Pfeiffer Vacuum

3.3.1.1 焊接

在真空设备中,软钢和不锈钢部件通常焊接在一起用于容器 和连接件。此外,还可将铝部件焊接在一起。为确保所产生 的焊缝是真空密封的,有必要使用无裂缝和无空隙的适当材 料以及表面光滑无油脂的材料。另外有时候还需要使用与非 真空应用所采用的正常焊接连接不同的特殊的几何设计。只 要在工程方面有可能,就必须提供内焊缝,以避免真空侧间 隙和裂缝,即所谓的潜在泄漏或虚漏。如果不可能提供内焊 缝,则焊缝必须一直延长至真空侧。必要时,可采用大气侧 补充焊缝,以增加机械稳定性。在该连接中,重要的是,补 充焊缝不能是连续的,要留出空隙便于泄漏检测,如有必 要,需保证该焊缝内空气。

真空部件和腔室的焊接需要专门的知识,焊接人员必须具有 专业资格。通常情况下,焊接公司通过独立测试机构对焊工 进行定期检验并记录。此外,还应对每个焊接材料和焊接几 何图形进行的焊接程序测试。受过专门训练的焊接人员,例 如焊接工程师或技术人员,陪同进行焊接工作并对工作进行 评估。

焊接温度和相对的快速冷却可改变材料的特性。例如,在焊 接奥氏体不锈钢过程中结构的改变可增加可磁化性或导致铝 焊接过程中出现气孔和热裂缝(这在第 3.2.1.1 节“不锈钢”和 第 3.2.1.3 节“铝”中已经提到过)。另外,焊接区域的高残余 应力会导致部件变形,所以必须将该应力保持在尽可能低的 水平。如果像密封面这样的功能区域受到影响,必须对其进 行返工。如果不能返工,这会导致损失整个工件。然而,可 采取各种焊接措施来防止该情况的发生,包括选择合适的焊 接方法结合合适的焊缝几何形状和焊接顺序、焊前准备和焊 后处理,而不仅仅是凭借焊工的资历和经验。

在真空技术中,经常使用钨极惰性气体保护焊 (TIG)。此外, 也使用其他类型的气体保护金属电弧焊作为特殊的方法,如 用于薄壁部件的微等离子体焊接或者用于管道部件的轨道焊 接。明显更为精细的机器程序是激光焊接和电子束焊接。两 者都适用于精密部件和深焊缝。对于大型铝阀壳体的焊接, 采用摩擦搅拌焊接,这是一种精细的机器程序,具有低焊接 变形。

钨极惰性气体保护焊 (TIG) 不需要熔化电极,且可直接焊接 连接件,而无需任何额外的材料。如需要产生额外的焊缝, 例如,出于稳定性原因,则可使用焊材。该方法的其他优点 是几乎无飞溅,无渣形成和多功能性:不锈钢、铝和铜也可 以进行 TIG 焊接。如果考虑到焊接速度,需要高质量的焊 缝,则 TIG 是首选。

激光焊缝的横截面图像

图 3.4: 激光焊缝的横截面图像

激光束焊接,或简称为激光焊接,其特点是焊接速度高、热 变形低。激光的高集中能量输入产生狭窄的焊接区,并限制 了热区的范围。承重结构的薄膜以及深而窄的焊缝可通过设 置焦点宽度和激光强度来产生。通过这种方式,可设计腔室 部件而无需额外的焊缝,或焊接法兰环可深入穿透焊接至管 端,而无需对密封面几何形状进行精细的重新加工。在一定 程度上,接头处的大缝隙宽度可实现一定程度的缩合。此 时,只使用部分的额外材料。缺点是投资成本高。

WIG 轨道焊缝的横截面图像

图 3.5: WIG 轨道焊缝的横截面图像

轨道焊接 是一种全机械化惰性气体焊接过程,其提供稳定的 高接缝品质,因为电弧机械引导,并且在管件或圆形部件附 件可控条件下。该系统的费用高于 TIG 焊接。轨道焊接钳只 涵盖有限的管径范围。各个管子的外径也需要适合的装置来 夹住管子。

电子束焊接 过程中,加速、聚焦的电子提供焊接区所需的 能量。为了防止电子的散射和吸收,该方法是在高真空下进 行。这也使得焊接焊接高反应性材料成为可能。该系统的高 价和可能需要装备建设的焊前准备通常导致程序价格高,并 将其用途主要限制在串联部件上。

在奥氏体不锈钢焊接后,必须再次呈现金属性光滑表面,因 此甚至可形成无中断的氧化铬钝化层。例如,惰性气体保护 (包括用于根基)防止表面在温度超过 600°C 发生尺寸的变 化。彻底冲洗后的机械或化学表面处理去除表面的褪色,并 清洁部件。

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