一种真空腔室的制造工艺

摘要

本申请公开了一种真空腔室的制造工艺，包括：将选定材料按设计尺寸切割下料，获得具有冲孔结构的平板焊接件，其中，对所述冲孔下料时，冲孔单边留出预定的加工余量；将所述平板焊接件进行预焊接，获得腔体预制品；对所述腔体预制品进行焊缝缺陷检测；若检测出焊缝缺陷，则对所述腔体预制品的缺陷处进行打磨补焊至检测合格；对所述检测合格的腔体预制品进行终焊，获得所述真空腔室的腔体制品。本申请预先对冲孔预留适当的单边加工余量保证了冲孔中心的加工精度，增加焊缝检测预先发现焊缝缺陷并提前处理，提高了真空腔体制造的合格率。

权利要求

1.一种真空腔室的制造工艺，其特征在于，包括：

将选定材料按设计尺寸切割下料，获得具有冲孔结构的平板焊接件，其中，对所述冲孔下料时，冲孔单边留出预定的加工余量；

将所述平板焊接件进行预焊接，获得腔体预制品；

对所述腔体预制品进行焊缝缺陷检测；若检测出焊缝缺陷，则对所述腔体预制品的缺陷处进行打磨补焊至检测合格；

对所述检测合格的腔体预制品进行终焊，获得所述真空腔室的腔体制品。

2.根据权利要求1所述的一种真空腔室的制造工艺，其特征在于，对所述冲孔下料时，所述冲孔单边留出的加工余量不小于5mm。

3.根据权利要求1所述的一种真空腔室的制造工艺，其特征在于，所述对所述腔体预制品进行焊缝缺陷检测，包括：对所述腔体预制品进行整形处理；

采用检测手段，对所述整形后的所述腔体预制品的真空侧进行焊缝缺陷检测。

4.根据权利要求1或3所述的一种真空腔室的制造工艺，其特征在于，所述焊缝缺陷检测包括渗透检测、X射线检测、超声检测、磁粉检测和TOFD检测中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的一种真空腔室的制造工艺，其特征在于，在对所述检测合格的所述腔体预制品进行终焊之前，还包括：对所述检测合格的所述腔体预制品进行机加工。

6.根据权利要求5所述的一种真空腔室的制造工艺，其特征在于，所述对所述检测合格的所述腔体预制品进行终焊，包括：在选定的基板上定位和冲孔，获得基板冲孔孔位与焊接工件孔位相对应的工装组件；

获得固定工装；

根据设计要求，在所述固定工装上对所述焊接工件进行碰焊。

7.根据权利要求6所述的一种真空腔室的制造工艺，其特征在于，所述碰焊包括：焊机碰头夹住所述焊接工件，所述碰头与所述基板冲孔孔位对应，其中，所述冲孔的孔径大小等于焊机碰头的直径，且所述碰头垂直于需要焊接所述焊接工件的腔体部分，碰焊机开启碰焊动作进行焊接。

8.根据权利要求6所述的一种真空腔室的制造工艺，其特征在于，所述基板包括不锈钢板、铝板和铁板中的至少一种金属材料；所述焊接工件包括螺柱和/或固定块。

9.根据权利要求1所述的一种真空腔室的制造工艺，其特征在于，所述制造工艺还包括：对所述腔体制品进行抛光、清洗、漏率检测和包装，最终形成真空腔室。

10.根据权利要求1权利要求所述的一种真空腔室的制造工艺，其特征在于，所述选定材料包括合金材料；所述真空腔室为真空度低于1.333×10-6～1.333×10-1Pa的真空腔室。

说明书

一种真空腔室的制造工艺

技术领域

[0001] 本申请涉及加工领域，具体涉及一种真空腔体制造工艺。

背景技术

[0002] 在制造真空腔室时，真空腔室上的法兰加工方法是在基板上按图纸先加工出冲孔，再将与孔径对应的法兰焊接到基板的冲孔上。焊后的法兰相对于基准是否平行或孔中心是否偏移，是个难度较大的技术性问题。现有技术方案制造真空腔室加工工序为：下料-单板焊接-组焊-整形-机加工-喷砂-抛光-清洗-漏率检测-尺寸检验-包装。现有加工工序存在如下缺陷：

[0003] (1)组焊工序完成并整形后，在进行机加工时常常会发现法兰孔的中心发生严重偏移，孔中心偏移量达到2-4mm，在孔部位已经出现缺失部分而无法进一步机加工。挽救的方式只能是在“缺肉”处进行堆焊，这种堆焊在后续的使用过程中可能出现分层、开裂的风险，直接影响腔体密封性的功能。

