阅读说明：本技术 一种双金属复合坯料真空焊接装置及方法 (A kind of bimetallic composite blank vacuum welding device and method ) 是由 曾麟芳 向勇 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种双金属复合坯料真空焊接装置,包括支架、设于所述支架且具有箱门的箱体、设于所述箱体内用于驱动双金属复合坯料旋转的旋转机构、驱动所述旋转机构可沿垂直于箱门方向往复运动的传输机构、位于所述箱体外且与所述传输机构衔接的上料机构、与所述箱体连接的真空泵机组、及设于所述箱体顶部的电子束焊枪。本发明供的双金属复合坯料真空焊接装置,在保证复合坯料覆层与芯部的装配间隙为真空环境下对复合坯料的两端进行封口,为后续的热轧工艺提供净界面的环境以保证两种材料的冶金结合。本发明还提供一种双金属复合坯料真空焊接方法。(The present invention provides a kind of bimetallic composite blank vacuum welding device, including bracket, set on the bracket and feed mechanism that the cabinet with chamber door, the rotating mechanism in the cabinet for driving bimetallic composite blank to rotate, the driving rotating mechanism can be connected along the transmission mechanism moved back and forth perpendicular to chamber door direction, outside the cabinet and with the transmission mechanism, the vacuum pump assembly being connect with the cabinet and the electron beam gun set on the top of the box.The bimetallic composite blank vacuum welding device that the present invention supplies, the both ends of composite blank are sealed in the case where the fit-up gap for guaranteeing composite blank coating and core is vacuum environment, the metallurgical bonding for providing the environment in limbo face for subsequent hot rolling technology to guarantee two kinds of materials.The present invention also provides a kind of bimetallic composite blank vacuum welding methods.)

一种双金属复合坯料真空焊接装置及方法

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，特别涉及一种双金属复合坯料真空焊接装置及方法。

背景技术

双金属不锈钢覆层钢筋是指以不锈钢做覆材，以普通碳钢或普通低合金钢做芯部，通过热轧的方式制成的双金属复合材料。这种双金属复合材料兼具不锈钢耐腐蚀性和普通碳钢高强度的优点，与纯不锈钢筋相比，有相同或相近的耐腐蚀性能，但价格便宜且力学性能更优。与普碳钢相比，力学性能相当但耐腐蚀性能优势明显。因此，双金属复合材料越来越受到人们的重视，被广泛应用。

目前，不锈钢复合钢筋的制备方法基本以物理方法把碳钢用不锈钢管或不锈钢板焊接后直接加热轧制。这类方法制备的不锈钢覆层钢坯，外层不锈钢与芯部之间有间隙，间隙中存在空气会对芯棒造成氧化，严重影响不锈钢覆层与芯棒之间的结合。怎样将不锈钢覆层与芯棒之间间隙处的空气抽走和在真空下将坯料两端焊接封口，使两者的结合达到净界面结合，是影响两种金属是否达到冶金结合的关键。

鉴于此，有必要提供一种新的真空焊接工艺解决上述技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双金属复合坯料真空焊接装置及方法，在保证复合坯料覆层与芯部的装配间隙为真空环境下对复合坯料的两端进行封口，为后续的热轧工艺提供净界面的环境以保证两种材料的冶金结合，且本发明提供的双金属复合坯料真空焊接装置及方法具有动作简单、工作稳定、自动化程度高，效率高等的特点。

为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种双金属复合坯料真空焊接装置，包括支架、设于所述支架且具有箱门的箱体、设于所述箱体内用于驱动双金属复合坯料旋转的旋转机构、驱动所述旋转机构可沿垂直于箱门方向往复运动的传输机构、位于所述箱体外且与所述传输机构衔接的上料机构、与所述箱体连接的真空泵机组、及设于所述箱体顶部的电子束焊枪。

