При управлении током пучка путем регулирования тока накала происходит существенное изменение сходимости электронного пучка и, следовательно, изменяется проплавляющая способность пучка.
Изменение ускоряющего напряжения приводит к изменению фокусного расстояния магнитной линзы и угла отклонения пучка, поэтому данный способ также не применяется в современных энергоблоках для ЭЛС.
Основным способом регулирования мощности пучка, стабилизации заданного ее значения, импульсной модуляции, плавного уменьшения при прекращении сварки является подача управляющего напряжения на прикатодный электрод сварочной пушки. Перечисленные функции обычно выполняются с помощью блоков, условно называемых модуляторами.
Управление положением пучка электронов. Для расши-
рения технологических возможностей электронных пушек широко используется отклонение электронного пучка от оси симметрии пушки с помощью электромагнитной отклоняющей системы. В частности, таким образом осуществляется точное совмещение пучка со стыком, поиск стыка, сканирование пучка в процессе сварки, изменение диаметра пучка, предшествующая и послесварочная термообработки и т. д.
Система отклонения электронного пучка включает собственно отклоняющую электромагнитную систему с двумя парами взаимно перпендикулярных катушек и систему управления отклонением, в состав которой входят программные устройства, задающие закон отклонения пучка во времени. Программные устройства условно можно разделить на устройство для медленного перемещения пучка по сварочной траектории и устройства для быстрых отклонений пучка, отвечающие за необходимую плотность энергии пучка и воздействующие на гидродинамические процессы в сварочной ванне.
Важной проблемой для ЭЛС является поиск стыка в процессе сварки. Малая ширина сварного шва и большое от-
141
ношение глубины к ширине шва требуют точного совмещения пучка электронов с плоскостью свариваемого стыка. Требуемая точность зависит от толщины свариваемых изделий, но
обычно должна быть не хуже ±0,1 мм. Возможность точного визуального позиционирования, непосредственно через илл ю- минаторное окно, через оптическую систему либо с помощью телевизионных систем наблюдения, ограничены явлением металлизации иллюминаторов и выходных оптических устройств, а также из-за высокой яркости свечения сварочной ванны на фоне плохо освещенной прилегающей поверхности изделия.
Положение стыка непосредственно перед зоной сварки в процессе ее выполнения удается корректировать перемещением пушки с помощью механических щупов. Однако применение механического щупа требует значительной разделки кромок или специального технологического выступа (буртика) для облегчения зацепления со щупом, а также не позволяет компенсировать отклонение пучка остаточными магнитными полями.
Чтобы иметь возможность контролировать и этот фактор, для определения истинного положения пучка используют яв-
ление вторично-электронной эмиссии от металлической по-
верхности, облучаемой острофокусным пучком электронов. При пересечении стыка пучком электронов изменяются интенсивность потока отраженных электронов и ее распределение в пространстве. Как только первичный пучок начнет перекрывать линию стыка, то есть хотя бы частично станет проникать сквозь зазор между кромками, отраженный ток уменьшится. Эти сигналы регистрируются датчиком, происходит их сопоставление с заранее заданным уровнем и, как результат, корректируется движение пушки. На основе использования вторично-эмиссионного сигнала от стыка построен ряд широко применяемых устройств позиционирования сварочного пучка: растровых телевизионных (в них съемочная камера заменена
142
сварочной пушкой с датчиком вторичных электронов), приборов «Рефлектрон» или «Прицел» (представляют собой упрощенный вариант растровых телевизионных систем), систем с предварительным обучением.
Системы с предварительным обучением строятся на принципе запоминания первичной траектории взаимного перемещения пучка и изделия, контролируемого оператором визуально или, например, с помощью прибора «Прицел». Наиболее эффективно применение таких систем при необходимости многократных проходов пучком электронов по траектории стыка.
Электромеханический комплекс установки предназначен для герметизации и вакуумирования рабочего объема, выполнения всех сварочных, установочных и транспортных перемещений свариваемого изделия и электронной пушки. Электромеханический комплекс сварочной установки состоит из ряда функциональных систем, основные из них перечислены ниже.
Сварочные вакуумные камеры. Такие камеры относятся к наиболее важным и трудоемким узлам установки для ЭЛС. От их формы, конструкции, жесткости и габаритов зависят возможные размеры и качество свариваемых за одну садку изделий, удобство их загрузки и выгрузки, возможность пристыковки дополнительных объемов в нужном направлении и др.