[0004] (2)真空侧焊缝局部在用氦质谱仪进行漏率检测时漏点较多，需要返工，返工涉及再次补焊、整形、喷砂等多个工序，造成加工周期较长且制造成本增加。

[0005] (3)组焊完成后，单板焊接时完成的螺柱、固定块等小零件也容易发生错位，偏移量达到2-3mm，在组装过程无法进行腔体内隔热板的安装，需要将螺柱全部割掉重新焊接，耗时耗力，影响工期。

[0006] 因此，有必要对真空腔室的制造工艺进行优化，以解决上述缺陷。

发明内容

[0007] 本申请提供一种真空腔室的制造工艺，以解决现有制造工艺冲孔位偏移量大无法修复，漏率检测时漏点多，以及螺柱等安装部的位置偏移量大而造成返工率大的问题。

[0008] 本申请提供一种真空腔室的制造工艺，包括：

[0009] 将选定材料按设计尺寸切割下料，获得具有冲孔结构的平板焊接件，其中，对所述冲孔下料时，冲孔单边留出预定的加工余量；

[0010] 将所述平板焊接件进行预焊接，获得腔体预制品；

[0011] 对所述腔体预制品进行焊缝缺陷检测；若检测出焊缝缺陷，则对所述腔体预制品的缺陷处进行打磨补焊至检测合格；

[0012] 对所述检测合格的腔体预制品进行终焊，获得所述真空腔室的腔体制品。

[0013] 可选的，对所述冲孔下料时，所述冲孔单边留出的加工余量不小于5mm。

[0014] 可选的，所述对所述腔体预制品进行焊缝缺陷检测，包括：

[0015] 对所述腔体预制品进行整形处理；

[0016] 采用检测手段，对所述整形后的所述腔体预制品的真空侧进行焊缝缺陷检测。

[0017] 可选的，所述焊缝缺陷检测包括渗透检测、X射线检测、超声检测、磁粉检测和TOFD检测中的至少一种。

[0018] 可选的，在对所述检测合格的所述腔体预制品进行终焊之前，还包括：对所述检测合格的所述腔体预制品进行机加工。

[0019] 可选的，所述对所述检测合格的所述腔体预制品进行终焊，包括：

[0020] 在选定的基板上定位和冲孔，获得基板冲孔孔位与焊接工件孔位相对应的工装组件；

[0021] 获得固定工装；

[0022] 根据设计要求，在所述固定工装上对所述焊接工件进行碰焊。

[0023] 可选的，所述碰焊包括：

[0024] 焊机碰头夹住所述焊接工件，所述碰头与所述基板冲孔孔位对应，其中，所述冲孔的孔径大小等于焊机碰头的直径，且所述碰头垂直于需要焊接所述焊接工件的腔体部分，碰焊机开启碰焊动作进行焊接。

[0025] 可选的，所述基板包括不锈钢板、铝板和铁板中的至少一种金属材料；所述焊接工件包括螺柱和/或固定块。

[0026] 可选的，所述制造工艺还包括：对所述腔体制品进行抛光、清洗、漏率检测和包装，最终形成真空腔室。

[0027] 可选的，所述选定材料包括不锈钢钢材和/或合金材料；所述真空腔室为真空度低于1.333×10-6～1.333×10-1Pa的真空腔室。

[0028] 与现有技术相比，本申请具有以下优点：

[0029] 本申请公开了一种真空腔室的制造工艺，包括：将选定材料按设计尺寸切割下料，获得具有冲孔结构的平板焊接件，其中，对所述冲孔下料时，冲孔单边留出预定的加工余量；将所述平板焊接件进行预焊接，获得腔体预制品；对所述腔体预制品进行焊缝缺陷检测；若检测出焊缝缺陷，则对所述腔体预制品的缺陷处进行打磨补焊至检测合格；对所述检测合格的腔体预制品进行终焊，获得所述真空腔室的腔体制品。本申请预先对冲孔预留适当的单边加工余量保证了冲孔中心的加工精度，增加焊缝检测预先发现焊缝缺陷并提前处理，提高了真空腔体制造的合格率。

