CN115255594B - 一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装及焊接方法 - Google Patents

一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装及焊接方法 Download PDF

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Abstract

一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装及焊接方法，属于核聚变工程实验堆领域，包括两根平行设置的转轴和沿其轴向分布的若干U形加强筋，在U形加强筋的外侧壁分布有支撑各段分体内壁面的若干基准块，基准块的外侧与第一壁分体的内壁面形状一致，转轴能够与变位机连接，并由变位机带动U形加强筋及固定在基准块上的各段分体做同步翻转，在翻转过程中完成电子束焊接。本发明的工装和焊接方法，能够有效地满足电子束焊接时的平面度及间隙等工艺要求，同时也能够保证焊接后整个第一壁的装配要求及加工精度要求，大幅度提高了装夹效率和焊接效率。

Description

一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装及焊接方法
技术领域
本发明涉及到核聚变工程实验堆的水冷陶瓷包层，具体的说是一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装及焊接方法。
背景技术
水冷陶瓷包层是聚变工程实验堆的核心部件之一，具有结构复杂，尺寸较大、各部件安装精度要求高等特点，其结构主要由第一壁FW、上下盖板、冷凝管和联箱等部件组成，其中，第一壁由于表面附有钨铜片、内部具有环向流道，而且还需要满足高性能要求，现有技术无法一次性成型制造第一壁。第一壁材料为低活化铁素体/马氏体钢。
现有第一壁的制作，一般是按照环向流道方向进行分割，将第一壁从环向平均分成9个组件，即FW1-FW9，每个组件宽度132mm，9个组件共形成8 条电子束焊缝，在焊接时，先将四个组件和五个组件单独焊接形成两部分，再将两部分通过电子束焊接形成全尺寸第一壁组焊。
但是现有的电子束焊接方法存在如下问题：
1)9个组件成型后无法满足电子束焊接装配要求，即错边量＜1mm，间隙＜1mm；
2)焊后整体变形大，无法满足第一壁尺寸公差要求；
3)电子束焊接时产生冷隔和钉尖等高能束流焊接特有缺陷；
4)每条电子束焊缝带有两个转角，其难以通过一次焊接实现整条焊缝的电子束焊接，而每条焊缝多次焊接势必会将电子束起弧和收弧缺陷引入。
5)第一壁中间外表面附有大量钨铜片，8条焊缝焊接时，焊接热源均从钨铜片之间的间隙(4mm)穿过，并且焊透20mm的低活化铁素体/马氏体钢。在不影响钨铜片的情况下，现有焊接技术难以实现。
发明内容
为了解决现有第一壁在电子束焊接时存在的工装夹具难以达到满意的约束效果的问题，本发明提供了一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装及焊接方法，通过本发明的工装及焊接方法，能够适当调整局部间隙和错边，保证良好对接；有效约束电子束焊接变形，保证焊后产品尺寸精度；将电子束焊接缺陷引入至衬垫中，焊接完成后去除衬垫；保证各焊接分段之间的重合部分实现全焊透，从而保证焊接质量；而且在焊接过程中，电子束也不会对第一壁表面附有的钨铜片造成影响。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，包括两根平行设置的转轴和沿其轴向分布的若干U 形加强筋，且在每条U形加强筋的外侧壁分布有支撑各段分体内壁面的若干基准块，每条U形加强筋上的基准块的外侧面与拼接成第一壁的若干段分体的内壁面形状一致，所述转轴能够与变位机连接，并由变位机带动U形加强筋及固定在基准块上的各段分体做同步翻转。
上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，所述两根转轴依次穿过所述U形加强筋的两个拐角处，每一条所述U形加强筋间隔固定在两根转轴上。
上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，所述U形加强筋的数量为9条，且其数量与拼接成第一壁的各段分体的数量对应。
上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，相邻两个所述U形加强筋之间的缝隙内设置有若干约束筋。
上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，每一根所述约束筋上设置有两个供螺栓穿过的固定孔，且这两个固定孔处于相邻两个第一壁分体的拼接缝两侧；在每个固定孔内插入螺栓，且螺栓的端部与焊接在第一壁分体内壁面的螺母配合，实现第一壁分体与U形加强筋的连接固定，以及两个相邻第一壁分体对接面的错边量调整。