По степени специализации различают два типа камер:
универсальные и специализированные.
Универсальные камеры предназначены для сварки изделий любой формы и габаритов в пределах рабочего пространства камеры. Такие камеры используются в единичном и мелкосерийном производстве и выпускаются в соответствии с принятыми параметрическими рядами. Это дает возможность выбрать камеры наиболее подходящих размеров применительно к конкретным изделиям.
Специализированные камеры тесно увязаны с конструкцией и габаритами конкретного изделия (или группы изделий).
143
В ряде случаев специализированные камеры выполняются по форме свариваемого изделия.
К камерам сварочных установок предъявляются разнообразные, часто противоречивые требования:
-по объему камеры. Объем должен быть, с одной ст о- роны, достаточным для размещения и рабочих перемещений изделий; с другой стороны, этот объем должен быть минимально возможным с целью сокращения времени откачки;
-по протяженности разъемов. Камера должна обеспечивать удобный доступ в рабочую зону для загрузки, выгрузки и обслуживания; вместе с тем камера должна иметь минимальное количество разъемов с вакуумными уплотнителями и открывающихся крышек, так как они являются вероятными местами натекания атмосферного воздуха и чаще всего пропускают рентгеновское излучение;
-по металлоемкости. Камеры должны иметь минимальную металлоемкость и быть технологичными, в то же время необходимо обеспечить механическую прочность и жесткость всех их элементов, а также биологическую защиту оператора от рентгеновского излучения.
Известны камеры прямоугольной и цилиндрической формы.
В современных конструкциях установок преимущественно применяются прямоугольные камеры. Это объясняется,
прежде всего, их универсальностью. В таких камерах наиболее эффективно используются подвижные сварочные пушки, сменные манипуляторы изделия. Кроме того, объем таких камер сравнительно легко увеличить пристыковкой дополнительных секций.
Цилиндрические камеры применяются реже, так как они менее универсальны и хуже приспособлены к работе с перемещающимися внутри камеры сварочными пушками, что дает низкий коэффициент использования объема сварочной камеры.
Изготавливаются сварочные камеры чаще из конструкци-
144
онных сталей, их коррозионная стойкость, как правило, достаточна в связи с тем, что внутрен ние поверхности камеры в процессе работы покрываются конденсатом свариваемых металлов. Применение коррозионно-стойких сталей оправдано в том случае, когда по условиям производства необходимо периодически промывать камеру агрессивными растворителями.
Откачные системы. Такие системы служат для создания и поддержания в процессе работы высокого вакуума в ди а-
пазоне 1,33 10-2-1,33 10-3 Па (1 10-4 -1 10-5 мм рт. ст.) в ускоряющем промежутке сварочной пушки и сварочной камере. Откачные системы крупногабаритных камер включают, как правило, насосы предварительного разрежения, форвакуумные, бустерные насосы и высоковакуумные агрегаты (паромасляные, геттерные и турбомолекулярные). Насосы предварительного разрежения (например, типа РВН) создают начальное разрежение в камере порядка 104 Па (0,1 атм.). Далее, форвакуумные (типа НВЗ, АВЗ и др.) насосы доводят разрежение
до 10-1 Па (1,33 10-1-1,33 10-2 мм рт. ст.), а в заключение диффузионные высоковакуумные агрегаты (типа АВП, АВЭД и
др.) - до 1,33 10-2 - 1,33 10-3 Па (1 10-4-1 10-5 мм рт. ст.). В ряде случаев для получения более высокого вакуума в районе элек- тронно-лучевой пушки применяют дополнительные вакуумные системы - менее производительные, но обеспечивающие высокий «безмасляный» вакуум (с использованием турбомолекулярных насосов). При этом полость катодного узла не загрязняется парами масел.
Сварочные манипуляторы. Сварочные манипуляторы предназначаются для сварочных, установочных и транспортных перемещений свариваемого изделия и электронной пушки. Они делятся на две группы: манипуляторы изделия и манипуляторы пушки. Первые являются обязательным элементом практически любой установки, а вторые используются в тех случаях, когда сварочная пушка перемещается внутри вакуумной камеры.
145