CN105094159B - 真空舱室气体控制和监测方法 - Google Patents

真空舱室气体控制和监测方法 Download PDF

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Abstract

真空舱室气体控制和监测方法，涉及一种真空舱室气体控制和监测的方法，本发明为解决现有真空焊接室体积大、抽真空时间长、生产效率低，而体积小的真空焊接室焊接过程中产生的烟尘和热量影响激光的透射、容易导致加工窗受热爆裂、存在安全隐患的问题。本发明的具体过程为：开启真空泵，抽出真空室内的气体；开启采样泵对氩气的水氧成分进行标定；判断氩气水氧成分是否达到设定值，如果是则同时向两个真空室内充入氩气；判断真空室内的气体水氧成分是否达到设定值，如果是则在真空室内进行焊接作业，排出焊接过程产生的烟尘和热量，同时判断真空室内的气体水氧成分是否达到设定值；焊接作业完成，排出真空室内的气体。本发明用于激光真空焊接作业。

Description

真空舱室气体控制和监测方法
技术领域
本发明涉及一种真空舱室气体控制和监测的方法。
背景技术
随着现代工业技术的飞速进步,很多新型部件的设计制造对焊接精度和焊接质量提出了更高的要求,有的需要在真空下进行焊接以保证焊缝质量。真空激光焊接通常用来进行一些精密零件的加工。核反应堆燃料组件中定位格架的焊接过程中，定位格架的材料为锆合金,它由一批蜂窝状栅元组成。传统的真空室体积较大，真空室有效利用率低，抽真空时间长，真空度不能保证，极大的降低生产效率；而采用小型真空室，由于焊接过程会产生大量烟尘和热量，在焊接时间较长，焊点较多的情况下，焊接烟尘较大,加工窗容易积灰,影响激光的透射，而加工窗的透光率下降会使其温度上升，而且焊接舱室内热量也增大，这可能会使加工窗受热爆裂，并且真空室内的气体环境质量和温度不能保证适合锆合金格架的焊接要求。
发明内容
本发明目的是为了解决现有真空焊接室体积大、抽真空时间长、生产效率低，而体积小的真空焊接室焊接过程中产生的烟尘和热量影响激光的透射、容易导致加工窗受热爆裂、存在安全隐患的问题，提供了一种真空舱室气体控制和监测方法。
本发明所述真空舱室气体控制和监测方法，该气体控制和监测方法的具体过程为：
步骤1、开启真空泵V1，抽出真空室A和真空室B内的气体；
步骤2、开启采样泵V2，对氩气的水氧成分进行标定；
步骤3、判断要充入的氩气水氧成分是否达到设定值，如果是则执行步骤4，如果否则返回执行步骤2；所述氩气水氧成分的设定值为：体积分数Ar≥99.999×10-2，O2≤2ppm，H2O≤4ppm；
步骤4、同时向真空室A和真空室B内充入氩气；
步骤5、判断真空室A内的气体水氧成分是否达到设定值，如果是则执行步骤6，如果否则返回执行步骤4；
步骤6、判断真空室B内的气体水氧成分是否达到设定值，如果是则执行步骤7，如果否则返回执行步骤4；
步骤7、在真空室A和真空室B内进行焊接作业，排出焊接过程产生的烟尘和热量，同时判断真空室A和真空室B内的气体水氧成分是否达到设定值，如果是重复执行步骤7，如果否则返回执行步骤4；
步骤8、焊接作业完成，排出真空室A和真空室B内的气体。
本发明的优点：本发明提出了一种真空舱室气体控制和监测方法，适用于激光真空焊接作业，通过真空充氩过程使得真空室气体水氧含量达到试件的要求，在真空室的侧壁上设置有喷嘴，保证了真空室内氩气的均匀度；本发明包括两个独立的真空室，能够同时进行焊接和焊前准备工作，提高了生产效率，通过压力传感器对真空度进行实时监测，当达到设定的真空度时，关闭抽真空管路的电磁阀，再停止真空泵，充氩操作在抽真空后进行，通过电磁阀控制充氩的启停，采用气体压力传感器监测氩气的压力，当到达设定的压力时，关闭充氩的电磁阀。