上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，所述U形加强筋的开口处设置有底部加强筋。
上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，贯穿所述U形加强筋设置有若干横筋。
上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，每一条所述U形加强筋上的基准块包括处于U形加强筋两侧壁的侧边段、处于U 形加强筋顶部的中间段和处于U形加强筋两个拐角上的弧形段，其中，侧边段和中间段的外表面与第一壁各段分体的三条平直段内侧壁贴合，弧形段的外表面与第一壁各段分体的拐角内壁面贴合。
上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，所述弧形段与第一壁拐角内壁的接触面大于侧边段或中间段与第一壁平直段的接触面。
电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁的方法，包括如下步骤：
S1、将组成第一壁的第一段分体和第二段分体按照顺序依次放置在所述工装一侧的基准块上并固定，形成一个U形待焊接焊缝；
S2、在第一段分体和第二段分体形成的U形待焊接焊缝背面焊接衬垫，之后在衬垫的两端均设置引出板，且两块引出板紧贴U形待焊接焊缝的两个端部，之后利用电子束焊机对U形待焊接焊缝进行焊接，完成第一段分体和第二段分体的焊接连接；
S3、去除衬垫和引出板，并加工第二段分体与第三段分体形成焊缝的表面，以保证电子束焊接平面度和间隙要求；
S4、按照步骤S2的焊接方法，将第三段分体焊接在第二段分体的一侧；
S5、依次按照步骤S3和步骤S2的方法，将第四段分体焊接在第三段分体的一侧，将第五段分体焊接在第四段分体的一侧，形成组成第一壁的多部；
S6、将第九段分体和第八段分体依照顺序依次放置在所述工装远离第一段分体一侧的基准块上并固定；
S7、按照步骤S2的方法，实现第九段分体和第八段分体的焊接连接；
S8、依次按照步骤S3和步骤S2的焊接方法，将第七段分体焊接在第八段分体的一侧，将第六段分体焊接在第七段分体的一侧，形成组成第一壁的少部，且此时，第六段分体和第五段分体之间形成最后一条U形待焊接焊缝；
S9、按照步骤S2的焊接方法，完成第六段分体和第五段分体的焊接连接，之后，去除衬垫和所有的引出板，即完成第一壁的焊接。
上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁的方法的一种优化方案，所述步骤S2中利用电子束焊机对U形待焊接焊缝进行焊接的具体操作为：
1)将U形待焊接焊缝人为定义成对称的第一段焊缝和第二段焊缝，每一段焊缝均由所述工装中靠近该段焊缝的转轴带动其旋转；将两段焊缝的连接处定义为第一段焊缝的焊接起始点，该段焊缝处于该侧引出板自由端的一端定义为焊接终止点，第二段焊缝靠处于该侧引出板自由端的一端定义为焊接终止点；
2)先将第一段焊缝对应的转轴作为旋转中心装夹在电子束焊机的变位机上，并使第一段焊缝的焊接起始点保持水平，从焊接起始点开始焊接，至第一段焊缝的圆弧段时，转轴开始转动，圆弧段焊接结束时，转轴停止转动，从而保持焊缝表面始终处于水平状态，直至焊接终止点完成第一段焊缝的焊接；
3)再将第二段焊缝对应的转轴作为旋转中心装夹在电子束焊机的变位机上，同样使第一段焊缝的焊接起始点保持水平，从越过第一段焊缝的焊接起始点开始焊接，至第二段焊缝的圆弧段时，转轴开始转动，圆弧段焊接结束时，转轴停止转动，从而保持焊缝表面始终处于水平状态，直至第二段焊缝的焊接终止点完成第二段焊缝的焊接。
上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁的方法的另一种优化方案，所述步骤2)中，从焊接起始点完成第一段焊缝焊接的具体操作如下：
201、沿焊接方向将第一段焊缝分为三段，第一线性缓升段、第一平稳焊接段和第一线性缓降段，其中，第一线性缓降段处于引出板上，且第一线性缓降段自引出板与待焊接焊缝接触的一端开始，第一线性缓降段的终结端距离引出板的自由端具有间距，以保证电子束流在降至0mA时，仍处于引出板上；所述第一线性缓升段是以焊接起始点为开端的一段焊缝，第一平稳焊接段处于第一线性缓升段和引出板之间；
202、沿第一线性缓升段、第一平稳焊接段和第一线性缓降段的顺序进行焊接，且在焊接第一线性缓升段时，电子束束流由0mA线性上升至60mA，工作距离为400mm，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，采用波形为圆波；
