[发明专利]一种辅助加热系统和电子束焊接热循环方法

说明书

本发明实施例提供的一种辅助加热装置和电子束焊接热循环方法，包括：加热罩、控制装置和隔热层，加热罩用于套设在工件上方；隔热层固定在转台与工件之间，加热罩的顶部盖板可移动设置。本发明在电子束焊接设备内部设计一套辅助加热装置，在焊接前为焊接材料和工件提供较为稳定、均匀的预热温度场，既有利于实现平面、环形及复杂工件结构的加热要求，又能满足频繁、短暂的真空循环加热使用需求，可为后续降低焊接热输入提供前提条件；控制装置的设置，在预先加热的条件下，调整电子束焊接参数，实现电子束焊接的热循环调控，降低焊接的冷却速度、温度梯度，这既有利于改善焊缝表面成形，又利于降低焊接热应力和残余应力，降低裂纹产生的几率。

技术领域

本发明涉及电子束加工技术领域，具体涉及一种辅助加热系统和电子束焊接热循环方法。

背景技术

电子束焊接因具有焊缝纯净、深宽比大、能量精确可控等优点成为航空航天技术领域常用的焊接方法之一。由于高强钛合金和超高强度钢等材料本身淬硬倾向高、脆性大，熔焊工艺对其脆硬影响更大。对于难熔易裂的材料，常规电子束焊接的主要问题和难点为：加热、冷却速度较快，淬硬倾向大；在焊接区域附近，不同位置的焊接温度差异大，即温度梯度大，焊接热应力及焊后的残余应力高。

因此，在焊接过程中或焊后易产生焊接裂纹。虽然电子束焊接在难熔材料方面具有较大优势，但其加热、冷却速度较快，焊接热循环及温度场的调控较难，易产生较大焊接热应力和焊接残余应力，同样面临焊接裂纹缺陷产生的问题。一般通过焊前的预热或焊后的缓冷等措施，来调控焊接热循环实现难熔易裂材料的焊接，解决焊接裂纹问题。

在电子束焊机真空室内部真空环境进行预热，主要有两种方式。一种方式采用同步或非同步的电子束进行局部预热，但预热深度较浅、均温性较差，特别是对中等厚度及大厚度焊接结构。对于裂纹敏感性高的材料，电子束局部预热对改善其淬硬效果有限。而另一种方式是在真空室内部搭建电阻加热等辅助加热系统，但由于电子束焊接设备本身属于精密焊接设备，运动系统等辅助结构对热敏感，在真空室内直接加热会导致一些部件受热损坏。

发明内容

为了解决现有技术中存在难熔易裂材料在焊接预热过程中存在在真空室内直接加热导致的一些部件受热损坏问题，本发明实施例提供一种辅助加热系统和预热的电子束焊接热循环方法。在一次真空循环条件下对难熔易裂材料进行辅助预热及电子束焊接，实现焊接热循环的调控，降低焊接的冷却速度，提高焊接质量。其具体技术方案如下：

本发明实施例提供的一种辅助加热装置，包括：加热罩、控制装置和隔热层，所述加热罩用于套设在所述工件上方；所述隔热层固定在转台与工件之间，所述加热罩的顶部盖板可移动设置。

进一步的，所述加热罩包括加热元件、温度传感器和运动机构，所述温度传感器放置于所述工件上、用于每隔预定时间段获取工件的温度并返回至所述控制系统，由所述控制系统根据所述温度调节加热元件的加热温度。

进一步的，所述加热罩包括不锈钢板隔热层和不锈钢框架；所述加热元件采用带状镍铬带Cr20Ni80，外部用陶瓷件绝缘，布置在加热罩内部，可单独拆卸。

进一步的，所述加热元件包括环形结构和线形结构，环形结构适用于环形工件，线形结构适用于平板工件；加热元件的预热温度范围为 300～600℃。

进一步的，平板工件加热罩的顶部盖板可左右移动，环形工件采用三组圆弧结构的加热元件；其中，所述加热元件还可以设置为柔性多段式的加热带，与所述加热带匹配的隔热层相应设置为多段式，每段加热带可根据焊缝的形状旋转一定角度。

进一步的，所述运动机构置于真空室内，用于移动加热罩的移动机构，以及用于在预热完成后通过所述运动机构控制加热罩移动机构的机关。