一种局部真空电子束焊接真空密封系统的制作方法

1.本发明涉及电子束焊接技术领域，特别涉及一种局部真空电子束焊接真空密封系统。


背景技术：

2.随着世界各国对海洋权益的重视程度日益增强，以及海洋资源的开发力度的增强，使得新型舰船制造、海洋石油开采、大型风力发电机制造得到了迅速发展，大厚度、大型工件的焊接需求量越来越大，目前，大厚度工件、大型工件的焊接工艺主要是传统的氩弧焊、埋弧焊等。
3.局部低真空电子束焊接是随着现代科学技术的发展而迅速发展起来的一种熔化焊方法，电子束具有很高的能量密度，焊缝深宽比高，可达15:1，热影响区小，工件变形小，晶粒细密等，被焊金属的厚度从1～150mm，不开坡口，一般不添加焊丝，一次焊成且焊缝质量好，这是其他焊接方法无法达到的。
4.但是通常这类焊接机的特点是将被焊工件作为整体放在真空室中进行焊接，以避免气体电离对电子束功率和焊缝性能的影响，由此可称为全真空室电子束焊接设备。目前这类焊接的功率可达30kw以上，真空室容积高达几十立方米甚至上百立方米，由于该设备的造价很高，很多企业难以承受这样大的经济开支。对于船舶系统用大尺寸焊接件的焊接，全真空密闭焊接设备会导致设备巨大，带来非常高昂的成本增加，同时，全密闭真空电子束焊接真空室在焊接时会产生烟气，导致电子束流在传递时会造成大量的能量损失，影响穿透深度，目前现有技术公开有局部真空焊接时采用移动工件的方式实现工件低真空电子束焊接，例如英国twi的局部低真空电子束焊接技术所采用的电子枪为一种采用射频激励产生电子的高压电子枪，通过在真空度为1mbar的密闭小型拖罩内进行电子束焊接，但是该移动式拖罩结构极其复杂，通常工作模式为大型工件紧贴在拖罩周边移动，但是该结构的局部低真空移动式密闭拖罩设计制造难度较大，且对电子束焊接零部件的尺寸束缚较高，否则的话极易导致移动拖罩内真空度不足以满足电子束焊接要求，不利于推广局部真空电子束接焊接技术的应用。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明旨在提出一种局部真空电子束焊接真空密封系统，以解决现有技术中局部真空电子束接焊接受束缚于焊接件尺寸较为严重的技术问题，能够较好地解决了大尺寸焊接件在电子束焊接过程中的密封问题，使得金属大尺寸焊接件可以实现局部真空电子束焊接，以提高焊接质量和减小焊接变形。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
7.一种局部真空电子束焊接真空密封系统，包括：
8.局部密封装置，包括密封板，所述密封板相对电子束焊枪固定，所述局部密封装置在所述电子束焊枪位置与待焊工件形成密封空间；
9.电子束焊枪，所述电子束焊枪的电子束流能够穿过所述局部密封装置对待焊工件进行焊接；
10.过渡管道装置，所述过渡管道装置设置在所述电子束焊枪与局部密封装置之间，所述过渡管道装置的一端与真空机组相连通，所述过渡管道装置的另一端与密封空间连通。
11.进一步的，所述过渡管道装置包括过渡管道，在所述过渡管道上端的中心处设置防蒸镀管，在所述防蒸镀管内部形成电子束流穿过的管腔，在所述过渡管道的内壁与防蒸镀管外壁之间形成第一腔室，所述第一腔室与局部密封装置内部空间连通，在所述过渡管道的外侧设置抽吸管道，所述抽吸管道的一端与第一腔室连通，另一端与真空机组相连通。
12.进一步的，所述抽吸管道设置至少两个，两个所述抽吸管道通过过渡连接头与过渡管道连接。
13.进一步的，所述抽吸管道包括第一抽吸管、转换接头和第二抽吸管，所述第一抽吸管、所述第二抽吸管设置在所述转换接头的相对两端，所述转换接头在两端在水平方向呈90
°
夹角。