203、当电子束束流升至60mA时，表示第一线性缓升段结束，进入第一平稳焊接段，至圆弧段时，转轴开始转动，保证焊缝表面始终处于水平位置以保持工作距离400mm不变，圆弧段焊接结束时转轴停止转动，电子束在焊缝上相对移动进行焊接，电子束束流为60mA，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为 4-8mm/s，直至第一平稳焊接段焊接完成；
204、此时，引出板处于水平状态，电子束保持工作距离400mm，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，采用波形为圆波，电子束保持该工作状态在引出板上继续焊接，直至引出板上的焊缝长度至少5mm时，开始线性减小电子束束流，直至减小为0mA，完成第一线性缓降段的焊接，第一预留段为不焊接部分，以保证电子束束流降至0mA之前，电子束保持在引出板上。
上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁的方法的另一种优化方案，所述步骤3)中，第二段焊缝焊接的具体操作如下：
301、沿焊接方向将第二段焊缝分为三段，第二线性缓升段、第二平稳焊接段和第二线性缓降段，其中，第二线性缓降段处于引出板上，且第二线性缓降段自引出板与待焊接焊缝接触的一端开始，第二线性缓降段的终结端与引出板的自由端之间具有间距，以保证电子束流在降至0mA时，仍处于引出板上；所述第二线性缓升段处于第一平稳焊接段上，第二平稳焊接段的开始处超出第一线性缓升段，并与第一平稳焊接段之间形成重复焊接段；
302、沿第二线性缓升段、第二平稳焊接段和第二线性缓降段的顺序进行焊接，且在焊接第二线性缓升段时，电子束束流由0mA线性上升至60mA，工作距离为400mm，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，采用波形为圆波；
303、当电子束束流升至60mA时，表示第二线性缓升段结束，进入第二平稳焊接段，至圆弧段时，转轴开始转动，保证焊缝表面始终处于水平位置以保持工作距离400mm不变，圆弧段焊接结束时转轴停止转动，电子束在焊缝上相对移动进行焊接，电子束束流为60mA，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为 4-8mm/s，直至第二平稳焊接段焊接完成；
304、此时，引出板处于水平状态，电子束保持工作距离400mm，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，采用波形为圆波，电子束保持该工作状态在引出板上继续焊接，直至引出板上的焊缝长度至少5mm时，开始线性减小电子束束流，直至减小为0mA，完成第二线性缓降段的焊接，第二预留段为不焊接部分，以保证电子束束流降至0mA之前，电子束保持在引出板上。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明针对第一壁组件电子束焊接的精密装配要求并结合电子束焊接工艺要求，设计了电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，工装中的U形加强筋作为支撑主体，实际上的支撑则采用其上的基准块对每一段第一壁分体进行支撑、定位和固定，同时，利用两根转轴分别与变位机连接，从而在焊接时将一条U形焊缝分成两段进行焊接，有效地满足了电子束焊接时的平面度及间隙等工艺要求，同时也能够保证焊接后整个第一壁的装配要求及加工精度要求；
2)本发明的焊接方法，虽然与现有技术相比，均属于先将5个分段组件和4个分段组件单独焊接，再将两者合并焊接，但是由于使用了本发明的工装，能够尽可能减少装夹次数、提高装夹的精准度并有效控制焊接变形，同时，在电子束焊接时，采用转轴带动第一壁组件转动，最大限度减少了焊接过程中人为的参与度，尽可能降低了焊接电子束参数的变动，而且采用线性缓升段、平稳焊接段、线性缓降段并设置引出板和衬垫，提高了焊缝成型的均匀性和稳定性，，降低了焊缝中的缺陷，保证了焊缝质量。此外，采用合适的电子束焊接工艺参数，保证了穿过4mm钨铜片间隙进行20mm低活化铁素体/马氏体钢全熔透焊接的顺利实施，且不至于引起钨铜片脱落。
附图说明
图1为本发明工装的结构示意图；
图2为第一壁的各段分体安装在工装上时的示意图；
图3为本发明工装与焊接时焊缝背面设置的衬垫、引出板的相对位置示意图；
图4为焊缝背面衬垫的示意图；
图5为本发明焊接第一段分体和第二段分体时的示意图；
图6为焊接时，将一条U形待焊接焊缝分成第一段焊缝和第二段焊缝的示意图；
图7为焊接完成后的第一壁示意图；
