CN113290311A - 一种金属管件局部真空电子束焊用真空密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属管件局部真空电子束焊用真空密封装置，金属管件表面均具有一定的粗糙度，包括支撑底座、用于对待焊位置内外侧进行真空密封的内环形真空腔室和外环形真空腔室、内环形支架和外环形支架，外环形支架与支撑底座固定连接；内环形支架的两侧设有内密封组件；外环形支架的两侧设有完全一致的环形槽，各个环形槽与金属管件外壁围成的空间内均设有用于密封的外密封组件；内环形支架与外部的驱动机构相连接进而能够带动内真空密封组件和金属管件一同转动，进而带动外密封组件一同运动。真空密封装置较好地解决了金属管件在电子束焊接过程中的密封问题，使得金属管件可以实现局部真空电子束焊接，以提高焊接质量和减小焊接变形。

Description

一种金属管件局部真空电子束焊用真空密封装置
技术领域
本发明涉及金属管件焊接技术领域，具体的说是一种金属管件局部真空电子束用真空密封装置。
背景技术
电子束焊接是随着现代科学技术的发展而迅速发展起来的一种熔化焊方法，电子束具有很高的能量密度，焊缝深宽比高，可达15:1，热影响区小，工件变形小，晶粒细密等，被焊金属的厚度从1～150mm，不开坡口，一般不添加焊丝，一次焊成且焊缝质量好，这是其他焊接方法无法达到的。考虑到焊接效率和焊接质量等因素，电子束焊接具有其它焊接方法不具备的优势，尤其是在板厚超过50mm的大厚度金属板材的焊接中，电子束焊接具有较大优势，可以一次性焊透，大大减少焊接的次数，缩短焊接工期。如厚度100mm，内径5000mm的金属环件焊接，如采用窄间隙钨极惰性气体保护电弧焊，进行多道次焊接，每道次填充厚度1.5mm～2mm，焊接速度80mm/min～120mm/min，则焊接时间至少需要110小时，如果考虑焊接层间温度控制所需要的冷却时间，焊接周期则需要进一步加长；而同样的工件进行真空电子束焊接，焊接周期约为2小时。
但是通常这类焊接机的特点是将被焊工件作为整体放在真空室中进行焊接，以避免气体电离对电子束功率和焊缝性能的影响，由此可称为全真空室电子束焊接设备。目前这类焊接的功率可达30kW以上，真空室容积高达几十立方米甚至上百立方米，由于该设备的造价很高，很多企业难以承受这样大的经济开支。由此出现了非真空电子束焊接设备，电子束在穿透大气时的能量损失很大，影响穿透深度，而且X射线的防护是一个严重的问题，难以推广使用。
对于船舶系统用大尺寸管件的焊接，当前电子束设备的真空室尺寸往往难以满足需求。鉴于此，有必要设计一种金属管件局部电子束焊用真空密封装置，以实现金属管件的局部真空电子束焊接。
发明内容
为了克服现有金属管件电子束焊接设备的真空室空间小，无法施焊的问题，本发明提供一种金属管件局部真空电子束用真空密封装置，较好地解决了金属管件在电子束焊接过程中的密封问题，使得金属管件可以实现局部真空电子束焊接，以提高焊接质量和减小焊接变形。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
一种金属管件局部真空电子束焊用真空密封装置，金属管件的内外壁均具有一定的粗糙度，包括支撑底座、相对设置于金属管件内外侧的用于对待焊位置进行真空密封的内环形真空腔室和外环形真空腔室、分别用于支撑固定内环形真空腔室和外环形真空腔室的内环形支架和外环形支架，所述外环形支架与支撑底座固定连接；
内环形支架的两侧设有内密封组件，内密封组件包括设于内环形支架两侧的内密封座以及设于内密封座与金属管件内壁之间的内密封单元；
