材料热加工方法技术

本发明专利技术涉及材料热加工方法，其中以已知方式使电子束工作斑与工件相对运动。在真正热处理前，通过按理想加工轮廓的存储数据以低能量密度或高速度使电子束工作斑相对工件运动并叠加一横向于理想加工轮廓的扫描运动，得出有效加工轮廓。测量由工件散射回的电子束的与扫描运动偏移量相关的强度、由此获得“展开的”有效加工轮廓的图像性图示。这实现了简单、标准化的评估并易于下面调节相应于有效加工轮廓的控制参数，其中电子束工作斑在相对工件运动（没有扫描运动）的所有点上击中希望的加工轮廓。现可在该控制参数下以足以热处理的能量密度和／或较低的速度重新使电子束工作斑相对工件运动。以此方式可补偿电子束在工件上的击中点的几何偏差以及磁偏差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种材料加工方法，其中a)使电子束聚焦到工件的表面上；b)使电子束的工作斑与工件之间发生相对运动，在所述相对运动期间，工作斑沿 着加工轮廓(运动)；c)根据控制参数来控制工作斑与工件之间的相对运动，所述控制参数由控制装置 从所存储的理想加工轮廓中导出。
技术介绍
利用电子束来进行的热加工、例如焊接的质量在很大程度上与电子束的工作斑在 其相对于工件进行相对运动时有多精确地击中所希望的加工轮廓、在焊接两个部件的情况 下有多精确地击中在要焊接的部件之间的接缝轨迹(Fugenverlauf)的精确度有关。在开 头所述类型的已知的材料加工方法中，出于不同的原因会关于这一点出现不精确性。第一 种原因是在真实的加工轮廓和存储在控制装置中的期望的加工轮廓之间存在几何偏差， 该期望的加工轮廓下面也称为“理想”加工轮廓。该几何偏差本身可能是由于对工件的不精确的夹紧以及由于在制造工件时出现 的公差所造成。由于所述几何偏差，电子束的工作斑虽然能正确地沿着理想加工轮廓(运 动)，但此时不能击中或不能处处都击中真实的加工轮廓。电子束的工作斑和真实加工轮廓 之间的偏差的第二种原因可能是，在工件中存在剩余磁感应，电子束在其影响下发生偏移。 这导致，当电子束的工作斑沿着所存储的理想加工轮廓运动时，电子束的工作斑甚至不能 击中真实加工轮廓。因此，所述由磁引起的偏差导致一行为，该行为无论如何从结果看等于 是真实加工轮廓与理想加工轮廓的几何偏差。工作斑不能击中或不能处处都击中真实加工 轮廓的其他原因可能是，在对运动进行编程处理时出现误差。为了确保电子束的工作斑处处都能击中真实加工轮廓，必须根据控制参数来控制 所述电子束的工作斑，所述控制参数与一可能与理想加工轮廓以及真实加工轮廓均存在偏 差的加工轮廓相对应，该加工轮廓在此称为“有效/实际”加工轮廓。如果不考虑电子束的 磁偏移，则有效加工轮廓与真实加工轮廓相当。
技术实现思路
本专利技术的目的是如此设计一种开头所述类型的电子束材料加工方法，使得能以 易于理解的方式图示出有效加工轮廓与理想加工轮廓之间的偏差，从而给出可简单地修正 所述偏差的可能性。根据本专利技术以下述方式实现所述目的，即d)在真正的焊接过程之前通过下述方式确定有效加工轮廓，da)按照所存储的理想加工轮廓的数据以不足以进行热处理的运行参数使电子射 束的工作斑相对于所述工件进行相对运动；db)在多个点上为与所述理想加工轮廓相应的所述相对运动叠加一扫描运动，所 述扫描运动横向于所述理想加工轮廓并在两侧超出所述理想加工轮廓；dc)测量由工件散射回的电子束的、与扫描运动的偏移量有关的强度；dd)将在步骤dc中得出的、在各个扫描运动下测得的强度关系并列放置成形成工 件的图像性的图示，在该图示中在一根轴上描述了在加工轮廓的方向上的相对运动的进展 而在一第二轴中描述有效加工轮廓与理想加工轮廓的偏差。