进一步地，所述传输机构包括第一轨道、与所述第一轨道滑动连接的移动平台、驱动所述移动平台沿所述第一轨道的延伸方向往复滑动的第一驱动装置。

进一步地，所述第一驱动装置包括固定于所述移动平台且输出轴贯穿所述移动平台的第一驱动电机、设于所述第一驱动电机输出轴端部的齿轮、与所述齿轮啮合的齿条，所述齿条的延伸方向与所述移动平台滑动方向一致，且所述齿条的长度与所述箱体的长度一致。

进一步地，所述旋转机构包括支撑于所述移动平台上且间隔设置的第二驱动电机和尾座、设于所述第二驱动电机输出轴的旋转卡盘、设于所述尾座的顶杆，所述旋转卡盘和所述顶杆夹持固定所述双金属复合坯料的两端。

进一步地，所述顶杆包括与所述尾座通过螺纹连接的连接杆、设于所述连接杆一端的旋转手柄、设于所述连接杆另一端且与所述连接杆活动连接的顶针，所述顶针与所述第二驱动电机相对设置。

进一步地，所述第二驱动电机为调速电机或伺服电机。

进一步地，还包括控制器、用于检测箱体内真空度的传感器，所述传感器与控制器电连接。

进一步地，所述箱门为手动门或自动门，且所述箱门与所述箱体接触部位设置通过密封圈。

进一步地，所述电子束焊枪为两个，分别对应所述双金属复合坯料的两端部设置。

本发明还提供一种双金属复合坯料真空焊接方法，包括如下步骤：

步骤S1，开启箱门，传输机构将旋转机构输送至箱体外的上料机构；

步骤S2，将双金属复合坯料固定于所述旋转机构，启动所述传输机构将固定有双金属复合坯料的旋转机构输送至箱体内；

步骤S3，关闭箱门，启动真空泵机组对箱体进行抽真空处理，使箱体内真空状态满足真空度≤1×10^-1Pa；

步骤S4，旋转机构驱动双金属复合坯料旋转，并启动电子束焊枪，对双金属复合坯料进行封口焊接；

步骤S5，真空泵机组对箱体进行充气处理；

步骤S6，开启箱门，传输机构将双金属复合坯料移至箱体外卸料。

进一步地，所述电子束焊枪焊透所述双金属复合坯料的覆层，并渗透至其芯部5-10mm。

与现有技术相比，本发明提供的双金属复合坯料真空焊接装置及方法，有益效果在于：

本发明提供的双金属复合皮料真空焊接装置，能实现抽走复合坯料覆层与芯部装配空间的空气，并能将复合坯料两端在真空环境下封口，从而保证复合坯料覆层与芯部装配空间的真空状态，为后续的热轧工艺提供净界面的环境以保证两种材料的冶金结合。

本发明提供的双金属复合坯料真空焊接装置及方法，具有动作简单、工作稳定、自动化程度高、效率高等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的双金属复合坯料真空焊接装置的结构示意图；

图2是本发明提供的双金属复合坯料真空焊接装置的工件上料状态的结构示意图；

图3是采用本发明提供的双金属复合坯料真空焊接装置焊接后的一种工件焊缝示意图；

图4是采用本发明提供的双金属复合坯料真空焊接装置焊接后的另一种工件焊缝示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请结合参阅图1和图2，其中图1是本发明提供的双金属复合坯料真空焊接装置的结构示意图；图2是本发明提供的双金属复合坯料真空焊接装置的工件上料状态的结构示意图。本发明的双金属复合坯料真空焊接装置100包括支架1、设于支架1且具有箱门21的箱体2、设于箱体内的传输机构3和旋转机构4、设于箱体外的上料机构5、设于箱体2顶部的电子束焊枪6、与箱体2连接的真空泵机组7。

箱体2支撑固定于支架1上，其呈长方体结构，需要真空焊接时，首先将箱体2进行抽真空处理，然后在箱体内完成真空焊接。箱体2的一侧具有箱门 21，当双金属复合坯料处于上料、输送进出箱体2状态时箱门21开启；在进行真空焊接时，箱门21处于关闭状态，且为了保证箱体2内的真空度，箱体2需要密封。优选的，箱门21与箱体接触部位设置密封圈(未图示)，接触部位通过密封圈密封连接。

