CN111761192B - 一种耐压壳体环形焊缝的真空预热电子束焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐压壳体环形焊缝的真空预热电子束焊接方法，在真空环境下实现耐压壳体的焊接，对耐压壳体进行了焊前高温预热，在加热同时进行温度监控和水冷冷却，预热结束后通过转台转动进行环形焊缝的焊接，其中水冷冷却有效防止热辐射对真空室内零部件的损伤，经过真空预热和电子束焊接，既防止了壳体氧化，又解决了高强合金耐压壳体焊接性差，焊接接头性能低的难题，实现了高强合金耐压壳体的高效可靠连接。
Description
技术领域
本发明涉及电子束焊接技术领域，具体涉及一种耐压壳体环形焊缝的真空预热电子束焊接方法。
背景技术
耐压壳体采用高强合金制作，需将两个半球壳状部件进行焊接，形成环形焊缝，然而由于该合金强度较高、厚度较大，焊缝长度长，结构复杂，采用传统的手工焊接或电子束焊接时，焊接组织较差，所得到的焊接接头塑韧性严重不足，极易出现裂纹等焊接缺陷，传统焊接方式已无法满足该类型耐压壳体的焊接，目前尚无针对该高强合金耐压壳体焊接的有效方法。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种在真空环境下实现该类耐压壳体焊接的耐压壳体环形焊缝的真空预热电子束焊接方法，解决了高强合金耐压壳体焊接性差，焊接接头性能低的难题，实现了高强合金耐压壳体的高效可靠连接。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种耐压壳体环形焊缝的真空预热电子束焊接方法，包括如下步骤：
（1）在真空室内安装好转台，将耐压壳体，加热系统，温控系统，水冷系统和电子束焊机按要求进行装配，其中加热系统包括内、外加热装置，内加热装置与耐压壳体内部进行固定连接，随耐压壳体进行旋转，外加热装置通过支撑结构固定支撑在耐压壳体外部，耐压壳体置于真空电子束焊机内的转台上方，装配完成后，对各个系统进行检测，检测合格后抽真空；
（2）制取真空至真空度优于1×10-2Pa后，开启加热系统，按照设定的工艺路线进行加热，加热过程中开启水冷系统和温控系统；
（3）待加热温度至目标温度后，进行保温，使得耐压壳体沿厚度方向上温度均满足焊接要求为止，具体加热时间可采用试验进行测定；
（4）温控系统停止供电加热，保留温度记录；
（5）由于工件受热膨胀，需重新调整电子束焊枪位置至焊缝中心，然后利用转台将耐压壳体旋转一周完成定位焊接，此时转台位于360°位置附近；
（6）将耐压壳体反向旋转至0°位置，再次启动内、外加热系统加热至目标温度，然后停止供电；
（7）开启电子束焊枪，按照既定焊接工艺进行焊接；
（8）整个过程中冷却系统和温度监控系统始终开启，待耐压球壳温度降至100℃以下后进行真空室放气，打开炉门，拆除各个系统即可完成耐压球壳的真空预热焊接。
所述温控系统包括控电柜、真空法兰及配套线路，真空法兰位于真空室壁上，加热线路由真空法兰进入真空室内部，采用真空水冷法兰电极形式接入动力线，实现加热装置的电源供电；在耐压壳体内部的多个部位布置多个热电偶用于焊前预热温度均匀性的监测，热电偶穿过真空法兰采用法兰电极形式实现信号传输。
所述水冷系统包括水冷管路、水冷盘及水冷器件，在内部通有循环冷却水，其中水冷盘置于转台上方与转台紧密贴合，真空室壁上设置水冷插头，水冷系统连接真空室内转台上的水冷盘和真空室壁上其他水冷器件，用于真空室内热量导出，防止热量积累造成真空室内器件损坏。
所述内、外加热装置位于耐压壳体焊缝区域±200mm范围内。
有益效果：