14.进一步的，所述密封板上设置第一贯穿孔和第二贯穿孔，在所述密封板上远离所述电子束焊枪的一端设置密封套，所述第一贯穿孔与过渡管道密封装配，所述第二贯穿孔设置在所述密封套与所述第一贯穿孔之间，所述第二贯穿孔与过渡管道连通。
15.进一步的，所述密封套包括密封套圈，在所述密封套圈的剖面方向设置有中空的变形空腔。
16.进一步的，所述防蒸镀管伸入所述第一贯穿孔内部，在所述密封板上远离所述电子束焊枪的一侧设置连通槽，所述连通槽的两端分别连通所述第一贯穿孔和所述第二贯穿孔。
17.进一步的，在所述密封板设置所述第二贯穿孔的位置固定连通支管，所述连通支管与第一抽吸管连通，所述连通支管与第一抽吸管垂直设置，所述连通支管与所述第一抽吸管一体成型。
18.进一步的，所述第二贯穿孔在所述密封板上沿着所述第一贯穿孔的中心轴线对称布置两个。
19.进一步的，在所述密封板上远离所述电子束焊枪的一侧设置第一容纳槽和第二容纳槽，所述第一容纳槽和第二容纳槽均呈封闭的环状设置，且所述第一容纳槽的中心、所述第二容纳槽的中心与所述密封板的中心重合，所述密封套包括第一密封环和第二密封环，所述第二密封环与所述第一容纳槽过盈配合，所述第一密封环与所述第二容纳槽过盈配合。
20.相对于现有技术，本发明所述的局部真空电子束焊接真空密封系统具有以下优势：
21.(1)本发明所述的局部真空电子束真空密封系统，通过在所述电子束焊枪与局部密封装置之间设置一个过渡管道装置，一方面用于抽吸电子束焊枪焊接时在局部密封装置内部产生的烟气，另一方面也能够及时补充改善局部密封装置内部空间的真空状态，进一步提升局部真空电子束真空密封系统在焊接时的可靠性。
22.(2)本发明所述的局部真空电子束真空密封系统，通过在密封板靠近过渡管道装
置的一侧设置一个滑移压板，能够向局部密封装置下端面施加压力，使得采用较小的局部密封装置将焊缝区域覆盖起来，使电子束处于焊缝区域的局部真空中，既保留了真空电子束的焊接特点又避开了庞大的真空室，又提高了电子束流焊接时对真空环境的密封效果，可大大提高焊接效率和质量。
附图说明
23.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
24.图1为本发明实施例所述局部真空电子束真空密封系统的侧视结构示意图；
25.图2为本发明实施例所述电子束焊枪、过渡管道装置、滑移压板以及局部密封装置装配在一起的结构示意图；
26.图3为图2中结构的侧视结构示意图；
27.图4为图2中结构第二视角的侧视结构示意图；
28.图5为图2中结构的爆炸结构示意图；
29.图6为图2中结构第二视角的爆炸结构示意图；
30.图7为本发明实施例所述密封板的侧视结构示意图；
31.图8为本发明实施例所述密封板第二视角的侧视结构示意图；
32.图9为本发明实施例所述密封环的剖视结构示意图；
33.附图标记说明：
34.1-电子束焊枪；2-过渡管道装置；21-过渡管道；2101-第一腔室；22-抽吸管道；221-第一抽吸管；222-转换接头；223-第二抽吸管；23-过渡连接头；24-防蒸镀管；241-管腔；25-连通支管；3-局部密封装置；31-密封板；3101-第一贯穿孔；3102-第二贯穿孔；3103-连通槽；3104-第一容纳槽；3105-第二容纳槽；32-密封套；321-密封套圈；322-变形空腔；3201-第一密封环；3202-第二密封环；4-滑移装置；5-压力装置；501-滑移压板；5101-第三贯穿孔；6-基座。
具体实施方式
35.为了使本发明的技术手段及达到目的与功效易于理解，下面结合具体图示对本发明的实施例进行详细说明。
