CN106799537A - 钢板真空复合电子束焊接设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种钢板真空复合电子束焊接设备，包括焊接室、放置待复合钢板的工作平台、4组动枪机构和4支电子枪。4组动枪机构绕设在待复合钢板即工作平台的四周，每组动枪机构均配备1支电子枪。每组动枪机构带动1支电子枪运动，并使得电子枪发出的电子束沿着待复合钢板的其中一个焊接面的焊缝做二维移动。针对不同尺寸的复合钢板的焊接面的焊缝与电子枪的电子束出口的距离不同，通过控制电子枪发出的电子束焦点的远近来适应。本发明采用二机械轴和一电气轴，实现电子束聚焦斑点三维运动，待复合钢坯水平叠放且不用翻转，一次抽真空即可实现复合钢坯复合面四边同时焊，同时也能提高焊接室的利用空间。

Description

钢板真空复合电子束焊接设备
技术领域
本发明涉及电子束加工设备技术领域，具体涉及一种钢板真空复合电子束焊接设备。
背景技术
真空复合轧制法是一种复合钢板先进的制备方法，该方法工艺流程为：先将两块或多块待复合钢板坯料切割成规定的尺寸；再将待复合表面通过龙门铣床机械清理干净；之后将待复合钢板叠合在一起，在真空环境下对复合面四周进行电子束焊接；接着将焊接完成的坯料送入加热炉加热；最后进行轧制，得到复合钢板。该生产方法具有很高复合质量，且原材料来源广泛，可进行同种材料钢坯和异种材料钢坯的复合。
真空复合轧制法生产线中最影响生产效率且最为关键的工艺段是电子束焊接。然而，目前工业化生产复合钢板过程中的真空电子束焊接工序却存在生产效率较低，导致整个制备复合钢板过程效率低下的问题，其主要原因为：
1.待复合钢板尺寸大、吨位重，且工作真空度要求高，造成焊接室抽真空时间长；
2.采用单电子枪焊接的装备实现对待复合界面进行四周焊接密封，矩形待复合坯料要么需要在真空室内进行三次翻转，要么需要三次退出真空室并进行翻转，才能完成四个面的焊接，待复合坯料翻转中断焊接过程都会降低生产节奏；
3.采用室内翻转方式焊接室制造尺寸将要加大，造成抽真空时间进一步加长；采用室外翻转方式节奏更慢，且中途退出真空室会使未被完全封闭的复合界面进入空气，破坏复合界面的高真空状态，而复合界面狭缝内的空气在真空室内已很难再被重复完全抽净，在后续的钢板坯料加热过程中可能使复合界面造成氧化，产生界面缺陷。
为了提高真空复合轧制法生产效率及焊接质量，需对真空电子束焊机的结构及运行方式进行创新改进。
发明内容
本发明所要解决的是现有工业化生产复合钢板过程中的真空电子束焊接工序存在生产效率较低，从而导致整个制备复合钢板过程效率低下的问题，提供一种钢板真空复合电子束焊接设备。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
钢板真空复合电子束焊接设备，包括焊接室、工作平台、动枪机构和电子枪；待复合钢板水平叠放在工作平台上，工作平台处于焊接室内腔的底部中央；有4组动枪机构绕设在工作平台的四周，每组动枪机构对应待复合钢板的一个焊接面；每组动枪机构均配备1支电子枪，每组动枪机构带动其上的电子枪运动，并使得该电子枪发出的电子束沿着所对应的待复合钢板的其中一个焊接面上的焊缝做横向和纵向的二维移动。
上述方案中，每组动枪机构均包括横向导轨、2条纵向导轨和2根固定桩；2根固定桩分别立设在焊接室的其中一个侧壁的横向两端即焊接室的2个相邻的内角处；2条纵向导轨的分别固定安装在这2根固定桩上；横向导轨的两端分别活动安装在这2条纵向导轨上，并能沿着纵向导轨在焊接室内纵向移动；电子枪活动安装在横向导轨上，并能沿着横向导轨在焊接室内横向移动；电子枪与待复合钢板的焊缝相对，且电子枪的电子束出口朝向焊缝。
作为改进，上述方案中，每2组相邻的动枪机构中处于焊接室的同一内角的2固定桩合并为1根固定桩，即这2组相邻动枪机构的其中1条纵向导轨同时安装在这根固定桩上。
上述方案中，针对不同尺寸的复合钢板的焊接面的焊缝与电子枪的电子束出口的距离不同，通过控制电子枪发出的电子束焦点的远近来适应。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