附图标记：1、转轴，2、U形加强筋，3、横筋，4、底部加强筋，5、基准块，501、侧边段，502、弧形段，503、中间段，6、约束筋，7、拼接缝，8、固定孔，9、衬垫，10、引出板，FW、第一壁，FW-1、第一段分体，FW-2、第二段分体，FW-3、第三段分体，FW-4、第四段分体，FW-5、第五段分体，FW-6、第六段分体，FW-7、第七段分体，FW-8、第八段分体，FW-9、第九段分体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述。本发明以下各实施例中未做阐明的部分，均视为本领域技术所应知悉的技术，比如电子束焊接时的真空室参数、变位机的安装和控制等。
实施例1
电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，如图1和2所示，包括两根平行设置的转轴1和沿其轴向分布的若干U形加强筋2，转轴1的两端凸出，用于与真空室内的变位机连接，在每条U形加强筋2的外侧壁分布有支撑各段分体内壁面的若干基准块5，每条U形加强筋2上的基准块5的外侧面与拼接成第一壁的若干段分体的内壁面形状一致，形状一致是指，同一条U形加强筋2 上的所有基准块5的外侧面与各段分体内侧壁表面接触，两者形状一致，能够保证两者接触并顶起各段分体的过程中，不会对各段分体本身的形状造成变形，所有的各段分体按顺序固定在基准块5上之后，能够自动拼合形成第一壁FW，所述转轴1能够与变位机连接，并由变位机带动U形加强筋2及固定在基准块5 上的各段分体做同步翻转，在翻转过程中，被真空室内的电子束焊枪焊接。
在实际中，转轴1的两端通过三爪卡盘与变位机固定，并且在转轴1端部设置一个与其同轴的圆盘，通过在该圆盘上设置螺栓孔、定位孔和销钉孔，实现其与三爪卡盘的定位、连接和固定；
利用上述工装进行电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁的方法，包括如下步骤：
S1、将组成第一壁的第一段分体FW-1和第二段分体FW-2按照顺序依次放置在所述工装一侧的基准块5上并固定，形成一个U形待焊接焊缝；
S2、在第一段分体FW-1和第二段分体FW-2形成的U形待焊接焊缝背面焊接衬垫9，之后在衬垫9的两端均设置引出板10，且两块引出板10紧贴U形待焊接焊缝的两个端部，之后利用电子束焊机对U形待焊接焊缝进行焊接，完成第一段分体FW-1和第二段分体FW-2的焊接连接；
S3、去除衬垫9和引出板10，并加工第二段分体FW-2与第三段分体FW-3 形成焊缝的表面，以保证电子束焊接平面度和间隙要求；
S4、按照步骤S2的焊接方法，将第三段分体FW-3焊接在第二段分体FW-2 的一侧；
S5、依次按照步骤S3和步骤S2的方法，将第四段分体FW-4焊接在第三段分体FW-3的一侧，将第五段分体FW-5焊接在第四段分体FW-4的一侧，形成组成第一壁FW的多部；
S6、将第九段分体FW-9和第八段分体FW-8依照顺序依次放置在所述工装远离第一段分体FW-1一侧的基准块5上并固定；
S7、按照步骤S2的方法，实现第九段分体FW-9和第八段分体FW-8的焊接连接；
S8、依次按照步骤S3和步骤S2的焊接方法，将第七段分体FW-7焊接在第八段分体FW-8的一侧，将第六段分体FW-6焊接在第七段分体FW-7的一侧，形成组成第一壁FW的少部，且此时，第六段分体FW-6和第五段分体FW-5之间形成最后一条U形待焊接焊缝；
S9、按照步骤S2的焊接方法，完成第六段分体FW-6和第五段分体FW-5 的焊接连接，之后，去除衬垫9和所有的引出板10，即完成第一壁FW的焊接。
在焊接方法中，引出板10及衬垫9的两端，用于电子束流从出束(0mA) 至焊接结束；每条焊缝背面设置衬垫9，用于托住焊接熔池并将电子束焊接缺陷 (高能束焊接方法固有的顶尖、冷隔等缺陷)留在衬垫9中，保证有效焊接熔深。
以上为本发明的基本实施方式，可在以上基础上做进一步的改进、优化和限定，从而得到以下各实施例：
实施例2
本实施例是在实施例1基础上对工装所做的一种改进和限定，其主体结构与实施例1中的工装结构相同，改进点在于：如图1和2所示，两根转轴1 依次穿过所有U形加强筋2的两个拐角处，每一条所述U形加强筋2间隔固定在两根转轴1上。U形加强筋2之间的距离为100-200mm，且保证每两个第一壁组件之间的焊缝正好处于两个U形加强筋2之间，从而不会影响电子束焊接；
所述U形加强筋2的数量为9条，且其数量与拼接成第一壁的各段分体的数量对应。
U形加强筋2本身具有较高的强度，而且采用9条加强筋而不是一整块 U形板，其目的在于，不但有利于整体工装减重，而且在满足每一段分体对应的基准块5安装的同时，保证了焊接过程中，焊缝底部垫板的安装。
实施例3
本实施例是在实施例1基础上对工装所做的另一种改进和限定，其主体结构与实施例1中的工装结构相同，改进点在于：如图1、图2和图3所示，相邻两个所述U形加强筋2之间的缝隙内设置有若干约束筋6，相邻两条U形加强筋2之间的约束筋6的数量一般是10条，其中U形两侧壁各均匀分布四条，剩余的两条均匀分布在底壁上。
