專利名稱：一種確定電子束焊接最佳聚焦電流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及對(duì)電子束焊接方法的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
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在電子束焊接加工中，焊接不同的材質(zhì)、不同厚度的工件時(shí)，確定電子束的最佳聚焦電流有重要的意義。電子束焊接的金屬熔化效果和焊縫質(zhì)量等與電子束的焊接參數(shù)存在密切關(guān)系，焊接參數(shù)包括加速電壓、束流、焊接速度、電子束焦點(diǎn)位置和束斑品質(zhì)以及材料性能等。其中焦點(diǎn)位置和束斑品質(zhì)在所有參數(shù)中最難確定，一方面由于焦點(diǎn)參數(shù)的數(shù)據(jù)不直觀，另一方面焦點(diǎn)對(duì)焊接的影響是非線性關(guān)系，非常復(fù)雜，同時(shí)還可能存在焊接過(guò)程的金屬蒸氣影響焦點(diǎn)位置和束斑品質(zhì)等。
過(guò)去在實(shí)際的焊接生產(chǎn)中采用了多種焦點(diǎn)測(cè)量方法，最簡(jiǎn)單的是經(jīng)驗(yàn)測(cè)量法，這種方法是利用很小束流在某一高度試塊上調(diào)節(jié)聚焦電流，通過(guò)觀察束流斑點(diǎn)直徑(使用光學(xué)潛望鏡)或光線強(qiáng)弱和飛濺大小(肉眼觀測(cè))等來(lái)大致判斷焦點(diǎn)的位置。傳統(tǒng)的焦點(diǎn)檢測(cè)方法是日本Arata教授發(fā)明的，后來(lái)稱為Arata-Beam Test Method(簡(jiǎn)稱AB法)；它是將金屬片豎直放置在不同的高度，呈鋸齒斜坡狀，電子束沿斜坡掃過(guò)，通過(guò)測(cè)量電子束在金屬片上熔化寬度的痕跡，測(cè)定電子束在不同工作距離的焦點(diǎn)位置和束斑品質(zhì)。AB法檢測(cè)結(jié)果誤差較大，金屬片不能重復(fù)使用，有明顯的局限性，并且不能準(zhǔn)確反映電子束焊接的動(dòng)態(tài)過(guò)程。對(duì)于中小功率的電子束，可以采用探針式傳感器高速掃描靜止的電子束進(jìn)行檢測(cè)，但是探針檢測(cè)獲得的電流是工件傳導(dǎo)電流，不能反映電子束本身的電子密度分布。這些方法可檢測(cè)的束流功率都不可能太大，并且測(cè)量的結(jié)果在具體工件焊接時(shí)還需要進(jìn)一步根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整。德國(guó)的電子束流能量密度DIABEAM測(cè)試系統(tǒng)是目前先進(jìn)的電子束焦點(diǎn)和品質(zhì)檢測(cè)方法之一，是一種電子束靜態(tài)焦點(diǎn)測(cè)量方法，可以測(cè)得電子束的束斑直徑和電子束能量密度分布，但是所測(cè)量的電子束是在真空中傳輸未受焊接過(guò)程影響的焦點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
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本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種能準(zhǔn)確地確定電子束焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程聚焦電流的方法，準(zhǔn)確地控制焊接中動(dòng)態(tài)焦點(diǎn)的位置，提高電子束的束斑品質(zhì)，從而提高焊接質(zhì)量。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種確定電子束焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程最佳聚焦電流的方法，其特征在于，(1)根據(jù)電子束焊機(jī)的特點(diǎn)與性能，選定加速電壓Ua；(2)根據(jù)被焊工件厚度和材質(zhì)，依經(jīng)驗(yàn)選定焊接速度V；(3)通過(guò)試驗(yàn)，畫出確定工件的臨界穿透束流Ic與聚焦電流之間的關(guān)系曲線，具體步驟是第一步，取與工件相同厚度和材質(zhì)的試樣，放入電子束焊機(jī)真空室中，將試樣與焊機(jī)絕緣；第二步，將電流傳感器的初級(jí)串聯(lián)在試樣與焊機(jī)地線之間，電流傳感器的次級(jí)并聯(lián)采樣電阻R和濾波電容C，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端與電阻R的兩端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理機(jī)連接；第三步，依經(jīng)驗(yàn)選擇一個(