鋼板真空復合電子束焊接設備的制作方法

本發明涉及電子束加工設備技術領域，具體涉及一種鋼板真空復合電子束焊接設備。

背景技術：

真空復合軋制法是一種復合鋼板先進的制備方法，該方法工藝流程為：先將兩塊或多塊待復合鋼板坯料切割成規定的尺寸；再將待復合表面通過龍門銑床機械清理干凈；之后將待復合鋼板疊合在一起，在真空環境下對復合面四周進行電子束焊接；接著將焊接完成的坯料送入加熱爐加熱；最后進行軋制，得到復合鋼板。該生產方法具有很高復合質量，且原材料來源廣泛，可進行同種材料鋼坯和異種材料鋼坯的復合。

真空復合軋制法生產線中最影響生產效率且最為關鍵的工藝段是電子束焊接。然而，目前工業化生產復合鋼板過程中的真空電子束焊接工序卻存在生產效率較低，導致整個制備復合鋼板過程效率低下的問題，其主要原因為：

1.待復合鋼板尺寸大、噸位重，且工作真空度要求高，造成焊接室抽真空時間長；

2.采用單電子槍焊接的裝備實現對待復合界面進行四周焊接密封，矩形待復合坯料要么需要在真空室內進行三次翻轉，要么需要三次退出真空室并進行翻轉，才能完成四個面的焊接，待復合坯料翻轉中斷焊接過程都會降低生產節奏；

3.采用室內翻轉方式焊接室制造尺寸將要加大，造成抽真空時間進一步加長；采用室外翻轉方式節奏更慢，且中途退出真空室會使未被完全封閉的復合界面進入空氣，破壞復合界面的高真空狀態，而復合界面狹縫內的空氣在真空室內已很難再被重復完全抽凈，在后續的鋼板坯料加熱過程中可能使復合界面造成氧化，產生界面缺陷。

為了提高真空復合軋制法生產效率及焊接質量，需對真空電子束焊機的結構及運行方式進行創新改進。

技術實現要素：

本發明所要解決的是現有工業化生產復合鋼板過程中的真空電子束焊接工序存在生產效率較低，從而導致整個制備復合鋼板過程效率低下的問題，提供一種鋼板真空復合電子束焊接設備。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

鋼板真空復合電子束焊接設備，包括焊接室、工作平臺、動槍機構和電子槍；待復合鋼板水平疊放在工作平臺上，工作平臺處于焊接室內腔的底部中央；有4組動槍機構繞設在工作平臺的四周，每組動槍機構對應待復合鋼板的一個焊接面；每組動槍機構均配備1支電子槍，每組動槍機構帶動其上的電子槍運動，并使得該電子槍發出的電子束沿著所對應的待復合鋼板的其中一個焊接面上的焊縫做橫向和縱向的二維移動。

上述方案中，每組動槍機構均包括橫向導軌、2條縱向導軌和2根固定樁；2根固定樁分別立設在焊接室的其中一個側壁的橫向兩端即焊接室的2個相鄰的內角處；2條縱向導軌的分別固定安裝在這2根固定樁上；橫向導軌的兩端分別活動安裝在這2條縱向導軌上，并能沿著縱向導軌在焊接室內縱向移動；電子槍活動安裝在橫向導軌上，并能沿著橫向導軌在焊接室內橫向移動；電子槍與待復合鋼板的焊縫相對，且電子槍的電子束出口朝向焊縫。