上面在da)下提及“运行参数”时，其特别是指电子束工作斑中的能量密度和/或 工作斑与工件之间的相对运动的速度。在开头所述特征C)的意义中，“控制参数”应理解成所有由控制装置产生的、用于 引起电子束的焦点与工件之间的确定的相对运动的参数。在此，特别是涉及控制电流和/ 或控制电压的大小和时间历程，所述控制电流和/或控制电压用于电子束的偏移和/或用 于电子束和/或工件的机械运动。在根据本专利技术的方法中，以下述方式产生一种加工轮廓的“展开”形式，即与加工 轮廓的真实的、通常弯曲的轨迹/走向(Verlauf)无关地，理想加工轮廓总是显示为直线而 有效加工轮廓与理想加工轮廓的偏差总是显示为与该直线形的偏差。这特别是对于非技术 的或仅初学的操作人员来说易于理解，并且此外显示了一种特别好地适于随后对偏差进行 修正的形式。根据本专利技术，在还用于实施真正的材料加工方法的同一装置中进行有效加工轮廓 的确定，所述有效加工轮廓考虑了电子束在工件上的“撞击轨迹”与理想加工轮廓的由几何 和磁引起的偏差。这意味着相对于用于确定真实的加工轮廓的光学方法具有多个优点一 方面，设备费用极少，因为大体上所有必要的部件本来就存在于电子束设备中。此外，根据 本专利技术的方法之所以优于光学方法是因为，用于确定有效加工轮廓的电子束和其在随后真 正的材料加工时所做的一样“瞄准”加工轮廓，使得特别是还可以虑及不能以光学的方式进 行检测的磁偏移。根据本专利技术的方法特别好地适用于焊接两个部件，其中加工轮廓是在两个彼此要 连接成工件的部件之间的接缝。根据权利要求1，在对有效加工轮廓与理想加工轮廓的偏差进行检测后能特别简 单地实施一修正步骤，利用所述修正步骤修正所述偏差以用于热处理。其特征在于，在权利 要求1中的步骤d)之后e)如此调节与得出的所述有效加工轮廓相应的控制参数，使得在沿有效加工轮廓 的方向进展相对运动时电子束的工作斑处处都位于所述有效加工轮廓上；f)然后，在适于热处理的运行参数下重新实施所述电子束的工作斑与工件之间的 相对运动。根据步骤e)对控制参数的调节在多种情况下能根据经验来进行，因为在很短的 经验后利用系统由得出的有效加工轮廓的形状可以推断出控制参数的必要的修正方式。无 论如何，在控制参数的每次修正后都能容易地识别，(新的)有效加工轮廓是否已经接近所 希望的直线形。在确定的特征偏差中还能研发一种算法，利用所述算法能将偏差减小到允 许的大小。电子束的工作斑和工件之间的相对运动还能以机械的方式通过工件的运动和/或电子束源连同成像元件的运动来实现。为此不需要显著的设备费用；所述运动是较缓慢 的。替代地或附加地，电子束的工作斑和工件之间的相对运动能以电的方式通过电子 束的偏移来实现。这以较少的设备费用和无惯性的方式实现，但是当然受到几何界限的限 制。无论如何，至少扫描运动以电的方式通过电子束的相应偏移来实施，是有利的。在上文中说到扫描运动的方向需要“横向”于理想加工轮廓的方向时，意味着不一 定是直角。虽然在多种情况下出于分析处理的原因，扫描运动的方向在理想加工轮廓的相 应点上垂直于切线是有利的。但原则上还可以考虑其它任意角度。可能会出现，在夹紧工件时较粗略地错误定位的情况。在这种情况下下述方法可 以证实是有用的，在该方法中在确定有效加工轮廓之前(如在权利要求1中的特征d)所 述的)，利用散射回的电子束产生工件的图像，由此获得关于工件在系统固有的坐标系内的 位置的信息，然后以机械或电子的方式补偿所述位置与规定位置/理论位置的偏差。虽然 原则上，如果扫描运动的振幅足够大，则可以在没有“预定位”的情况下实施(本专利技术的方 法)。