gè)聚焦電流的具體數(shù)值，焊接試樣，求出工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra隨輸入束流Ib變化的曲線，工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra＝Iwp/Ib，式中Iwp為工件傳導(dǎo)電流，在其它參數(shù)不變的焊接過(guò)程中，從小到大逐步增加輸入束流Ib，將電阻R兩端的代表工件傳導(dǎo)電流Iwp的電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，在計(jì)算機(jī)中通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理軟件進(jìn)行處理，求出工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra，以輸入束流Ib為橫坐標(biāo)，以工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra為縱坐標(biāo)，給出工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra隨輸入束流Ib變化的曲線；第四步，找出曲線中的峰值點(diǎn)，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值即為工件的臨界穿透束流Ic，將該數(shù)值作為縱坐標(biāo)，將與該數(shù)值對(duì)應(yīng)的聚焦電流If數(shù)值作為橫坐標(biāo)，在一個(gè)二維坐標(biāo)系中標(biāo)定出與上述坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)；第五步，重復(fù)上述第一步至第四步的過(guò)程，在第三步中選擇不同的聚焦電流的具體數(shù)值進(jìn)行試樣焊接，將得到的數(shù)據(jù)一一標(biāo)定在坐標(biāo)系中，勾畫曲線一般需要七個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)以上才能較好的描繪曲線的趨勢(shì)，將離散的點(diǎn)進(jìn)行光滑連接，得到工件的臨界穿透束流Ic與聚焦電流If之間的關(guān)系曲線；(4)確定焊接工件的最佳聚焦電流數(shù)值，通過(guò)觀測(cè)臨界穿透束流Ic和聚焦電流If的關(guān)系曲線中存在一定對(duì)稱性并且具有臨界穿透束流Ic極小值，可以獲得臨界穿透束流Ic極小值所對(duì)應(yīng)的聚焦電流If就是焊接工件時(shí)的最佳聚焦電流數(shù)值If。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的重要思想是利用電子束焊接過(guò)程的臨界穿透狀態(tài)和臨界穿透束流等基本概念，獲得焊接過(guò)程和電子束傳輸狀態(tài)之間的關(guān)系。電子束焊接的金屬熔化效果和焊縫質(zhì)量等與電子束的焊接參數(shù)存在密切關(guān)系，電子束焊接參數(shù)包括加速電壓、束流、焊接速度、電子束焦點(diǎn)位置和束斑品質(zhì)以及材料性能等。一方面焦點(diǎn)位置和束斑品質(zhì)在所有參數(shù)中最難確定，另一方面焊接過(guò)程的金屬蒸氣影響焦點(diǎn)位置和束斑品質(zhì)，這種影響是非常復(fù)雜的非線性關(guān)系，同時(shí)其它焊接參數(shù)也對(duì)焦點(diǎn)產(chǎn)生較大的影響。過(guò)去的焦點(diǎn)測(cè)量方法基本沒(méi)有反映出電子束焦點(diǎn)位置和束斑品質(zhì)在焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程的特征。
采用本發(fā)明測(cè)量電子束焦點(diǎn)位置和束斑品質(zhì)，具有下列優(yōu)點(diǎn)第一，本發(fā)明測(cè)量過(guò)程是在電子束焊接動(dòng)態(tài)條件下進(jìn)行的，這種聚焦?fàn)顟B(tài)受到焊接過(guò)程金屬蒸氣的直接影響，焦點(diǎn)位置和束斑品質(zhì)的聚焦?fàn)顟B(tài)完全反映了焊接狀態(tài)；過(guò)去的焦點(diǎn)測(cè)量方法一般都不能反映焊接的動(dòng)態(tài)過(guò)程，其中AB方法測(cè)量的焦點(diǎn)雖然反映了金屬蒸氣的部分影響，但其金屬蒸氣的狀態(tài)不同于焊接過(guò)程的狀態(tài)，不能完全反映焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程。
第二，本發(fā)明可以發(fā)現(xiàn)電子束焊接的其它參數(shù)如加速電壓、束流、焊接速度等與動(dòng)態(tài)聚焦?fàn)顟B(tài)之間的關(guān)系；除DIABEAM測(cè)試系統(tǒng)可以反映靜態(tài)電子束流大小變化對(duì)焦點(diǎn)的影響外，其它方法都未能反映或未能完全反映焊接參數(shù)的影響。
