[發明專利]一種可在高溫條件下焊接的真空電子束焊設備

有效

• 申請號: 202011289936.2
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112453674B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 程耀永;張國棟;袁鴻;余槐;王金雷;吳欣
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

本發明是一種可在高溫條件下焊接的真空電子束焊設備，該設備包括一個具有水冷爐壁(1)、隔熱屏(2)和發熱體(3)組成的真空爐，該真空爐的加熱溫度達到1250℃，其特征在于：在水冷爐壁(1)的外側面的冷區上安裝一個電子槍(4)，該電子槍(4)的電子束(5)通過隔熱屏(2)上開出的窗口(6)進入爐內熱區以實現對爐內已被加熱工件(7)的電子束焊接；在爐內熱區的下部設置能夠進行直線和旋轉動作的進給機構(8)，該進給機構(8)的電機(9)設置在隔熱屏(2)的外側并通過隔熱屏(2)上開孔將動力傳遞給進給機構(8)，進給機構(8)的頂端設置連接機構(10)來實現對工件(7)的夾持和支撐并帶動處于熱區內的工件(7)作直線或旋轉單軸運動。通過采用該發明的設備能夠實現金屬間化合物、金屬基復合材料等脆性材料和金屬與陶瓷異種材料的高質量焊接。

技術領域

本發明是一種可在高溫條件下焊接的真空電子束焊設備，屬于焊接技術領域。

背景技術

隨著航空航天裝備的發展，對高溫結構材料的性能要求也越來越高。耐高溫金屬材料(如TiAl、Ni₃Al等金屬間化合物、金屬基復合材料、Ti₂AlNb合金等)自身及其與異種材料(陶瓷與金屬)的焊接技術，是該類材料工程應用的關鍵技術之一。然而由于該類材料室溫塑性低、變形能力差，使其采用熔焊工藝進行連接時，焊縫極易形成裂紋而導致零件報廢，從而成為該類材料工程化應用的難點。目前針對該類材料的焊接方法主要為釬焊以及固相焊，而氬弧焊、激光焊和電子束焊等熔化焊方法尚不能避免焊接裂紋缺陷的產生，不能滿足工程化應用需要。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術中存在的問題而設計提供了一種可在高溫條件下焊接的真空電子束焊設備，其目的是實現材料或零件在高溫條件和良好保護環境下的高質量電子束焊接，解決室溫低塑性材料如：金屬間化合物、金屬基復合材料等脆性材料和金屬與陶瓷異種材料的焊接裂紋問題。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

該種可在高溫條件下焊接的真空電子束焊設備包括一個具有水冷爐壁1、隔熱屏2和發熱體3組成的真空爐，該真空爐的加熱溫度達到1250℃，其特征在于：在水冷爐壁1的外側面的冷區上安裝一個電子槍4，該電子槍4的電子束5通過隔熱屏2上開出的窗口6進入爐內熱區以實現對爐內已被加熱工件7的電子束焊接；

在爐內熱區的下部設置能夠進行直線和旋轉動作的進給機構8，該進給機構(8)由電機(9)，電機9設置在隔熱屏2的外側并通過隔熱屏2上開孔將作動力傳遞給進給機構8，進給機構8的頂端設置連接機構10來實現對工件7的夾持和支撐并帶動處于熱區內的工件7作直線或旋轉單軸運動。

在一種實施中，電子槍4安裝在水平移動軸以實現對電子束5的移動或偏擺控制，并與進給機構8組合形成二軸聯動，從而實現對焊接軌跡的規劃。

在一種實施中，隔熱屏2上開出的窗口6為長條縫隙狀。

在一種實施中，在隔熱屏2上開出的窗口6上安裝局部隔熱屏11，該局部隔熱屏11通過沿窗口6移動以保證窗口6通過電子束5以外的區域被局部隔熱屏11遮擋，以免爐內熱區的熱量過度散失。

在一種實施中，采用二次電子成像或光學成像實現對電子束(5)在工件(7)上的聚焦位置進行對準或追蹤。

在一種實施中，該真空爐內的發熱體3元件采用對稱布置來消除磁場對電子束的偏轉影響。

在實施中，該設備所使用的耐熱材料為C/C復合材料或其它高熔點金屬材料。

在一種實施中，該設置進行焊接的工藝參數為：預熱溫度為1050℃，加速電壓為60kV，束流為40mA，聚焦電流為800mA，焊接速度為30mm/s。

本發明技術方案與傳統電子束焊接的區別在于：