如图3所示，每一根所述约束筋6上设置有两个供螺栓穿过的固定孔8，固定孔8是光孔，且这两个固定孔8处于相邻两个第一壁分体的拼接缝7两侧；在每个固定孔8内插入螺栓，且螺栓的端部与焊接在第一壁分体内壁面的螺母配合，实现第一壁分体与U形加强筋2的连接固定。
在本实施例中，螺母焊接在第一壁各段分体上的内表面，并分布于焊缝两侧，螺栓穿过约束筋6上的光孔并与螺母进行连接，通过旋转焊缝两侧的螺栓，可使第一壁各段分体与工装贴合，起到矫正作用，从而保证第一壁各段分体在电子束焊接时的平面度要求以及电子束对接焊要求(错边＜0.1mm，间隙＜ 0.1mm)，并使第一壁各段分体与工装固定在一起。尤其是第一段分体FW-1和第二段分体FW-2焊接好之后，会有焊后变形发生，再将第三段分体FW-3与其焊接连接时，需要通过螺栓调节对齐焊缝显得尤为重要。同时，每个分体在对应的位置两侧都有螺栓通过约束筋6进行约束，这不但有利于第一壁各段分体对称约束，而且避开了加装衬垫9的位置。
实施例4
本实施例是在实施例1基础上对工装所做的另一种改进和限定，其主体结构与实施例1中的工装结构相同，改进点在于：如图1所示，所述U形加强筋2的开口处设置有底部加强筋4。底部加强筋4一般为四根，最外两侧的两个 U形加强筋2的开口两端各连接一根与转轴垂直的底部加强筋，剩余的两根底部加强筋呈十字交叉后分别与最外两侧的两根底部加强筋端部连接固定，四根底部加强筋4共同形成稳定结构，对工装的稳定性起到进一步加强的作用。
实施例5
本实施例是在实施例1基础上对工装所做的另一种改进和限定，其主体结构与实施例1中的工装结构相同，改进点在于：如图1和2所示，贯穿所述U 形加强筋2设置有若干横筋3。横筋3的数量为5条，与转轴1平行，其中，在U形加强筋2的两个侧壁中各分布有一条，底壁中间分布有一条；横筋3的存在，能够与转轴1配合，提升整体工装的稳定性和强度。
实施例6
本实施例是在实施例1基础上对工装所做的另一种改进和限定，其主体结构与实施例1中的工装结构相同，改进点在于：如图1所示，每一条所述U 形加强筋2上的基准块5包括处于U形加强筋2两侧壁的侧边段501、处于U 形加强筋2顶部的中间段503和处于U形加强筋2两个拐角上的弧形段502，其中，侧边段501和中间段503的外表面与第一壁各段分体的三条平直段内侧壁贴合，侧边段501的数量总共为6块，每侧3块均匀分布，中间段503也为3块，侧边段501和中间段503的存在，能够确保其所支撑的第一壁分体在焊接前直段的一致性；弧形段502的外表面与第一壁各段分体的拐角内壁面贴合，其数量为 2块，分布于两个拐角上，保证了转轴1与第一壁分体的两个圆弧同轴；
基准块5的尺寸一般都比较小，因此，其外表面与第一壁分体的内表面为局部接触，这样在减重的同时，有利于防止第一壁各段分体内表面的局部突起，导致内表面其他位置与基准块5无法贴合；虽然所有基准块5与第一壁各段分体都是局部接触、贴合，但是弧形段502与第一壁拐角内壁的接触面要大于侧边段 501或中间段503与第一壁平直段的接触面，这样能够有效防止第一壁各段分体在焊接过程中过度变形。
实施例7
本实施例是在实施例1基础上对焊接方法所做的一种改进和限定，其主体结构与实施例1中的焊接方法相同，改进点在于，所述步骤S2中利用电子束焊机对U形待焊接焊缝进行焊接的具体操作为：
1)将U形待焊接焊缝人为定义成对称的第一段焊缝和第二段焊缝，每一段焊缝均由所述工装中靠近该段焊缝的转轴1带动其旋转；将两段焊缝的连接处定义为第一段焊缝的焊接起始点，该段焊缝处于该侧引出板10自由端的一端定义为焊接终止点，第二段焊缝靠处于该侧引出板10自由端的一端定义为焊接终止点；
2)先将第一段焊缝对应的转轴1作为旋转中心装夹在电子束焊机的变位机上，并使第一段焊缝的焊接起始点保持水平，从焊接起始点开始焊接，至圆弧段时转轴1开始转动，圆弧段焊接结束时转轴1停止转动，从而保持焊缝表面始终处于水平状态，直至焊接终止点完成第一段焊缝的焊接；
3)再将第二段焊缝对应的转轴1作为旋转中心装夹在电子束焊机的变位机上，同样使第一段焊缝的焊接起始点保持水平，从越过第一段焊缝的焊接起始点开始焊接，至圆弧段时转轴1开始转动，圆弧段焊接结束时转轴1停止转动，从而保持焊缝表面始终处于水平状态，直至第二段焊缝的焊接终止点完成第二段焊缝的焊接。
实施例8
本实施例是在实施例7基础上对焊接方法所做的一种改进和限定，其主体结构与实施例7中的焊接方法相同，改进点在于，所述步骤2)中，从焊接起始点完成第一段焊缝焊接的具体操作如下：
201、沿焊接方向将第一段焊缝分为三段，第一线性缓升段、第一平稳焊接段和第一线性缓降段，其中，第一线性缓降段处于引出板10上，且第一线性缓降段自引出板10与待焊接焊缝接触的一端开始，第一线性缓降段的终结端距离引出板10的自由端具有间距，以保证电子束流在降至0mA时，仍处于引出板上；所述第一线性缓升段以焊接起始点为开端的一段焊缝，第一平稳焊接段处于第一线性缓升段和引出板10之间；
