CN117583713B - 一种用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子束焊接密封防护技术领域，具体涉及一种用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构。其包括密封圈、隔热层和导电层，密封圈分别设置在上真空舱室、下真空舱室的舱室装配面，待焊接的第一工件、第二工件对应密封圈的装配位置处均设有防护区域，防护区域上设有并排分布的隔热层、导电层。该用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构的目的是解决局部高真空电子束焊接设备因密封介质受热损伤而导致密封效果较差的问题。

Description

一种用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构

技术领域

本发明涉及电子束焊接密封防护技术领域，具体涉及一种用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构。

背景技术

面对航空、航天、兵器、船舶等领域大型结构的焊接研制需求，受常规真空电子束焊接真空室尺寸限制，无法完成大型结构的电子束焊接研制。新建超大型电子束焊接设备的建设成本高、维护成本高、效率低，而局部高真空电子束焊接装置及技术将是大型航空结构低投入、低耗能、通用性强的焊接解决方案。考虑电子束焊接过程中材料结构的热传导、散热，真空室与工件之间的密封介质及附近区域需采用耐热、隔热与散热设计，避免密封圈介质受热损伤而导致真空泄漏，无法满足高真空焊接环境。

因此，发明人提供了一种用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构。

发明内容

（1）要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构，解决了局部高真空电子束焊接设备因密封介质受热损伤而导致密封效果较差的技术问题。

（2）技术方案

本发明提供了一种用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构，包括密封圈、隔热层和导电层，所述密封圈分别设置在上真空舱室、下真空舱室的舱室装配面，待焊接的第一工件、第二工件对应所述密封圈的装配位置处均设有防护区域，所述防护区域上设有并排分布的所述隔热层、所述导电层。

进一步地，所述第一工件、所述第二工件的上表面均设有冷却铜靶，两个所述冷却铜靶分别位于所述舱室装配面的内侧。

进一步地，所述上真空舱室及所述下真空舱室的外部两侧平行焊接方向且靠近所述舱室装配面的位置处设有单侧循环冷却结构。

进一步地，两个所述导电层分别位于所述隔热层的两侧。

进一步地，所述隔热层的厚度为0.1～0.3mm，所述导电层的厚度为0.1～0.3mm。

进一步地，所述防护区域的宽度大于所述密封圈的直径。

进一步地，所述密封圈包括以下组分：100份苯基硅橡胶、30～45份补强剂、3份结构控制剂-白炭黑的表面处理剂、1～10份热稳定剂、0～8份防辐射剂、0.3～3份过氧化物硫化剂和0～5份润滑剂，所述苯基硅橡胶中的苯基含量＞20wt%。

进一步地，所述苯基硅橡胶为甲基苯基乙烯基硅橡胶与苯撑硅橡胶的混合物，其中，所述甲基苯基乙烯基硅橡胶为50～95份，所述苯撑硅橡胶为5～50份。

进一步地，所述结构控制剂-白炭黑的表面处理剂为KH550、羟基硅油、环硅氮烷及六甲基二硅氮烷的至少一种。

进一步地，所述过氧化物硫化剂为有过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁基、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷中的至少一种。

（3）有益效果

综上，本发明通过基于耐热防护的考虑，在待焊接工件上设计密封圈的防护区域，在防护区域内涂覆增加隔热层、导电层，既可提高密封位置表面隔热性能，从而保护密封圈，又能增加真空室与焊接组件的导电性，提升设备工艺稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是典型航空局部高真空电子束焊接装备的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种密封圈的装配结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种耐热密封结构的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种耐热密封结构的结构示意图。

图中：

1-第一工件；2-第二工件；3-工件焊接位置；4-上真空舱室；5-下真空舱室；6-舱室装配面；7-密封圈；8-防护区域；9-隔热层；10-导电层；11-冷却铜靶；12-单侧循环冷却结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图3是本发明实施例提供的一种用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构，包括密封圈7、隔热层9和导电层10，密封圈7分别设置在上真空舱室4、下真空舱室5的舱室装配面6，待焊接的第一工件1、第二工件2对应密封圈7的装配位置处均设有防护区域8，防护区域8上设有并排分布的隔热层9、导电层10。