[0030] 此外，本申请将螺柱、固定块等小零件放在最终定型产品之后进行焊接，并制作焊接工装，提高了焊接位置的精度。

附图说明

[0031] 图1是本申请实施例1提供的真空腔室的全部制造工艺流程示意图。

[0032] 图2是本申请实施例1的真空腔体的加热腔体法兰孔制造图纸示意图。

[0033] 图3是本申请实施例1的真空腔体的加热腔体实体图。

[0034] 图4是本申请实施例2提供的真空腔室的部分改进制造工艺流程示意图。

具体实施方式

[0035] 为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0036] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请文件内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。以下通过具体的实施例对本申请提供的真空腔室的制造工艺改进方法进行详细的介绍和说明。

[0037] 以下结合附图对本申请实施例作进一步详细说明。

[0038] 本申请提供了一种真空腔室的制造工艺，包括真空度低于1.333×10-6～1.333×10-1Pa高真空腔室。

[0039] 本申请以一种真空度低于1.333×10-6～1.333×10-1Pa的铜铟镓硒太阳能电池(CIGS)真空腔室的制造工艺为例进行说明。

[0040] CIGS真空腔体共有13个腔体，包括上料架，加热腔(HM)、工艺腔(PM)、冷却腔(CM)及出料架(US)等，CIGS真空腔体工作时，腔体内部呈负压且压强处于高真空，真空度低于1.333×10-6～1.333×10-1Pa。

[0041] 实施例1

[0042] 实施例1以CIGS真空腔体的加热腔体(HM)为例进行说明。HM选用耐高压不锈钢钢材来制造真空腔室，在本实施例中HM选用厚度为25-30mm热轧或冷轧的国标S30408不锈钢板。对于采用其他用于真空腔室的耐高压不锈钢钢材和合金材料同样均适用于HM的选材，此处不做限制。

[0043] 如图1所示，其为本申请实施例提供的CIGS真空腔室的全部制造工艺流程示意图。实施例1提供一种CIGS真空腔室的完整制造工艺，具体流程如下：

[0044] (一)下料。

[0045] 将选定材料按设计尺寸切割下料，获得具有冲孔结构的单板焊接件。此下料方式可以推广到真空腔室上所有直径大于16mm(包含16mm)的冲孔。直径小于16mm的冲孔需要在机床上进行冲孔加工。

[0046] 如图3所示，其为本申请实施例1真空腔体的加热腔体HM实体图，其中，图3中标记的是加热腔体中的三种不同尺寸规格的法兰孔KF16，KF40和DN250。在高真空的腔体加工过程中，一旦孔中心位置偏移，在孔某部位会出现缺失部分而无法进一步机加工，对上述问题采取的挽救的方式只能是在缺失部分进行堆焊，而这种堆焊在后续过程中可能存在分层、开裂的风险，从而直接影响腔体密封性。

[0047] 为了克服上述焊接、加工等工艺过程法兰孔中心位置偏移造成的影响，本申请下料工艺采用如下改进：在下料时法兰孔单边留足大于5mm的余量。本申请实施例下料工艺具体以法兰孔的下料为例进行说明。

[0048] 现有技术中采用法兰孔下料的具体步骤如下描述：

[0049] 将25-30mm热轧或冷轧S30408不锈钢板按照腔体制造图纸上的KF16、KF40、DIN250法兰孔直接加工到图纸要求尺寸，如图2所示。具体为将KF16的法兰孔直接加工成的通孔，KF40的法兰孔直接加工成 的通孔，DIN250的法兰孔直接加工成的通孔。

[0050] 本申请在现有技术的基础上进行改进，具体实施方式如下：

[0051] 按照图纸的要求用水射流将25mm热轧S30408不锈钢板进行切割下料。具体地，将KF16的法兰孔加工成 的通孔 ，KF4 0的法 兰孔加工成的通孔，DIN250的法兰孔加工成 的通孔，即，将
所述的法兰孔单边留足5mm加工余量。

[0052] (二)单板焊接。

[0053] 单板焊接是指对下料后的焊件进行冷却水道或加强筋的焊接。

[0054] (三)组焊。

[0055] 组焊是对各焊接完成的单板进行拼装焊接的工序。组焊的焊接方法可以采用钨极惰性气体保护焊(TIG焊)或熔化极氩弧焊(MIG焊)。本实施例以TIG焊为例进行说明。

[0056] 在组焊工序中，通常在工作压力大于0.1MPa的压力容器焊接时，容器及相关连接构件焊接多数都采用双面焊接；而对于一些容器、管件直径与空间小的结构，采用双面焊接寻找焊接位置较难，因此可采用单面焊接双面成型焊接工艺。本实施例中的组焊工序以单面焊接的顺序焊接为例进行说明。