202、沿第一线性缓升段、第一平稳焊接段和第一线性缓降段的顺序进行焊接，且在焊接第一线性缓升段时，电子束束流由0mA线性上升至60mA(60mA 的电子束流已经能够保证第一壁厚度方向充分焊接)，工作距离为400mm，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，采用波形为圆波；
203、当电子束束流升至60mA时，表示第一线性缓升段结束，进入第一平稳焊接段，至圆弧段时，转轴1开始转动，保证焊缝表面始终处于水平位置以保持工作距离400mm不变，圆弧段焊接结束时转轴1停止转动，电子束在焊缝上相对移动进行焊接，电子束束流为60mA，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，直至第一平稳焊接段焊接完成；
204、此时，引出板10处于水平状态，电子束保持工作距离400mm，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，采用波形为圆波，电子束保持该工作状态在引出板10上继续焊接，直至引出板10上的焊缝长度至少5mm时，开始线性减小电子束束流，直至减小为0mA，完成第一线性缓降段的焊接，电子束束流降至0mA之前，电子束保持在引出板10上。
在本实施例中，虽然将第一段焊缝分为第一线性缓升段、第一平稳焊接段和第一线性缓降段，但是焊接过程是连续没有停顿的，在焊接过程中，电子束焊接的工作距离为400mm，聚焦电流为1200-1800mA中的某个值，并保持不变。
实施例9
本实施例是在实施例7基础上对焊接方法所做的另一种改进和限定，其主体结构与实施例7中的焊接方法相同，改进点在于，所述步骤3)中，第二段焊缝焊接的工艺与第一段焊缝焊接工艺类似，具体操作如下：
301、沿焊接方向将第二段焊缝分为三段，第二线性缓升段、第二平稳焊接段和第二线性缓降段，其中，第二线性缓降段处于引出板10上，且第二线性缓降段自引出板10与待焊接焊缝接触的一端开始，第二线性缓降段的终结端与引出板10的自由端之间具有间距，以保证电子束流在降至0mA时，仍处于引出板10上；所述第二线性缓升段处于第一平稳焊接段上，第二平稳焊接段的开始处超出第一线性缓升段，并与第一平稳焊接段之间形成重复焊接段，重复焊接段的长度为5mm，以保证第一线性缓升段全部被充分焊透；
302、沿第二线性缓升段、第二平稳焊接段和第二线性缓降段的顺序进行焊接，且在焊接第二线性缓升段时，电子束束流由0mA线性上升至60mA，工作距离为400mm，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，采用波形为圆波；
303、当电子束束流升至60mA时，表示第二线性缓升段结束，进入第二平稳焊接段，至圆弧段时，转轴1开始转动，保证焊缝表面始终处于水平位置以保持工作距离400mm不变，圆弧段焊接结束时转轴1停止转动，电子束在焊缝上相对移动进行焊接，电子束束流为60mA，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，直至第二平稳焊接段焊接完成；
304、此时，引出板10处于水平状态，电子束保持工作距离400mm，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，采用波形为圆波，电子束保持该工作状态在引出板10上继续焊接，直至引出板10上的焊缝长度至少5mm时，开始线性减小电子束束流，直至减小为0mA，完成第二线性缓降段的焊接，电子束束流降至0mA之前，电子束保持在引出板10上。
在本实施例中，虽然将第二段焊缝分为第二线性缓升段、第二平稳焊接段和第二线性缓降段，但是焊接过程是连续没有停顿的，在焊接过程中，电子束焊接的工作距离为400mm，聚焦电流为1200-1800mA中的某个值，并保持不变。
在本实施例中，第二段焊缝的整体焊接工艺与第一段焊缝的焊接工艺基本相同，区别点仅在于第二段焊缝的焊接起始点位置处于第一平稳焊接段上，并且第二平稳焊接段和第一平稳焊接段具有一段重叠焊接的部分，即重复焊接段，用来保证第一线性缓升段全部被充分焊透。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：包括两根平行设置的转轴(1)和沿其轴向分布的若干U形加强筋(2)，且在每条U形加强筋(2)的外侧壁分布有支撑各段分体内壁面的若干基准块(5)，每条U形加强筋(2)上的基准块(5)的外侧面与拼接成第一壁的若干段分体的内壁面形状一致，所述转轴(1)能够与变位机连接，并由变位机带动U形加强筋(2)及固定在基准块(5)上的各段分体做同步翻转。