本发明中，箱门21可以为手动门或自动门，其开启方式可以为左右推拉、上下抽拉、翻转方式。对应地，左右推拉、上下抽拉的开启方式，需要在箱体的相对两侧边设置滑动轨道。当箱门21设置为自动门时，箱门21的开启和关闭由控制器(未图示，下文中提及)控制。

传输机构3包括第一轨道31、与第一轨道31滑动连接的移动平台32、驱动移动平台32沿第一轨道31的延伸方向往复滑动的第一驱动装置33。其中第一轨道31为两根，平行且间隔设置，第一轨道31的延伸方向垂直于箱门21；移动平台32的底部设有与第一轨道31配合连接的滑块321，滑块321沿第一轨道31滑动而带动移动平台32运动。

第一驱动装置33包括固定于移动平台的第一驱动电机331、设于第一驱动电机331输出轴端部的齿轮332、与齿轮332啮合的齿条333，其中第一驱动电机331的输出轴贯穿移动平台32设置，且第一驱动电机331位于移动平台32 一端的中心位置，即第一驱动电机331位于两根第一轨道31之间，使驱动移动平台32滑动时受力更平衡。齿轮332设于第一驱动电机331输出轴端部，即与第一驱动电机分布于移动平台的相对两侧。齿条333的延伸方向与移动平台32 的滑动方向一致，且齿条333的长度与箱体2的长度一致。启动第一驱动电机331，其输出轴转动使齿轮332转动，齿轮332转动的同时在齿条333上做直线运动，从而带动移动平台32移动。

需要说明的是，为了实现移动平台32沿第一轨道31的延伸方向往复运动，将第一驱动电机331设计为正反转电机，如：当第一驱动电机331正转时，移动平台32由箱体内移动至箱体外，当第一驱动电机331反转时，移动平台32 由箱体外移动至箱体内。当然，第一驱动电机331的正反转规则可以也可以与上述规则相反。

旋转机构4包括支撑固定于移动平台32上且间隔设置的第二驱动电机41 和尾座42、设于第二驱动电机输出轴的旋转卡盘43、设于尾座42的顶杆44，旋转卡盘43和顶杆44夹持固定双金属复合坯料200的两端部。其中，第二驱动电机41设于移动平台32靠近第一驱动电机331的一端，尾座42设于移动平台32的另一端，即当移动平台32位于箱体2内时，尾座42靠近箱门21设置。

第二驱动电机41为调速电机或伺服电机，其转速可根据实际焊接速度进行调整。旋转卡盘43用于固定双金属复合坯料200的一端，其跟随第二驱动电机 41的输出轴一起转动，本实施例中，旋转卡盘43的结构参照现有技术，在此不做赘述。顶杆44包括与尾座42通过螺纹连接的连接杆441、设于连接杆441一端的旋转手柄442、设于连接杆441另一端且与连接杆441活动连接的顶针443。转动旋转手柄442，使连接杆441远离旋转卡盘43运动，增加了顶针443相对于旋转卡盘43的相对间距，从而方便双金属复合坯料的上料和下料；反方向转动旋转手柄442，使连接杆441靠近旋转卡盘43运动，顶针443和旋转卡盘43 配合将双金属复合坯料卡紧而不滑落。顶针443与连接杆441活动连接是指双金属复合坯料转动时，顶针443跟随双金属复合坯料转动，而连接杆441不转动。

本实施例中，将双金属复合坯料的旋转速度控制在100-800mm/min。

上料机构5包括上料平台51、设于上料平台51的第二轨道52。其中上料平台51的高度与箱体2的底板高度一致，第二轨道52与第一轨道31同线。对应地，第二轨道52也为两根，即第二轨道51与第一轨道31衔接，当移动平台31移出箱体后，移动平台沿第二轨道51滑动。

