專利名稱：新型非真空電子束焊接方法及焊炬的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非真空電子束焊接方法及相應(yīng)焊炬。
非真空電子束焊是將真空電子槍中產(chǎn)生的大功率高能密度電子束引出到大氣中，對放置在大氣中的工件進(jìn)行焊接。非真空電子束焊克服了真空室的限制，能夠焊接大型或長型工件，也便于小零件的批量快速焊接，應(yīng)用面較廣。但是，非真空電子束焊有兩個技術(shù)關(guān)鍵一是電子束由真空電子槍室內(nèi)引出到大氣中后電子槍室的真空度不能降得太低;二是電子束由真空電子槍室通過引出口到達(dá)工件前能量損失不能太大，能量密度不能降得過低。國外采用了多種提高電子槍室真空度的電子束引出技術(shù)1、用高速氣流在電子束引出孔外造成一個低氣壓區(qū)，減少大氣分子從引出孔流入槍室的氣流密封法。2、加熱蒸發(fā)壓力低或不能分解的物質(zhì)，其蒸氣進(jìn)入引出孔后冷卻凝固，提高電子槍室真空度的熱塞法。3、采用環(huán)形低速電子束轟擊引出孔，阻止大氣分子流入電子槍室的電子轟擊法。效果均不太理想。
為了把非真空電子束焊的兩個技術(shù)關(guān)鍵解決得更好，發(fā)明了新型非真空電子束焊接方法及焊炬。
新型非真空電子束焊接方法，利用電子束作主要熱源，電子束從高真空電子槍室中通過分段真空室進(jìn)入大氣中進(jìn)行焊接，本發(fā)明的特征是用在末級真空室底面的等離子槍產(chǎn)生的等離子弧把電子束從真空室引出到大氣中進(jìn)行焊接。
用于新型非真空電子束焊接方法的等離子槍，由上槍體[4]、下槍體[7]、陰極[8]、等離子噴咀[9]組成。上槍體[4]形如上大下小的漏斗，上口通過絕緣密封墊與末級真空室底面[2]聯(lián)接，下口安裝陰極[8]，陰極[8]的上部為圓柱體，下部為圓臺，圓臺的大端與圓柱等外徑，用鎢、鋯、鉭制成。下槍體[7]上端通過絕緣密封墊與上槍體[4]聯(lián)接，下端與等離子噴咀[9]聯(lián)接等離子槍通過法蘭盤用螺釘固定在末級真空室底面[2]上。電子槍、上槍體[4]、下槍體[7]、陰極[8]、等離子噴咀[9]同心，等離子槍通水冷卻。該等離子槍的特征是陰極[8]為空心的?？招男螤顬樯喜砍噬洗笙滦〉膱A錐形孔，下部為圓柱形孔或空心形狀為圓柱形。該等離子槍還可引出激光束，從陰極孔送金屬絲、粉或其它物質(zhì)用于焊接、堆焊、加熱及熱處理等方面。
等離子弧有下列三個作用1、等離子的泵效應(yīng)。這個泵效應(yīng)有兩個一是氣流抽吸效應(yīng)，它提高真空室內(nèi)的真空度;二是熱塞效應(yīng)，它提高真空室的真空度，其效果最為顯著。等離子的電流和氣流越大，泵效應(yīng)作用也越大。等離子的泵效應(yīng)相當(dāng)于國外氣流密封法、熱塞法和環(huán)形低速電子轟擊法的綜合。
2、等離子的空心通道。壓縮的等離子弧的溫度，在中心可達(dá)30000℃左右。根據(jù)氣體基本定律，每當(dāng)溫度升高273℃，等離子體積增大一倍，可以粗略地計算出30000℃時等離子的密度為室溫時的1/100。電子束通過這樣的類似真空通道散射將是很小的。而其能量的損失和能量密度的降低也是很小的，可以采用較低的加速電壓。
3、等離子的附加作用。等離子氬或氦氣氛能很好地保護(hù)焊接熔池，等離子的熱源不僅提高了加熱效率，而且合理的溫度梯度也有助于焊縫表面的成形，氦氣的原子量小，可以減小電子束的散射，更為適用電子束與等離子弧不是機(jī)械地疊加，簡單地串聯(lián)，而是有機(jī)地結(jié)合，各取所長。等離子弧很好地引出了電子束，而電子束又加熱、壓縮了等離子弧。因此，電子束與等離子弧結(jié)合成為了新型非真空電子束焊的理想熱源。
新型非真空電子束焊接方法的單位功率焊接熔深大，焊縫深寬比大，單位熔深線能量小。表1列出了與美國、日本和法國典型的最新的鋼材的非真空電子束焊接數(shù)據(jù)對比情況。
新型非真空電子束焊接方法，電子束的加速電壓采用100KV，束流為50-100mA，氦氣保護(hù)，盡量縮短工件到電子束引出孔的距離，等離子電流為100A左右。


圖1為新型非真空電子束焊接示意圖。[1]為電子束;[2]為末級真空室底面;[3]為絕緣密封墊;[4]為上槍體;[5]為絕緣密封墊;[6]為法蘭盤;[7]為下槍體;[8]為陰極;[9]為等離子噴咀;[10]為工件;[11]為等離子弧;[12]為保護(hù)氣罩;[13]為螺釘。
權(quán)利要求
1.新型非真空電子束焊接方法，利用電子束作主要熱源，電子束從真空電子槍室通過分段真空室進(jìn)入大氣中進(jìn)行焊接，本發(fā)明的特征是用安裝在末級真空室底面的等離子槍產(chǎn)生的等離子弧把電子束從真空室引出到大氣中進(jìn)行焊接。
2.用于新型非真空電子束焊接方法的等離子槍，由上槍體[4]、下槍體[7]、陰極[8]、等離子噴咀[9]組成，上槍體[4]形如上大下小的漏斗，上口通過絕緣密封墊與末級真空室底面聯(lián)接，下口安裝陰極[8]，陰極[8]的上部為圓柱體，下部為圓臺，圓臺的大端與圓柱等外徑用鎢、鋯、鉭制成，下槍體[7]上端通過絕緣密封墊與上槍體[4]聯(lián)接，下端與等離子噴咀[9]聯(lián)接，等離子槍通過法蘭盤用螺釘固定在末級真空室底面[2]上，電子槍、上槍體[4]、下槍體[7]、陰極[8]、等離子噴咀[9]同心等離子槍通水冷卻，本發(fā)明的特征是陰極[8]為空心的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子槍，其陰極[8]的空心形狀為上部呈上大下小的圓錐形孔，下部為圓柱形孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子槍，其陰極[8]的空心形狀為圓柱形。
全文摘要
新型非真空電子束焊接方法及焊炬，屬于非真空電子束焊接方法及焊炬，本發(fā)明的特征是用安裝在末級真空室下端的等離子槍產(chǎn)生的等離子弧把電子束從真空室引出到大氣中進(jìn)行焊接，實現(xiàn)上述方法的等離子槍的陰極為空心的，該槍還可引出激光束；從陰極孔送金屬絲，粉或其它物質(zhì)用于焊接、堆焊、加熱及熱處理等方面。
文檔編號B23K15/10GK1065420SQ91101989
公開日1992年10月21日 申請日期1991年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月29日
發(fā)明者寧裴章, 鄭錦山, 陳健, 王旭友, 才蔭先, 張文鐸, 趙惠民, 趙惠哲 申請人:機(jī)械電子工業(yè)部哈爾濱焊接研究所