不锈钢真空电子束焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及真空电子束焊接领域，具体为不锈钢真空电子束焊接装置及焊接方法。

背景技术

真空电子束焊是利用定向高速运动的电子束流撞击工件使动能转化为热能而使工件熔化，形成焊缝，真空电子束焊机因具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点而广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业，真空电子电子束焊机焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子，该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束，用此电子束去轰击工件，巨大的动能转化为热能，使焊接处工件熔化，形成熔池，从而实现对工件的焊接。

根据公开号为CN210703071U的中国专利公开了一种便于切换焊件的真空电子束焊机，其通过安装可转动的工作台，工作台的上端安装有限位块，工作台的下方安装有传动箱，传动箱的下方安装有步进电机，首先将四组需要安装的工件分别放置在工作台上端设置的限位块中，首先通过电子束焊机内部安装的电子枪对其中一组工件进行焊接，当焊接完成后，通过安装的步进电机来控制工作台转动一定的角度，将下一组放置在限位块内部的工件转动到电子枪的下方，继续通过电子枪对该组工件进行焊接，当四组工件全部焊接完成之后，通过打开焊接室门将焊接好的工件取出来，这样使焊接过程十分方便，不需要焊接一次就将工件拿出来，然后在进行下一组工件的焊接，大大的节省了焊接的时间，提高了焊接的速度，但是该种方式处理之后，还是需要将装置完全停止，才能够对工件进行更换，方式不够快捷，使得装置焊接效率低下；

且根据公开号为CN110560873A的中国专利公开了一种不锈钢水冷环真空电子束焊接方法，包括以下步骤：第一步：不锈钢表面及侧面用钢丝刷进行打磨，直至出现光亮金属光泽，第二步：对打磨后的水冷环及盖板进行脱脂清洗，超声波振动清洗15min，120°C烘干1小时，第三步：盖板与主体组对，组对间隙小于0.2mm，错边小于0.2mm，第四步：用TIG点焊，参数为60A,氩气流量10L/min，间隔100mm点固一点，第五步：将点固后的水冷环装入真空电子束焊接腔室，第六步：编写焊接程序，束流上升阶段50mm，束流下降阶段100mm，第七步：对不锈钢水冷环进行预焊，参数为：高压150KV，束流7-10mA，聚焦电流2500-2600mA，焊接速度1200mm/min，无函数波形，第八步：对不锈钢水冷环进行熔焊，参数为：高压150KV，束流20-25mA，聚焦电流2500-2600mA，焊接速度800mm/min，函数波形为椭圆形，X＝0.4与焊接方向相同，Y＝0.8垂直于焊接方向，频率5000HZ，第九步：冷却30min，充入氮气，第十步：焊缝表面检验，在此过程中，对工件冷却不够快速，其通过通入氮气与工件接触，容易使得氮气对工件外的其他设备结构造成危害，且直接对单个工件进行冷却会降低装置整体的焊接效率。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决装置对工件焊接后对工件更换方式不足和对工件冷却方式不足的问题，提供不锈钢真空电子束焊接装置及焊接方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种不锈钢真空电子束焊接装置，包括装置主体，所述装置主体的一侧安装有高压电源，所述高压电源的顶部一侧固定有高压电缆，所述装置主体内部上方开设有焊接室，所述装置主体的内部下方安装有电机，所述电机的输出端连接有驱动轴，所述驱动轴远离电机的一端固定有工作台，且所述工作台位于焊接室的内部一侧，所述工作台的顶部四周均贯穿有限位槽，多个所述限位槽的两侧均固定有密封垫，所述装置主体的内部一侧设置有抽真空室，所述抽真空室的内部安装有安装座，所述安装座的顶部安装有真空泵，所述真空泵的进气端连接有抽气管，所述真空泵的出气端连接有排气管，所述装置主体的顶部连通有电子束焊机，所述电子束焊机的内部上方安装有电子枪，所述电子枪的下方安装有阳极，所述电子束焊机的一侧贯穿有光学观察管，所述电子束焊机的内部两侧均安装有聚焦线圈，两个所述聚焦线圈的下方均安装有偏转线圈。

优选地，所述装置主体的外表面一侧设置有操作台，所述操作台分别与高压电源、电机、真空泵和电子枪电性连接，且所述高压电源、电机、真空泵和电子枪均通过螺栓安装的方式固定。