作為改進，上述方案中，每2組相鄰的動槍機構中處于焊接室的同一內角的2固定樁合并為1根固定樁，即這2組相鄰動槍機構的其中1條縱向導軌同時安裝在這根固定樁上。

上述方案中，針對不同尺寸的復合鋼板的焊接面的焊縫與電子槍的電子束出口的距離不同，通過控制電子槍發出的電子束焦點的遠近來適應。

與現有技術相比，本發明具有如下特點：

1.待復合鋼坯水平疊放，不用翻轉，裝夾簡單化。

2.一次抽真空，復合鋼坯復合面四邊同時焊，效率和成品率高。

3.采用二機械軸和一電氣軸，實現電子束聚焦斑點三維運動，比三維動槍機械機構簡潔，運行可靠，并能提高焊接室的利用空間。

附圖說明

圖1為鋼板真空復合電子束焊接裝備的非等比例關系的主視圖。

圖2為鋼板真空復合電子束焊接裝備的非等比例關系的左視圖。

圖3為鋼板真空復合電子束焊接裝備的非等比例關系的俯視圖。

圖中標號：1、焊接室；2、電子槍；3、真空機組；4、動槍機構；41、橫向導軌；42、縱向導軌；43、固定樁；5、工作平臺；6、進出導軌；7、焊接室門；8、開門橫梁。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步說明：

一種鋼板真空復合電子束焊接設備，如圖1-3所示，主要由焊接室1、電子槍2、真空機組3、動槍機構4、工作平臺5、進出導軌6、操作臺、焊接室門7、開門橫梁8、操作臺、控制柜和高壓油箱組成。

待復合鋼板均為矩形，其水平疊放時具有4個側面(即焊接面)。焊接面上的焊縫條數由待復合鋼板的數量決定：當2塊鋼板進行復合時，每個焊接面上的焊縫的條數為1條；當3塊鋼板進行復合時，每個焊接面上的焊縫的條數為2條；依次類推，當N塊鋼板進行復合時，每個焊接面上的焊縫的條數為N-1條。

為了能夠實現待復合鋼坯的非翻轉焊接，本發明包括4組動槍機構4和4支電子槍2。4組動槍機構4繞設在待復合鋼板即工作平臺5的四周，每組動槍機構4對應加工一個焊接面上的所有焊縫。每組動槍機構4均配備1支電子槍2，每組動槍機構4帶動其上的電子槍2運動，并使得電子槍2發出的電子束沿著待復合鋼板的其中一個焊接面的焊縫做二維移動。

焊接室1：由30～35mm厚的鋼板焊接加工而成，焊接室1的壁及其壁上所開的窗和孔都需能承受1個大氣壓的壓力，同時具備真空密封和防X射線泄漏功能。焊接室1內部安裝多臺攝像頭，可在線觀察焊接過程的狀況。

電子槍2：本發明共有4支電子槍2。每支電子槍2產生可控電子束，電子槍2產生的電子束的焦點可調，且具有偏轉與掃描功能。

真空機組3：本發明共有2套真空機組3，這2套真空機組3均從焊接室1的上部抽氣口對焊接室1抽氣，實現并維持焊接室1內部真空優于1×10^-2P_a的工作環境。每組真空機組3由機械真空泵、羅茨泵和油擴散泵串聯組成。

動槍機構4：本發明共有4組動槍機構4，這4組動槍機構4分別實現4支電子槍2的二維機械運動。每組動槍機構4均包括橫向導軌41、2條縱向導軌42和2根固定樁43。2根固定樁43分別立設在焊接室1的其中一個側壁的橫向兩端即焊接室1的2個相鄰的內角處；2條縱向導軌42的分別固定安裝在這2根固定樁43上；橫向導軌41的兩端分別活動安裝在2條縱向導軌42上，并能沿著縱向導軌42在焊接室1內縱向移動；電子槍2活動安裝在橫向導軌41上，并能沿著橫向導軌41在焊接室1內橫向移動；電子槍2與待復合鋼板的所對應的焊接面上的焊縫相對，且電子槍2的電子束出口朝向焊縫。為了節約空間，在本發明優選實施例中，動槍機構4采用固定樁43共用的形式，即在每2組相鄰的動槍機構4中，處于焊接室1同一個內角處的2根固定樁43合為一體。此時，焊接室1中共有4根固定樁43，即焊接室1的4個內角處各立有1根固定樁43，每2組相鄰的動槍機構的其中1條縱向導軌42同時固定安裝在這根固定樁43上。將每組動槍機構4的橫向導軌41與焊縫平行方向定義為x軸，縱向導軌42與焊縫垂直方向定義為y軸，電子槍2的電子束出口至焊接面的距離方向定義為z軸。x軸和y軸由電動機驅動實現二維機械運動，z軸由電子槍2的電子束聚焦電流調節電子束焦點的遠近，即由二維機械軸和一維電氣軸實現電子束焦點的三維運動。

