CN102922122A - 一种测量磁场对真空电子束轨迹干扰的方法 - Google Patents

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Abstract

一种测量磁场对真空电子束轨迹干扰的方法，将电子束焊机的旋转轴的花盘旋转至90°，在靠近花盘处放一用于装夹焊接试板靶台，在靶台上固定焊接试板，对电子束焊机的真空室抽真空后，打开电子枪的隔离阀，并使花盘旋转。打开电子束流，使在焊接试板的表面聚焦形成的束斑形成运动轨迹，若所述电子束的运动轨迹在钛合金焊接试板上形成一个点，证明电子束焊机的真空室内无磁场，测量结束。若所述电子束的运动轨迹在钛合金焊接试板上形成不规则的闭合曲线，则证明电子束焊机的真空室内存在磁场。通过测量该闭合曲线的最大边界值，以判定真空室内的磁场是否在焊接容忍范围内。

Description

一种测量磁场对真空电子束轨迹干扰的方法
技术领域
本发明涉及一种测量磁场对真空电子束轨迹干扰的方法。
背景技术
近年来，真空电子束焊接技术以其高能量密度和优良的焊缝质量，在先进发动机和飞机工业中得到广泛的应用，取得了巨大的经济效益和社会效益。与其他方式的熔焊比较，电子束焊有以下的优点：⑴功率密度高，束流直径小，能够形成深而窄的焊缝，焊缝深宽比可达30：1，工件产生的变形极小，焊缝热影响区很窄；⑵高度聚焦的电子束，热输入量较低，可焊接一般熔焊难于焊接的特种难熔金属、热敏感性强的金属以及异种金属材料；⑶电子束焊接参数可精确控制，焊接时参数的重复性及稳定性好，焊缝深度、尺寸及特征都能被严格控制；⑷真空电子束焊接是在真空中进行的，排除了大气中的有害气体对熔化金属的影响，有利于活性金属和高纯度金属的焊接。
然而真空电子束焊对磁场的要求极为严格，由洛伦兹力的公式可知，运动电荷在磁场受到洛伦兹力，会发生偏转。在实际生产制造中，如何测量磁场对电子束轨迹的干扰成为一个难题。目前尚无测量磁场对电子束轨迹的干扰的办法。
发明内容
为克服现有技术中存在的尚无测量磁场对电子束轨迹干扰的方法的不足，本发明提出了一种测量磁场对真空电子束轨迹干扰的方法。
本发明的具体过程是：
第一步：翻转旋转轴花盘至90°。测量时，将真空电子束焊机旋转轴的花盘旋转至90°。
第二步：安装靶台。将电子束焊机上的装夹焊接试板的靶台固定在真空电子束焊机的工作台上，并使所述靶台与真空电子束焊机旋转轴的花盘之间保持20～50mm的间距。
第三步：装夹焊接试板。取一块无磁的钛合金的焊接试板，并将该焊接试板固定在靶台一侧，使所述焊接试板与真空电子束焊机旋转轴的花盘之间保持20～50mm的间距。
第四步：判断真空室是否存在磁场。对真空电子束焊机进行抽真空至5×10-4mbar后，打开真空电子束焊机的隔离阀，向电子束焊机的数控系统中输入束流值，使真空电子束焊机的电子枪1发射出电子束，并使该电子束的束流在焊接试板3表面的几何中心区域聚焦形成束斑。所述电子束的束流为0.1～2mA，该电子束持续的时间为1～2min。
通过电子束焊机的数控系统连续旋转花盘1～2min，使位于焊接试板上的电子束的束斑在无磁的钛合金焊接试板上形成运动轨迹。若所述电子束的运动轨迹在钛合金焊接试板上形成一个点，证明电子束焊机的真空室内无磁场，测量结束。若所述电子束的运动轨迹在钛合金焊接试板上形成不规则的闭合曲线，则证明电子束焊机的真空室内存在磁场，进行下一步。
第五步：判定真空室内的磁场是否对电子束焊接形成干扰。通过电子束焊机的数控系统，测量由于电子束焊机的真空室内的磁场所造成的电子束运动轨迹在钛合金焊接试板上形成的不规则闭合曲线的最大边界值。若所得到的不规则闭合曲线的最大边界值大于1mm，则说明电子束焊机的真空室内的磁场对电子束焊接的干扰超出容忍范围，需要对带磁物体进行退磁。若所得到的不规则闭合曲线的最大边界值小于1mm，则说明电子束焊机的真空室内的磁场对电子束焊接的干扰在容忍范围内，能够直接进行零件的真空电子束焊接。