在上述实施方式中，针对待焊接的第一工件1、第二工件2及工件焊接位置3，为了简化装配和密封，设计尺寸基本相同的上真空舱室4、下真空舱室5组合真空室结构，如图1所示，电子枪和抽真空系统均装配在上舱室4。真空舱室结构分别与第一工件1、第二工件2的上、下表面装配，通过舱室装配面6与工件平面装配，提高结构装配的气密性。如图2所示，在真空舱室的舱室装配面6设置密封圈7。

为了防护密封圈7并提高其耐热性，在待焊接的第一工件1、第二工件2上对应密封圈装配位置设计防护区域8，如图3所示，在防护区域8涂覆阻焊剂或热处理防护涂料作为隔热层9，然后再涂敷导电漆或导电胶作为导电层10，形成表面复合防护层，既能提高表面隔热性能、保护密封圈，又能增加真空舱室与焊接组件的导电性，提升设备工艺稳定性（在工件焊接过程中耐热密封结构可保持真空舱室的真空度为10^-2Pa，真空不泄漏）。防护区域8的宽度比密封圈7的直径大15～30mm、长度为焊接组件的宽度；隔热层9以防护区域8中心为中心，宽度比防护区域8的宽度小10～15mm，涂覆厚度为0.1～0.3mm；导电层10涂覆填充在防护区域8的隔热层9以外的剩余区域，涂覆厚度为0.1～0.3mm。

在一些可选的实施方式中，如图4所示，第一工件1、第二工件2的上表面均设有冷却铜靶11，两个冷却铜靶11分别位于舱室装配面6的内侧。

具体地，在真空舱室内部设计两个活动的冷却铜靶11，冷却铜靶11设置于第一工件1、第二工件2的上表面，在距离舱室装配面6的内侧边缘15～30mm。通过冷却铜靶11用于吸收电子束焊接向外侧热传导的能量，通过吸热方式起到阻热、隔热的效果，避免密封圈温度过高、形态变化而影响真空密封。冷却铜靶11的长度设计为比焊缝长度小10～30mm，宽度为50～100mm，厚度为20～50mm。

在一些可选的实施方式中，如图4所示，上真空舱室4及下真空舱室5的外部两侧平行焊接方向且靠近舱室装配面6的位置处设有单侧循环冷却结构12。

具体地，为了避免密封圈7进一步升温，在真空舱室外部平行焊接方向、靠近舱室装配面6的位置，距离舱室装配面6外侧20mm的位置，设置单侧循环冷却结构12。利用水冷却循环的热量交换，带走密封位置附近的外侧能量，避免热量的聚集，降低密封圈7介质位置的温度。

在一些可选的实施方式中，密封圈7包括以下组分：100份苯基硅橡胶、30～45份补强剂、3份结构控制剂-白炭黑的表面处理剂、1～10份热稳定剂、0～8份防辐射剂、0.3～3份过氧化物硫化剂和0～5份润滑剂，苯基硅橡胶中的苯基含量＞20wt%。

具体地，为了提升耐热性能，选取苯基硅橡胶为甲基苯基乙烯基硅橡胶与苯撑硅橡胶的混合物，其中，甲基苯基乙烯基硅橡胶为50～95份，苯撑硅橡胶为5～50份。补强剂选取气相二氧化硅，润滑剂选取二硫化钼。结构控制剂-白炭黑的表面处理剂为KH550、羟基硅油、环硅氮烷及六甲基二硅氮烷的至少一种。过氧化物硫化剂为有过氧化苯甲酰（BPO）、过氧化苯甲酰叔丁基（TBPB）、过氧化二异丙苯（DCP）、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷（DBPMH）中的至少一种。

该密封圈的具体制备方法如下：

步骤1、将补强剂气相二氧化硅加入到乙醇中，浓度为5g/100ml，采用搅拌桨充分搅拌成悬浮液，加入矢量的结构控制剂后充分搅拌2小时，随后将悬浮液抽滤分离有机溶剂，将抽滤后的粉末转移至烘箱中烘干；

步骤2、按配方称取硅橡胶，将上述步骤制备的改性补强剂、热稳定剂、防辐射剂和润滑剂在密炼机中将出橡胶外的粉末分批加入，混合均匀，混炼时间在80～120分钟，薄通出片；