2.根据权利要求1所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：所述两根转轴(1)依次穿过所述U形加强筋(2)的两个拐角处，每一条所述U形加强筋(2)间隔固定在两根转轴(1)上。
3.根据权利要求1所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：所述U形加强筋(2)的数量为9条，且其数量与拼接成第一壁的各段分体的数量对应。
4.根据权利要求1所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：相邻两个所述U形加强筋(2)之间的缝隙内设置有若干约束筋(6)。
5.根据权利要求4所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：每一根所述约束筋(6)上设置有两个供螺栓穿过的固定孔(8)，且这两个固定孔(8)处于相邻两个第一壁分体的拼接缝(7)两侧；在每个固定孔(8)内插入螺栓，且螺栓的端部与焊接在第一壁分体内壁面的螺母配合，实现第一壁分体与U形加强筋(2)的连接固定以及相邻两个第一壁分体对接面的错边量调整。
6.根据权利要求1所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：所述U形加强筋(2)的开口处设置有底部加强筋(4)。
7.根据权利要求1所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：贯穿所述U形加强筋(2)设置有若干横筋(3)。
8.根据权利要求1所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：每一条所述U形加强筋(2)上的基准块(5)包括处于U形加强筋(2)两侧壁的侧边段(501)、处于U形加强筋(2)顶部的中间段(503)和处于U形加强筋(2)两个拐角上的弧形段(502)，其中，侧边段(501)和中间段(503)的外表面与第一壁各段分体的三条平直段内侧壁贴合，弧形段(502)的外表面与第一壁各段分体的拐角内壁面贴合。
9.根据权利要求8所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：所述弧形段(502)与第一壁拐角内壁的接触面大于侧边段(501)或中间段(503)与第一壁平直段的接触面。
10.电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将组成第一壁的第一段分体(FW-1)和第二段分体(FW-2)依照顺序依次放置在权利要求1-9中任意一项所述工装一侧的基准块(5)上并固定，形成一个U形待焊接焊缝；
S2、在第一段分体(FW-1)和第二段分体(FW-2)形成的U形待焊接焊缝背面焊接衬垫(9)，之后在衬垫(9)的两端均设置引出板(10)，且两块引出板(10)紧贴U形待焊接焊缝的两个端部，之后利用电子束焊机对U形待焊接焊缝进行焊接，完成第一段分体(FW-1)和第二段分体(FW-2)的焊接连接；
S3、去除衬垫(9)和引出板(10)，并加工第二段分体(FW-2)与第三段分体(FW-3)形成焊缝的表面，以保证电子束焊接平面度和间隙要求；
S4、按照步骤S2的焊接方法，将第三段分体(FW-3)焊接在第二段分体(FW-2)的一侧；
S5、依次按照步骤S3和步骤S2的方法，将第四段分体(FW-4)焊接在第三段分体(FW-3)的一侧，将第五段分体(FW-5)焊接在第四段分体(FW-4)的一侧，形成组成第一壁(FW)的多部；
S6、将第九段分体(FW-9)和第八段分体(FW-8)按照顺序依次放置在权利要求1-9中任意一项所述工装远离第一段分体(FW-1)一侧的基准块(5)上并固定；
S7、按照步骤S2的方法，实现第九段分体(FW-9)和第八段分体(FW-8)的焊接连接；
S8、依次按照步骤S3和步骤S2的焊接方法，将第七段分体(FW-7)焊接在第八段分体(FW-8)的一侧，将第六段分体(FW-6)焊接在第七段分体(FW-7)的一侧，形成组成第一壁(FW)的少部，且此时，第六段分体(FW-6)和第五段分体(FW-5)之间形成最后一条U形待焊接焊缝；
S9、按照步骤S2的焊接方法，完成第六段分体(FW-6)和第五段分体(FW-5)的焊接连接，之后，去除衬垫和所有的引出板(10)，即完成第一壁(FW)的焊接。
11.根据权利要求10所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁的方法，其特征在于，所述步骤S2中利用电子束焊机对U形待焊接焊缝进行焊接的具体操作为：
1)将U形待焊接焊缝人为定义成对称的第一段焊缝和第二段焊缝，每一段焊缝均由所述工装中靠近该段焊缝的转轴(1)带动其旋转；将两段焊缝的连接处定义为第一段焊缝的焊接起始点，该段焊缝处于该侧引出板(10)自由端的一端定义为焊接终止点，第二段焊缝处于该侧引出板(10)自由端的一端定义为焊接终止点；
