一种空间环境电子束焊接科学试验装置及方法与流程

本发明涉及电子束焊接，更为具体来说，本发明涉及一种空间环境电子束焊接科学试验装置及方法。

背景技术：

1、空间电子束焊接技术是指在空间环境下，利用高能电子束热源实施材料熔化连接的先进制造技术，电子束焊接具有高能量密度、高热效率的优点，空间天然真空环境可以极大简化焊接设备，降低地天之间的运输要求，因此，空间电子束焊接技术成为了最先发展的焊接技术。空间电子束焊接技术的主要应用背景针对空间大型结构建造、航天器维护维修、空间急需的产品研制、空间资源回收再利用等，以保障在轨航天器长寿命可靠运行，以及为未来地外行星探测提供技术保障。但空间环境与地面环境存在巨大差别，主要表现为微重力、高真空、高低温度循环骤变、原子氧和粒子腐蚀、高强度射线辐射等，这些因素对电子束焊接工艺参数、焊接熔池形成及行为、焊缝成形和焊缝质量有较大影响，因此有必要开展空间环境下电子束焊接科学试验。

2、地面使用的电子束焊接设备由于外形尺寸和性能参数等原因难以满足空间环境试验需求，所以本技术提出了一种空间环境电子束焊接科学试验装置及方法，以解决现有设备存在的问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种空间环境电子束焊接科学试验装置及方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种空间环境电子束焊接科学试验装置，该装置包括：箱体、控制器、高压电源、相机、工作台、电子枪和试件盒，其中：

3、所述控制器、所述高压电源、所述相机、所述工作台、所述电子枪和所述试件盒均安装于所述箱体内部；

4、所述控制器、所述高压电源、所述工作台和所述试件盒均安装于所述箱体内表面上，所述相机与所述电子枪安装在所述工作台上；

5、所述控制器和所述高压电源位于所述箱体内的一侧，所述相机、所述工作台、所述电子枪和所述试件盒位于所述箱体内的另一侧；

6、所述工作台和所述相机、所述电子枪位于所述试件盒上方，试验时由所述工作台带动所述相机、所述电子枪与所述试件盒完成焊接试验。

7、根据一种优选实施方式，所述试件盒上表面安装有焊接试件，所述焊接试件焊缝与所述试件盒上表面垂直。

8、根据一种优选实施方式，还包括第一绝缘垫片，所述试件盒与所述箱体的安装接触面使用所述第一绝缘垫片进行高压绝缘。

9、根据一种优选实施方式，所述箱体内部与空间环境或与空间模拟环境连通，电子束焊接时所需的真空环境由外界试验环境提供。

10、根据一种优选实施方式，所述箱体由底座、中间段和箱盖三部分组成，各部分通过螺钉连接。

11、根据一种优选实施方式，所述箱体侧面设有金属筛网结构，保证所述箱体与外界连通，金属筛网面积不小于400mm2，孔径不大于20μm。

12、根据一种优选实施方式，所述试件盒和所述焊接试件均采用无磁非金属材料。

13、根据一种优选实施方式，所述工作台底部设置有电机驱动的运动机构，所述运动机构可带动所述相机和所述电子枪相对于所述试件盒上表面做平移运动，运动区域覆盖所述试件盒内试件焊缝，运动直线度优于10μm/100mm。

14、根据一种优选实施方式，所述电子枪安装在所述工作台内的运动机构上，二者安装接触面使用第二绝缘垫片进行高压绝缘。

15、根据一种优选实施方式的另一方面，本技术实施例提供了一种空间环境电子束焊接科学试验方法，该方法包括：

16、步骤1，利用所述箱体外部上、下表面的机械安装接口将装置固定在空间环境或固定在模拟空间环境下的试验平台上；

17、步骤2，由外界通过所述箱体上的供电接口向所述高压电源供电以及通过所述箱体上的信息接口向所述控制器传输指令；

18、步骤3，所述电子枪发出电子束流并通过所述相机观测束流状态，所述电子束流准确聚焦于所述焊接试件表面后由所述工作台带动所述电子枪和所述相机沿所述试件盒内的所述焊接试件焊缝进行运动，完成试件焊接并监控、记录焊接过程；

19、步骤4，试件焊接完毕后所述工作台运动行程终止，所述电子枪停止发出电子束流，关闭所述相机后所述工作台返回至起始位置；

20、步骤5，将装置从空间环境或从模拟空间环境下的试验平台上取下，将所述试件盒从所述箱体上拆下并取出所述焊接试件用于进一步研究；

21、步骤6，将所述试件盒更换焊接试件后重新装入所述箱体。

22、本技术实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

23、在本技术实施例中，所述一种空间环境电子束焊接科学试验装置包括：箱体、控制器、高压电源、相机、工作台、电子枪和试件盒，其中：所述控制器、所述高压电源、所述相机、所述工作台、所述电子枪和所述试件盒均安装于所述箱体内部；所述控制器、所述高压电源、所述工作台和所述试件盒均安装于所述箱体内表面上，所述相机与所述电子枪安装在所述工作台上；所述控制器和所述高压电源位于所述箱体内的一侧，所述相机、所述工作台、所述电子枪和所述试件盒位于所述箱体内的另一侧；所述工作台和所述相机、所述电子枪位于所述试件盒上方，试验时由所述工作台带动所述相机、所述电子枪与所述试件盒完成焊接试验。所述一种空间环境电子束焊接科学试验方法包括：步骤1，利用所述箱体外部上、下表面的机械安装接口将装置固定在空间环境或固定在模拟空间环境下的试验平台上；步骤2，由外界通过所述箱体上的供电接口向所述高压电源供电以及通过所述箱体上的信息接口向所述控制器传输指令；步骤3，所述电子枪发出电子束流并通过所述相机观测束流状态，所述电子束流准确聚焦于所述焊接试件表面后由所述工作台带动所述电子枪和所述相机沿所述试件盒内的所述焊接试件焊缝进行运动，完成试件焊接并监控、记录焊接过程；步骤4，试件焊接完毕后所述工作台运动行程终止，所述电子枪停止发出电子束流，关闭所述相机后所述工作台返回至起始位置；步骤5，将装置从空间环境或从模拟空间环境下的试验平台上取下，将所述试件盒从所述箱体上拆下并取出所述焊接试件用于进一步研究；步骤6，将所述试件盒更换焊接试件后重新装入所述箱体。本技术所述的一种空间环境电子束焊接科学试验装置，相较于地面使用的电子束焊接设备，体积小、重量轻、外形规则、集成化程度高，便于转运、安装在空间环境或空间模拟环境中进行试验；该装置操作简单、结构可靠，自动化程度高，试验过程不需人为操作，只需外界提供供电、信息和机械安装接口便可进行焊接试验；该装置采用可拆卸式试件盒和试件结构，更换试件后可重复多次使用，同时针对不同的焊接试件可调整焊接过程和焊接工艺参数，焊接过程调整是指调整焊接顺序、起收弧位置和运动轨迹等，可调整的焊接工艺参数包括焊接速度、焊接电流、聚焦电流、工作距离等；通过内置跟踪相机实现焊机试验过程实时监测和视频存储，可进一步开展焊接过程和焊缝成形等方面的科学研究。

24、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。