本发明的焊接方法，对耐压壳体进行了焊前高温预热，有效解决高强合金焊接性差的问题，同时，为了防止高温预热带来的氧化问题，提出了真空环境下的预热焊接方式，并结合耐压壳体的特点，设置了与之配套的加热、水冷、温控系统，有效实现了耐压壳体特殊焊缝的真空高温预热条件下的电子束焊接，解决了高强合金耐压壳体焊接性差，焊接接头性能低的难题，实现了高强合金耐压壳体的高效可靠连接。
附图说明
图1本发明使用的真空预热电子束焊接装置结构示意图；
图2为图1的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供了一种耐压壳体真空预热电子束焊接方法，所使用的焊接装置如图1-2所示，包括真空电子束焊机，加热系统2，温控系统3和冷却系统4，其中，所述真空电子束焊机包括电子枪5-1，真空室5-2和转台5-3，所述耐压壳体1置于真空电子束焊机内的转台5-3上方，其中耐压壳体需要进行上部件1-1与下部件1-2的焊接，形成环形焊缝1-3。
本发明的焊接方法包括以下步骤：
（1）在真空室内安装好转台，将耐压壳体，加热系统，温控系统，水冷系统和电子束焊机按要求进行装配，装配完成后，对各个系统进行检测，检测合格后抽真空；
（2）制取真空至真空度优于1×10-2Pa后，开启加热系统，按照设定的工艺路线进行加热，加热过程中开启水冷系统和温控系统，加热系统采用内外两侧加热方式进行，当耐压壳体厚度较小，焊前加热范围要求不严格等条件允许时也可采用单侧加热；
（3）待加热温度至目标温度（300-700℃）后，进行保温，使得耐压壳体沿厚度方向上温度均满足焊接要求为止，具体加热时间可采用试验进行测定；
（4）温控系统停止供电加热，保留温度记录；
（5）由于工件受热膨胀，需重新调整电子束焊枪位置至焊缝中心，然后利用转台将耐压壳体旋转一周完成定位焊接，此时转台位于360°位置附近；
（6）将耐压壳体反向旋转至0°位置，再次启动内、外加热系统加热至目标温度，然后停止供电；
（7）开启电子束焊枪（5-1），按照既定焊接工艺进行焊接；
（8）整个过程中冷却系统和温度监控系统始终开启，待耐压球壳温度降至100℃以下后进行真空室放气，打开炉门，拆除各个系统即可完成耐压球壳的真空预热焊接。
加热系统2包括内、外加热装置，内、外加热装置位于耐压壳体焊缝区域d（如±200mm）范围内，内加热装置2-1与耐压壳体内部通过连接件2-3进行固定连接，内加热装置2-1随着耐压壳体1进行旋转，内加热装置2-1上下边缘的隔热屏与耐压壳体内壁进行近距离贴合，减少热量耗散；外加热装置2-2采用固定方式，不随耐压壳体1旋转，如图所示利用四个支撑柱2-4进行支撑固定，外加热装置2-2上下边缘的隔热屏与耐压壳体1外壁留有一定间距（如50mm左右），能够满足电子束焊接时耐压壳体有足够空间进行旋转。
温控系统包括控电柜、真空法兰3-2及配套线路等部件，在真空室壁上制作真空法兰3-2，加热线路和热电偶由真空法兰进入真空室内，其中加热线路采用真空水冷法兰电极形式接入动力线，实现加热装置的电源供电，热电偶采用法兰电极形式实现信号传输；在耐压壳体多个部位布置多个（4-12个）热电偶用于焊前预热温度均匀性的监测。
水冷系统4由水冷管路、水冷盘及水冷器件等结构构成，其中水冷盘4置于转台5-3上方紧密贴合；在内部通有循环冷却水，在真空室壁上设置水冷插头，连接真空室内转台上水冷盘和真空壁上其他水冷器件，用于真空室内热量导出，防止热量积累造成真空室内器件损坏。
实施例
采用本发明所述方法对某耐压壳体进行焊接，具体步骤如下：
各系统装配完成后，然后进行各个系统的检测，检测合格后进行抽真空；
制取真空至真空度至8×10-3Pa后，开启加热系统，按照设定的工艺路线进行加热，加热过程中开启水冷系统和温度监控系统；
待加热温度至目标温度400℃后，进行保温1h，使得耐压壳体沿厚度方向上温度均满足焊接要求；