现有技术中在进行真空电子束焊接时采用电子束焊机。电子束焊机由真空室、电子枪、控制系统和运动系统组成，现代电子束焊机的运动轴一般有X轴、Y轴、旋转轴、倾翻轴和升降轴，由于旋转轴靠电机驱动，旋转轴上的用于安装零件的花盘经常带有剩磁，剩磁大小可用高斯计进行测量，但至于磁场对电子束轨迹的影响就无法用测量仪器测出。本发明的目的是提供一种测量磁场对电子束轨迹干扰的方法。
通过多次试验，发明将电子束焊机的旋转轴的花盘旋转至90°（图1所示），在靠近花盘处放一用于装夹焊接试板靶台，在靶台上固定一焊接试板，对电子束焊机的真空室抽真空至5×10-4mbar后，电子枪的隔离阀打开，以5rpm的转速旋转花盘，打开电子束流，使该电子束的束流在焊接试板的表面聚焦形成束斑，此时若花盘带磁，在试板上可清晰看到电子束的轨迹发生变化，呈不规则的封闭曲线。如图2所示，最大边界长度约20mm。
本发明能够直观的看到磁场对电子束轨迹的干扰作用的最大边界值。在测量中，通过电子束焊机调节束流的大小，束流越大，闭合曲线的轨迹越宽。本发明中，将焊接试板放置在与零件相同的工作距离上，进行该试验，如果闭合曲线的最大边界值在焊接容忍范围内，则可以进行零件的焊接。如果闭合曲线的最大边界值超出焊接的容忍范围，则需要采取措施将磁场的影响降低到焊接容忍范围内，才可进行零件的焊接。
附图说明
图1测量方法示意图；
图2不规则的封闭曲线；
图3是本发明的流程图。
1.电子枪     2.花盘    3.焊接试板   4.靶台    5.工作台
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种测量磁场对电子束轨迹干扰的方法，具体过程是：
第一步：翻转旋转轴花盘至90°。测量时，使用电子束焊机的数控系统，将真空电子束焊机旋转轴的花盘2翻转至90°；
第二步：安装靶台。将电子束焊机上的装夹焊接试板的靶台4固定在真空电子束焊机的工作台5上，并使所述靶台与真空电子束焊机旋转轴的花盘2之间保持20～50mm的间距。本实施例中，靶台4与真空电子束焊机旋转轴的花盘之间的间距为20mm。
第三步：装夹焊接试板。取一块无磁的钛合金的焊接试板3，并将该焊接试板固定在靶台一侧，使所述焊接试板与真空电子束焊机旋转轴的花盘之间保持20～50mm的间距。本实施例中，所述焊接试板的规格为100mm×100mm，厚度≥5mm；所述靶台与真空电子束焊机旋转轴的花盘之间的间距为20mm。
第四步：判断真空室是否存在磁场。对真空电子束焊机进行抽真空至5×10-4mbar后，打开真空电子束焊机的隔离阀，向电子束焊机的数控系统中输入束流值，使真空电子束焊机的电子枪1发射出电子束，并使该电子束的束流在焊接试板3表面的几何中心区域聚焦形成束斑。所述电子束的束流为0.1～2mA，该电子束持续的时间为1～2min。本实施例中，所述电子束的束流为1mA，该电子束持续的时间为1.5min。
通过电子束焊机的数控系统连续旋转花盘2，使位于焊接试板上的电子束的束斑在无磁的钛合金焊接试板3上形成运动轨迹，并将该运动轨迹通过真空电子束焊机的视频系统显示。若所述电子束的运动轨迹在钛合金焊接试板上形成一个点，证明电子束焊机的真空室内无磁场，测量结束。若所述电子束的运动轨迹在钛合金焊接试板上形成不规则的闭合曲线，则证明电子束焊机的真空室内存在磁场。
所述旋转花盘的旋转轨迹为按某个方向旋转的轨迹，本实施例中，花盘2在电子束焊机的数控系统的控制下，按顺时针方向做圆周运动；花盘旋转的时间为1～2min，转速为5rpm。本实施例中，花盘2旋转的时间为1.5min。