所述外环形支架的两侧设有完全一致的环形槽，各个环形槽与金属管件外壁围成的空间内均设有用于密封的外密封组件，外密封组件包括与外环形支架侧壁相接的钢珠、与钢珠相对运动的轴承座、固定于轴承座远离钢珠一端的表面具有一定粗糙度的外密封座、设于外密封座与金属管件外壁组成的空间内的外密封单元I以及设于外密封座与环形槽侧壁组成的空间内的外密封单元II；
内密封单元、外密封单元I和外密封单元II均包括至少一个弹性密封圈、至少一个刚性密封衬环以及密封盖，弹性密封圈和刚性密封衬环交替设置；
内环形支架与外部的驱动机构相连接进而能够带动内密封组件和金属管件一同转动，进而带动外密封组件一同运动。
进一步地，内环形真空腔室和外环形真空腔室的截面均呈U型。
进一步地，内环形真空腔室的底壁中部设有一圈环形凹槽，环形凹槽内设有与内环形真空腔室的底壁固定连接的防止电子束击穿内环形真空腔室的束流挡板。
进一步地，外环形真空腔室的顶部设有供电子束枪穿过的通孔。
进一步地，所述金属管件的壁厚为1~150mm，直径为300mm~10m。
有益效果：
1、本发明中，（1）内环形真空腔室和外环形真空腔室共同作用为待焊位置的两侧提供真空环境，保证了焊接质量；（2）通过设置对管件内部的真空环境起密封作用的内密封组件、对管件外部的真空环境起密封作用的外密封组件，且内密封组件和外密封组件均能够与管件一同运动，保证了对真空环境的密封效果。
2、本发明中采用较小的内外环形真空腔室将焊缝区域覆盖起来，使电子束处于焊缝区域的局部真空中，这种焊接方法既保留了真空电子束的焊接特点又避开了庞大的真空室，可以解决大型、超大型管件的焊接问题，可大大提高焊接效率和质量，对推动局部真空电子束焊在船舶领域的应用具有重要的意义。
附图说明
图1是借助密封装置进行局部真空电子束焊接时的剖视图。
图2是图1中I处的放大图（省略真空束枪）。
图示标记：1、电子束枪，2、金属管件，3、密封盖II，4、弹性密封圈II，5、外密封座，6、外环形支架，7、外环形真空腔室，8、钢珠，9、轴承座，10、刚性密封衬环II，11、刚性密封衬环I，12、密封盖I，13、密封盖III，14、刚性密封衬环III，15、内密封座，16、束流挡板，17、内环形真空腔室，18、内环形支架，19、弹性密封圈III，20、弹性密封圈I，21、支撑底座。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
一种金属金属管件2局部真空电子书焊用真空密封装置，请参考图1和图2，金属金属管件2的内外壁均具有一定的粗糙度，包括支撑底座21、相对设置于金属管件2内外侧的用于对待焊位置进行真空密封的内环形真空腔室17和外环形真空腔室7、分别用于支撑固定内环形真空腔室17和外环形真空腔室7的内环形支架18和外环形支架6，所述外环形支架6与支撑底座21固定连接；
内环形支架18的两侧设有内密封组件，内密封组件包括设于内环形支架18两侧的内密封座15以及设于内密封座15与金属管件2内壁之间的内密封单元；
所述外环形支架6的两侧设有完全一致的环形槽，各个环形槽与金属管件2外壁围成的空间内均设有用于密封的外密封组件，外密封组件包括与外环形支架6侧壁相接的钢珠8、与钢珠8相对运动的轴承座9、固定于轴承座9远离钢珠8一端的表面具有一定粗糙度的外密封座5、设于外密封座5与金属管件2外壁组成的空间内的外密封单元I以及设于外密封座5与环形槽侧壁组成的空间内的外密封单元II。
内密封单元、外密封单元I和外密封单元II均包括至少一个弹性密封圈、至少一个刚性密封衬环以及密封盖，弹性密封圈和刚性密封衬环交替设置，所述密封盖设于最外侧。
