CN111761195B - 一种耐压壳体真空预热电子束焊接装置 - Google Patents

一种耐压壳体真空预热电子束焊接装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐压壳体真空预热电子束焊接装置，包括真空电子束焊机，加热系统，温控系统和冷却系统，所述耐压壳体置于真空电子束焊机内部的转台上方，所述加热系统包括内、外加热装置，对耐压壳体进行内、外双侧加热；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，用于将真空室内热量导出，防止热量积累造成真空室内器件损坏，解决了大气环境下高温预热状态下合金的氧化问题以及高强合金耐压壳体焊接性差，焊接接头性能低的难题，获得的焊接接头综合性能优良，实现了耐压壳体的可靠连接。

Description

一种耐压壳体真空预热电子束焊接装置
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真空预热电子束焊接装置。
背景技术
采用高强合金制作的某耐压壳体，由于该合金强度较高，焊接性差，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。同时，该合金制作的耐压壳体厚度较大，焊缝长度长，结构复杂，传统焊接方式已无法满足该类型耐压壳体的焊接。
焊前预热是焊前将焊件局部和整体进行适当加热的工艺措施，目的是减小焊接接头的冷却速度，避免产生淬硬组织和减小焊接应力与变形，它是防止产生焊接裂纹的有效方法，但大气环境中实施的高温预热容易使合金表面氧化，甚至导致产品报废，目前尚无合适的焊接设备能够完成该耐压壳体的可靠焊接。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明设计制作了一套在在真空环境下实现该类耐压壳体的真空预热电子束焊接装置，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。
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装置，用于耐压壳体环形焊缝的焊接，所述焊接装置包括真空电子束焊机，加热系统，温控系统和冷却系统，所述真空电子束焊机包括电子束焊枪、真空室和转台，所述耐压壳体置于真空电子束焊机内部的转台上方，所述加热系统包括内、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，在真空条件下采用热辐射方式进行耐压壳体的焊前加热，外加热装置通过支撑结构固定支撑在耐压壳体外部，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；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。
进一步地，所述内、外加热装置位于耐压壳体焊缝区域±200mm范围内。
进一步地，外加热装置利用四个支撑柱进行支撑固定，外加热装置上下边缘隔热屏与耐压壳体外壁留有一定间距，满足电子束焊接时耐压壳体有足够空间进行旋转。
进一步地，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。
有益效果：本发明通过设计一种针对耐压壳体中特殊焊缝的真空预热电子束焊接装置，解决了大气环境下高温预热状态下合金的氧化问题以及高强合金耐压壳体焊接性差，焊接接头性能低的难题，在真空条件下预热焊接，避免焊接缺陷的产生，获得的焊接接头综合性能优良，实现了耐压壳体的可靠连接。
真空环境下的预热焊接在真空室内进行，能够有效避免焊接裂纹等缺陷的产生，并避免合金氧化问题，本发明同时还根据耐压壳体的结构特点，设计了与其匹配的高效加热系统，、温控系统和水冷系统，加热效率高，且能够对温度进行实时准确监控，并且通过冷却系统避免了真空电子束焊机高温下造成损坏问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
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。
本发明设计了一种耐压壳体真空预热电子束焊接装置，用于耐压壳体环形焊缝的焊接，如图1-2所示，所述焊接装置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1需要进行部件1-1与部件1-2的焊接，形成环形焊缝1-3。
所述加热系统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1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1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。
耐压壳体1用加热系统2采用内外两侧加热方式进行，内、外加热装置采用金属器件加热，在真空条件下采用热辐射方式进行耐压球壳的焊前加热；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。
温控系统3包括控电柜3-1、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。
长时间高温预热容易对真空电子束焊机造成损坏，因此，本发明还设计了水冷系统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。
使用本发明焊接装置的真空预热焊接步骤如下：
将真空电子束焊机，加热系统，耐压壳体，供电系统，温控系统，水冷系统等按要求进行装配，然后进行各个系统的检测，检测合格后抽真空；
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；
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；温控系统停止供电加热，只保留温度记录；
由于工件受热膨胀，加热完成后需重新调整电子枪位置至焊缝中心，首先进行定位焊接：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；然后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，然后停止供电进行正式焊接；开启电子束焊枪，按照既定焊接工艺进行焊接即可；
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壳体的真空预热焊接。
本发明结合耐压壳体的焊接特点，设计了一套真空预热电子束焊接装置，在真空环境下加热解决了高温预热状态下合金的氧化问题以及焊接性差的问题，保证了焊接质量，获得了综合性能优良的环形焊缝；加热系统采用双侧加热方式，加热效率高，同时设计了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)

1.一种耐压壳体真空预热电子束焊接装置，用于耐压壳体环形焊缝的焊接，其特征在于，所述焊接装置包括真空电子束焊机，加热系统，温控系统和冷却系统，所述真空电子束焊机包括电子束焊枪、真空室和转台，所述耐压壳体置于真空电子束焊机内部的转台上方，所述加热系统包括内、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，在真空条件下采用热辐射方式进行耐压壳体的焊前加热，外加热装置通过支撑结构固定支撑在耐压壳体外部，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；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。
2.如权利要求1所述的一种耐压壳体真空预热电子束焊接装置，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。
3.如权利要求1所述的一种耐压壳体真空预热电子束焊接装置，其特征在于，外加热装置利用四个支撑柱进行支撑固定，外加热装置上下边缘隔热屏与耐压壳体外壁留有一定间距，满足电子束焊接时耐压壳体有足够空间进行旋转。
4.如权利要求1所述的一种耐压壳体真空预热电子束焊接装置，其特征在于，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。
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