优选地，所述高压电缆远离高压电源的一端贯穿至电子束焊机的内部上方并与电子枪相连接，所述高压电缆的外表面设置有防滑纹路，所述高压电源通过高压电缆与电子枪电性连接，所述高压电源的高压范围为150KV-300KV。

优选地，所述工作台的四周和底部均与焊接室的侧壁相贴合，所述工作台的四周和底部均与焊接室的侧壁滑动连接，所述工作台的四周均设置有密封圈，所述工作台位于电子束焊机的下方，所述工作台通过驱动轴与电机转动连接。

优选地，多个所述限位槽均呈圆柱形，多个所述限位槽的内壁均光滑并涂有耐高温染料，多个所述限位槽呈环形阵列状等间距排布于工作台的顶部，多个所述限位槽的顶部均与工作台的顶部相持平，多个所述限位槽均处于抽气管的一侧下方。

优选地，多个所述密封垫相互交错，多个所述密封垫之间的夹角为60度，多个所述密封垫的高度均高于工作台的顶部高度，多个所述密封垫的顶部均与焊接室的侧壁相贴合，多个所述密封垫均为耐高温橡胶制作而成，多个所述密封垫通过高强度黏合剂粘合的方式工作台固定。

优选地，所述抽气管远离真空泵的一端贯穿至焊接室的内部一侧，所述排气管远离真空泵的一端贯穿至抽真空室的外侧，所述抽气管和排气管均为高硬度PVC材料制作而成，且所述抽气管和排气管的直径相同。

优选地，所述光学观察管的内部设置有多个分别均匀的折射镜片，所述电子枪的输出端可发出电子束，所述电子束位于一个所述限位槽的正上方，所述聚焦线圈与偏转线圈之间的间距为15-30cm，所述电子枪的四周套接有屏蔽筒。

本发明不锈钢真空电子束焊接方法，包括以下步骤：

步骤一：先将装置主体安装好并接通电源，之后将待焊接工件放置于多个限位槽内，之后电机运行，通过驱动轴转动工作台，使得工作台旋转至限位槽与电子枪相对应位置，之后抽真空室内的真空泵运行，通过抽气管将焊接室内的空气抽离，让焊接室内呈压强增高状态，并通过排气管往装置主体外排气，然后高压电源通过高压电缆对电子枪提供电流支持，使得电子枪发出电子束，电子束经过阳极、聚焦线圈和偏转线圈最终与待焊接工件接触并对其进行焊接，当一个待焊接工件焊接完毕后，电子枪停止输出电子束，并让电机再次运行，通过驱动轴让工作台旋转60度，使得另一个限位槽内的待焊接工件位于电子枪正下方，同时真空泵持续保持抽气状态，让焊接室内压强保持稳定，这时电子枪可以再次工作，对待焊接工件进行焊接，通过上述操作，可使得装置持续进行焊接操作，使得工作台自第一个限位槽开始起并旋转180度后，则会使得已经焊接好的工件随着工作台旋转至焊接室外侧，这时即可将已经焊接好的工件取出并更换上待焊接工件，使得装置可以持续不断对工件进行焊接加工，效率更加快速；

步骤二：将待焊接不锈钢工件和其他零件通过裁切机裁切呈圆柱形，且其直径为8-15cm，厚度为3-5cm，在通过筒状磨砂机进行打磨，打磨时间为20-30分钟，之后通过清洗机对待焊接不锈钢工件和其他零件进行刷洗，清洗时间为15-25分钟，最后通过热风机烘干并除尘，热风机温度为120-300摄氏度，并持续烘干时间为5-10分钟；

步骤三：将待焊接不锈钢工件和其他零件进行组合，组合过程通过压合机进行操作，且其组合后的焊接缝隙应为0-0.02mm，之后将组合好的待焊接工件放置于工作台的多个限位槽内部中间位置处，以待焊接；