本发明提出的真空舱室气体控制和监测方法，真空焊接室体积比较小，每个真空舱室的体积约为0.1m3，真空泵的抽速能够达到27L/s，每个真空舱室抽真空的时间约2-3min，效率很高；真空舱室的极限真空度为50Pa，工作真空度为4000Pa；在抽真空后充氩之前要进行水氧标定，保证了真空度；在焊接过程中，不断充入氩气，使得焊接过程产生的烟尘和热量跟随氩气排出，防止由于真空舱室内热量过高引起不安全的问题。
附图说明
图1是本发明所述真空舱室气体控制和监测方法的原理图；
图2是真空舱室气体控制和监测装置的外部结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述真空舱室气体控制和监测方法，该气体控制和监测方法的具体过程为：
步骤1、开启真空泵V1，抽出真空室A和真空室B内的气体；
步骤2、开启采样泵V2，对氩气的水氧成分进行标定；
步骤3、判断要充入的氩气水氧成分是否达到设定值，如果是则执行步骤4，如果否则返回执行步骤2；所述氩气水氧成分的设定值为：体积分数Ar≥99.999×10-2，O2≤2ppm，H2O≤4ppm；
步骤4、同时向真空室A和真空室B内充入氩气；
步骤5、判断真空室A内的气体水氧成分是否达到设定值，如果是则执行步骤6，如果否则返回执行步骤4；
步骤6、判断真空室B内的气体水氧成分是否达到设定值，如果是则执行步骤7，如果否则返回执行步骤4；
步骤7、在真空室A和真空室B内进行焊接作业，排出焊接过程产生的烟尘和热量，同时判断真空室A和真空室B内的气体水氧成分是否达到设定值，如果是重复执行步骤7，如果否则返回执行步骤4；
步骤8、焊接作业完成，排出真空室A和真空室B内的气体。
本实施方式中，步骤7在真空室A和真空室B内进行焊接作业时判断真空室内的气体水氧成分是否达到设定值，该步骤中的水氧成分判断过程与步骤5和步骤6中的判断过程相同。
具体实施方式二、下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，步骤1所述抽出真空室A和真空室B内的气体的具体过程为：
步骤1-1、开启电磁阀J1，经过过滤器f1抽出真空室A内的气体；
步骤1-2、采用压力传感器Y11/Y12检测真空室A内的气体，判断真空室A内的气体真空度是否达到工作真空度，如果是则执行步骤1-3，如果否则重复执行步骤1-2；
步骤1-3、关闭电磁阀J1，开启电磁阀J2，经过过滤器f1抽出真空室B内的气体；
步骤1-4、采用压力传感器Y21/Y22检测真空室B内的气体，判断真空室B内的气体真空度是否达到工作真空度，如果是则执行步骤1-5，如果否则重复执行步骤1-4；
步骤1-5、关闭真空泵V1。
具体实施方式三、下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式二作进一步说明，步骤2所述对氩气的水氧成分进行标定的具体过程为：
步骤2-1、开启电磁阀J11，氩气通过压力表Z1和电磁阀J11充入流量调节阀T1；
步骤2-2、开启电磁阀J12，标定气体通过电磁阀J12充入流量调节阀T1；
步骤2-3、经过流量调节阀T1的氩气和标定气体经过过滤器f4充入水含量分析仪I1；
步骤2-4、经过水含量分析仪I1的氩气和标定气体经过流量调节阀T2充入氧含量分析仪I2；
步骤2-5、经过氧含量分析仪I2的氩气和标定气体经过采样泵V2和单向阀D3排出。
本实施方式中，通过电磁阀J11和电磁阀J12控制氩气和标定气体的充入量。
具体实施方式四、下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式三作进一步说明，步骤4所述同时向真空室A和真空室B内充入氩气的具体过程为：
