[发明专利]焊缝磁偏转寻迹及磁扫描电子束焊接系统和焊接方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及电子束焊接技术领域，具体为焊缝磁偏转寻迹及磁扫描电子束焊接系统和焊接方法。

(二)背景技术

电子束焊接是利用空间定向的高速运动电子束，撞击工件表面后，将动能转化成热能，使被焊金属熔化，冷却结晶后形成焊缝。与常规焊接方法相比，电子束焊接在焊接界属于“富贵”焊接。电子束焊具有加热功率密度高、焊缝深宽比大、焊接速度快、热影响区小、焊接变形小、焊缝纯度高、焊接工艺参数调节范围广、适应性强和可焊材料多等优点。电子束焊接机是一种技术密集型的产品，它是一种综合了真空物理、电子技术、电子光学、高电压技术、计算机和控制技术等多种技术的高科技产品。尽管设备价格昂贵，但因其优越的焊接性能，在国防工业、宇航工业、仪器仪表工业、汽车制造业等诸多领域中倍受欢迎。电子束焊接在特大厚焊件和微小型元件的精密焊接方面更显出其他焊接方法无可比拟的优越性。

目前的电子束焊接过程中，电子束的斑点不动，由电机带动工件运动走出焊缝轨迹。对于复杂的轨迹，配置计算机数字化控制系统(简称为CNC系统)。CNC系统控制精度很高，原理上能够满足焊接要求，特别是对大焊件。但是对于小型精密焊件，如果焊缝的轨迹中有曲率半径很小(甚至有直角或锐角拐弯)的曲线时，CNC系统的局限性就充分地表现出来。因为机械运动受惯性影响，工件改变运动速度或运动方向的响应时间较长，要精确复现小曲率半径的曲线，不得不降低工件运动速度。这种状况对于小型精密焊件的焊接是非常不利的。因为小型精密焊件一般要求焊接速度较高，而且要求同一焊缝的各项焊接参数严格保持一致，以保证获得相同的焊接质量。因CNC系统难以控制工作台高速拐弯，目前解决的方法是采用调整电子束束流来配合工件运动速度的方法，即工件运动速度高时，焊接的电子束流大，拐弯处降低工件运动速度的同时降低电子束束流，以期维持输入焊缝上各点的电子束线能量密度一致。从实践的情况看，这种方法还是很难保证焊缝各点的焊接质量一致，在焊缝转弯处焊接参数(工件速度和电子束流功率)发生变化的地方出现焊接缺陷概率较大。

(三)发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种焊缝磁偏转寻迹及磁扫描电子束焊接系统，在电子束焊接机上以计算机或可编程控制器为控制核心，设计数字化控制的磁偏转寻找焊缝轨迹及磁扫描焊接系统。

本发明的另一目的在于设计一种焊缝磁偏转寻迹及磁扫描电子束焊接方法，经过焊缝磁偏转寻迹得到焊缝轨迹上各点的对应的磁偏转所需的励磁电流值，控制电子束斑沿着焊缝轨迹连续移动进行磁扫描焊接，实现无机械运动的焊接。

本发明设计的焊缝磁偏转寻迹及磁扫描电子束焊接系统包括电子束焊机，电子束焊机的主要组成为电子束发生装置、聚焦线圈、X轴偏转扫描线圈和Y轴偏转扫描线圈，分别与X轴偏转扫描线圈和Y轴偏转扫描线圈相连接的X轴偏转扫描电源和Y轴偏转扫描电源。

本系统还配置有摄像装置、显示器、控制核心单元、电子束手动偏转调节装置和人机界面单元，摄像装置位于工件上方，摄像装置与显示器相连接。

控制核心单元为计算机或可编程控制器，其内有与中央处理器连接的存储模块、计算模块、输入模块、和数模转换电压输出模块。计算模块存储有根据图形方程和图形特征点的磁偏转励磁电流值计算焊缝轨迹各点磁偏转励磁电流值的程序。控制核心单元的输入端外接电子束手动偏转调节装置。控制核心单元的输入端内连输入模块，输入模块接入中央处理器，中央处理器经数模转换电压输出模块接控制核心单元的X轴和Y轴输出端，控制核心单元的X轴和Y轴输出端分别接入X轴和Y轴偏转扫描电源。

电子束手动偏转调节装置可为手摇脉冲发生器，手摇脉冲发生器发送的两路脉冲信号分别作为电子束X轴和Y轴的偏转指令输入控制核心单元。控制核心单元的输入模块为脉冲计数输入模块。

或者，电子束手动偏转调节装置为手动电位器，手动电位器送出的两路电压信号分别作为电子束X轴和Y轴的偏转指令输入控制核心单元。控制核心单元的输入模块为模数转换电压输入模块。

在焊缝特征点磁偏转寻迹时控制核心单元将电子束手动偏转调节装置的偏转指令，送入数模转换电压输出模块转换成偏转控制电压信号，从控制核心单元的X轴和Y轴输出端输出。手动调节电子束手动偏转调节装置向控制核心单元送入不同的X轴和Y轴电子束偏转指令，控制核心单元将X轴和Y轴偏转控制电压信号分别送入X轴偏转扫描电源和Y轴偏转扫描电源，X轴偏转扫描电源和Y轴偏转扫描电源将偏转控制电压信号放大后分别送入X轴偏转扫描线圈和Y轴偏转扫描线圈，使电子束偏移到焊缝特征点上。