步骤四：将已焊接工件通过网状框架收集，之后一齐置于液氮桶内，液氮桶内温度为负60-负20摄氏度，液氮桶高度为1-1.5米，带冷却5-8分钟后即可通过隔温手套将工件取出，并放置于室外静置20-30分钟，然后将工件投入真空包装机内，通过真空包装机完成包装，以待售卖或者存储。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过设置的工作台、限位槽和密封垫，当一个待焊接工件焊接完毕后，电子枪停止输出电子束，并让电机再次运行，通过驱动轴让工作台旋转60度，使得另一个限位槽内的待焊接工件位于电子枪正下方，同时真空泵持续保持抽气状态，让焊接室内压强保持稳定，这时电子枪可以再次工作，对待焊接工件进行焊接，通过上述操作，可使得装置持续进行焊接操作，使得工作台自第一个限位槽开始起并旋转180度后，则会使得已经焊接好的工件随着工作台旋转至焊接室外侧，这时即可将已经焊接好的工件取出并更换上待焊接工件，使得装置可以持续不断对工件进行焊接加工，效率更加快速，同时密封垫可以使得焊接室内部保持密封，避免了装置对工件焊接后对工件更换方式不足的情况；

2、本发明通过设置的液氮桶、网状框架和隔温手套，由于可以将已焊接工件通过网状框架收集，之后一齐置于液氮桶内，液氮桶内温度为负60-负20摄氏度，液氮桶高度为1-1.5米，带冷却5-8分钟后即可通过隔温手套将工件取出，并放置于室外静置20-30分钟，使得对工件冷却不会影响装置正常使用，且能够同时对多组工件进行冷却，同时具有良好的保护措施，防止对工作人员造成危害，避免了对工件冷却方式不足的情况。

附图说明

图1为本发明装置主体的立体结构示意图；

图2为本发明装置主体的剖面结构示意图；

图3为本发明电子束焊机的结构示意图；

图4为本发明工作台的俯视结构示意图。

图中：1、装置主体；2、高压电源；3、电子束焊机；4、操作台；5、高压电缆；6、工作台；7、电机；8、驱动轴；9、限位槽；10、密封垫；11、焊接室；12、抽真空室；13、安装座；14、真空泵；15、排气管；16、抽气管；17、电子枪；18、阳极；19、光学观察管；20、聚焦线圈；21、偏转线圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，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装置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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。

请着重参阅图1-4，不锈钢真空电子束焊接装置，包括装置主体1，装置主体1的一侧安装有高压电源2，高压电源2的顶部一侧固定有高压电缆5，装置主体1内部上方开设有焊接室11，装置主体1的内部下方安装有电机7，电机7的输出端连接有驱动轴8，驱动轴8远离电机7的一端固定有工作台6，且工作台6位于焊接室11的内部一侧，工作台6的顶部四周均贯穿有限位槽9，多个限位槽9的两侧均固定有密封垫10，装置主体1的内部一侧设置有抽真空室12，抽真空室12的内部安装有安装座13，安装座13的顶部安装有真空泵14，真空泵14的进气端连接有抽气管16，真空泵14的出气端连接有排气管15，装置主体1的顶部连通有电子束焊机3，电子束焊机3的内部上方安装有电子枪17，电子枪17的下方安装有阳极18，电子束焊机3的一侧贯穿有光学观察管19，电子束焊机3的内部两侧均安装有聚焦线圈20，两个聚焦线圈20的下方均安装有偏转线圈21；

本发明中，限位槽9可以用于放置待焊接工件。

请着重参阅图1-3，装置主体1的外表面一侧设置有操作台4，操作台4分别与高压电源2、电机7、真空泵14和电子枪17电性连接，且高压电源2、电机7、真空泵14和电子枪17均通过螺栓安装的方式固定；

本发明中，使得操作台4可以分别与高压电源2、电机7、真空泵14和电子枪17进行操作。

请着重参阅图1-3，高压电缆5远离高压电源2的一端贯穿至电子束焊机3的内部上方并与电子枪17相连接，高压电缆5的外表面设置有防滑纹路，高压电源2通过高压电缆5与电子枪17电性连接，高压电源2的高压范围为150KV-300KV；

本发明中，以便高压电源2通过高压电缆5对电子枪17供电。

请着重参阅图1-4，工作台6的四周和底部均与焊接室11的侧壁相贴合，工作台6的四周和底部均与焊接室11的侧壁滑动连接，工作台6的四周均设置有密封圈，工作台6位于电子束焊机3的下方，工作台6通过驱动轴8与电机7转动连接；

本发明中，使得工作台6转动时可以在焊接室11的侧壁上滑动。

请着重参阅图1、2和4，多个限位槽9均呈圆柱形，多个限位槽9的内壁均光滑并涂有耐高温染料，多个限位槽9呈环形阵列状等间距排布于工作台6的顶部，多个限位槽9的顶部均与工作台6的顶部相持平，多个限位槽9均处于抽气管16的一侧下方；