第五步：判定真空室内的磁场是否对电子束焊接形成干扰。通过电子束焊机的数控系统，测量由于电子束焊机的真空室内的磁场所造成的电子束运动轨迹在钛合金的焊接试板3上形成的不规则闭合曲线的最大边界值。若所得到的不规则闭合曲线的最大边界值大于1mm，则说明电子束焊机的真空室内的磁场对电子束焊接的干扰超出容忍范围，需要对带磁物体进行退磁；若所得到的不规则闭合曲线的最大边界值小于1mm，则说明电子束焊机的真空室内的磁场对电子束焊接的干扰在容忍范围内，能够直接进行零件的真空电子束焊接。
实施例2
本实施例是一种测量磁场对电子束轨迹干扰的方法，具体过程是：
第一步：翻转旋转轴花盘至90°。测量时，使用电子束焊机的数控系统，将真空电子束焊机旋转轴的花盘2翻转至90°；
第二步：安装靶台。将电子束焊机上的装夹焊接试板的靶台4固定在真空电子束焊机的工作台5上，并使所述靶台与真空电子束焊机旋转轴的花盘2之间保持20～50mm的间距。本实施例中，靶台4与真空电子束焊机旋转轴的花盘之间的间距为50mm。
第三步：装夹焊接试板。取一块无磁的钛合金的焊接试板3，并将该焊接试板固定在靶台一侧，使所述焊接试板与真空电子束焊机旋转轴的花盘之间保持20～50mm的间距。本实施例中，所述焊接试板的规格为100mm×100mm，厚度≥5mm；所述靶台与真空电子束焊机旋转轴的花盘之间的间距为50mm。
第四步：判断真空室是否存在磁场。对真空电子束焊机进行抽真空至5×10-4mbar后，打开真空电子束焊机的隔离阀，向电子束焊机的数控系统中输入束流值，使真空电子束焊机的电子枪1发射出电子束，并使该电子束的束流在焊接试板3表面的几何中心区域聚焦形成束斑。所述电子束的束流为0.1～2mA，该电子束持续的时间为1～2min。本实施例中，所述电子束的束流为0.1mA，该电子束持续的时间为1min。
通过电子束焊机的数控系统连续旋转花盘2，使位于焊接试板上的电子束的束斑在无磁的钛合金焊接试板3上形成运动轨迹，并将该运动轨迹通过真空电子束焊机的视频系统显示。若所述电子束的运动轨迹在钛合金焊接试板上形成一个点，证明电子束焊机的真空室内无磁场，测量结束；若所述电子束的运动轨迹在钛合金焊接试板上形成不规则的闭合曲线，则证明电子束焊机的真空室内存在磁场，进行下一步。
所述旋转花盘的旋转轨迹为按某个方向旋转的轨迹，本实施例中，花盘2在电子束焊机的数控系统的控制下，按顺时针方向做圆周运动；花盘旋转的时间为1～2min，转速为5rpm。本实施例中，花盘2旋转的时间为1min。
第五步：判定真空室内的磁场是否对电子束焊接形成干扰。通过电子束焊机的数控系统，测量由于电子束焊机的真空室内的磁场所造成的电子束运动轨迹在钛合金的焊接试板3上形成的不规则闭合曲线的最大边界值。若所得到的不规则闭合曲线的最大边界值大于1mm，则说明电子束焊机的真空室内的磁场对电子束焊接的干扰超出容忍范围，需要对带磁物体进行退磁；若所得到的不规则闭合曲线的最大边界值小于1mm，则说明电子束焊机的真空室内的磁场对电子束焊接的干扰在容忍范围内，能够直接进行零件的真空电子束焊接。
实例3
本实施例是一种测量磁场对电子束轨迹干扰的方法，具体过程是：
第一步：翻转旋转轴花盘至90°。测量时，使用电子束焊机的数控系统，将真空电子束焊机旋转轴的花盘2翻转至90°；
第二步：安装靶台。将电子束焊机上的装夹焊接试板的靶台4固定在真空电子束焊机的工作台5上，并使所述靶台与真空电子束焊机旋转轴的花盘2之间保持20～50mm的间距。本实施例中，靶台4与真空电子束焊机旋转轴的花盘之间的间距为40mm。
第三步：装夹焊接试板。取一块无磁的钛合金的焊接试板3，并将该焊接试板固定在靶台一侧，使所述焊接试板与真空电子束焊机旋转轴的花盘之间保持20～50mm的间距。本实施例中，所述焊接试板的规格为100mm×100mm，厚度≥5mm；所述靶台与真空电子束焊机旋转轴的花盘之间的间距为40mm。
