CN117086459A - 一种局部真空电子束焊接装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种局部真空电子束焊接装置，底板上设有真空系统和与真空系统配合的局部密封装置，底板上设有电子枪，局部密封装置上设有与电子枪配合的安装接口，电子枪通过电子枪移动装置与底板形成可移动连接，底板上设有电源机构，电源机构与电子枪相连。实施中，在焊缝正面配置局部密封装置，采用真空泵对密封装置内部进行抽真空，保证整条焊缝区域的局部真空，以满足电子束焊接需求。而后采用电子束焊接对正面焊缝进行焊接，完成整条焊缝的焊接作业。本发明适用于板材特别是大厚度板材的焊接，解决电子束焊接需要大型真空室的问题，能够焊接大型构件，具有结构简单、成本低、焊接效率高、质量高及焊接变形小等优点，大大拓展了真空电子束焊接的应用场景。

Description

一种局部真空电子束焊接装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及自动化焊接的技术领域，具体地说是一种局部真空电子束焊接装置及其使用方法。

背景技术

现有技术中，电子束焊是利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处所产生的热能，使金属熔合的一种焊接方法，电子轰击工件时，动能转变为热能。

因此，电子束焊接时需要真空环境，需要配置专用的真空房，从而导致设备成本高、设备复杂，同时限制了焊接的工件尺寸。

特别对于船舶领域的自动化焊接而言，有很多大尺寸的厚板需要进行电子束的焊接工作，当由于需要真空作业的环境，因此很难进行应用，所以目前市场上特别需要一种可以适用于大厚板材焊接（一般50mm以上的大厚板材，特别涉及70mm以上的大厚板材焊接）的局部真空电子束焊接装置，能够扩展电子束焊接的适用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的局部真空电子束焊接装置及其使用方法，通过结构的改进，不需要大型真空室就能采用真空电子束来焊接大型构件，提高了焊接质量。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种局部真空电子束焊接装置，包括底板，其特征在于：底板上设有真空系统和与真空系统配合的局部密封装置，底板上设有电子枪，局部密封装置上设有与电子枪配合的安装接口，电子枪通过电子枪移动装置与底板形成可移动连接，底板上设有电源机构，电源机构与电子枪相连。

优选的，局部密封装置包括一组对称设置的固定装置，固定装置的一侧设有柔性板材卷，固定装置与柔性板材卷之间设有空腔，空腔设有侧板。

进一步，一组固定装置之间设有用于焊接的工件，空腔的侧板的一侧通过固定密封圈与工件相接，空腔的侧板另一侧通过活动密封圈与柔性板材卷相配合，活动密封圈的外侧卡设有压板。

进一步，真空系统与局部密封装置通过管路进行连接，局部密封装置上设有与管路配合的真空管接口。

进一步，用于焊接的工件两侧分别设有一块引息弧板，固定装置内部设有中空的卡槽，卡槽卡设在引息弧板上，用以固定引息弧板。

更进一步，柔性板材卷设置于架体板上，柔性板材卷的两端分别与架体板两端的旋转轴相连，并且绕设在旋转轴上；旋转轴处设有弹性装置，活动密封圈由双层密封圈组成，柔性板材卷卡设在双层密封圈之间。

一种局部真空电子束焊接装置的使用方法，其特征在于：使用方法包括如下步骤：a、将局部密封装置与需要焊接的工件进行固定，局部密封装置与焊缝的位置进行对应；b、将真空系统与电子枪进行连接，然后电子枪与局部密封装置进行连接；c、启动真空系统，对局部密封装置的内部空腔进行抽真空，使得内部空腔的真空度达到电子束焊接要求；d、开始焊接，电子枪在电子枪移动装置的驱动下进行沿焊缝的移动，完成焊缝的焊接；e、焊接完成后将将真空系统、电子枪与局部密封装置分离，而后将局部密封装置与工件分离，完成本次焊接作业。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案，底板上设有真空系统和与真空系统配合的局部密封装置，底板上设有电子枪，局部密封装置上设有与电子枪配合的安装接口，电子枪通过电子枪移动装置与底板形成可移动连接，使用时不需要配置真空室，可以对焊缝周围形成局部真空腔，进行电子束焊接，提高了焊接质量；

2、本发明的技术方案的中，局部密封装置包括一组对称设置的固定装置，固定装置的一侧设有柔性板材卷，固定装置与柔性板材卷之间设有空腔，整个结构空间布局小，灵活性高，可以在焊缝周围形成一个局部分真空环境，达到一定真空度，提升了焊接质量，同时焊接变形小；

