PKR251
5E-7～1E5 0.5～9.5 10
图
根据不同真空要求选取规管
四、设计方案及预期效果
真空系统布置图 抽气系统由两路扩散泵机组组成。主泵扩散泵的标称抽速为50000L／s， 运行范围为1.210-1— 6.310-6 Pa,最大气载为3300Pa· l/s。
热扩散泵抽气曲线
— Pumping speed/cold cap
• 4.由于没有气压作用，焊接部件在焊接时不易发生形变。
二、课题意义 • 购进电子束焊接设备意义：
• • • • 解决特种金属焊接问题 解决ITER项目工程采购包（feeder）的焊接技术难题 满足国际组对于产品制造的严格要求 远瞻等离子体未来科研项目的需要，提升制造工艺水平
• 此课题的意义：
• 完成一个对大体积真空室进行快速抽气，获得真空的真 空系统，满足电子束焊接的要求。 • 为以后feeder项目以及等离子所的其他类似的真空系统的 设计提供参数、经验。
二、国内外装置现状及课题意义
• 国外概述
• 1948年 西德物理学家 K.H.Steigerwald首次提出概念 • 1954年 法国的J.A.Stohr博士设计和 制造 • 1958年后美英日及前苏联相继开始研究 • 其后，随着真空技术发展，研制出了真 空电子束焊接装置 （ 解决了许多常规焊接方法无法焊接 的特种金属的焊接问题，使焊接技术又 发展到一个新的阶段 ）
1、启动慢
由于方案中要求工作气压稳定在10-2 Pa，故只考虑高真空系统 （6.67×10-2 —1.33×10-3 Pa）的泵组 最后选择第三种泵组，常用，效果好
规管的选择
APR262
量程(mbar) 输出电压(V) 反应时间(ms) 20～2.2E5 1～9.8 10
PCG400
5E-2～1.5E5 1.9～10.23 10
— Pumping speed/Hallo baffle
— Throughput
前级泵
单台主扩散泵排气量的排除和前级真空由RPS－4001罗 茨泵和MS-631机械泵串级式提供：
1.罗茨泵的工作范围为1600—0.7Pa，标称抽速为3900m3/h （1083 l/s） 2.机械泵的工作范围为107—8Pa，标称抽速为590m3/h （164l/s）
德国PTR公司 ebw3000/150CNC型电子束焊机 真空室;1.7m*1.25m*1.45m
各国装置
法国TECHMETA公司 LARA52型 真空室： 0.35m*0.6m*0.8m
各国装置
• 乌克兰巴东电焊研究所
KL110型 真空室：2.5m*2.5m*5m
各国装置
桂林电科所 HDZ-3B EB welder
真空室： 0.3m*0.3m*0.2m
真空中焊接的优点
真空中焊接的优点：
• 1.真空电子束焊接可以防止熔化金属受到氧、氮等有害气体 的污染，而且有利于焊缝金属的除气和净化，因而特别适于 活泼金属焊接。 • 2.用于焊接真空密封元件时，焊后元件内部保持在真空状态。
• 3.在真空中进行焊接，焊缝纯净、光洁，呈镜面，无氧化等 缺陷。

• 非真空电子束焊（大气中）
摆脱了工作室尺寸对工件的限制 考虑到加工效果，选择高真空电子束焊，真空抽到10-2 Pa量级
泵组的选择
优点
1、结构简单 2、工作可靠，成本低
缺点
1、启动慢 2、预抽时间长 3、容易反油 1、启动慢 2、不常用
扩散泵串联机械泵
扩散泵串联油增压泵， 1、预抽时间短 （中间有油增压泵） 再串联机械泵 扩散泵串联罗茨泵， 1、预抽时间短 再串联机械泵
国内概述
上世纪60年代后开始研究 数量不少，近100台，但品种单一 目前仍没有较大型的真空电子束焊接装 置
主要生产研制机构
• • • • • • • • 德国PTR和IGM公司 法国TECHMETA（泰克米特）公司 英国CVE公司 德国Probeam公司 乌克兰巴东电焊研究所 北京航空工艺研究所 中科院沈阳金属所 桂林电器科学研究所
三、设计主要内容 --- 目录
真空设计指标
确定各参数
矩形焊接室相关的真空参数 布置真空抽气系统
设计内容
两路扩散泵机组
罗茨泵和机械泵串联前级
焊接室可获得的本底真空度
真空系统设计计算
焊接室工况条件下可获得的真空度 粗抽抽气时间（各抽气阶段时间）
真空系统经费预算与采购 真空系统制造
设计指标
1. 综合考虑该电子束焊接设备的的焊接工件与焊接要求，分 析不同类型设备的工作能力、精度、可靠性以及性价比 等定型该设备为矩形真空室。 2. 真空室尺寸根据焊接件及工作台尺寸要求确定。由于真空 室尺寸大，需要分段，到现场通过法兰机械连接，密封 圈密封。 3. 可在50分钟的时间内使焊接室的真空度达到5Pa，在65分 钟的时间内使焊接室的真空度达到5×10-1Pa。 4. 在工作压强下，真空室受外压力而产生的应力和形变不会 过大。
电子束焊接真空系统设计
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题目来源
国内外装置现状及课题意义 设计的主要内容 实验设计方案及预期效果 关键问题和所需的主要设备
一、题 目 来 源
等离子体所ITER采购包电子束焊接 工艺和设备技术方案
课题来源
• 中科院等离子体所为解决ITER项目 工程采购包的焊接技术难题，在前 期市场与技术调研的基础上决定集 成电子束焊接设备。主要用于ITER 校正场线圈盒（CC）、高温超导电 流引线（HTS-CL）以及线圈终端盒 （CTB）的焊接。 • 电子束焊接设备需在真空环境下进 行工作，故现需要建造一个大型的 可快速抽真空的真空系统。
采用矩形真空室
优点：
真空室方案确定
1. 矩形真空室是电子束焊接设 备普遍采用的结构，风险小 2. 矩形真空室侧面滑动移门， 工作台可以方便移动出真空 室，而圆形真空室需要顶部 开门，安装和移出工件都要 从顶部吊起，非常不便
3. 矩形真空室可以采用分段式密 封圈密封，现场机械连接简 单
矩形焊接室相关的真空参数
焊接室结构材料采用Q345低碳钢。为减少这种材料大的放气率，内侧 通过爆炸焊接工艺，覆盖304不锈钢板材。 体积 V = 50m3
选择真空度 • 按真空室分类
• 高真空电子束焊（5×10-2—10-4Pa）
应用广泛，工件尺寸受真空室大小限制
• 低真空电子束焊（1—10Pa）
系统简单、启动快、效率高，减弱金属蒸发