2)先将第一段焊缝对应的转轴(1)作为旋转中心装夹在电子束焊机的变位机上，并使第一段焊缝的焊接起始点保持水平，从焊接起始点开始焊接，至第一段焊缝的圆弧段时，转轴(1)开始转动，圆弧段焊接结束时，转轴(1)停止转动，从而保持焊缝表面始终处于水平状态，直至焊接终止点完成第一段焊缝的焊接；
3)再将第二段焊缝对应的转轴(1)作为旋转中心装夹在电子束焊机的变位机上，同样使第一段焊缝的焊接起始点保持水平，从越过第一段焊缝的焊接起始点开始焊接，至第二段焊缝的圆弧段时，转轴(1)开始转动，圆弧段焊接结束时，转轴(1)停止转动，从而保持焊缝表面始终处于水平状态，直至第二段焊缝的焊接终止点完成第二段焊缝的焊接。
12.根据权利要求11所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁的方法，其特征在于，所述步骤2)中，从焊接起始点完成第一段焊缝焊接的具体操作如下：
201、沿焊接方向将第一段焊缝分为三段，第一线性缓升段、第一平稳焊接段和第一线性缓降段，其中，第一线性缓降段处于引出板(10)上，且第一线性缓降段自引出板(10)与待焊接焊缝接触的一端开始，第一线性缓降段的终结端距离引出板(10)的自由端具有间距，以保证电子束流在降至0mA时，仍处于引出板上；所述第一线性缓升段是以焊接起始点为开端的一段焊缝，第一平稳焊接段处于第一线性缓升段和引出板(10)之间；
202、沿第一线性缓升段、第一平稳焊接段和第一线性缓降段的顺序进行焊接，且在焊接第一线性缓升段时，电子束束流由0mA线性上升至60mA，工作距离为400mm，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，采用波形为圆波；
203、当电子束束流升至60mA时，表示第一线性缓升段结束，进入第一平稳焊接段，至圆弧段时，转轴(1)开始转动，保证焊缝表面始终处于水平位置以保持工作距离400mm不变，圆弧段焊接结束时转轴(1)停止转动，电子束在焊缝上相对移动进行焊接，电子束束流为60mA，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，直至第一平稳焊接段焊接完成；
204、此时，引出板(10)处于水平状态，电子束保持工作距离400mm，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，采用波形为圆波，电子束保持该工作状态在引出板(10)上继续焊接，直至引出板(10)上的焊缝长度至少5mm时，开始线性减小电子束束流，直至减小为0mA，完成第一线性缓降段的焊接。
13.根据权利要求11所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁的方法，其特征在于，所述步骤3)中，第二段焊缝焊接的具体操作如下：
301、沿焊接方向将第二段焊缝分为三段，第二线性缓升段、第二平稳焊接段和第二线性缓降段，其中，第二线性缓降段处于引出板(10)上，且第二线性缓降段自引出板(10)与待焊接焊缝接触的一端开始，第二线性缓降段的终结端与引出板(10)的自由端之间具有间距，以保证电子束流在降至0mA时，仍处于引出板(10)上；所述第二线性缓升段处于第一平稳焊接段上，第二平稳焊接段的开始处超出第一线性缓升段，并与第一平稳焊接段之间形成重复焊接段；
302、沿第二线性缓升段、第二平稳焊接段和第二线性缓降段的顺序进行焊接，且在焊接第二线性缓升段时，电子束束流由0mA线性上升至60mA，工作距离为400mm，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，采用波形为圆波；
303、当电子束束流升至60mA时，表示第二线性缓升段结束，进入第二平稳焊接段，至圆弧段时，转轴(1)开始转动，保证焊缝表面始终处于水平位置以保持工作距离400mm不变，圆弧段焊接结束时转轴(1)停止转动，电子束在焊缝上相对移动进行焊接，电子束束流为60mA，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，直至第二平稳焊接段焊接完成；
304、此时，引出板(10)处于水平状态，电子束保持工作距离400mm，聚焦电流为1200-1800mA，焊接速度为4-8mm/s，采用波形为圆波，电子束保持该工作状态在引出板(10)上继续焊接，直至引出板(10)上的焊缝长度至少5mm时，开始线性减小电子束束流，直至减小为0mA，完成第二线性缓降段的焊接。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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