專利名稱：一種測量磁場對真空電子束軌跡干擾的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明涉及一種測量磁場對真空電子束軌跡干擾的方法。
背景技術(shù)：
近年來，真空電子束焊接技術(shù)以其高能量密度和優(yōu)良的焊縫質(zhì)量，在先進(jìn)發(fā)動機(jī)和飛機(jī)工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。與其他方式的熔焊比較，電子束焊有以下的優(yōu)點(diǎn)⑴功率密度高，束流直徑小，能夠形成深而窄的焊縫，焊縫深寬比可達(dá)30 :1，工件產(chǎn)生的變形極小，焊縫熱影響區(qū)很窄；⑵高度聚焦的電子束，熱輸入量較低，可焊接一般熔焊難于焊接的特種難熔金屬、熱敏感性強(qiáng)的金屬以及異種金屬材料；⑶電子束焊接參數(shù)可精確控制，焊接時參數(shù)的重復(fù)性及穩(wěn)定性好，焊縫深度、尺寸及特征都能被嚴(yán)格控制；⑷真空電子束焊接是在真空中進(jìn)行的，排除了大氣中的有害氣體對熔化金屬的影響，有利于活性金屬和高純度金屬的焊接。然而真空電子束焊對磁場的要求極為嚴(yán)格，由洛倫茲力的公式可知，運(yùn)動電荷在磁場受到洛倫茲力，會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)制造中，如何測量磁場對電子束軌跡的干擾成為一個難題。目前尚無測量磁場對電子束軌跡的干擾的辦法。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的尚無測量磁場對電子束軌跡干擾的方法的不足，本發(fā)明提出了一種測量磁場對真空電子束軌跡干擾的方法。本發(fā)明的具體過程是第一步翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸花盤至90°。測量時，將真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤旋轉(zhuǎn)至 90°。第二步安裝靶臺。將電子束焊機(jī)上的裝夾焊接試板的靶臺固定在真空電子束焊機(jī)的工作臺上，并使所述祀臺與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤之間保持20 50mm的間距。第三步裝夾焊接試板。取一塊無磁的鈦合金的焊接試板，并將該焊接試板固定在靶臺一側(cè)，使所述焊接試板與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤之間保持20 50mm的間距。第四步判斷真空室是否存在磁場。對真空電子束焊機(jī)進(jìn)行抽真空至5X 10_4mbar后，打開真空電子束焊機(jī)的隔離閥，向電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)中輸入束流值，使真空電子束焊機(jī)的電子槍I發(fā)射出電子束，并使該電子束的束流在焊接試板3表面的幾何中心區(qū)域聚焦形成束斑。所述電子束的束流為O. I 2mA，該電子束持續(xù)的時間為I 2min。通過電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)花盤I 2min，使位于焊接試板上的電子束的束斑在無磁的鈦合金焊接試板上形成運(yùn)動軌跡。若所述電子束的運(yùn)動軌跡在鈦合金焊接試板上形成一個點(diǎn)，證明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)無磁場，測量結(jié)束。若所述電子束的運(yùn)動軌跡在鈦合金焊接試板上形成不規(guī)則的閉合曲線，則證明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)存在磁場，進(jìn)行下一步。第五步判定真空室內(nèi)的磁場是否對電子束焊接形成干擾。通過電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，測量由于電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場所造成的電子束運(yùn)動軌跡在鈦合金焊接試板上形成的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值。若所得到的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值大于1_，則說明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場對電子束焊接的干擾超出容忍范圍，需要對帶磁物體進(jìn)行退磁。若所得到的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值小于1mm，則說明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場對電子束焊接的干擾在容忍范圍內(nèi)，能夠直接進(jìn)行零件的真空電子束焊接。
現(xiàn)有技術(shù)中在進(jìn)行真空電子束焊接時采用電子束焊機(jī)。電子束焊機(jī)由真空室、電子槍、控制系統(tǒng)和運(yùn)動系統(tǒng)組成，現(xiàn)代電子束焊機(jī)的運(yùn)動軸一般有X軸、Y軸、旋轉(zhuǎn)軸、傾翻軸和升降軸，由于旋轉(zhuǎn)軸靠電機(jī)驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)軸上的用于安裝零件的花盤經(jīng)常帶有剩磁，剩磁大小可用高斯計進(jìn)行測量，但至于磁場對電子束軌跡的影響就無法用測量儀器測出。本發(fā)明的目的是提供一種測量磁場對電子束軌跡干擾的方法。通過多次試驗(yàn)，發(fā)明將電子束焊機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸的花盤旋轉(zhuǎn)至90° (圖I所示)，在靠近花盤處放一用于裝夾焊接試板靶臺，在靶臺上固定一焊接試板，對電子束焊機(jī)的真空室抽真空至5X 10_4mbar后，電子槍的隔離閥打開，以5rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)花盤,打開電子束流,使該電子束的束流在焊接試板的表面聚焦形成束斑，此時若花盤帶磁，在試板上可清晰看到電子束的軌跡發(fā)生變化，呈不規(guī)則的封閉曲線。如圖2所示，最大邊界長度約20mm。本發(fā)明能夠直觀的看到磁場對電子束軌跡的干擾作用的最大邊界值。在測量中，通過電子束焊機(jī)調(diào)節(jié)束流的大小，束流越大，閉合曲線的軌跡越寬。本發(fā)明中，將焊接試板放置在與零件相同的工作距離上，進(jìn)行該試驗(yàn)，如果閉合曲線的最大邊界值在焊接容忍范圍內(nèi)，則可以進(jìn)行零件的焊接。如果閉合曲線的最大邊界值超出焊接的容忍范圍，則需要采取措施將磁場的影響降低到焊接容忍范圍內(nèi)，才可進(jìn)行零件的焊接。


