тока луча. В частности, изменение глубины проплавления на 25% достигается за счет изменения тока фокусирующей линзы на 2%, а изменения тока луча на 30%. К тому же расфокусировка, в отличие от изменения тока луча, не меняет вводимую энергию, что делает более стабильными другие характеристики шва. Согласно этому, способ предусматривает управление глубиной проплавления посредством изменения тока фокусирующей линзы, а изменением тока луча устранять корневой дефект. в устройстве (рисунок 2.4) электронно-лучевая пушка ЭЛП, питаемая высоковольтным источником питания ИП, создает пучок электронов, который фокусируется с помощью основной фокусирующей ОФС и блока фокусировки БФ. Рентгеновское излучение, возникающее в сварочной ванне, преобразуется в электрический сигнал рентгеновским датчиком. Для реализации управления глубиной проплавления сигнал C рентгеновского датчика подается на первое устройство сравнения УС1, которое осуществляет сравнение сигнала датчика И заданного напряжения, формируемого первым задающим устройством ЗУ1. Разностный сигнал поступает на дополнительную фокусирующую систему ДФС, обладающую высоким быстродействием. Магнитные поля, создаваемые основной и дополнительной фокусирующими системами, суммируются. Для управления током электронного луча используется второе устройство сравнения УС2, на входы которого подаются сигналы выхода первого устройства сравнения и со второго задающего устройства ЗУ2. Разностный сигнал, снимаемый с выхода УС2 поступает в канал управления током электронного луча высоковольтного источника питания ИП. В процессе сварки происходит периодическое углубление электронного луча в свариваемый материал вследствие периодического выброса материала из канала. Рентгеновское излучение, воспринимаемое датчиком, НОСИТ периодический характер и отражает процесс углубления луча в свариваемый материал. Напряжение, формируемое датчиком, однозначно определяется расстоянием от корня канала до обратной поверхности свариваемого изделия и может контролироваться измерительным прибором, представляющим, например, собой пиковый детектор. При достижении глубины проплавления определенного заданного значения, устанавливаемого с помощью первого задающего устройства ЗУ1, когда пульсирующий сигнал рентгеновского датчика начинает превышать напряжение уставки, формируемое ЗУІ. разностный сигнал, снимаемый с первого устройства сравнения УС1 поступает в дополнительную фокусирующую систему ДФС, с помощью которой осуществляется расфокусировка электронного луча предотвращение и Таким образом, за дальнейшего углубления сварочного канала. счет периодической расфокусировки пучка электронов в момент достижения в сварочном канале заданной глубины осуществляется стабилизация глубины проплавления. Процесс нарастания тока луча продолжается до тех пор, пока сигнал, поступающий в дополнительную фокусирующую систему, не сравняется с уставкой, формируемой вторым задающим устройством ЗУ2. С помощью этой уставки устанавливается требуемая расфокусировка электронного луча, при которой исключаются корневые дефекты в сварном шве. После этого величина тока электронного луча автоматически поддерживается на уровне. необходимом для стабилизации глубины проплавления и формировании качественного шва. Описанный способ обладает высокой точностью, поскольку на результаты измерения глубины проплавления не оказывают влияние изменения параметров сварочного режима, скорость сварки, пульсации высоковольтного источника питания, а также электрические наводки. Устройство может применяться при сварке изделий с частичным проплавлением, когда величина непроплава задается в диапазоне 0,1 – 0,5 мм. Таким образом, за счет высокого быстродействия дополнительной фокусирующей системы, входящей в канал стабилизации, устраняются колебания глубины проплавления, обусловленные колебательным характером процесса формирования сварного шва, так как происходит стабилизация глубины сварочного канала при каждом колебании. 