专利名称：新型非真空电子束焊接方法及焊炬的制作方法
技术领域：
本发明涉及非真空电子束焊接方法及相应焊炬。
非真空电子束焊是将真空电子枪中产生的大功率高能密度电子束引出到大气中，对放置在大气中的工件进行焊接。非真空电子束焊克服了真空室的限制，能够焊接大型或长型工件，也便于小零件的批量快速焊接，应用面较广。但是，非真空电子束焊有两个技术关键一是电子束由真空电子枪室内引出到大气中后电子枪室的真空度不能降得太低;二是电子束由真空电子枪室通过引出口到达工件前能量损失不能太大，能量密度不能降得过低。国外采用了多种提高电子枪室真空度的电子束引出技术1、用高速气流在电子束引出孔外造成一个低气压区，减少大气分子从引出孔流入枪室的气流密封法。2、加热蒸发压力低或不能分解的物质，其蒸气进入引出孔后冷却凝固，提高电子枪室真空度的热塞法。3、采用环形低速电子束轰击引出孔，阻止大气分子流入电子枪室的电子轰击法。效果均不太理想。
为了把非真空电子束焊的两个技术关键解决得更好，发明了新型非真空电子束焊接方法及焊炬。
新型非真空电子束焊接方法，利用电子束作主要热源，电子束从高真空电子枪室中通过分段真空室进入大气中进行焊接，本发明的特征是用在末级真空室底面的等离子枪产生的等离子弧把电子束从真空室引出到大气中进行焊接。
用于新型非真空电子束焊接方法的等离子枪，由上枪体[4]、下枪体[7]、阴极[8]、等离子喷咀[9]组成。上枪体[4]形如上大下小的漏斗，上口通过绝缘密封垫与末级真空室底面[2]联接，下口安装阴极[8]，阴极[8]的上部为圆柱体，下部为圆台，圆台的大端与圆柱等外径，用钨、锆、钽制成。下枪体[7]上端通过绝缘密封垫与上枪体[4]联接，下端与等离子喷咀[9]联接等离子枪通过法兰盘用螺钉固定在末级真空室底面[2]上。电子枪、上枪体[4]、下枪体[7]、阴极[8]、等离子喷咀[9]同心，等离子枪通水冷却。该等离子枪的特征是阴极[8]为空心的。空心形状为上部呈上大下小的圆锥形孔，下部为圆柱形孔或空心形状为圆柱形。该等离子枪还可引出激光束，从阴极孔送金属丝、粉或其它物质用于焊接、堆焊、加热及热处理等方面。
等离子弧有下列三个作用1、等离子的泵效应。这个泵效应有两个一是气流抽吸效应，它提高真空室内的真空度;二是热塞效应，它提高真空室的真空度，其效果最为显著。等离子的电流和气流越大，泵效应作用也越大。等离子的泵效应相当于国外气流密封法、热塞法和环形低速电子轰击法的综合。
2、等离子的空心通道。压缩的等离子弧的温度，在中心可达30000℃左右。根据气体基本定律，每当温度升高273℃，等离子体积增大一倍，可以粗略地计算出30000℃时等离子的密度为室温时的1/100。电子束通过这样的类似真空通道散射将是很小的。而其能量的损失和能量密度的降低也是很小的，可以采用较低的加速电压。
3、等离子的附加作用。等离子氩或氦气氛能很好地保护焊接熔池，等离子的热源不仅提高了加热效率，而且合理的温度梯度也有助于焊缝表面的成形，氦气的原子量小，可以减小电子束的散射，更为适用电子束与等离子弧不是机械地叠加，简单地串联，而是有机地结合，各取所长。等离子弧很好地引出了电子束，而电子束又加热、压缩了等离子弧。因此，电子束与等离子弧结合成为了新型非真空电子束焊的理想热源。
新型非真空电子束焊接方法的单位功率焊接熔深大，焊缝深宽比大，单位熔深线能量小。表1列出了与美国、日本和法国典型的最新的钢材的非真空电子束焊接数据对比情况。
新型非真空电子束焊接方法，电子束的加速电压采用100KV，束流为50-100mA，氦气保护，尽量缩短工件到电子束引出孔的距离，等离子电流为100A左右。
图1为新型非真空电子束焊接示意图。[1]为电子束;[2]为末级真空室底面;[3]为绝缘密封垫;[4]为上枪体;[5]为绝缘密封垫;[6]为法兰盘;[7]为下枪体;[8]为阴极;[9]为等离子喷咀;[10]为工件;[11]为等离子弧;[12]为保护气罩;[13]为螺钉。
权利要求
1.新型非真空电子束焊接方法，利用电子束作主要热源，电子束从真空电子枪室通过分段真空室进入大气中进行焊接，本发明的特征是用安装在末级真空室底面的等离子枪产生的等离子弧把电子束从真空室引出到大气中进行焊接。
2.用于新型非真空电子束焊接方法的等离子枪，由上枪体[4]、下枪体[7]、阴极[8]、等离子喷咀[9]组成，上枪体[4]形如上大下小的漏斗，上口通过绝缘密封垫与末级真空室底面联接，下口安装阴极[8]，阴极[8]的上部为圆柱体，下部为圆台，圆台的大端与圆柱等外径用钨、锆、钽制成，下枪体[7]上端通过绝缘密封垫与上枪体[4]联接，下端与等离子喷咀[9]联接，等离子枪通过法兰盘用螺钉固定在末级真空室底面[2]上，电子枪、上枪体[4]、下枪体[7]、阴极[8]、等离子喷咀[9]同心等离子枪通水冷却，本发明的特征是阴极[8]为空心的。
3.根据权利要求2所述的等离子枪，其阴极[8]的空心形状为上部呈上大下小的圆锥形孔，下部为圆柱形孔。
4.根据权利要求2所述的等离子枪，其阴极[8]的空心形状为圆柱形。
全文摘要
新型非真空电子束焊接方法及焊炬，属于非真空电子束焊接方法及焊炬，本发明的特征是用安装在末级真空室下端的等离子枪产生的等离子弧把电子束从真空室引出到大气中进行焊接，实现上述方法的等离子枪的阴极为空心的，该枪还可引出激光束；从阴极孔送金属丝，粉或其它物质用于焊接、堆焊、加热及热处理等方面。
文档编号B23K15/10GK1065420SQ91101989
公开日1992年10月21日 申请日期1991年3月29日 优先权日1991年3月29日
发明者宁裴章, 郑锦山, 陈健, 王旭友, 才荫先, 张文铎, 赵惠民, 赵惠哲 申请人:机械电子工业部哈尔滨焊接研究所