第四步：判断真空室是否存在磁场。对真空电子束焊机进行抽真空至5×10-4mbar后，打开真空电子束焊机的隔离阀，向电子束焊机的数控系统中输入束流值，使真空电子束焊机的电子枪1发射出电子束，并使该电子束的束流在焊接试板3表面的几何中心区域聚焦形成束斑。所述电子束的束流为0.1～2mA，该电子束持续的时间为1～2min。本实施例中，所述电子束的束流为2mA，该电子束持续的时间为2min。
通过电子束焊机的数控系统连续旋转花盘2，使位于焊接试板上的电子束的束斑在无磁的钛合金焊接试板3上形成运动轨迹，并将该运动轨迹通过真空电子束焊机的视频系统显示。若所述电子束的运动轨迹在钛合金焊接试板上形成一个点，证明电子束焊机的真空室内无磁场，测量结束。若所述电子束的运动轨迹在钛合金焊接试板上形成不规则的闭合曲线，则证明电子束焊机的真空室内存在磁场，进行下一步。
所述旋转花盘的旋转轨迹为按某个方向旋转的轨迹，本实施例中，花盘2在电子束焊机的数控系统的控制下，按顺时针方向做圆周运动；花盘旋转的时间为1～2min，转速为5rpm。本实施例中，花盘2旋转的时间为2min。
第五步：判定真空室内的磁场是否对电子束焊接形成干扰。通过电子束焊机的数控系统，测量由于电子束焊机的真空室内的磁场所造成的电子束运动轨迹在钛合金的焊接试板3上形成的不规则闭合曲线的最大边界值。若所得到的不规则闭合曲线的最大边界值大于1mm，则说明电子束焊机的真空室内的磁场对电子束焊接的干扰超出容忍范围，需要对带磁物体进行退磁；若所得到的不规则闭合曲线的最大边界值小于1mm，则说明电子束焊机的真空室内的磁场对电子束焊接的干扰在容忍范围内，能够直接进行零件的真空电子束焊接。

Claims (1)

1.一种测量磁场对真空电子束轨迹干扰的方法，其特征在于，具体过程是：
第一步：翻转旋转轴花盘至90°；测量时，将真空电子束焊机旋转轴的花盘旋转至90°；
第二步：安装靶台；将电子束焊机上的装夹焊接试板的靶台固定在真空电子束焊机的工作台上，并使所述靶台与真空电子束焊机旋转轴的花盘之间保持20～50mm的间距；
第三步：装夹焊接试板；取一块无磁的钛合金的焊接试板，并将该焊接试板固定在靶台一侧，使所述焊接试板与真空电子束焊机旋转轴的花盘之间保持20～50mm的间距；
第四步：判断真空室是否存在磁场；对真空电子束焊机进行抽真空至5×10-4mbar后，打开真空电子束焊机的隔离阀，向电子束焊机的数控系统中输入束流值，使真空电子束焊机的电子枪1发射出电子束，并使该电子束的束流在焊接试板3表面的几何中心区域聚焦形成束斑；所述电子束的束流为0.1～2mA，该电子束持续的时间为1～2min；
通过电子束焊机的数控系统连续旋转花盘1～2min，使位于焊接试板上的电子束的束斑在无磁的钛合金焊接试板上形成运动轨迹；若所述电子束的运动轨迹在钛合金焊接试板上形成一个点，证明电子束焊机的真空室内无磁场，测量结束；若所述电子束的运动轨迹在钛合金焊接试板上形成不规则的闭合曲线，则证明电子束焊机的真空室内存在磁场，进行下一步；
第五步：判定真空室内的磁场是否对电子束焊接形成干扰；通过电子束焊机的数控系统，测量由于电子束焊机的真空室内的磁场所造成的电子束运动轨迹在钛合金焊接试板上形成的不规则闭合曲线的最大边界值；若所得到的不规则闭合曲线的最大边界值大于1mm，则说明电子束焊机的真空室内的磁场对电子束焊接的干扰超出容忍范围，需要对带磁物体进行退磁；若所得到的不规则闭合曲线的最大边界值小于1mm，则说明电子束焊机的真空室内的磁场对电子束焊接的干扰在容忍范围内，能够直接进行零件的真空电子束焊接。
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