3、本发明的结构简单、布局合理，适用于焊接大型构件，同时具有成本低，焊接效率高的优点；

4、本发明的方法步骤简单易于实施，同时特别适用于大厚度板材的焊接，解决了电子束焊接需要大型真空室的问题，拓展了真空电子束焊接的应用场景，便于推广和利用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明焊接工件与引息弧板的配合示意图。

图3为本发明的焊接工件与局部密封装置的装配结构示意图。

图4为本发明的实施过程中的局部剖视图。

图5为本发明实施过程中的焊接工件与局部密封装置的结构示意图。

附图标记：

1真空系统；2局部密封装置；3电子枪；4电源机构；5电子枪移动装置；6工件；7引息弧板；8固定装置；9安装接口；10柔性板材卷；11固定密封圈；12空腔；13活动密封圈；14压板；15真空管接口。

实施方式

下面将结合附图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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种局部真空电子束焊接装置，包括底板，具体参见图1，其与现有技术的区别在于：底板上设有真空系统1和与真空系统配合的局部密封装置2，通过一定的施压和抽真空处理，可以在焊缝周围形成一个小型的局部真空腔，从而进行真空电子束焊接工作，底板上设有电子枪3，局部密封装置上设有与电子枪配合的安装接口9，电子枪通过电子枪移动装置5与底板形成可移动连接，电子枪可以在电子移动装置的带动下，沿着焊缝进行移动焊接，底板上设有电源机构4，电源机构与电子枪相连。

实施中，本发明首先采用等离子、TIG等常用焊接方法将待焊焊缝背面、引息弧板与工件焊缝进焊接，从而保证背面气密性和背面焊缝成型。而后在焊缝正面配置局部密封装置，采用真空泵对密封装置内部进行抽真空，保证整条焊缝区域的局部真空，以满足电子束焊接需求。而后采用电子束焊接对正面焊缝进行焊接，完成整条焊缝的焊接作业。本发明适用于板材特别是大厚度板材的焊接，解决电子束焊接需要大型真空室的问题，能够焊接大型构件，具有结构简单、成本低、焊接效率高、质量高及焊接变形小等优点，大大拓展了真空电子束焊接的应用场景。

实施例

本实施例的一种局部真空电子束焊接装置，包括底板，底板上设有真空系统和与真空系统配合的局部密封装置，底板上设有电子枪，局部密封装置上设有与电子枪配合的安装接口，电子枪通过电子枪移动装置与底板形成可移动连接，底板上设有电源机构，电源机构与电子枪相连。

具体来说，局部密封装置2局部密封的长度大于焊缝长度，能够保证整条焊缝焊接时的局部真空。局部密封装置包括一组对称设置的固定装置，固定装置的一侧设有柔性板材卷，固定装置与柔性板材卷之间设有空腔，这个空腔后续用于抽真空处理，作为真空电子束焊接所需要的真空腔来进行使用，这里的空腔设有侧板。

进一步，在一组固定装置之间设有用于焊接的工件，空腔的侧板的一侧通过固定密封圈与工件相接，空腔的侧板另一侧通过活动密封圈与柔性板材卷相配合，活动密封圈的外侧卡设有压板，压板对于活动密封圈和侧板进行一定的施压，保证整个空腔的密封性，为后续的空腔抽真空做好准备。真空系统与局部密封装置通过管路进行连接，局部密封装置上设有与管路配合的真空管接口。这里的压板和固定装置与局部密封装置的本体固定连接。

同时，为保证工件6整条焊缝的焊接质量和焊接可达性，在焊接的工件的焊缝两侧配置有引息弧板，引息弧板与工件之间通过焊接进行连接，同时固定装置内部设有中空的卡槽，卡槽卡设在引息弧板上，用以固定引息弧板。更进一步，柔性板材卷设置于架体板上，柔性板材卷可以贴合并沿着架体板进行一定的滑动，柔性板材卷的两端分别与架体板两端的旋转轴相连，并且绕设在旋转轴上；旋转轴处设有弹性装置，能够保证一定的扭力，从而使拉出板材具有张力。活动密封圈由双层密封圈组成，柔性板材卷卡设在双层密封圈之间，既能保证密封效果，同时又为柔性板材卷的拉伸和缩回提供了可滑动的空间，同时由于双层密封圈上被施与一定压力，使得柔性板材卷在拉伸和缩回的过程中，整个空腔还是处于密封状态的，保持真空环境。具体来说，活动密封圈设有多道密封槽（4-6条），同时密封圈具有材质柔软、密封性好、耐磨等特点。而本实施中的柔性板材卷具有较好的强度，一般采用高强度金属材质制成，比如超高强度钢、钛合金、铝合金等。