工作平臺5：用于承載待復合鋼板，即待復合鋼板水平疊放在工作平臺5上。工作平臺5處于焊接室1內腔的底部中央。

進出導軌6：用于承載工作平臺5，在電動機的驅動下，工作平臺5沿著進出導軌6進出焊接室1。

焊接室門7：由30～35mm厚的鋼板焊接加工而成，焊接室門7的壁及其壁上所開的窗和孔都需能承受1個大氣壓的壓力，同時具備真空密封和防X射線泄漏功能。

開門橫梁8：用于焊接室門7定向打開。

操作臺：用于焊接參數的設定、記錄，焊接流程的操作，焊接過程的在線監控。

控制柜：集成安裝整臺裝備電氣裝置的元器件。包括油箱的供電電源調節裝置、電子槍2聚焦和偏掃電源、電動機的驅動電源裝置、真空機組3控制裝置、焊接流程控制裝置以及中央控制單元(PLC和/或工業計算機)。

高壓油箱：產生加速電源、陰極電源及柵偏控制電源。本發明共有4臺高壓油箱，這4臺高壓油箱分別通過高壓電纜給4支電子槍2供電。

上述鋼板真空復合電子束焊接設備的工作過程如下：

第1步、裝料。焊接室門7打開狀態，工作平臺5沿著進出導軌6開出焊接室1外，此時電子槍2位于終點位置，該終點位置為電子槍2可移動范圍的最上端的左側或右側中的一側(相當于焊機室的上角落處)，使其不妨害工作平臺5及復合鋼板進出焊接室1；把至少兩塊待復合面已加工清理好的鋼板坯料依次吊裝到工作平臺5上，并依次疊放整齊，其四邊焊縫盡量與4組動槍機構4的橫梁分別平行；工作平臺5開進焊接室1，到位后鎖定；關好焊接室門7。

第2步、焊前準備。啟動真空機組3對焊接室1進行抽氣，當焊接室1真空優于5P_a后，依次啟動4支電子槍2的分子泵；當焊接室1真空優于5P_a，且4支電子槍2的內部真空都優于1×10^-2P_a后，啟動電子槍2的電源，借助光學觀察系統，采用試驗電子束流對焊縫軌跡進行試驗示教尋跡，并記錄焊縫軌跡數據；4支電子槍2各自運行回x軸的起點位置，該起點位置位于電子槍2終點位置的另一側；根據焊縫軌跡數據編寫焊縫CNC運行程序。

第3步、焊接。調用焊接參數，待到焊接室1真空優于1×10^-2P_a后，啟動焊接程序(包括焊縫CNC運行程序)。4支電子槍2各自根據焊接參數同時焊接，4支電子槍2同時按順時針或按反時針運行，每支電子槍2焊完一邊后，關掉其電源及其分子泵，并自動運行到終點位置。

第4步、出料。復合鋼板四邊都焊接完成后，結束真空機組3對焊接室1抽氣工作；對焊接室1充氣；打開焊接室門7；工作平臺5沿著進出導軌6移出焊接室1；吊車吊走焊好的鋼板，進入下一個工序。

本發明采用4支電子槍2對待復合鋼坯復合面4條邊同時進行焊接，實現一次抽真空過程且不用翻轉鋼坯就完成待復合鋼坯復合面的四周焊接，這樣既提高了工效，又能消除復合界面被氧化的缺陷。