圖I測量方法示意圖；圖2不規(guī)則的封閉曲線；圖3是本發(fā)明的流程圖。I.電子槍 2.花盤 3.焊接試板 4.祀臺 5.工作臺
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I本實(shí)施例是一種測量磁場對電子束軌跡干擾的方法，具體過程是第一步翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸花盤至90°。測量時，使用電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，將真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤2翻轉(zhuǎn)至90° ;第二步安裝靶臺。將電子束焊機(jī)上的裝夾焊接試板的靶臺4固定在真空電子束焊機(jī)的工作臺5上,并使所述祀臺與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤2之間保持20 50mm的間距。本實(shí)施例中，靶臺4與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤之間的間距為20mm。第三步裝夾焊接試板。取一塊無磁的鈦合金的焊接試板3，并將該焊接試板固定在靶臺一側(cè)，使所述焊接試板與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤之間保持20 50mm的間距。本實(shí)施例中，所述焊接試板的規(guī)格為IOOmmX 100mm,厚度> 5mm ;所述祀臺與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤之間的間距為20mm。
第四步判斷真空室是否存在磁場。對真空電子束焊機(jī)進(jìn)行抽真空至5X 10_4mbar后，打開真空電子束焊機(jī)的隔離閥，向電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)中輸入束流值，使真空電子束焊機(jī)的電子槍I發(fā)射出電子束，并使該電子束的束流在焊接試板3表面的幾何中心區(qū)域聚焦形成束斑。所述電子束的束流為O. I 2mA，該電子束持續(xù)的時間為I 2min。本實(shí)施例中，所述電子束的束流為1mA，該電子束持續(xù)的時間為1.5min。通過電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)花盤2，使位于焊接試板上的電子束的束斑在無磁的鈦合金焊接試板3上形成運(yùn)動軌跡，并將該運(yùn)動軌跡通過真空電子束焊機(jī)的視頻系統(tǒng)顯示。若所述電子束的運(yùn)動軌跡在鈦合金焊接試板上形成一個點(diǎn)，證明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)無磁場，測量結(jié)束。若所述電子束的運(yùn)動軌跡在鈦合金焊接試板上形成不規(guī)則的閉合曲線，則證明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)存在磁場。
所述旋轉(zhuǎn)花盤的旋轉(zhuǎn)軌跡為按某個方向旋轉(zhuǎn)的軌跡，本實(shí)施例中，花盤2在電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)的控制下，按順時針方向做圓周運(yùn)動；花盤旋轉(zhuǎn)的時間為I 2min，轉(zhuǎn)速為5rpm。本實(shí)施例中，花盤2旋轉(zhuǎn)的時間為I. 5min。第五步判定真空室內(nèi)的磁場是否對電子束焊接形成干擾。通過電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，測量由于電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場所造成的電子束運(yùn)動軌跡在鈦合金的焊接試板3上形成的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值。若所得到的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值大于1_，則說明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場對電子束焊接的干擾超出容忍范圍，需要對帶磁物體進(jìn)行退磁；若所得到的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值小于1mm，則說明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場對電子束焊接的干擾在容忍范圍內(nèi)，能夠直接進(jìn)行零件的真空電子束焊接。實(shí)施例2本實(shí)施例是一種測量磁場對電子束軌跡干擾的方法，具體過程是第一步翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸花盤至90°。測量時，使用電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，將真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤2翻轉(zhuǎn)至90° ;第二步安裝靶臺。將電子束焊機(jī)上的裝夾焊接試板的靶臺4固定在真空電子束焊機(jī)的工作臺5上,并使所述祀臺與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤2之間保持20 50mm的間距。本實(shí)施例中，靶臺4與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤之間的間距為50mm。第三步裝夾焊接試板。