实施例

本发明的技术方案中提供一种局部真空电子束焊接装置包括真空系统1、局部密封装置2、电子枪3、电源机构4、电子枪移动装置5等。

具体来说，真空系统1与局部密封装置2采用管路连接，能够将局部密封装置2内部空气抽出，达到一定的真空度。局部密封装置设计有电子枪3安装接口，安装接口采用螺纹连接方式使得电子枪与局部密封装置进行连接。

进一步，这里的电子枪3安装于电子枪移动装置5上，能够在电子枪移动装置5的驱动下移动；电源机构4与电子枪3采用电缆连接，能够为电子枪3能够提供能源与控制。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，为保证工件6整条焊缝的焊接质量和焊接可达性，在焊缝两侧配置有引息弧板7。

如图3-5所示，在本发明的一个实施例中，局部密封装置2包括固定装置8、安装接口9、柔性板材卷10、固定密封圈11、空腔12、活动密封圈13、压板14、真空管接口15。其中，局部密封装置2局部密封的长度大于焊缝长度，能够保证整条焊缝焊接时的局部真空。

固定装置8与空腔12连接，固定装置8用于将整个局部密封装置2与工件6进行固定，同时能够在空腔12和工件6之间施加一定的力，压紧固定密封圈11，保证空腔12与工件6间的密封。

进一步，柔性板材卷10通过基座安装于空腔12上（就是贴附于空腔的一侧面，保证整个空腔的密封性），柔性板材卷10能够收纳的板材长度满足焊接长度要求。柔性板材卷10的一侧与空腔贴附设置，另一侧与电子枪接口9相连，连接处需保证密封要求。柔性板材卷10能够在电子枪和安装接口9的驱动下拉伸和回缩，旋转轴处配置有弹性装置，能够保证一定的扭力，从而使拉出的柔性板材卷具有张力。

活动密封圈13安装于空腔12的一侧，柔性板卷10被拉出的板材与活动密封圈13之间保持密封。压板14和空腔12间的间隙能够保证密封性同时不影响柔性板卷10在两个活动密封圈间的滑动。局部密封装置2配置有一处或多处真空管接口，能够与真空系统1相连接。

实施例

一种局部真空电子束焊接装置的使用方法，其与现有技术的区别在于：使用方法包括如下步骤：a、将局部密封装置与需要焊接的工件进行固定，局部密封装置与焊缝的位置进行对应；b、将真空系统与电子枪进行连接，然后电子枪与局部密封装置进行连接；c、启动真空系统，对局部密封装置的内部空腔进行抽真空，使得内部空腔的真空度达到电子束焊接要求；d、开始焊接，电子枪在电子枪移动装置的驱动下进行沿焊缝的移动，完成焊缝的焊接；e、焊接完成后将将真空系统、电子枪与局部密封装置分离，而后将局部密封装置与工件分离，完成本次焊接作业。

具体来说，局部密封装置的空腔长度大于焊缝长度，保证整条焊缝在焊接时的局部真空状态。局部密封装置包括一组对称设置的固定装置，固定装置的一侧设有柔性板材卷，固定装置用于将整个局部密封装置与工件进行固定，同时能够在空腔和工件之间施加一定的力，通过压紧固定密封圈，使得空腔与工件之间形成密封。柔性板材卷的一侧与电子枪接口相连，连接处需保证密封要求，柔性板材卷能够在电子枪的驱动下进行拉伸和回缩。柔性板材卷设置于架体板上，柔性板材卷的两端分别与架体板两端的旋转轴相连，并且绕设在旋转轴上，旋转轴处设有弹性装置，使得柔性板材卷被拉伸的时候具有张力；活动密封圈由双层密封圈组成，柔性板材卷卡设在双层密封圈之间，具体来说，活动密封圈的内层密封圈与柔性板材卷的接触面为圆弧形，外层密封圈与柔性板材卷的接触面为平面，这样可以即保证柔性板材卷拉伸时的密封性，又能使得柔性板材卷可以适当的活动和拉伸，满足焊接工作的需求。更进一步，内层密封圈的截面宽度大于外部密封圈的截面宽度，使得柔性板材圈因为拉伸而局部发生翘转时密封性依然保持良好。