第三，理論上，本發(fā)明可以獲得任何大小電子束流的聚焦?fàn)顟B(tài)而不受檢測(cè)傳感器的限制；除DIABEAM測(cè)試系統(tǒng)外，其它焦點(diǎn)測(cè)量方法都受電子束流大小的限制。
第四，本發(fā)明測(cè)量焦點(diǎn)狀態(tài)與實(shí)際焊接的板厚有關(guān)，當(dāng)被焊板的厚度減薄時(shí)，焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程和金屬蒸氣對(duì)焦點(diǎn)的影響逐漸減小，測(cè)量所獲得的焦點(diǎn)會(huì)逐漸接近電子束在漂移空間中傳輸?shù)慕裹c(diǎn)狀態(tài)；DIABEAM測(cè)試系統(tǒng)所測(cè)量的電子束焦點(diǎn)和品質(zhì)僅僅是本發(fā)明所測(cè)量的一種板厚為零的極限狀態(tài)。
第五，本發(fā)明方法測(cè)量獲得的聚焦?fàn)顟B(tài)物理意義清晰，工程實(shí)際應(yīng)用方便。在動(dòng)態(tài)焦點(diǎn)狀態(tài)焊接可以用最小的輸入束流獲得最大的熔深；第六，本發(fā)明測(cè)得的聚焦?fàn)顟B(tài)反映了電子束本身的對(duì)稱性、極值性和活性區(qū)大小等。


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圖1是本發(fā)明硬件配置示意圖。
圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的工件的臨界穿透束流Ic與聚焦電流If之間的關(guān)系曲線。
圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的工件的臨界穿透束流Ic與聚焦電流If之間的關(guān)系曲線。
圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的板厚對(duì)電子束動(dòng)態(tài)聚焦?fàn)顟B(tài)的影響。
圖5是本發(fā)明數(shù)字信號(hào)處理程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
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下面對(duì)本發(fā)明方法做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，參見(jiàn)圖1。
1)采集工件傳導(dǎo)電流的前提是工件與焊機(jī)保持絕緣，而工件接收的電子都通過(guò)電流傳感器傳導(dǎo)到焊機(jī)的公用地線。
2)一般采用耐高溫的陶瓷材料作為絕緣材料，絕緣材料處于工件和工作臺(tái)之間，將被焊工件與焊機(jī)絕緣，僅僅通過(guò)導(dǎo)線與電流傳感器連接。
3)電流傳感器的選擇依據(jù)是電子束焊接輸入束流。試驗(yàn)采用的焊機(jī)最大輸入束流是100mA，選取的電流傳感器額定電流最大值為100mA，精度1％；實(shí)際焊接束流并不是總達(dá)到最大值，電流傳感器額定電流最大值也可選取為30mA、50mA，以提高精度，例如選用科海KT0.03A/P、KT0.05A/P等。
4)選用高精度電阻R，其阻值為50歐姆，精度1％以上。
5)選用濾波電容C，其值為0.01～2μF。
6)模數(shù)轉(zhuǎn)換頻率最小為50KHz，采樣通道4路以上，以便多路采集。
7)數(shù)字信號(hào)處理由自編軟件完成。
8)采用通用計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明方法的步驟是(1)根據(jù)電子束焊機(jī)的特點(diǎn)與性能，選定加速電壓Ua；(2)根據(jù)被焊工件厚度和材質(zhì)，依經(jīng)驗(yàn)選定焊接速度V；(3)通過(guò)試驗(yàn)，畫出確定工件的臨界穿透束流Ic與聚焦電流之間的關(guān)系曲線，具體步驟是第一步，取與工件相同厚度和材質(zhì)的試樣，放入電子束焊機(jī)真空室中，將試樣與焊機(jī)絕緣；