2.2 Определение глубины проплавления по рентгеновского излучения, регистрируемого со стороны ввода сварочного луча интенсивности Результаты экспериментальных исследований (рисунки 2.23, 2.24, 2.27) свидетельствуют о том, что рентгеновское излучение, регистрируемое со стороны ввода электронного луча несет информацию о глубине проплавления и предполагает ряд способов выделения требуемой информации. Одним из таких CПOCOбов может быть, например, определение ПОЛОЖЕНИЯ максимума интенсивности рентгеновского излучения, соответствующего текущей глубине проплавления при заданных режимах ЭЛС. Другой способ может быть реализован применением передающей рентгеновской видеокамеры (рисунок 2.27), в которой формируется электронная метка, соответствующая заданному положению дна канала проплавления и относительно нее осуществляется коррекция положения дна канала проплавления. При всех способах управление глубиной проплавления осуществляется по каналам тока фокуса или тока электронного луча. 2.2.1 Определение положения максимума рентгеновского излучения с использованием двух датчиков интенсивности На рисунке 2.14,а представлена функциональная схема устройства стабилизации глубины проплавления с применением двух коллимированных рентгеновских датчиков, расположенных со стороны ввода электронного сварочного луча. В устройстве предусмотрена возможность вертикального перемещения рентгеновского датчика PД1 и одновременного перемещения датчиков РД1 и РД2 с помощью соответствующих приводов. Перед сваркой ось датчика РД2 с помощью привода одновременного перемещения датчиков совмещается с точкой 1 падения электронного луча на поверхность свариваемого изделия. При этом значение тока луча выбирается таким, чтобы не было оплавления. Контроль совмещения осуществляется по максимуму рентгеновского излучения, регистрируемого датчиком РД1. Такое положение датчиков принимается за нулевое. Затем оба датчика перемещаются в направлении поверхности свариваемого изделия на величину, близкую к глубине проплавления. После этого включают рабочий сварочный ток луча, величину которого корректируют до получения максимума величины интенсивности рентгеновского излучения, фиксируемого датчиком РД2. Рисунок 2.14 - Функциональная схема устройства стабилизации глубины проплавления (а) и распределение рентгеновского излучения по глубине канала проплавления (б). B измерительно-преобразовательном устройстве осуществляется обработка сигналов, поступающих с датчиков рентгеновского излучения РДI и РД2. В результате ось датчика РД2 перемещается в точку 2 (ниже положения, соответствующего максимальноЙ величине рентгеновского излучения), интенсивность рентгеновского излучения в которой соответствует значению Јz характеристики J = f(H) (рисунок 2.14, б), а датчик РД1 перемещается так, чтобы его ось совпала с точкой 4 (выше положения, соответствующего максимальной интенсивности рентгеновского излучения), которой B интенсивность рентгеновского излучения Ј4 = J2. Таким образом, за счет первой петли обратной связи пространственное положение датчика РДІ корректируется разностным сигналом обоих датчиков. При изменении глубины проплавления, например, при уменьшении, интенсивнОСТЬ рентгеновского излучения, фиксируемая датчиком РД2 уменьшится, интенсивность, регистрируемая датчиком РДІ - увеличится. Разностное значение после обработки в измерительно-преобразовательном устройстве поступает в источник питания ИП, в каналы управления током луча или током фокуса, корректируя глубину проплавления. При увеличении глубины проплавления будет формироваться разностное значение интенсивностей Jz, и 14 другого знака, и в соответствии с этим будет осуществлена корректировка тока луча или тока фокуса для восстановления заданной глубины проплавления. После установления стационарного режима глубокого проплавления процесс электронно-лучевой сварки становится импульсным. Экспериментальными исследованиями установлено, что импульсность процесса ЭЛС обусловлена низкочастотным перекрытием жидким металлом канала проплавления с частотой f = 6 - 50 Гц и высокочастотной экранировкой луча парами металла с частотой f = 0,5 - 10 кГц. В обоих случаях луч не доходит до дна канала проплавления, поэтому глубина проплавления уменьшается. Вдоль сварного шва она изменяется в соответствии с указанными частотами, т.е. нестабильна величине. Интегральная характеристика по распределения рентгеновского излучения по глубине проплавления представлена на рисунке 2.24, б. Здесь обращает на себя внимание то, что максимум интенсивности рентгеновского излучения оказывается несколько выше глубины проплавления. Период колебаний глубины проплавления можно представить состоящим из четырех временных участков - ti, 12, 13, 14 (рисунок 2.7). В начале первого временного участка ti луч рассеивается вблизи поверхности свариваемых деталей (точка 1 зависимости Н= f(t), рисунок 2.15, в) парами расплавленного металла, а глубина проплавления минимальная. При этом за счет взаимодействия электронного луча с остатками паров с малыми величинами их концентрации N, и давления P, вблизи поверхности образуется плазма с низкой концентрацией электронов (ne < 10¹4 cm-3) и температурой Te < 104 K. Электроны луча, взаимодействуя с остатками паров и плазмой, тормозятся И отдают ИМ свою энергию, часть которой переходит B |