实施例

本发明所述的一种局部真空电子束焊接装置的使用方法，具体使用方法包括如下步骤：

步骤1：采用传统TIG、等离子等焊接方法对待焊焊缝背面进行焊接，包括板材与板材背面、板材与引息弧板间的焊缝，焊接完成后需保证焊缝的气密性；

步骤2：将局部密封装置2与工件进行固定；

步骤3：将真空系统1、电子枪3与局部密封装置2连接；

步骤4：启动真空系统，对局部密封装置2内部空间进行抽真空，是内部真空度达到电子束焊接要求；

步骤5：开始焊接，电子枪3在电子枪移动装置5的驱动下实现焊缝的焊接；

步骤6：焊接完成后将将真空系统1、电子枪3与局部密封装置2分离，而后将局部密封装置2与工件分离，完成本次焊接作业。

与现有技术相比，本发明具备以下优点：

解决电子束焊接需要大型真空室的问题，能够焊接大型构件，具有结构简单、成本低、焊接效率高、质量高及焊接变形小等优点，大大拓展了真空电子束焊接的应用场景。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种局部真空电子束焊接装置，包括底板，其特征在于：底板上设有真空系统和与真空系统配合的局部密封装置，底板上设有电子枪，局部密封装置上设有与电子枪配合的安装接口，电子枪通过电子枪移动装置与底板形成可移动连接，底板上设有电源机构，电源机构与电子枪相连。

2.根据权利要求1所述的一种局部真空电子束焊接装置，其特征在于： 局部密封装置包括一组对称设置的固定装置，固定装置的一侧设有柔性板材卷，固定装置与柔性板材卷之间设有空腔，空腔设有侧板。

3.根据权利要求2所述的一种局部真空电子束焊接装置，其特征在于：一组固定装置之间设有用于焊接的工件，空腔的侧板的一侧通过固定密封圈与工件相接，空腔的侧板另一侧通过活动密封圈与柔性板材卷相配合，活动密封圈的外侧卡设有压板。

4.根据权利要求1所述的一种局部真空电子束焊接装置，其特征在于：真空系统与局部密封装置通过管路进行连接，局部密封装置上设有与管路配合的真空管接口。

5.根据权利要求2所述的一种局部真空电子束焊接装置，其特征在于： 用于焊接的工件两侧分别设有一块引息弧板，固定装置内部设有中空的卡槽，卡槽卡设在引息弧板上，用以固定引息弧板。

6.根据权利要求3所述的一种局部真空电子束焊接装置，其特征在于：柔性板材卷设置于架体板上，柔性板材卷的两端分别与架体板两端的旋转轴相连，并且绕设在旋转轴上；旋转轴处设有弹性装置，活动密封圈由双层密封圈组成，柔性板材卷卡设在双层密封圈之间。

7.根据权利要求1所述的一种局部真空电子束焊接装置的使用方法，其特征在于：使用方法包括如下步骤：a、将局部密封装置与需要焊接的工件进行固定，局部密封装置与焊缝的位置进行对应；b、将真空系统与电子枪进行连接，然后电子枪与局部密封装置进行连接；c、启动真空系统，对局部密封装置的内部空腔进行抽真空，使得内部空腔的真空度达到电子束焊接要求；d、开始焊接，电子枪在电子枪移动装置的驱动下进行沿焊缝的移动，完成焊缝的焊接；e、焊接完成后将将真空系统、电子枪与局部密封装置分离，而后将局部密封装置与工件分离，完成本次焊接作业。

8.根据权利要求7所述的一种局部真空电子束焊接装置的使用方法，其特征在于：局部密封装置的空腔长度大于焊缝长度，保证整条焊缝在焊接时的局部真空状态。

9.根据权利要求7所述的一种局部真空电子束焊接装置的使用方法，其特征在于：局部密封装置包括一组对称设置的固定装置，固定装置的一侧设有柔性板材卷，固定装置用于将整个局部密封装置与工件进行固定，同时能够在空腔和工件之间施加一定的力，通过压紧固定密封圈，使得空腔与工件之间形成密封。

10.根据权利要求9所述的一种局部真空电子束焊接装置的使用方法，其特征在于：柔性板材卷的一侧与电子枪接口相连，连接处需保证密封要求，柔性板材卷能够在电子枪的驱动下进行拉伸和回缩。

11.根据权利要求10所述的一种局部真空电子束焊接装置的使用方法，其特征在于：柔性板材卷设置于架体板上，柔性板材卷的两端分别与架体板两端的旋转轴相连，并且绕设在旋转轴上，旋转轴处设有弹性装置，使得柔性板材卷被拉伸的时候具有张力；活动密封圈由双层密封圈组成，柔性板材卷卡设在双层密封圈之间。