第二步，將電流傳感器的初級(jí)串聯(lián)在試樣與焊機(jī)地線之間，電流傳感器的次級(jí)并聯(lián)采樣電阻R和濾波電容C，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端與電阻R的兩端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理機(jī)連接；第三步，依經(jīng)驗(yàn)選擇一個(gè)聚焦電流的具體數(shù)值，焊接試樣，求出工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra隨輸入束流Ib變化的曲線，工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra＝Iwp/Ib，式中Iwp為工件傳導(dǎo)電流，在其它參數(shù)不變的焊接過(guò)程中，從小到大逐步增加輸入束流Ib，將電阻R兩端的代表工件傳導(dǎo)電流Iwp的電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，在計(jì)算機(jī)中通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理軟件進(jìn)行處理，求出工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra，以輸入束流Ib為橫坐標(biāo)，以工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra為縱坐標(biāo)，給出工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra隨輸入束流Ib變化的曲線；第四步，找出曲線中的峰值點(diǎn)，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值即為工件的臨界穿透束流Ic，將該數(shù)值作為縱坐標(biāo)，將與該數(shù)值對(duì)應(yīng)的聚焦電流If數(shù)值作為橫坐標(biāo)，在一個(gè)二維坐標(biāo)系中標(biāo)定出與上述坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)；第五步，重復(fù)上述第一步至第四步的過(guò)程，在第三步中選擇不同的聚焦電流的具體數(shù)值進(jìn)行試樣焊接，將得到的數(shù)據(jù)一一標(biāo)定在坐標(biāo)系中，勾畫曲線一般需要七個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)以上才能較好的描繪曲線的趨勢(shì)，將離散的點(diǎn)進(jìn)行光滑連接，得到工件的臨界穿透束流Ic與聚焦電流If之間的關(guān)系曲線；(3)確定焊接工件的最佳聚焦電流數(shù)值，通過(guò)觀測(cè)臨界穿透束流Ic和聚焦電流If的關(guān)系曲線中存在一定對(duì)稱性并且具有臨界穿透束流Ic極小值，可以獲得臨界穿透束流Ic極小值所對(duì)應(yīng)的聚焦電流If就是焊接工件時(shí)的最佳聚焦電流數(shù)值If。
實(shí)施例。
實(shí)施例1——對(duì)圖2曲線的說(shuō)明(1)實(shí)驗(yàn)條件3.0mm厚的低碳鋼板，電子束焊接加速電壓是142kV，焊接速度2.5mm/s，工件表面距離真空室頂197mm。
(2)函數(shù)曲線的獲得 設(shè)定焊機(jī)聚焦系統(tǒng)的聚焦電流If1，從大到小增大焊接輸入束流Ib，利用工件傳導(dǎo)電流采集系統(tǒng)獲得此聚焦?fàn)顟B(tài)下的臨界穿透束流Ic1，可以獲得曲線上的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(If1，Ic1)，臨界穿透束流Ic1的獲得過(guò)程如下■首先選取不能焊透工件的適當(dāng)小的輸入束流Ib1焊接工件，從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以獲得工件傳導(dǎo)電流Iwp1，求得工件傳導(dǎo)電流均值傳導(dǎo)比Ra1＝Iwp1/Ib1，將(Ra1，Ib1)畫在圖中。
■接著，適當(dāng)增加輸入束流到Ib2焊接工件，再?gòu)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得工件傳導(dǎo)電流Iwp2，求得工件傳導(dǎo)電流均值傳導(dǎo)比Ra2＝Iwp2/Ib2，將(Ra2，Ib2)畫在圖中。
■依照同樣道理，不斷增加輸入束流焊接工件，可以獲得工件在未焊透、近焊透、焊透和切割狀態(tài)等的(Rai，Ibi)。
■將(Rai，Ibi)依次全部畫在圖中并光滑連接得到函數(shù)曲線，從曲線中找到工件傳導(dǎo)束流均值傳導(dǎo)比極值點(diǎn)Ra所對(duì)應(yīng)的輸入束流值Ib，這個(gè)值是工件的臨界穿透束流Ic1。
適當(dāng)增大聚焦電流到If2，從大到小增大焊接輸入束流Ib，利用工件傳導(dǎo)電流采集系統(tǒng)獲得此聚焦?fàn)顟B(tài)下的臨界穿透束流Ic2，可以獲得曲線上的又一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(If2，Ic2)，臨界穿透束流Ic2的獲得方法同上。
依照同樣道理，不斷增大聚焦電流Ifi，可以獲得曲線上的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(Ifi，Ici)，i＝1，2，3…。
