[發明專利]電子束變焦焊方法及系統

有效

• 申請號: 201610481336.3
• 申請日: 2016-06-24
• 公開（公告）號: CN105904078B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 韋壽祺;黃小東;郭華艷;秦志云
• 申請（專利權）人: 桂林獅達機電技術工程有限公司
• 主分類號: B23K15/00
• 分類號: B23K15/00
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司45107
• 代理人: 陳躍琳

技術領域

本發明涉及電子束加工技術領域，具體涉及一種電子束變焦焊方法及系統。

背景技術

高能量密度的電子束由于束斑直徑小、加熱區域集中，因而加熱速度極快，所獲得的峰值溫度高，可以迅速達到金屬的沸點。當大厚件的電子束焊需要的功率密度已經大于傳導焊的臨界功率密度10⁵W/cm²時，這種電子束深熔焊的特征就是出現了匙孔效應。目前解釋匙孔效應形成機理有兩種觀點：1.蒸發穿透機制認為束流沖擊點處金屬的蒸發作用對于深穿透焊接起著決定作用，熔化金屬向熔池后沿運動的主要驅動力是汽化反作用力，從而使具有較高蒸汽壓的金屬或合金有更深的穿透。2.熔化穿透機制認為匙孔是蒸汽壓和表面張力梯度引起的向上和向外的熔體流動的共同結果。不管怎樣解釋，匙孔的形成、維持與穩定，以及匙孔的大小、尺寸、形態及其與電子束和焊接材料的相關性決定了匙孔的特性，而其在焊接過程中的準靜態行為及動態行為特性又決定了電子束深熔焊接的質量。

由于電子束包絡線在軸向以焦點為界兩端呈錐形發散狀，而目前大厚件的電子束焊都是采用定焦焊，只有電子束焦點作用在金屬時，才能獲得最大蒸汽壓。因此不管電子束焦點位于焊縫縱向任何固定位置，匙孔在自上而下的生成過程中，電子束焦點絕大部分時間不是位于匙孔的底部，從而減弱了匙孔向縱深發展。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有深熔焊過程采用的是定焦焊，其電子束焦點不是位于匙孔的底部從而不能充分發揮匙孔效應的問題，提供一種電子束變焦焊方法及系統。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種電子束變焦焊方法，根據電子束的焊接速度v，選擇聚焦勵磁電流I變化頻率和聚焦勵磁電流I變化波形，使得匙孔沿著焊接方向發展的速度與聚焦勵磁電流I變化頻率趨于同步，即電子束焦點始終位于匙孔的底部或接近匙孔的底部。

上述電子束變焦焊方法，具體包括步驟如下：

步驟1：根據工件的材料及其焊縫縱向深度工藝要求，由經驗或專家數據庫選擇電子束功率和焊接速度v；

步驟2：根據工件的焊縫的縱向深度及焊縫的表面位置離電子束出口處的高度，確定聚焦裝置的聚焦勵磁電流I的上限值Imax和下限值Imin；其中聚焦勵磁電流I的上限值Imax使得電子束的焦點位于焊縫高位G，聚焦勵磁電流I的下限值Imin使得電子束的焦點位于焊縫低位D；

步驟3：根據步驟1選定的焊接速度v，選擇聚焦勵磁電流I變化頻率，使得匙孔沿著焊接方向發展的速度與聚焦勵磁電流I變化頻率趨于同步，即電子束焦點始終位于匙孔的底部或接近匙孔的底部；

步驟4：選擇聚焦勵磁電流I變化波形；

步驟5：啟動電子束焊機，按選擇的焊接工藝參數進行焊接直至結束。

上述方案中，焊縫高位G位于焊縫的上表面至焊縫的中線之間，焊縫低位D位于焊縫的中線至焊縫的下表面之間。

一種電子束變焦焊系統，包括電子束發生器、聚焦裝置、聚焦電源、中央控制單元、工作臺電源和工作臺；中央控制單元與聚焦電源和工作臺電源相連；聚焦電源連接聚焦裝置繞組；工作臺電源連接工作臺驅動電機；

中央控制單元，產生聚焦勵磁電流I控制指令和工作臺移動控制指令；同時產生電子束焊機整臺設備的控制指令及工作參數檢測；

電子束發生器，在中央控制單元的控制下，產生可控的電子束；

聚焦電源，在中央控制單元的控制下，產生可控的聚焦勵磁電流I，該聚焦勵磁電流I提供給聚焦裝置繞組；

聚焦裝置，將電子束會匯聚在某一點即焦點，并在可控聚焦勵磁電流I的作用下產生可變聚焦勵磁電流I，使得電子束的焦點發生上下移動；

工作臺電源，在中央控制單元的控制下，產生工作臺電動機驅動電源；

工作臺，承載工件，在在中央控制單元的控制下，使得工件上的焊縫連續通過電子束。

與現有技術相比，本發明采用變焦焊，匙孔沿著焊接方向發展的速度與聚焦勵磁電流I變化頻率趨于同步，電子束的焦點始終位于匙孔的底部(或接近底部)，有利于匙孔效應向縱向深度發展。同樣的電子束參數采用變焦焊可獲得更深的焊縫及更高的焊縫深寬比，有利于提高電子束焊機的焊接性能。

附圖說明

圖1為電子束變焦焊系統的示意圖。

圖2為圖1中工件的剖視圖。

圖3為一種聚焦勵磁電流I波形圖。

圖4為電子束變焦焊方法的流程圖。