详细地，内密封单元、外密封单元I和外密封单元II中使用的弹性密封圈，是靠给定的拉伸和压缩变形来保证密封性能的，为了增加或减少摩擦阻力，根据具体情况，可以选择不同的拉伸量和压缩量。刚性密封衬环具有一定的刚度，通过密封盖的侧面压力，能够增加密封圈与金属管件2内外壁的静摩擦力，从而实现完全密封。
详细地，请参考图2，外密封单元I包括3个弹性密封圈I 20、3个刚性密封衬环I 11以及密封盖I 12。外密封单元II包括3个弹性密封圈II 4、3个刚性密封衬环II 10以及密封盖II 3。内密封单元包括3个弹性密封圈III 19、3个刚性密封衬环III 14以及密封盖III13。
金属管件2内壁具有一定的粗糙度，金属管件2内壁与弹性密封圈III 19间的摩擦力较大，内环形支架18在外接的驱动机构的作用下转动，金属管件2在摩擦力作用下能够随内密封组件一同转动。金属管件2外壁具有一定的粗糙度，而外环形支架6表面的粗糙度较小，金属管件2外壁与弹性密封圈I 20之间的摩擦力大，弹性密封圈II 4与外环形支架6间的摩擦力较小，因此，金属管件2在运动过程中能够带动外密封组件一同转动。
详细地，请参考图2，外环形真空腔室7和内环形真空腔室17的截面均呈U型。
其中，内环形真空腔室17的底壁中部设有一圈环形凹槽，环形凹槽内设有与内环形真空腔室17的底壁固定连接的防止电子束击穿内环形真空腔室17的束流挡板16。
电子束枪1和抽真空系统均通过外环形支架6固定。需要说明的是，外环形真空腔室7的顶部设有供电子束枪1穿过的通孔。
所述金属管件2的壁厚为1~150mm，直径为300mm~10m。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种金属管件局部真空电子束焊用真空密封装置，金属管件的内外壁均具有一定的粗糙度，其特征在于：包括支撑底座、相对设置于金属管件内外侧的用于对待焊位置进行真空密封的内环形真空腔室和外环形真空腔室、分别用于支撑固定内环形真空腔室和外环形真空腔室的内环形支架和外环形支架，所述外环形支架与支撑底座固定连接；
内环形支架的两侧设有内密封组件，内密封组件包括设于内环形支架两侧的内密封座以及设于内密封座与金属管件内壁之间的内密封单元；
所述外环形支架的两侧设有完全一致的环形槽，各个环形槽与金属管件外壁围成的空间内均设有用于密封的外密封组件，外密封组件包括与外环形支架侧壁相接的钢珠、与钢珠相对运动的轴承座、固定于轴承座远离钢珠一端的表面具有一定粗糙度的外密封座、设于外密封座与金属管件外壁组成的空间内的外密封单元I以及设于外密封座与环形槽侧壁组成的空间内的外密封单元II；
内密封单元、外密封单元I和外密封单元II均包括至少一个弹性密封圈、至少一个刚性密封衬环以及密封盖，弹性密封圈和刚性密封衬环交替设置；
内环形支架与外部的驱动机构相连接进而能够带动内密封组件和金属管件一同转动，进而带动外密封组件一同运动。
2.根据权利要求1所述的一种金属管件局部真空电子束焊用真空密封装置，其特征在于：内环形真空腔室和外环形真空腔室的截面均呈U型。
3.根据权利要求2所述的一种金属管件局部真空电子书焊用真空密封装置，其特征在于：内环形真空腔室的底壁中部设有一圈环形凹槽，环形凹槽内设有与内环形真空腔室的底壁固定连接的防止电子束击穿内环形真空腔室的束流挡板。
4.根据权利要求2所述的一种金属管件局部真空电子束焊用真空密封装置，其特征在于：外环形真空腔室的顶部设有供电子束枪穿过的通孔。
5.根据权利要求1所述的一种金属管件局部真空电子束焊用真空密封装置，其特征在于：所述金属管件的壁厚为1~150mm，直径为300mm~10m。
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