將(Ifi，Ici)依次全部畫在圖中并光滑連接得到函數(shù)曲線，從曲線中找到工件臨界穿透束流Ic極小值點(diǎn)Ic(min)，Ic(min)所對(duì)應(yīng)的聚焦電流值If是此條件下工件動(dòng)態(tài)聚焦電流。
實(shí)施例2——對(duì)圖3曲線的說(shuō)明(1)實(shí)驗(yàn)條件11mm厚的低碳鋼板，電子束焊接加速電壓是142kV，焊接速度2.5mm/s，工件表面距離真空室頂345mm。
(2)函數(shù)曲線的獲得 設(shè)定焊機(jī)聚焦系統(tǒng)的聚焦電流If1，從大到小增大焊接輸入束流Ib，利用工件傳導(dǎo)電流采集系統(tǒng)獲得此聚焦?fàn)顟B(tài)下的臨界穿透束流Ic1，可以獲得曲線上的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(If1，Ic1)，臨界穿透束流Ic1的獲得過(guò)程如下■首先選取不能焊透工件的適當(dāng)小的輸入束流Ib1焊接工件，從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以獲得工件傳導(dǎo)電流Iwp1，求得工件傳導(dǎo)電流均值傳導(dǎo)比Ra1＝Iwp1/Ib1，將(Ra1，Ib1)畫在圖中。
■接著，適當(dāng)增加輸入束流到Ib2焊接工件，再?gòu)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得工件傳導(dǎo)電流Iwp2，求得工件傳導(dǎo)電流均值傳導(dǎo)比Ra2＝Iwp2/Ib2，將(Ra2，Ib2)畫在圖中。
■依照同樣道理，不斷增加輸入束流焊接工件，可以獲得工件在未焊透、近焊透、焊透和切割狀態(tài)等的(Rai，Ibi)。
■將(Rai，Ibi)依次全部畫在圖中并光滑連接得到函數(shù)曲線，從曲線中找到工件傳導(dǎo)束流均值傳導(dǎo)比極值點(diǎn)Ra所對(duì)應(yīng)的輸入束流值Ib，這個(gè)值是工件的臨界穿透束流Ic1。
適當(dāng)增大聚焦電流到If2，從大到小增大焊接輸入束流Ib，利用工件傳導(dǎo)電流采集系統(tǒng)獲得此聚焦?fàn)顟B(tài)下的臨界穿透束流Ic2，可以獲得曲線上的又一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(If2，Ic2)，臨界穿透束流Ic2的獲得方法同上。
依照同樣道理，不斷增大聚焦電流Ifi，可以獲得曲線上的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(Ifi，Ici)，i＝1，2，3…。
將(Ifi，Ici)依次全部畫在圖中并光滑連接得到函數(shù)曲線，從曲線中找到工件臨界穿透束流Ic極小值點(diǎn)Ic(min)，Ic(min)所對(duì)應(yīng)的聚焦電流值If是此條件下工件動(dòng)態(tài)聚焦電流。
實(shí)施例3——對(duì)圖4曲線的說(shuō)明(1)實(shí)驗(yàn)條件電子束焊接加速電壓是142kV，焊接速度2.5mm/s，工件表面距離真空室頂345mm。
(2)圖中有6條函數(shù)曲線，從下往上獲得的曲線板厚分別為1.8，3.0，5.6，9.3，11，15mm，每種厚度板都有一條臨界穿透束流與聚焦電流關(guān)系曲線。
(3)將每一板厚的最小臨界穿透束流連接起來(lái)，獲得一條聚焦電流隨板厚變化的曲線。
(4)圖中可見(jiàn)當(dāng)板厚大于9mm以上時(shí)，動(dòng)態(tài)聚焦電流幾乎不變化。
軟件流程圖工作過(guò)程說(shuō)明——對(duì)圖5的說(shuō)明根據(jù)被焊工件的條件需要設(shè)定焊接參數(shù)中的加速電壓、焊接速度等，利用本發(fā)明確定束流的動(dòng)態(tài)焦點(diǎn)。
第一步設(shè)定聚焦電流初值If0，聚焦電流步長(zhǎng)ΔIf，時(shí)間步長(zhǎng)Δt；第二步設(shè)定束流初值Ib0，控制輸入束流Ibi與時(shí)間步長(zhǎng)Δt的關(guān)系，其中i＝1，2，3…；第三步采集每個(gè)時(shí)刻ti＝i*Δt的工件傳導(dǎo)電流Iwpi，計(jì)算工件傳導(dǎo)電流Iwpi的平均值Iwpi；第四步計(jì)算均值傳導(dǎo)比Rai＝Iwpi/Ibi第五步建立均值傳導(dǎo)比Rai與輸入束流Ibi的函數(shù)關(guān)系，即Rai＝f(Ibi)；第六步求得均值傳導(dǎo)比Rai的最大值，即Rai(max)；