本发明中，以便限位槽9更加耐用。

请着重参阅图1、2和4，多个密封垫10相互交错，多个密封垫10之间的夹角为60度，多个密封垫10的高度均高于工作台6的顶部高度，多个密封垫10的顶部均与焊接室11的侧壁相贴合，多个密封垫10均为耐高温橡胶制作而成，多个密封垫10通过高强度黏合剂粘合的方式工作台6固定；

本发明中，密封垫10会使得工作台6与焊接室11连接更加紧密。

请着重参阅图2和4，抽气管16远离真空泵14的一端贯穿至焊接室11的内部一侧，排气管15远离真空泵14的一端贯穿至抽真空室12的外侧，抽气管16和排气管15均为高硬度PVC材料制作而成，且抽气管16和排气管15的直径相同；

本发明中，便于真空泵14运行抽气并排出。

请着重参阅图2-4，光学观察管19的内部设置有多个分别均匀的折射镜片，电子枪17的输出端可发出电子束，电子束位于一个限位槽9的正上方，聚焦线圈20与偏转线圈21之间的间距为15-30cm，电子枪17的四周套接有屏蔽筒；

本发明中，便于电子枪17对限位槽9内的工件进行焊接。

请着重参阅图1-4，包括以下步骤：

步骤一：先将装置主体1安装好并接通电源，之后将待焊接工件放置于多个限位槽9内，之后电机7运行，通过驱动轴8转动工作台6，使得工作台6旋转至限位槽9与电子枪17相对应位置，之后抽真空室12内的真空泵14运行，通过抽气管16将焊接室11内的空气抽离，让焊接室11内呈压强增高状态，并通过排气管15往装置主体1外排气，然后高压电源2通过高压电缆5对电子枪17提供电流支持，使得电子枪17发出电子束，电子束经过阳极18、聚焦线圈20和偏转线圈21最终与待焊接工件接触并对其进行焊接，当一个待焊接工件焊接完毕后，电子枪17停止输出电子束，并让电机7再次运行，通过驱动轴8让工作台6旋转60度，使得另一个限位槽9内的待焊接工件位于电子枪17正下方，同时真空泵14持续保持抽气状态，让焊接室11内压强保持稳定，这时电子枪17可以再次工作，对待焊接工件进行焊接，通过上述操作，可使得装置持续进行焊接操作，使得工作台6自第一个限位槽9开始起并旋转180度后，则会使得已经焊接好的工件随着工作台6旋转至焊接室11外侧，这时即可将已经焊接好的工件取出并更换上待焊接工件，使得装置可以持续不断对工件进行焊接加工，效率更加快速；

步骤二：将待焊接不锈钢工件和其他零件通过裁切机裁切呈圆柱形，且其直径为8-15cm，厚度为3-5cm，在通过筒状磨砂机进行打磨，打磨时间为20-30分钟，之后通过清洗机对待焊接不锈钢工件和其他零件进行刷洗，清洗时间为15-25分钟，最后通过热风机烘干并除尘，热风机温度为120-300摄氏度，并持续烘干时间为5-10分钟；

步骤三：将待焊接不锈钢工件和其他零件进行组合，组合过程通过压合机进行操作，且其组合后的焊接缝隙应为0-0.02mm，之后将组合好的待焊接工件放置于工作台的多个限位槽内部中间位置处，以待焊接；

步骤四：将已焊接工件通过网状框架收集，之后一齐置于液氮桶内，液氮桶内温度为负60-负20摄氏度，液氮桶高度为1-1.5米，带冷却5-8分钟后即可通过隔温手套将工件取出，并放置于室外静置20-30分钟，然后将工件投入真空包装机内，通过真空包装机完成包装，以待售卖或者存储。

本发明中，通过设置的液氮桶、网状框架和隔温手套，由于可以将已焊接工件通过网状框架收集，之后一齐置于液氮桶内，液氮桶内温度为负60-负20摄氏度，液氮桶高度为1-1.5米，带冷却5-8分钟后即可通过隔温手套将工件取出，并放置于室外静置20-30分钟，使得对工件冷却不会影响装置正常使用，且能够同时对多组工件进行冷却，同时具有良好的保护措施，防止对工作人员造成危害，避免了对工件冷却方式不足的情况。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。