取一塊無磁的鈦合金的焊接試板3，并將該焊接試板固定在靶臺一側(cè)，使所述焊接試板與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤之間保持20 50mm的間距。本實(shí)施例中，所述焊接試板的規(guī)格為IOOmmX 100mm,厚度> 5mm ;所述祀臺與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤之間的間距為50mm。第四步判斷真空室是否存在磁場。對真空電子束焊機(jī)進(jìn)行抽真空至5X 10_4mbar后，打開真空電子束焊機(jī)的隔離閥，向電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)中輸入束流值，使真空電子束焊機(jī)的電子槍I發(fā)射出電子束，并使該電子束的束流在焊接試板3表面的幾何中心區(qū)域聚焦形成束斑。所述電子束的束流為O. I 2mA，該電子束持續(xù)的時間為I 2min。本實(shí)施例中，所述電子束的束流為O. 1mA，該電子束持續(xù)的時間為Imin。通過電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)花盤2，使位于焊接試板上的電子束的束斑在無磁的鈦合金焊接試板3上形成運(yùn)動軌跡，并將該運(yùn)動軌跡通過真空電子束焊機(jī)的視頻系統(tǒng)顯示。若所述電子束的運(yùn)動軌跡在鈦合金焊接試板上形成一個點(diǎn)，證明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)無磁場，測量結(jié)束；若所述電子束的運(yùn)動軌跡在鈦合金焊接試板上形成不規(guī)則的閉合曲線，則證明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)存在磁場，進(jìn)行下一步。所述旋轉(zhuǎn)花盤的旋轉(zhuǎn)軌跡為按某個方向旋轉(zhuǎn)的軌跡，本實(shí)施例中，花盤2在電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)的控制下，按順時針方向做圓周運(yùn)動；花盤旋轉(zhuǎn)的時間為I 2min，轉(zhuǎn)速為5rpm。本實(shí)施例中,花盤2旋轉(zhuǎn)的時間為lmin。第五步判定真空室內(nèi)的磁 場是否對電子束焊接形成干擾。通過電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，測量由于電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場所造成的電子束運(yùn)動軌跡在鈦合金的焊接試板3上形成的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值。若所得到的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值大于1_，則說明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場對電子束焊接的干擾超出容忍范圍，需要對帶磁物體進(jìn)行退磁；若所得到的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值小于1mm，則說明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場對電子束焊接的干擾在容忍范圍內(nèi)，能夠直接進(jìn)行零件的真空電子束焊接。實(shí)例3本實(shí)施例是一種測量磁場對電子束軌跡干擾的方法，具體過程是第一步翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸花盤至90°。測量時，使用電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，將真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤2翻轉(zhuǎn)至90° ;第二步安裝靶臺。將電子束焊機(jī)上的裝夾焊接試板的靶臺4固定在真空電子束焊機(jī)的工作臺5上,并使所述祀臺與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤2之間保持20 50mm的間距。本實(shí)施例中，靶臺4與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤之間的間距為40mm。第三步裝夾焊接試板。取一塊無磁的鈦合金的焊接試板3，并將該焊接試板固定在靶臺一側(cè)，使所述焊接試板與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤之間保持20 50mm的間距。本實(shí)施例中，所述焊接試板的規(guī)格為IOOmmX 100mm,厚度> 5mm ;所述祀臺與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤之間的間距為40mm。第四步判斷真空室是否存在磁場。對真空電子束焊機(jī)進(jìn)行抽真空至5X lOlibar后，打開真空電子束焊機(jī)的隔離閥，向電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)中輸入束流值，使真空電子束焊機(jī)的電子槍I發(fā)射出電子束，并使該電子束的束流在焊接試板3表面的幾何中心區(qū)域聚焦形成束斑。所述電子束的束流為O. I 2mA，該電子束持續(xù)的時間為I 2min。本實(shí)施例中，所述電子束的束流為2mA，該電子束持續(xù)的時間為2min。通過電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)花盤2，使位于焊接試板上的電子束的束斑在無磁的鈦合金焊接試板3上形成運(yùn)動軌跡，并將該運(yùn)動軌跡通過真空電子束焊機(jī)的視頻系統(tǒng)顯示。若所述電子束的運(yùn)動軌跡在鈦合金焊接試板上形成一個點(diǎn)，證明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)無磁場，測量結(jié)束。若所述電子束的運(yùn)動軌跡在鈦合金焊接試板上形成不規(guī)則的閉合曲線，則證明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)存在磁場，進(jìn)行下一步。