36.需要说明，本发明中所有进行方向性和位置性指示的术语，诸如：“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“低”、“横向”、“纵向”、“中心”等，仅用于解释在某一特定状态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、连接情况等，仅为了便于描述本发明，而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
37.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
39.如图1～8所示，本发明公开了一种局部真空电子束焊接真空密封系统，包括：
40.局部密封装置3，包括密封板31，所述密封板31相对所述电子束焊枪1固定，所述局部密封装置3在所述电子束焊枪1位置与待焊工件形成密封空间；
41.电子束焊枪1，所述电子束焊枪1的电子束流能够穿过所述局部密封装置3对待焊工件进行焊接；
42.过渡管道装置2，所述过渡管道装置2设置在所述电子束焊枪1与局部密封装置3之间，所述过渡管道装置2的一端与真空机组相连通，所述过渡管道装置2的另一端与密封空间连通。
43.在研究过程发现，对于船舶系统用大尺寸管件的局部真空电子束焊接，其电子束焊枪1周围焊接空间的密封性能是实现其真空焊接的重中之重，但是由于电子束焊枪1在待焊工件上形成的较长焊缝时，焊缝可能需要穿过局部密封装置3，且焊缝在焊接后的温度极高，该结构变化以及高温环境极易对局部密封装置3造成破坏，从而影响电子束焊枪1周围焊接空间的密封性。通过对局部真空电子束真空密封系统进行改进，将电子束焊枪1以及局部密封装置3设置为相对基座6固定的结构，在焊接过程中，通过在电子束焊枪1与局部密封装置3之间设置一个与真空机组相连通的过渡管道装置2，一方面用于抽吸电子束焊枪1焊接时在局部密封装置3内部产生的烟气，另一方面也能够及时补充改善局部密封装置3内部空间的真空状态，进一步提升局部真空电子束真空密封系统在焊接时的可靠性。
44.作为本发明的一个较佳示例，所述过渡管道装置2包括过渡管道21，在所述过渡管道21上端的中心处设置防蒸镀管24，在所述防蒸镀管24内部形成电子束流穿过的管腔241，在所述过渡管道21的内壁与防蒸镀管24外壁之间形成第一腔室2101，所述第一腔室2101与局部密封装置3内部空间连通，在所述过渡管道21的外侧设置抽吸管道22，所述抽吸管道22的一端与第一腔室2101连通，另一端与真空机组相连通。
45.在过渡管道21的内壁与防蒸镀管24外壁之间形成第一腔室2101，用于对局部密封装置3形成密封空间进行抽真空，保证电子束焊枪1进行电子束焊接的低真空环境，通过在过渡管道21的上端中心处设置防蒸镀管24，用于所述电子束焊枪1产生的电子束流，所述电子束焊枪1发出的电子束流通过管腔241射向待焊工件的焊接位置，保证电子束焊枪1进行电子束焊接的可靠性。
46.作为本发明的一个较佳示例，所述抽吸管道22设置至少两个，两个所述抽吸管道22通过过渡连接头23与过渡管道21连接。作为本发明的示例，所述抽吸管道22包括第一抽吸管221、转换接头222和第二抽吸管223，所述第一抽吸管221、所述第二抽吸管223设置在所述转换接头222的相对两端，所述转换接头222在两端在水平方向呈90
°
夹角。作为本发明的示例，两个所述抽吸管道22呈对称状布置在所述过渡管道21的相对两侧，两个所述第二抽吸管223朝向所述过渡管道21中心轴线同侧设置。
47.该设置保证了简化了过渡管道装置2的抽吸结构，一方面便于过渡管道装置2的加
工与装配，能够应用于多种应用场景，同时也便于真空机组快速抽取局部密封装置3形成密封空间的真空，提高局部真空电子束焊接装置应用的可靠性和适用性。
