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設(shè)計(jì)一套EZD1-60×100型高低兩用真空電子束焊機(jī)真空系統(tǒng)

  真空電子束焊接的基本原理是在真空條件下,從電子槍發(fā)射的電子束在高壓(通  30~200KV)加速下,通過(guò)電磁透鏡聚焦成高能量密度的電子束,當(dāng)電子束轟擊工件  電子的能量轉(zhuǎn)化為熱能,使工件材料被熔化而實(shí)現(xiàn)焊接的。其特點(diǎn)是它的能量密度大,最  可達(dá)106~108W/cm2,比普通弧焊高100~1000倍;焊縫深寬比高達(dá)20:1(普通的弧焊  1.5:1);而且焊接是在真空環(huán)境下進(jìn)行,當(dāng)真空度為1Pa時(shí),殘余氣體中所存在的O  N2的量要比純度為99.9%的惰性氣體還要少,可以保證焊縫不被氣體污染;焊接規(guī)范可  精確控制。由于該種焊接方法的諸多特點(diǎn),因此,特別適合于以鈦合金為材料的航天器所  套的燃料儲(chǔ)箱和高壓氣瓶焊縫的焊接。而EZD1-60×100型真空電子束焊機(jī)正是為此目  在吸取國(guó)內(nèi)外同類(lèi)真空電子束焊機(jī)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上確立了新的結(jié)構(gòu)方案而研制成功的。其中  機(jī)的真空系統(tǒng)就是根據(jù)真空裝置所遵循真空系統(tǒng)方法而精心設(shè)計(jì)的  ①真空系統(tǒng)主要技術(shù)要求  a.真空室尺寸(mm):長(zhǎng)×寬×高為2000×1600×2000。  b.真空室極限壓力(Pa):6.67×10-3。  C.工作壓力(Pa):高真空時(shí)為2.67×10-2;  低真空時(shí)為2.67。

 
d.抽氣時(shí)間  高真空狀態(tài):當(dāng)擴(kuò)散泵電爐已加熱狀態(tài)下,真空室壓力從大氣(105Pa)達(dá)到2.67  10-2Pa,排氣時(shí)間為15min  低真空狀態(tài):單用羅獲泵、機(jī)械泵抽氣,從大氣(10Pa)達(dá)到267Pa時(shí),排氣時(shí)同為12m  ②真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

75Pa·L/s  a.確定本機(jī)產(chǎn)生的氣體量  二是系統(tǒng)的國(guó)氣量Q,經(jīng)實(shí)測(cè)為758×10=1P2D:三是真空室材料(碳鋼)表面出氣量  Q3,經(jīng)計(jì)算為4.387Pa·L/s。  總的氣體量Q=Q1+Q2+Q3=75+7.59×10-1+4.387=80.146Pa·L/s  Pa工作壓力(Pw)所需要的真空室進(jìn)氣口的有  b.確定本機(jī)真空室中保持2.67×10  效抽速S  它的計(jì)算公式為

Q  將Q、Pw值代入得

Q
80.146  Pw2.67×10-2=3001L/s  為了可靠起見(jiàn),將S值適當(dāng)增大,按20%增大計(jì)算,實(shí)際要求的有效抽速為3602L/s。  c主泵的選擇及其抽速計(jì)算  根據(jù)要求的工作壓力Pw和使用要求,選擇油擴(kuò)散泵為主泵。其真空抽氣機(jī)組如圖3  從圖312可知,擴(kuò)散泵上面安裝有600單百葉窗障板;障板上面安裝有GDDJ600  電兩用板聞,前級(jí)配有兩臺(tái)2X70型機(jī)械泵組成真空機(jī)組