第七步確定均值傳導(dǎo)比最大值Rai(max)所對(duì)應(yīng)的輸入束流Ibi，即為此條件下的臨界穿透束流Ick，其中k＝1，2，3…；第八步增加聚焦電流Ifk＝If0+ΔIf，重復(fù)第二步到第七步，確定每一步的臨界穿透束流Ick；第九步建立聚焦電流Ifk和臨界穿透束流Ick，之間的函數(shù)關(guān)系，即Ick＝f(Ifk)；第十步求得臨界穿透束流Ic的最小值Ic(min)；第十一步確定臨界穿透束流最小值Ic(min)所對(duì)應(yīng)的聚焦電流If，即為此條件下的最佳穿透聚焦電流——?jiǎng)討B(tài)焦點(diǎn)狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種確定電子束焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程最佳聚焦電流的方法，其特征在于，(1)根據(jù)電子束焊機(jī)的特點(diǎn)與性能，選定加速電壓Ua；(2)根據(jù)被焊工件厚度和材質(zhì)，依經(jīng)驗(yàn)選定焊接速度V；(3)通過(guò)試驗(yàn)，畫出確定工件的臨界穿透束流Ic與聚焦電流之間的關(guān)系曲線，具體步驟是第一步，取與工件相同厚度和材質(zhì)的試樣，放入電子束焊機(jī)真空室中，將試樣與焊機(jī)絕緣；第二步，將電流傳感器的初級(jí)串聯(lián)在試樣與焊機(jī)地線之間，電流傳感器的次級(jí)并聯(lián)采樣電阻R和濾波電容C，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端與電阻R的兩端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理機(jī)連接；第三步，依經(jīng)驗(yàn)選擇一個(gè)聚焦電流的具體數(shù)值，焊接試樣，求出工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra隨輸入束流Ib變化的曲線，工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra＝Iwp/Ib，式中Iwp為工件傳導(dǎo)電流，在其它參數(shù)不變的焊接過(guò)程中，從小到大逐步增加輸入束流Ib，將電阻R兩端的代表工件傳導(dǎo)電流Iwp的電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，在計(jì)算機(jī)中通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理軟件進(jìn)行處理，求出工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra，以輸入束流Ib為橫坐標(biāo)，以工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra為縱坐標(biāo)，給出工件傳導(dǎo)電流的均值傳導(dǎo)比Ra隨輸入束流Ib變化的曲線；第四步，找出曲線中的峰值點(diǎn)，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值即為工件的臨界穿透束流Ic，將該數(shù)值作為縱坐標(biāo)，將與該數(shù)值對(duì)應(yīng)的聚焦電流If數(shù)值作為橫坐標(biāo)，在一個(gè)二維坐標(biāo)系中標(biāo)定出與上述坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)；第五步，重復(fù)上述第一步至第四步的過(guò)程，在第三步中選擇不同的聚焦電流的具體數(shù)值進(jìn)行試樣焊接，將得到的數(shù)據(jù)一一標(biāo)定在坐標(biāo)系中，勾畫曲線一般需要七個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)以上才能較好的描繪曲線的趨勢(shì)，將離散的點(diǎn)進(jìn)行光滑連接，得到工件的臨界穿透束流Ic與聚焦電流If之間的關(guān)系曲線；(4)確定焊接工件的最佳聚焦電流數(shù)值，通過(guò)觀測(cè)臨界穿透束流Ic和聚焦電流If的關(guān)系曲線中存在一定對(duì)稱性并且具有臨界穿透束流Ic極小值，可以獲得臨界穿透束流Ic極小值所對(duì)應(yīng)的聚焦電流If，也就是焊接工件時(shí)的最佳聚焦電流數(shù)值If。
全文摘要
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及對(duì)電子束焊接方法的改進(jìn)。本發(fā)明方法的步驟是(1)選定加速電壓U
文檔編號(hào)B23K15/02GK1502442SQ02153279
公開日2004年6月9日 申請(qǐng)日期2002年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月26日
發(fā)明者周琦, 劉方軍, 關(guān)橋, 郭光耀, 毛智勇, 左從進(jìn), 周 琦 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所, 中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司北京航空制