停止供电，同时继续开启冷却系统和温度监控系统；
由于工件受热膨胀，重新调整电子枪位置至焊缝中心，然后利用转台将耐压壳体旋转一周完成定位焊接，此时转台位于360°位置附近；
将耐压壳体反向旋转至0°位置，再次启动内、外加热系统加热至目标温度，然后停止供电；
开启电子束焊枪，按照既定焊接工艺进行焊接即可，其中焊接工艺如下：加速电压150KV，焊接速度300mm/min，焊接束流250mA。
整个过程中冷却系统和温度监控系统始终开启，待耐压球壳温度降至100℃左右后进行真空室放气，打开炉门，拆除各个系统即可完成耐压球壳的真空预热焊接。
利用无损检测（射线、超声波和渗透检测）方法对采用上述方法获得的耐压壳体焊缝进行检验，焊缝质量满足NB/T 47013中射线、超声和渗透检测 І级焊缝要求。
实验表明，使用发明的焊接方法，能有效耐压壳体的焊接问题，焊接前进行高温预热，经过焊前高温预热后再进行电子束焊接，能够有效避免焊接裂纹等缺陷的产生，同时能够改善其焊态组织，大幅度提高接头的塑韧性，真空环境解决了高温预热状态下合金的氧化问题，保证了焊接质量，获得了综合性能优良的环形焊缝；水冷系统对真空电子束焊机进行有效防护，避免了真空电子束焊机高温下造成损坏问题。
Claims (4)
1.一种耐压壳体环形焊缝的真空预热电子束焊接方法，其特征在于，包括如下步骤，
（1）在真空室内安装好转台，将耐压壳体，加热系统，温控系统，水冷系统和电子束焊机按要求进行装配，其中加热系统包括内、外加热装置，内加热装置与耐压壳体内部进行固定连接，随耐压壳体进行旋转，外加热装置通过支撑结构固定支撑在耐压壳体外部，耐压壳体置于真空电子束焊机内的转台上方，装配完成后，对各个系统进行检测，检测合格后抽真空；
（2）制取真空至真空度优于1×10-2Pa后，开启加热系统，按照设定的工艺路线进行加热，加热过程中开启水冷系统和温控系统；
（3）待加热温度至目标温度后，进行保温，使得耐压壳体沿厚度方向上温度均满足焊接要求为止，具体加热时间采用试验进行测定；
（4）温控系统停止供电加热，保留温度记录；
（5）由于工件受热膨胀，需重新调整电子束焊枪位置至焊缝中心，然后利用转台将耐压壳体旋转一周完成定位焊接，此时转台位于360°位置附近；
（6）将耐压壳体反向旋转至0°位置，再次启动内、外加热系统加热至目标温度，然后停止供电；
（7）开启电子束焊枪，按照既定焊接工艺进行焊接；
（8）整个过程中冷却系统和温度监控系统始终开启，待耐压球壳温度降至100℃以下后进行真空室放气，打开炉门，拆除各个系统即可完成耐压球壳的真空预热焊接。
2.如权利要求1所述的一种耐压壳体环形焊缝的真空预热电子束焊接方法，其特征在于，所述温控系统包括控电柜、真空法兰及配套线路，真空法兰位于真空室壁上，加热线路由真空法兰进入真空室内部，采用真空水冷法兰电极形式接入动力线，实现加热装置的电源供电；在耐压壳体内部的多个部位布置热电偶用于焊前预热温度均匀性的监测，热电偶穿过真空法兰采用法兰电极形式实现信号传输。
3.如权利要求1所述的一种耐压壳体环形焊缝的真空预热电子束焊接方法，其特征在于，所述水冷系统包括水冷管路、水冷盘及水冷器件，在内部通有循环冷却水，其中水冷盘置于转台上方与转台紧密贴合，真空室壁上设置水冷插头，连接真空室内转台上的水冷盘和真空室壁上的水冷器件，用于真空室内热量导出，防止热量积累造成真空室内器件损坏。
4.如权利要求1所述的一种耐压壳体环形焊缝的真空预热电子束焊接方法，其特征在于，所述内、外加热装置位于耐压壳体焊缝区域±200mm范围内。
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