所述旋轉(zhuǎn)花盤的旋轉(zhuǎn)軌跡為按某個方向旋轉(zhuǎn)的軌跡，本實(shí)施例中，花盤2在電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)的控制下，按順時針方向做圓周運(yùn)動；花盤旋轉(zhuǎn)的時間為I 2min，轉(zhuǎn)速為5rpm。本實(shí)施例中，花盤2旋轉(zhuǎn)的時間為2min。第五步判定真空室內(nèi)的磁場是否對電子束焊接形成干擾。通過電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，測量由于電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場所造成的電子束運(yùn)動軌跡在鈦合金的焊接試板3上形成的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值。若所得到的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值大于1_，則說明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場對電子束焊接的干擾超出容忍范圍，需要對帶磁物體進(jìn) 行退磁；若所得到的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值小于1mm，則說明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場對電子束焊接的干擾在容忍范圍內(nèi)，能夠直接進(jìn)行零件的真空電子束焊接。
權(quán)利要求
1.一種測量磁場對真空電子束軌跡干擾的方法，其特征在于，具體過程是第一步翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸花盤至90° ;測量時，將真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤旋轉(zhuǎn)至 90° ;第二步安裝靶臺；將電子束焊機(jī)上的裝夾焊接試板的靶臺固定在真空電子束焊機(jī)的工作臺上，并使所述祀臺與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤之間保持20 50mm的間距； 第三步裝夾焊接試板；取一塊無磁的鈦合金的焊接試板，并將該焊接試板固定在靶臺一側(cè)，使所述焊接試板與真空電子束焊機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的花盤之間保持20 50mm的間距； 第四步判斷真空室是否存在磁場；對真空電子束焊機(jī)進(jìn)行抽真空至5X lOlibar后， 打開真空電子束焊機(jī)的隔離閥，向電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)中輸入束流值，使真空電子束焊機(jī)的電子槍I發(fā)射出電子束，并使該電子束的束流在焊接試板3表面的幾何中心區(qū)域聚焦形成束斑；所述電子束的束流為O. I 2mA，該電子束持續(xù)的時間為I 2min ；通過電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)花盤I 2min,使位于焊接試板上的電子束的束斑在無磁的鈦合金焊接試板上形成運(yùn)動軌跡；若所述電子束的運(yùn)動軌跡在鈦合金焊接試板上形成一個點(diǎn)，證明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)無磁場，測量結(jié)束；若所述電子束的運(yùn)動軌跡在鈦合金焊接試板上形成不規(guī)則的閉合曲線，則證明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)存在磁場，進(jìn)行下一步；第五步判定真空室內(nèi)的磁場是否對電子束焊接形成干擾；通過電子束焊機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，測量由于電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場所造成的電子束運(yùn)動軌跡在鈦合金焊接試板上形成的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值；若所得到的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值大于 1_，則說明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場對電子束焊接的干擾超出容忍范圍，需要對帶磁物體進(jìn)行退磁；若所得到的不規(guī)則閉合曲線的最大邊界值小于1mm，則說明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)的磁場對電子束焊接的干擾在容忍范圍內(nèi)，能夠直接進(jìn)行零件的真空電子束焊接。
全文摘要
一種測量磁場對真空電子束軌跡干擾的方法，將電子束焊機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸的花盤旋轉(zhuǎn)至90°，在靠近花盤處放一用于裝夾焊接試板靶臺，在靶臺上固定焊接試板，對電子束焊機(jī)的真空室抽真空后，打開電子槍的隔離閥，并使花盤旋轉(zhuǎn)。打開電子束流，使在焊接試板的表面聚焦形成的束斑形成運(yùn)動軌跡，若所述電子束的運(yùn)動軌跡在鈦合金焊接試板上形成一個點(diǎn)，證明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)無磁場，測量結(jié)束。若所述電子束的運(yùn)動軌跡在鈦合金焊接試板上形成不規(guī)則的閉合曲線，則證明電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)存在磁場。通過測量該閉合曲線的最大邊界值，以判定真空室內(nèi)的磁場是否在焊接容忍范圍內(nèi)。
文檔編號B23K15/06GK102922122SQ20121041111
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者康文軍, 韋瑾, 阮成勇, 楊磊, 王建濤, 陳濤 申請人:西安航空動力股份有限公司