48.作为本发明的一个较佳示例，所述密封板31上设置第一贯穿孔3101和第二贯穿孔3102，在所述密封板31上远离所述电子束焊枪1的一端设置密封套32，所述第一贯穿孔3101与过渡管道21密封装配，所述第二贯穿孔3102设置在所述密封套32与所述第一贯穿孔3101之间，所述第二贯穿孔3102与过渡管道21连通。
49.该设置通过在密封板31上设置与过渡管道21连通的第二贯穿孔3102，用于抽取电子束焊枪1焊接时在局部密封装置3内部产生的烟气，避免烟气影响电子束流的焊接效果，进一步提高本发明所述局部真空电子束焊接真空密封系统使用的可靠性。
50.作为本发明的一个较佳示例，所述防蒸镀管24伸入所述第一贯穿孔3101内部，在所述密封板31上远离所述电子束焊枪1的一侧设置连通槽3103，所述连通槽3103的两端分别连通所述第一贯穿孔3101和所述第二贯穿孔3102。
51.该设置通过对局部密封装置3进行结构改进，一方面保证局部密封装置3内部形成密封空间进行局部真空电子束焊接的可靠性，另一方面进一步提高了过渡管道装置2抽吸电子束焊枪1工作时产生烟气的可靠性，保证焊接质量。
52.作为本发明的一个较佳示例，在所述密封板31设置所述第二贯穿孔3102的位置固定连通支管25，所述连通支管25与所述第一抽吸管221连通，所述连通支管25与所述第一抽吸管221垂直设置。作为优选，所述连通支管25与所述第一抽吸管221一体成型。
53.该设置进一步保证了过渡管道装置2抽吸电子束焊枪1工作时产生烟气的可靠性，同时简化第一抽吸管221的生产和连接工序，降低成本。
54.作为本发明的一个较佳示例，所述第二贯穿孔3102在所述密封板31上沿着所述第一贯穿孔3101的中心轴线对称布置两个。对应的，所述连通槽3103设置两个，两个所述连通槽3103分别用于两个第二贯穿孔3102与第一贯穿孔3101连通。
55.该设置一方面通过对称设置的两个连通支管25抽吸电子束焊枪1工作时在密封空间内产生烟气，同时避免密封空间内部气流不均匀影响电子束焊枪1的焊接质量，进一步提高本发明所述局部真空电子束焊接真空密封系统使用的可靠性。
56.作为本发明的一个较佳示例，在所述密封板31上远离所述电子束焊枪1的一侧设置第一容纳槽3104和第二容纳槽3105，所述第一容纳槽3104和第二容纳槽3105均呈封闭的环状设置，且所述第一容纳槽3104的中心、所述第二容纳槽3105的中心与所述密封板31的中心重合，所述密封套32包括第一密封环3201和第二密封环3202，所述第二密封环3202与所述第一容纳槽3104过盈配合，所述第一密封环3201与所述第二容纳槽3105过盈配合。
57.通过在所述密封板31上远离所述电子束焊枪1的一侧设置内外两层密封环，进一步提高局部密封装置3在所述电子束焊枪1位置与待焊工件形成密封空间的密封性，保证电子束焊接在使用时焊接位置的真空度，提高电子束焊接的质量。
58.本发明所述的局部真空电子束焊接真空密封系统，所采用的密封套32能够通过申请人自主研发分局部真空电子束焊接用高温密封材料测试系统快速进行耐高温、移动塑性密封以及不同堆焊高度下的密封性能检测，使检测的密封件能够应用于不同的工况条件，根据检测确定出局部真空电子束焊接适用的密封材料应用于直线对接金属件局部真空电子束焊接系统中的密封套32。
59.申请人在研究中进一步发现，丁腈橡胶(nbr)是丁二烯和丙烯腈的共聚物，其耐油性、耐磨性、耐热性和粘接力好，是最常用的密封橡胶原料，但是不同改性和加工工艺制备的丁腈橡胶密封件一般也存在不同的性能。针对真空电子束焊接时用的密封件需要具有高耐磨性、耐高温以及高弹性和高强度的性能，本发明所述的密封套32的组分包括：
60.100份丁腈橡胶共聚物；在本发明中，所述丁腈橡胶共聚物由α，β-烯属不饱和单羧酸烷基酯单体或α，β-烯属不饱和单羧酸烷氧基烷基酯单体共聚制造；所述丁腈橡胶共聚物的门尼粘度(ml1+4，100℃)，优选为35～65。
