[發明專利]一種大厚度工件真空預熱電子束焊接裝置

有效

• 申請號: 202010520690.9
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111761193B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 于冰冰;張云浩;郭立棟;邊傳新;付海濤;耿永亮;余巍
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06;B23K15/00
• 代理公司: 北京市中聯創和知識產權代理有限公司 11364
• 代理人: 李向陽;王錚

本發明涉及一種大厚度工件真空預熱電子束焊接裝置，包括真空室、加熱裝置、移動平臺、電子槍、夾持工裝和待焊工件，待焊工件由兩個大厚度工件組成，加熱裝置包括上下兩個加熱組件和三個側壁隔熱防護組件，在真空環境下實現工件高溫預熱，有效降低冷卻速率，避免焊縫及熱影響區中淬硬組織產生，利用高溫預熱及電子束焊接方法解決了高強鋼、高強鈦合金等產品焊縫裂紋傾向大，焊縫塑韌性差的難題。

技術領域

本發明涉及金屬材料焊接領域，具體涉及一種大厚度工件真空預熱電子束焊接裝置。

背景技術

隨著材料科學的發展，新型高強鈦合金、高強鋼在應用需求日益增加，然而由于材料強度提升，高強合金焊接時有較高的冷裂紋敏感性，同時焊接后急速冷卻會造成內部大量馬氏體生成，焊縫區域塑韌性嚴重下降，難以滿足工程應用要求；經過試驗研究，采用預熱焊接方式能夠有效改善接頭性能，然而當預熱溫度高時，手工焊接實施難度顯著增加，尤其當預熱溫度高于300℃后，高強鈦合金表面會與空氣中氫、氧發生反應，溫度高于500℃后會與氮氣發生反應，無法在大氣環境下實施。

真空電子束焊接在真空條件下進行焊接，能夠有效避免氧化問題，然而受真空加熱環境限制，電子束焊機內部通常不能夠進行加熱，現有技術僅能通過散焦預熱方式進行焊前預熱，但電子束散焦預熱僅對薄板（≤10mm）有效，且預熱溫度難以控制，存在顯著溫度梯度、溫度均勻性較差的問題，實際工程應用中工件厚度將達到100mm以上，采用散焦預熱已無法滿足需求。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明通過設計一種大厚度工件真空預熱電子束焊接裝置，在真空環境下實現高溫預熱，有效降低冷卻速率，避免焊縫及熱影響區中淬硬組織產生，利用高溫預熱及電子束焊接方法解決了高強鋼、高強鈦合金等產品焊縫裂紋傾向大，焊縫塑韌性差的難題。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種大厚度工件真空預熱電子束焊接裝置，包括：真空室、加熱裝置、移動平臺、電子槍、夾持工裝和待焊工件，待焊工件由兩個大厚度工件組成，加熱裝置包括上下兩個加熱組件和三個側壁隔熱防護組件，通過螺栓連接形成具有一面開口的箱體結構，所述加熱裝置固定在移動平臺上，通過伺服電機控制移動平臺沿導軌移動，待焊工件固定裝配在夾持工裝上，待焊工件上根據需要布置2~4個熱電偶進行測溫，加熱時，通過移動平臺沿導軌移動使待焊工件置于加熱裝置內部，夾持工裝和加熱裝置組成密閉箱體結構，加熱裝置內部設置多層高溫隔熱屏，夾持工裝上同樣設置多層高溫隔熱屏，防止熱量向真空室輻射，加熱完成后，控制移動平臺將待焊工件和加熱裝置分離，使用電子束焊機4進行焊接。

進一步地，所述加熱裝置的加熱組件由高溫加熱器件組成，利用陶瓷柱或陶瓷片進行絕緣。

進一步地，所述移動平臺通過滾輪移動設置在導軌上。

進一步地，所述大厚度工件的厚度為100mm以上。

有益效果：本發明針對高強合金（鋼、鈦等）大厚度工件設計開發了一種在真空條件下進行預熱的電子束焊接裝置，電子束焊機內設計一套加熱裝置，通過上下加熱組件對工件進行雙側加熱，且與夾持工裝構成封閉箱體，內設高溫隔熱層，提高加熱效率的同時對真空室形成有效防護，滿足常規工件和試板工藝開發階段的真空預熱電子束焊接使用，有效防止預熱溫度較高時出現氧化現象，且預熱溫度在50-1000℃均勻可控，該技術能夠有效保證高強合金焊接質量，不僅能夠有效避免焊接裂紋傾向，消除焊接缺陷，同時能夠優化焊接接頭冷卻速率，獲得最佳的組織形態，保證接頭的綜合力學性能，滿足工程使用的要求。

附圖說明

圖1為真空預熱電子束焊接裝置結構圖；

圖2為加熱裝置及待焊工件的剖視圖。

附圖標記：1、真空室，2、加熱裝置，2-1、上加熱組件，2-2、下加熱組件，2-3、隔熱防護組件，3、移動平臺，4、電子束焊機，5、電子槍，6、夾持工裝，7、待焊工件。

具體實施方式