1.待复合钢坯水平叠放，不用翻转，装夹简单化。
2.一次抽真空，复合钢坯复合面四边同时焊，效率和成品率高。
3.采用二机械轴和一电气轴，实现电子束聚焦斑点三维运动，比三维动枪机械机构简洁，运行可靠，并能提高焊接室的利用空间。
附图说明
图1为钢板真空复合电子束焊接装备的非等比例关系的主视图。
图2为钢板真空复合电子束焊接装备的非等比例关系的左视图。
图3为钢板真空复合电子束焊接装备的非等比例关系的俯视图。
图中标号：1、焊接室；2、电子枪；3、真空机组；4、动枪机构；41、横向导轨；42、纵向导轨；43、固定桩；5、工作平台；6、进出导轨；7、焊接室门；8、开门横梁。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明：
一种钢板真空复合电子束焊接设备，如图1-3所示，主要由焊接室1、电子枪2、真空机组3、动枪机构4、工作平台5、进出导轨6、操作台、焊接室门7、开门横梁8、操作台、控制柜和高压油箱组成。
待复合钢板均为矩形，其水平叠放时具有4个侧面(即焊接面)。焊接面上的焊缝条数由待复合钢板的数量决定：当2块钢板进行复合时，每个焊接面上的焊缝的条数为1条；当3块钢板进行复合时，每个焊接面上的焊缝的条数为2条；依次类推，当N块钢板进行复合时，每个焊接面上的焊缝的条数为N-1条。
为了能够实现待复合钢坯的非翻转焊接，本发明包括4组动枪机构4和4支电子枪2。4组动枪机构4绕设在待复合钢板即工作平台5的四周，每组动枪机构4对应加工一个焊接面上的所有焊缝。每组动枪机构4均配备1支电子枪2，每组动枪机构4带动其上的电子枪2运动，并使得电子枪2发出的电子束沿着待复合钢板的其中一个焊接面的焊缝做二维移动。
焊接室1：由30～35mm厚的钢板焊接加工而成，焊接室1的壁及其壁上所开的窗和孔都需能承受1个大气压的压力，同时具备真空密封和防X射线泄漏功能。焊接室1内部安装多台摄像头，可在线观察焊接过程的状况。
电子枪2：本发明共有4支电子枪2。每支电子枪2产生可控电子束，电子枪2产生的电子束的焦点可调，且具有偏转与扫描功能。
真空机组3：本发明共有2套真空机组3，这2套真空机组3均从焊接室1的上部抽气口对焊接室1抽气，实现并维持焊接室1内部真空优于1×10-2Pa的工作环境。每组真空机组3由机械真空泵、罗茨泵和油扩散泵串联组成。
动枪机构4：本发明共有4组动枪机构4，这4组动枪机构4分别实现4支电子枪2的二维机械运动。每组动枪机构4均包括横向导轨41、2条纵向导轨42和2根固定桩43。2根固定桩43分别立设在焊接室1的其中一个侧壁的横向两端即焊接室1的2个相邻的内角处；2条纵向导轨42的分别固定安装在这2根固定桩43上；横向导轨41的两端分别活动安装在2条纵向导轨42上，并能沿着纵向导轨42在焊接室1内纵向移动；电子枪2活动安装在横向导轨41上，并能沿着横向导轨41在焊接室1内横向移动；电子枪2与待复合钢板的所对应的焊接面上的焊缝相对，且电子枪2的电子束出口朝向焊缝。为了节约空间，在本发明优选实施例中，动枪机构4采用固定桩43共用的形式，即在每2组相邻的动枪机构4中，处于焊接室1同一个内角处的2根固定桩43合为一体。此时，焊接室1中共有4根固定桩43，即焊接室1的4个内角处各立有1根固定桩43，每2组相邻的动枪机构的其中1条纵向导轨42同时固定安装在这根固定桩43上。将每组动枪机构4的横向导轨41与焊缝平行方向定义为x轴，纵向导轨42与焊缝垂直方向定义为y轴，电子枪2的电子束出口至焊接面的距离方向定义为z轴。x轴和y轴由电动机驱动实现二维机械运动，z轴由电子枪2的电子束聚焦电流调节电子束焦点的远近，即由二维机械轴和一维电气轴实现电子束焦点的三维运动。
工作平台5：用于承载待复合钢板，即待复合钢板水平叠放在工作平台5上。工作平台5处于焊接室1内腔的底部中央。
进出导轨6：用于承载工作平台5，在电动机的驱动下，工作平台5沿着进出导轨6进出焊接室1。
焊接室门7：由30～35mm厚的钢板焊接加工而成，焊接室门7的壁及其壁上所开的窗和孔都需能承受1个大气压的压力，同时具备真空密封和防X射线泄漏功能。
开门横梁8：用于焊接室门7定向打开。
