设计一套EZD1-60×100型高低两用真空电子束焊机真空系统

  真空电子束焊接的基本原理是在真空条件下,从电子枪发射的电子束在高压(通  30~200KV)加速下,通过电磁透镜聚焦成高能量密度的电子束,当电子束轰击工件  电子的能量转化为热能,使工件材料被熔化而实现焊接的。其特点是它的能量密度大,最  可达106~108W/cm2,比普通弧焊高100~1000倍;焊缝深宽比高达20:1(普通的弧焊  1.5:1);而且焊接是在真空环境下进行,当真空度为1Pa时,残余气体中所存在的O  N2的量要比纯度为99.9%的惰性气体还要少,可以保证焊缝不被气体污染;焊接规范可  精确控制。由于该种焊接方法的诸多特点,因此,特别适合于以钛合金为材料的航天器所  套的燃料储箱和高压气瓶焊缝的焊接。而EZD1-60×100型真空电子束焊机正是为此目  在吸取国内外同类真空电子束焊机优点的基础上确立了新的结构方案而研制成功的。其中  机的真空系统就是根据真空装置所遵循真空系统方法而精心设计的  ①真空系统主要技术要求  a.真空室尺寸(mm):长×宽×高为2000×1600×2000。  b.真空室极限压力(Pa):6.67×10-3。  C.工作压力(Pa):高真空时为2.67×10-2;  低真空时为2.67。

 
d.抽气时间  高真空状态:当扩散泵电炉已加热状态下,真空室压力从大气(105Pa)达到2.67  10-2Pa,排气时间为15min  低真空状态:单用罗获泵、机械泵抽气,从大气(10Pa)达到267Pa时,排气时同为12m  ②真空系统设计计算

75Pa·L/s  a.确定本机产生的气体量  二是系统的国气量Q,经实测为758×10=1P2D:三是真空室材料(碳钢)表面出气量  Q3,经计算为4.387Pa·L/s。  总的气体量Q=Q1+Q2+Q3=75+7.59×10-1+4.387=80.146Pa·L/s  Pa工作压力(Pw)所需要的真空室进气口的有  b.确定本机真空室中保持2.67×10  效抽速S  它的计算公式为

Q  将Q、Pw值代入得

Q
80.146  Pw2.67×10-2=3001L/s  为了可靠起见,将S值适当增大,按20%增大计算,实际要求的有效抽速为3602L/s。  c主泵的选择及其抽速计算  根据要求的工作压力Pw和使用要求,选择油扩散泵为主泵。其真空抽气机组如图3  从图312可知,扩散泵上面安装有600单百叶窗障板;障板上面安装有GDDJ600  电两用板闻,前级配有两台2X70型机械泵组成真空机组

a)根据所需的有效抽速,考虑到加上障板、挡板阀后的泵的抽速损失,暂选抽速为  17000L/s的K-600T扩散泵进行试算。  b)计算扩散泵与真空室排气管道的流导,为验证选K-600T扩散泵是否合适。  总的流导C由高真空管道C1、障板流导C2、挡板阀流导C3串联组成
确定气体沿管道的流动动态,当直空室工作压力Pw=2.67×10-Pa,扩散泵人口压力  很低时,故管道出口压力可以忽略。管道中的平均压力p=Pw/2=1.33×10=Pa,此时d=7.92×10-Pa·cm<2Pa·cm(d为管道直径),可见为分子流  在分子流状态下,高真空管道流导C1=11.64Aa1/s,A为管道截面积.。为流导系数。当  1/d=12时、得。一05,代入C式得C1=1630A,C1为15014C1为120
总流导C=C1C1+CC1+C(c1=4830.61  c)计算扩散泵的抽速S、扩散泵的抽速Sn由真空室所需的有效抽速S和总流导C决定,计算公式为
由此可知,选择K600T扩散泵是合适的,此泵在10-2-10-Pa范围内的平均抽速为  空度p=7×10=Pa,能满足本机真空系统为2.67×10-Pa的  要求,而该泵的最佳工作压力在1×10-2-1×10-4Pn,能满足本机工作压力Pw为2.6710-Pa的要求  d.配泵计算(前级泵的配置)  前级泵有效抽速S经计算为11.01L/s,前级管道流导Cn经计算为731.8L/s黏滞流  由此得到前级泵的抽速为S。=SC/(Cn-Sp)(L/s),通常将S1增大1.5-3倍后,确定  前级泵抽速,取3倍,S。=1.6×3-33.5L/s,现选两台2X70型机械泵完全满足需要  除外,配两台2X70泵也是为低真空系统中21-1200厘罗茨泵作前级泵考虑的(要求前级泵  抽速为两台2X-70型机械泵)
c.计算抽气时间  a)不考虑管道的容积,其真空室的容积为64001/s,工作压力Pw=2.67×10-2Pa先用两台2X-70型机械泵从大气抽到13Pa,其计算公式为  (-(2. 3K V/Sp)lg(P/P)(min)
式中K修正系数,取2
起始压力,取1×105Pa
P—终止压力,取13Pa  代入公式t=13.6min,一般粗抽时间不大于10~30min,实际开机械泵不到10min真  空度可达20Pa,由此选两台2X-70型机械泵是合理的。  计算从13Pa到2.67×10-2Pa的抽气时间,主要是考虑材料表面出气的影响,1h后真空  室内壁、玻璃、橡胶密封圈、铅皮表面材料总的出气量4.387Pa·L/s(其中真空室内表面积  为208×103cm2,单位出气率7.73×10-Pa/s·
t1+t2=6.5min,设  这样从开机械泵至罗茨泵工作,达到2.67Pa的排气时间为  计指标为12min。可见,低真空系统的配置是合理