步骤4-1、开启电磁阀J3、电磁阀J4、气体流量控制器b1、电磁阀J5、电磁阀J6和气体流量控制器b2；
步骤4-2、氩气通过电磁阀J3、电磁阀J4和气体流量控制器b1充入真空室A，氩气通过电磁阀J5、电磁阀J6和气体流量控制器b2充入真空室B；
步骤4-3、采用压力传感器Y11/Y12检测真空室A内的气体，判断真空室A内的氩气压力是否达到设定值，如果是则执行步骤4-4，如果否则重复执行步骤4-3；所述氩气压力的设定值为4000Pa；
采用压力传感器Y21/Y22检测真空室B内的气体，判断真空室B内氩气压力是否达到设定值，如果是则执行步骤4-5，如果否则重复执行步骤4-3；
步骤4-4、关闭电磁阀J3和电磁阀J4；
步骤4-5、关闭电磁阀J5和电磁阀J6。
具体实施方式五、下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式四作进一步说明，步骤5所述判断真空室A内的气体水氧成分是否达到设定值的具体过程为：
步骤5-1、开启电磁阀J9；
步骤5-2、真空室A内的气体经过过滤器f2、电磁阀J9和过滤器f4充入水含量分析仪I1；
步骤5-3、经过水含量分析仪I1的气体经过流量调节阀T2充入氧含量分析仪I2；
步骤5-4、经过氧含量分析仪I2的气体经过采样泵V2和单向阀D3排出；
步骤5-5、根据水含量分析仪I1和氧含量分析仪I2的测量结果判断真空室A内的气体水氧成分是否达到设定值；
其中：真空室A内的气体水氧成分是否达到设定值为：水含量不大于100ppm，氧含量不大于7ppm。
具体实施方式六、下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式四作进一步说明，步骤6所述判断真空室B内的气体水氧成分是否达到设定值的具体过程为：
步骤6-1、开启电磁阀J10，
步骤6-2、真空室B内的气体经过过滤器f3、电磁阀J10和过滤器f4充入水含量分析仪I1；
步骤6-3、经过水含量分析仪I1的气体经过流量调节阀T2充入氧含量分析仪I2；
步骤6-4、经过氧含量分析仪I2的气体经过采样泵V2和单向阀D3排出；
步骤6-5、根据水含量分析仪I1和氧含量分析仪I2的测量结果判断真空室B内的气体水氧成分是否达到设定值；
其中：真空室B内的气体水氧成分是否达到设定值为：水含量不大于100ppm，氧含量不大于7ppm。
具体实施方式七、下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式六作进一步说明，排出焊接过程产生的烟尘和热量的具体过程为：
开启电磁阀J3，氩气通过气体流量控制器b1和电磁阀J3充入真空室A，然后通过过滤器f2和单向阀D1排出，真空室A内焊接过程产生的烟尘和热量通过流通的氩气排出；
开启电磁阀J5，氩气通过气体流量控制器b2和电磁阀J5充入真空室B，然后通过过滤器f3和单向阀D2排出，真空室B内焊接过程产生的烟尘和热量通过流通的氩气排出。
具体实施方式八、下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式七作进一步说明，步骤8所述排出真空室A和真空室B内的气体的具体过程为：
开启电磁阀J7和电磁阀J8，真空室A和真空室B内的气体分别通过J7和电磁阀J8排出。
本发明中，为了防止真空室A内的气体压力过大，还设置了定压放气阀S1，当压力传感器Y11/Y12或电磁阀控制系统失效时，真空室A能够通过定压放气阀S1迅速泄压；为了防止真空室B内的气体压力过大，还设置了定压放气阀S2，当压力传感器Y21/Y22或电磁阀控制系统失效时，真空室B能够通过定压放气阀S2迅速泄压。