电子束焊枪6为两个，分别对应双金属复合坯料的两端部设置。进行真空焊接时，两个电子束焊枪6分别对双金属复合坯料的端口进行封口处理。电子束焊枪6的焊接功率、束流、焊接速度可调，在实际应用中，可根据需要盲孔焊透双金属复合坯料的覆层，使焊缝穿透覆层并渗透至芯部5-10mm，使两者焊接更牢固。

真空泵机组7与箱体2连接，其同时具有抽真空和充气的功能。真空泵机组7的抽气管71与箱体2连接，用于为箱体2提供负压，真空泵75的排气管上设置与箱体2连接的充气管72，用于输出压缩空气至箱体2内，压缩空气由空气压缩机73提供。抽气管71/充气管72与箱体的连通，通过阀门控制，如真空泵75工作，设于抽气管71上的阀门开启，设于充气管72上的阀门关闭；空气压缩机73工作，设于抽气管71上的阀门关闭，设于充气管72上的阀门开启。本实施例中，真空泵机组7还包括缓冲罐74，从箱体2内抽出的空气经缓冲罐 74后进入真空泵75，且空气压缩机73提供的正压气体也经缓冲罐74后进入箱体内。本发明中，将真空泵机组7设计为抽真空和充气两用，是方便真空焊接完成后箱门21的开启。

且本发明中，通过真空泵机组7抽真空处理，使箱体2内的真空状态满足真空度≤1×10^-1Pa；在真空焊接过充中，真空泵机组7应始终保持抽真空状态，使双金属复合坯料的覆层和芯部之间的真空度≤1×10^-1Pa。

为了方便控制，本发明提供的真空焊接装置还包括控制器(未图示)和用于检测箱体内真空度的传感器(未图示)，且传感器与控制器电连接。当传感器检测到箱体内真空度≤1×10^-1Pa，控制器控制第二驱动电机41启动，双金属复合坯料旋转；同时控制电子束焊枪6工作，对双金属复合坯料进行封口焊接。实际应用中，可根据双金属复合坯料的旋转速度，测算真空焊接完成的时间，进而由控制器控制第二驱动电机41和电子束焊枪6停止工作。

当然，除了由控制器控制外，还可以通过手动按操作按钮的方式启动或关闭各部件。

请结合参阅图4和图4，其中图3是采用本发明提供的双金属复合坯料真空焊接装置焊接后的一种工件焊缝示意图；图4是采用本发明提供的双金属复合坯料真空焊接装置焊接后的另一种工件焊缝示意图。图3表示双金属复合坯料200两端部分别焊接一道焊缝的结构示意图，图4表示双金属复合坯料200两端部分别焊接三道焊缝的结构示意图。根据实际需要，在双金属复合坯料的两端部分别焊接不同数量的焊缝，使焊接复合后续热轧工艺的要求。

基于上述双金属复合坯料真空焊接装置的结构描述，本发明还提供一种双金属复合坯料真空焊接方法，具体步骤如下：

步骤S1，开启箱门，传输机构3将旋转机构4输送至箱体外的上料机构5；

步骤S2，将双金属复合坯料固定于旋转机构4，启动传输机构3将固定有双金属复合坯料的旋转机构4输送至箱体2内；

步骤S3，关闭箱门21，启动真空泵机组7对箱体2进行抽真空处理，使箱体内真空状态满足真空度≤1×10^-1Pa；

步骤S4，旋转机构4驱动双金属复合坯料旋转，并启动电子束焊枪6，对双金属复合坯料进行封口焊接；优选地，通过电子束焊枪，焊透双金属复合坯料的覆层，使焊缝穿透覆层并渗透至芯部5-10mm，使两者焊接更牢固；

步骤S5，真空泵机组7对箱体进行充气处理；

步骤S6，开启箱门21，传输机构3将双金属复合坯料移至箱体2外卸料。

采用本发明提供的真空焊接装置及方法焊接的双金属复合坯料，经后续热轧工艺成型后，进行拉伸实验。通过拉伸断口发现，断口处覆层与芯部之间未出现脱层、结合不良等现象，进一步说明二者为冶金结合，结合性能优。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。