a)根據(jù)所需的有效抽速,考慮到加上障板、擋板閥后的泵的抽速損失,暫選抽速為  17000L/s的K-600T擴(kuò)散泵進(jìn)行試算。  b)計(jì)算擴(kuò)散泵與真空室排氣管道的流導(dǎo),為驗(yàn)證選K-600T擴(kuò)散泵是否合適。  總的流導(dǎo)C由高真空管道C1、障板流導(dǎo)C2、擋板閥流導(dǎo)C3串聯(lián)組成
確定氣體沿管道的流動(dòng)動(dòng)態(tài),當(dāng)直空室工作壓力Pw=2.67×10-Pa,擴(kuò)散泵人口壓力  很低時(shí),故管道出口壓力可以忽略。管道中的平均壓力p=Pw/2=1.33×10=Pa,此時(shí)d=7.92×10-Pa·cm<2Pa·cm(d為管道直徑),可見(jiàn)為分子流  在分子流狀態(tài)下,高真空管道流導(dǎo)C1=11.64Aa1/s,A為管道截面積.。為流導(dǎo)系數(shù)。當(dāng)  1/d=12時(shí)、得。一05,代入C式得C1=1630A,C1為15014C1為120
總流導(dǎo)C=C1C1+CC1+C(c1=4830.61  c)計(jì)算擴(kuò)散泵的抽速S、擴(kuò)散泵的抽速Sn由真空室所需的有效抽速S和總流導(dǎo)C決定,計(jì)算公式為
由此可知,選擇K600T擴(kuò)散泵是合適的,此泵在10-2-10-Pa范圍內(nèi)的平均抽速為  空度p=7×10=Pa,能滿(mǎn)足本機(jī)真空系統(tǒng)為2.67×10-Pa的  要求,而該泵的最佳工作壓力在1×10-2-1×10-4Pn,能滿(mǎn)足本機(jī)工作壓力Pw為2.6710-Pa的要求  d.配泵計(jì)算(前級(jí)泵的配置)  前級(jí)泵有效抽速S經(jīng)計(jì)算為11.01L/s,前級(jí)管道流導(dǎo)Cn經(jīng)計(jì)算為731.8L/s黏滯流  由此得到前級(jí)泵的抽速為S。=SC/(Cn-Sp)(L/s),通常將S1增大1.5-3倍后,確定  前級(jí)泵抽速,取3倍,S。=1.6×3-33.5L/s,現(xiàn)選兩臺(tái)2X70型機(jī)械泵完全滿(mǎn)足需要  除外,配兩臺(tái)2X70泵也是為低真空系統(tǒng)中21-1200厘羅茨泵作前級(jí)泵考慮的(要求前級(jí)泵  抽速為兩臺(tái)2X-70型機(jī)械泵)
c.計(jì)算抽氣時(shí)間  a)不考慮管道的容積,其真空室的容積為64001/s,工作壓力Pw=2.67×10-2Pa先用兩臺(tái)2X-70型機(jī)械泵從大氣抽到13Pa,其計(jì)算公式為  (-(2. 3K V/Sp)lg(P/P)(min)
式中K修正系數(shù),取2
起始?jí)毫?取1×105Pa
P—終止壓力,取13Pa  代入公式t=13.6min,一般粗抽時(shí)間不大于10~30min,實(shí)際開(kāi)機(jī)械泵不到10min真  空度可達(dá)20Pa,由此選兩臺(tái)2X-70型機(jī)械泵是合理的。  計(jì)算從13Pa到2.67×10-2Pa的抽氣時(shí)間,主要是考慮材料表面出氣的影響,1h后真空  室內(nèi)壁、玻璃、橡膠密封圈、鉛皮表面材料總的出氣量4.387Pa·L/s(其中真空室內(nèi)表面積  為208×103cm2,單位出氣率7.73×10-Pa/s·
t1+t2=6.5min,設(shè)  這樣從開(kāi)機(jī)械泵至羅茨泵工作,達(dá)到2.67Pa的排氣時(shí)間為  計(jì)指標(biāo)為12min?？梢?jiàn),低真空系統(tǒng)的配置是合理