Claims (8)

1.真空舱室气体控制和监测方法，其特征在于，该气体控制和监测方法的具体过程为：
步骤1、开启真空泵V1，抽出真空室A和真空室B内的气体；
步骤2、开启采样泵V2，对氩气的水氧成分进行标定；
步骤3、判断要充入的氩气水氧成分是否达到设定值，如果是则执行步骤4，如果否则返回执行步骤2；所述氩气水氧成分的设定值为：体积分数Ar≥99.999×10-2，O2≤2ppm，H2O≤4ppm；
步骤4、同时向真空室A和真空室B内充入氩气；
步骤5、判断真空室A内的气体水氧成分是否达到设定值，如果是则执行步骤6，如果否则返回执行步骤4；
其中：真空室A内的气体水氧成分是否达到设定值为：水含量不大于100ppm，氧含量不大于7ppm；
步骤6、判断真空室B内的气体水氧成分是否达到设定值，如果是则执行步骤7，如果否则返回执行步骤4；
其中：真空室B内的气体水氧成分是否达到设定值为：水含量不大于100ppm，氧含量不大于7ppm；
步骤7、在真空室A和真空室B内进行焊接作业，排出焊接过程产生的烟尘和热量，同时判断真空室A和真空室B内的气体水氧成分是否达到设定值，如果是重复执行步骤7，如果否则返回执行步骤4；
步骤8、焊接作业完成，排出真空室A和真空室B内的气体。
2.根据权利要求1所述的真空舱室气体控制和监测方法，其特征在于，步骤1所述抽出真空室A和真空室B内的气体的具体过程为：
步骤1-1、开启电磁阀J1，经过过滤器f1抽出真空室A内的气体；
步骤1-2、采用压力传感器Y11/Y12检测真空室A内的气体，判断真空室A内的气体真空度是否达到工作真空度，如果是则执行步骤1-3，如果否则重复执行步骤1-2；
步骤1-3、关闭电磁阀J1，开启电磁阀J2，经过过滤器f1抽出真空室B内的气体；
步骤1-4、采用压力传感器Y21/Y22检测真空室B内的气体，判断真空室B内的气体真空度是否达到工作真空度，如果是则执行步骤1-5，如果否则重复执行步骤1-4；
步骤1-5、关闭真空泵V1。
3.根据权利要求2所述的真空舱室气体控制和监测方法，其特征在于，步骤2所述对氩气的水氧成分进行标定的具体过程为：
步骤2-1、开启电磁阀J11，氩气通过压力表Z1和电磁阀J11充入流量调节阀T1；
步骤2-2、开启电磁阀J12，标定气体通过电磁阀J12充入流量调节阀T1；
步骤2-3、经过流量调节阀T1的氩气和标定气体经过过滤器f4充入水含量分析仪I1；
步骤2-4、经过水含量分析仪I1的氩气和标定气体经过流量调节阀T2充入氧含量分析仪I2；
步骤2-5、经过氧含量分析仪I2的氩气和标定气体经过采样泵V2和单向阀D3排出。
4.根据权利要求3所述的真空舱室气体控制和监测方法，其特征在于，步骤4所述同时向真空室A和真空室B内充入氩气的具体过程为：
步骤4-1、开启电磁阀J3、电磁阀J4、气体流量控制器b1、电磁阀J5、电磁阀J6和气体流量控制器b2；
步骤4-2、氩气通过电磁阀J3、电磁阀J4和气体流量控制器b1充入真空室A，氩气通过电磁阀J5、电磁阀J6和气体流量控制器b2充入真空室B；
步骤4-3、采用压力传感器Y11/Y12检测真空室A内的气体，判断真空室A内的氩气压力是否达到设定值，如果是则执行步骤4-4，如果否则重复执行步骤4-3；所述氩气压力的设定值为4000Pa；
采用压力传感器Y21/Y22检测真空室B内的气体，判断真空室B内氩气压力是否达到设定值，如果是则执行步骤4-5，如果否则重复执行步骤4-3；
步骤4-4、关闭电磁阀J3和电磁阀J4；
步骤4-5、关闭电磁阀J5和电磁阀J6。
5.根据权利要求4所述的真空舱室气体控制和监测方法，其特征在于，步骤5所述判断真空室A内的气体水氧成分是否达到设定值的具体过程为：
步骤5-1、开启电磁阀J9；
步骤5-2、真空室A内的气体经过过滤器f2、电磁阀J9和过滤器f4充入水含量分析仪I1；
步骤5-3、经过水含量分析仪I1的气体经过流量调节阀T2充入氧含量分析仪I2；
步骤5-4、经过氧含量分析仪I2的气体经过采样泵V2和单向阀D3排出；
步骤5-5、根据水含量分析仪I1和氧含量分析仪I2的测量结果判断真空室A内的气体水氧成分是否达到设定值；
其中：真空室A内的气体水氧成分是否达到设定值为：水含量不大于100ppm，氧含量不大于7ppm。
6.根据权利要求4所述的真空舱室气体控制和监测方法，其特征在于，步骤6所述判断真空室B内的气体水氧成分是否达到设定值的具体过程为：
步骤6-1、开启电磁阀J10，
步骤6-2、真空室B内的气体经过过滤器f3、电磁阀J10和过滤器f4充入水含量分析仪I1；
步骤6-3、经过水含量分析仪I1的气体经过流量调节阀T2充入氧含量分析仪I2；
步骤6-4、经过氧含量分析仪I2的气体经过采样泵V2和单向阀D3排出；
步骤6-5、根据水含量分析仪I1和氧含量分析仪I2的测量结果判断真空室B内的气体水氧成分是否达到设定值；
其中：真空室B内的气体水氧成分是否达到设定值为：水含量不大于100ppm，氧含量不大于7ppm。
7.根据权利要求6所述的真空舱室气体控制和监测方法，其特征在于，排出焊接过程产生的烟尘和热量的具体过程为：
开启电磁阀J3，氩气通过气体流量控制器b1和电磁阀J3充入真空室A，然后通过过滤器f2和单向阀D1排出，真空室A内焊接过程产生的烟尘和热量通过流通的氩气排出；
开启电磁阀J5，氩气通过气体流量控制器b2和电磁阀J5充入真空室B，然后通过过滤器f3和单向阀D2排出，真空室B内焊接过程产生的烟尘和热量通过流通的氩气排出。
8.根据权利要求7所述的真空舱室气体控制和监测方法，其特征在于，步骤8所述排出真空室A和真空室B内的气体的具体过程为：
开启电磁阀J7和电磁阀J8，真空室A和真空室B内的气体分别通过J7和电磁阀J8排出。
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