操作台：用于焊接参数的设定、记录，焊接流程的操作，焊接过程的在线监控。
控制柜：集成安装整台装备电气装置的元器件。包括油箱的供电电源调节装置、电子枪2聚焦和偏扫电源、电动机的驱动电源装置、真空机组3控制装置、焊接流程控制装置以及中央控制单元(PLC和/或工业计算机)。
高压油箱：产生加速电源、阴极电源及栅偏控制电源。本发明共有4台高压油箱，这4台高压油箱分别通过高压电缆给4支电子枪2供电。
上述钢板真空复合电子束焊接设备的工作过程如下：
第1步、装料。焊接室门7打开状态，工作平台5沿着进出导轨6开出焊接室1外，此时电子枪2位于终点位置，该终点位置为电子枪2可移动范围的最上端的左侧或右侧中的一侧(相当于焊机室的上角落处)，使其不妨害工作平台5及复合钢板进出焊接室1；把至少两块待复合面已加工清理好的钢板坯料依次吊装到工作平台5上，并依次叠放整齐，其四边焊缝尽量与4组动枪机构4的横梁分别平行；工作平台5开进焊接室1，到位后锁定；关好焊接室门7。
第2步、焊前准备。启动真空机组3对焊接室1进行抽气，当焊接室1真空优于5Pa后，依次启动4支电子枪2的分子泵；当焊接室1真空优于5Pa，且4支电子枪2的内部真空都优于1×10-2Pa后，启动电子枪2的电源，借助光学观察系统，采用试验电子束流对焊缝轨迹进行试验示教寻迹，并记录焊缝轨迹数据；4支电子枪2各自运行回x轴的起点位置，该起点位置位于电子枪2终点位置的另一侧；根据焊缝轨迹数据编写焊缝CNC运行程序。
第3步、焊接。调用焊接参数，待到焊接室1真空优于1×10-2Pa后，启动焊接程序(包括焊缝CNC运行程序)。4支电子枪2各自根据焊接参数同时焊接，4支电子枪2同时按顺时针或按反时针运行，每支电子枪2焊完一边后，关掉其电源及其分子泵，并自动运行到终点位置。
第4步、出料。复合钢板四边都焊接完成后，结束真空机组3对焊接室1抽气工作；对焊接室1充气；打开焊接室门7；工作平台5沿着进出导轨6移出焊接室1；吊车吊走焊好的钢板，进入下一个工序。
本发明采用4支电子枪2对待复合钢坯复合面4条边同时进行焊接，实现一次抽真空过程且不用翻转钢坯就完成待复合钢坯复合面的四周焊接，这样既提高了工效，又能消除复合界面被氧化的缺陷。

Claims (4)

1.钢板真空复合电子束焊接设备，包括焊接室(1)、工作平台(5)、动枪机构(4)和电子枪(2)；待复合钢板水平叠放在工作平台(5)上，工作平台(5)处于焊接室(1)内腔的底部中央；其特征在于：有4组动枪机构(4)绕设在工作平台(5)的四周，每组动枪机构(4)对应待复合钢板的一个焊接面；每组动枪机构(4)均配备1支电子枪(2)，每组动枪机构(4)带动其上的电子枪(2)运动，并使得该电子枪(2)发出的电子束沿着所对应的待复合钢板的其中一个焊接面上的焊缝做二维移动。
2.根据权利要求1所述的钢板真空复合电子束焊接设备，其特征在于：每组动枪机构(4)均包括横向导轨(41)、2条纵向导轨(42)和2根固定桩(43)；2根固定桩(43)分别立设在焊接室(1)的其中一个侧壁的横向两端即焊接室(1)的2个相邻的内角处；2条纵向导轨(42)的分别固定安装在这2根固定桩(43)上；横向导轨(41)的两端分别活动安装在这2条纵向导轨(42)上，并能沿着纵向导轨(42)在焊接室(1)内纵向移动；电子枪(2)活动安装在横向导轨(41)上，并能沿着横向导轨(41)在焊接室(1)内横向移动；电子枪(2)与待复合钢板的焊接面上的焊缝相对，且电子枪(2)的电子束出口朝向焊缝。
3.根据权利要求2所述的钢板真空复合电子束焊接设备，其特征在于：每2组相邻的动枪机构(4)中处于焊接室(1)的同一内角的2根固定桩(43)合并为1根固定桩(43)，此时这2组相邻动枪机构(4)的其中1条纵向导轨(42)同时安装在这根固定桩(43)上。
4.根据权利要求1所述的钢板真空复合电子束焊接设备，其特征在于：针对不同尺寸的复合钢板的焊接面的焊缝与电子枪(2)的电子束出口的距离不同，通过控制电子枪(2)发出的电子束焦点的远近来适应。
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