但通常，所述振幅出于构造技术的原因是有限制的，从而在确定有效加工轮廓之前必 须先“移正”工件的“粗位置/宏观位置”。附图说明作为本专利技术的实施例，下面借助附图更详细地阐述将两个部件焊接成工件；其中 示出了 图1示意性示出用于电子束焊接的设备；图2示出工件的俯视图，所述工件包括两个要彼此焊接的部件；图3同样示意性示出在真正的电子束焊接之前进行的扫描过程；图4示出在扫描过程中获得的、在所测得的有效接缝与被编程处理的理想接缝轨 迹相一致的位置处的信号；图5示出在扫描过程中获得的、在所测得的有效接缝偏离于被编程处理的理想接 缝轨迹的位置处的信号；图6示意性示出在对与理想接缝轨迹的偏差进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种材料热加工方法，其中ａ）使电子束聚焦到工件的表面上；ｂ）使电子束的工作斑与工件之间发生相对运动，在所述相对运动期间，工作斑沿着一加工轮廓运动；ｃ）根据控制参数来控制工作斑与工件之间的所述相对运动，所述控制参数由控制装置从所存储的理想加工轮廓中导出；其特征在于，ｄ）在真正的加工过程之前通过下述方式确定有效加工轮廓（１４），ｄａ）使电子束（１１）的工作斑根据所存储的理想加工轮廓（１３）的数据以不足以进行热处理的运行参数实施相对于所述工件（６）的相对运动；ｄｂ）在多个点上在与所述理想加工轮廓（１３）相应的所述相对运动上叠加一扫描运动，所述扫描运动横向于所述理想加工轮廓（１３）并且在两侧超出所述理想加工轮廓；ｄｃ）测量由工件（６）散射回的电子束（１１）的、与所述扫描运动的偏移量有关的强度；ｄｄ）将在步骤ｄｃ）中得出的、在各个扫描运动下测得的强度关系并列放置成形成所述工件（６）的图像性的图示，在该图示中在一根轴上描述了在所述加工轮廓（１３）的方向上的所述相对运动的进展，而在第二轴中描述有效加工轮廓（１４）与理想加工轮廓（１３）的偏差。

【技术特征摘要】
DE 2009-10-23 102009050521.01.一种材料热加工方法，其中a)使电子束聚焦到工件的表面上；b)使电子束的工作斑与工件之间发生相对运动，在所述相对运动期间，工作斑沿着一 加工轮廓运动；c)根据控制参数来控制工作斑与工件之间的所述相对运动，所述控制参数由控制装置 从所存储的理想加工轮廓中导出；其特征在于，d)在真正的加工过程之前通过下述方式确定有效加工轮廓(14)，da)使电子束(11)的工作斑根据所存储的理想加工轮廓(1 的数据以不足以进行热 处理的运行参数实施相对于所述工件(6)的相对运动；db)在多个点上在与所述理想加工轮廓(1 相应的所述相对运动上叠加一扫描运动， 所述扫描运动横向于所述理想加工轮廓(1 并且在两侧超出所述理想加工轮廓；dc)测量由工件(6)散射回的电子束(11)的、与所述扫描运动的偏移量有关的强度；dd)将在步骤dc)中得出的、在各个扫描运动下测得的强度关系并列放置成形成所述 工件(6)的图像性的图示，在该图示中在一根轴上描述了在所述加工轮廓(1 的方向上的 所述相对运动的进展，而在第二轴中描述有效加工轮廓(14)与理想加工轮廓(1 的偏差。2.根据权利要求1所述的材料加工方法，其特征在于，所述加工轮廓(13，14)是一在要 彼此连接成工件(6)的两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：T罗维尔，J法斯，
申请(专利权)人：波宾股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]