步骤3、将混炼胶置于捏合机中，设置捏合机的温度为120～180℃，继续混炼30～240分钟；

步骤4、将高温处理后的混炼胶薄片置于双辊炼胶机上，包辊后加入过氧化物硫化剂，混炼均匀后下片待用；

步骤5、若采用挤出工艺，将步骤3混炼好的胶料通过连续挤出硫化装置进行挤出、硫化；

步骤6、将步骤4、5获得的胶料在90～170℃模具中保压硫化10～30分钟，随后放入烘箱中180～220℃二次硫化240～360分钟。通过橡胶配方设计及密封介质制造工艺方法，制备耐热密封圈，与常规密封圈相比耐热温度提高到300～400℃。

实施例1

（1）局部真空室设计：采用上真空舱室4、下真空舱室5与待焊接的第一工件1、第二工件2的上、下表面装配的结构形式设计，在舱室装配面6设置密封圈7，如图1；

（2）密封圈的组分设计：

设计苯基含量在20%以上的硅橡胶等组分，制备直径12mm的密封圈。

（3）密封圈耐热防护：耐热密封圈直径12mm，在焊接组件1、2上对应密封圈装配位置设计防护区域8的宽度32mm，如图3所示。隔热层涂覆阻焊剂宽度22mm，涂覆厚度0.2mm；防护区域8的剩余区域涂覆导电漆，厚度0.2mm。

（4）内部隔热散热结构及外部冷却结构：如图4所示，在内部距离密封圈装配面内侧20mm的位置，设计冷却铜靶11，其长度比焊缝长度小20mm、宽度为80mm、厚度为50mm。在外部距离密封装配面外侧20mm的位置设计循环冷却结构，利用水冷却循环进行热量交换，使水温控制在16℃～30℃。

（5）焊接工艺验证：在工件焊接过程中密封圈结构可保持真空室真空度10^-2Pa，真空不泄漏。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构，其特征在于，包括密封圈（7）、隔热层（9）和导电层（10），所述密封圈（7）分别设置在上真空舱室（4）、下真空舱室（5）的舱室装配面（6），待焊接的第一工件（1）、第二工件（2）对应所述密封圈（7）的装配位置处均设有防护区域（8），所述防护区域（8）上设有并排分布的所述隔热层（9）、所述导电层（10）；

所述密封圈（7）包括以下组分：100份苯基硅橡胶、30～45份补强剂、3份结构控制剂-白炭黑的表面处理剂、1～10份热稳定剂、0～8份防辐射剂、0.3～3份过氧化物硫化剂和0～5份润滑剂，所述苯基硅橡胶中的苯基含量＞20wt%。

2.根据权利要求1所述的用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构，其特征在于，所述第一工件（1）、所述第二工件（2）的上表面均设有冷却铜靶（11），两个所述冷却铜靶（11）分别位于所述舱室装配面（6）的内侧。

3.根据权利要求1所述的用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构，其特征在于，所述上真空舱室（4）及所述下真空舱室（5）的外部两侧平行焊接方向且靠近所述舱室装配面（6）的位置处设有单侧循环冷却结构（12）。

4.根据权利要求1所述的用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构，其特征在于，两个所述导电层（10）分别位于所述隔热层（9）的两侧。

5.根据权利要求1所述的用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构，其特征在于，所述隔热层（9）的厚度为0.1～0.3mm，所述导电层（10）的厚度为0.1～0.3mm。

6.根据权利要求1所述的用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构，其特征在于，所述防护区域（8）的宽度大于所述密封圈（7）的直径。

7.根据权利要求6所述的用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构，其特征在于，所述苯基硅橡胶为甲基苯基乙烯基硅橡胶与苯撑硅橡胶的混合物，其中，所述甲基苯基乙烯基硅橡胶为50～95份，所述苯撑硅橡胶为5～50份。

8.根据权利要求6所述的用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构，其特征在于，所述结构控制剂-白炭黑的表面处理剂为KH550、羟基硅油、环硅氮烷及六甲基二硅氮烷的至少一种。

9.根据权利要求6所述的用于局部高真空电子束焊接设备的耐热密封结构，其特征在于，所述过氧化物硫化剂为有过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁基、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷中的至少一种。