61.本发明中使用的丁腈橡胶共聚物橡胶的制造方法没有特别的限定，能够通过将上述的单体共聚，并根据需要将得到的共聚物中的碳-碳双键氢化而制造。聚合方法没有特别限定，只要按照公知的乳液聚合法、溶液聚合法即可，在聚合作用时，除了使用乳化剂、聚合引发剂、分子量调节剂之外，还能够使用通常使用的聚合辅助材料。
62.35～55份液体丁腈橡胶改性炭黑；所述液体丁腈橡胶改性炭黑由端氨基液体丁腈橡胶与环氧基硅烷偶联剂处理的炭黑反应得到；
63.3～5份复合硫化剂；所述复合硫化剂包括所述复合硫化剂优选包括硫磺、过氧化二异丙苯和n，n
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间苯撑双马来酰亚胺(hva-2)；
64.1～3份共聚性防老化剂；其中，共聚性防老化剂包括n-(4-苯胺基苯基)丙烯酰胺、n-(4-苯胺基苯基)甲基丙烯酰胺、n-(4-苯胺基苯基)肉桂酰胺、n-(4-苯胺基苯基)巴豆酰胺、n-苯基-4-(3-乙烯基苄氧基)苯胺、n-苯基-4-(4-乙烯基苄氧基)苯胺等；
65.1～3份促进剂；其中，所述促进剂优选包括三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯和间苯撑双马来酰亚胺中的一种或几种。
66.在制备密封套32时，将丁腈橡胶共聚物、丁腈橡胶改性炭黑、胺类交联剂、共聚性防老化剂和促进剂混炼或者挤压成型。作为优选，所述密封套32通过专用模具挤压得到密封套32，如图9所示，该方案制备的待检测件能够连续成型，成本较低且效率高，同时提高了产品成材率，所述密封套32包括密封套圈321，在所述密封套圈321的剖面方向设置有中空的变形空腔322，作为优选，所述变形空腔322为圆形、菱形或者正多边形等结构中的任意一种或几种，通过在密封套圈321内部设置中空的变形空腔322，进一步提高密封套32整体弹性变形性能。
67.作为本发明的一个较佳示例，在所述密封板31靠近所述电子束焊枪1的一侧设置滑移压板501，所述滑移压板501在所述压力装置5的驱动装置作用下能够改变局部密封装置3下端面密封接触的压力。其中，在所述滑移压板501上设置第三贯穿孔5101，所述过渡管道21穿过所述第三贯穿孔5101后与密封板31的上表面密封固定连接。
68.根据局部密封装置3的性能调整压力装置5的施加压力值，使得局部密封装置3上述设置密封套32的位置在焊接过程中始终保持较为紧密的贴合状态，避免待焊工件焊接后的焊缝穿过局部密封装置3导致的密封失效，从而降低电子束焊枪1焊接的效率和可靠性。
69.本发明还公开了一种局部真空电子束焊接装置，包括如上述实施例所述的局部真空电子束焊接真空密封系统和基座6，在所述基座6上方形成电子束焊接工件的加工区域，所述局部密封装置3相对所述基座6固定，在所述基座6的上平面设置滑移装置4，所述滑移装置4能够带动带焊接件相对局部密封装置3移动，所述局部密封装置3中的密封套32与所述滑移装置4或者待焊工件在连接处形成密封空间，在所述基座6上还设置压力装置5，所述
压力装置5能够改变密封套32与所述滑移装置4或者待焊工件在连接处的压力，进一步提高本发明所述的局部真空电子束焊接真空密封系统在使用时的密封性能。作为本发明的示例，所述压力装置5包括滑移压板501，所述滑移压板501设置在所述密封板31靠近所述过渡管道装置2的一侧，在所述滑移压板501的中心处设置第三贯穿孔5101，所述过渡管道21穿过所述第三贯穿孔5101与所述密封板31连接。
70.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。