[0057] 顺序焊接具体步骤如下：

[0058] 首先选用两块下料后的焊件，制备V型坡口，单边坡口角度30°±2°，坡口面平直，钝边为1mm，焊件平整无变形；之后用锉刀、砂轮机、钢丝刷等工具，清理坡口两面20mm范围内的铁锈、氧化皮等污物，直至露出金属光泽；最后用刚性固定法将下料后的焊件固定在焊接平台上，具体为选用与焊件材质相同或材质相近且优于焊件的焊条进行焊接，焊前须经150℃～200℃烘焙1小时，然后按照预设焊接参数对焊件的第一焊接部位进行顺序焊接。需要说明的是，每焊接一层后，要待焊接件冷却后，再焊接下一层，焊接完毕后，采用振动的方式去应力消除焊接应力。为达到腔体焊缝厚度的要求，预焊接可以焊接两遍以上；焊接结束后，进行清渣处理，最终获得腔体预制品。

[0059] (四)整形。

[0060] 由于焊接后的腔体预制品容易出现变形，为防止焊接后的腔体预制品变形，需要将焊接后的腔体预制品进行整形。

[0061] (五)焊缝检测。

[0062] 焊缝检测是指采用一些相应的检测方法，例如渗透检测、X射线检测、超声检测、磁粉检测、TOFD检测等检测方法检测焊缝表面缺陷延伸的部分，以预先寻找焊缝缺陷的工序。本申请焊缝检测是指对腔体预制品经整形后，采用相应的检测手段，对整形后的腔体预制品进行焊缝缺陷检测。

[0063] 本实施例中，以渗透检测为例说明，具体步骤为：

[0064] 首先将用化学清洗过的备件工件均匀喷涂渗透剂，之后将喷渗透剂的部件放入20℃的恒温环境中渗透2小时；2小时之后，用水温为10～40℃、水压不超过0.34MPa的水清洗备件工件上的渗透剂；水洗之后，在距离为300～400mm的备件工件的被检表面上采用夹角为30～40°的喷涂方向喷涂显影剂，最后静置50分钟之后进行荧光检测。

[0065] 若检测中出现焊缝缺陷，则采用砂轮打磨至焊缝缺陷处着色消失，之后对焊缝缺陷处进行补焊至PT检测合格；若检测未发现焊缝缺陷，则进行机加工工序。

[0066] 焊缝缺陷也可以是在整形加工前进行，其方法和步骤与前述步骤完全一致，此处不再赘述。

[0067] (六)机加工。

[0068] 机加工即机械加工，机械加工主要有手动加工和数控加工两大类。手动加工是指通过机械工人手工操作铣床、车床、钻床和锯床等机械设备来实现对各种材料进行加工的方法。数控加工(CNC)是指机械工人运用数控设备来进行加工，这些数控设备包括加工中心、车铣中心、电火花线切割设备、螺纹切削机等。数控加工技术主要是通过编程把工件在笛卡尔坐标系中的位置坐标(X，Y，Z)转换成程序语言，数控机床的CNC控制器通过识别和解释程序语言来控制数控机床的轴，自动按要求去除材料，从而得到精加工工件。

[0069] (七)终焊。

[0070] 终焊是指对机加工后的真空腔体进行螺柱、固定块等焊接工件进行焊接的工序。本申请终焊过程具体包括以下步骤：

[0071] 首先，在选定的基板上进行定位和冲孔，获得工装组件，其中，冲孔的孔径大小等于焊机碰头的直径；之后获得固定工装；最终根据设计要求，在固定工装上对焊接工件进行碰焊。

[0072] 本实施例以螺柱为例说明：具体地，采用焊接工装与螺柱碰焊机将螺柱焊接到机加工完成后的腔体壁上；所述螺柱包括M6-M10螺柱，但不限于M6-M10螺柱；其中，所述焊接工装是是一种焊接辅助工具，它是与腔体部分结构相同的基板，此基板上有需要焊接的螺柱定位冲孔。本实施例以M6-M10螺柱为例进行说明，具体步骤如下：

[0073] 1)冲孔定位：提前准备一块板厚为1-10mm不锈钢板或铝板，本实施例采用0.5-2mm的S30408不锈钢板。更具体地，按照图纸尺寸采用数控编程的方式输入M6-M10螺柱焊接的位置，在所述不锈钢板或铝板上确定冲孔位；

[0074] 2)冲孔：以确定的冲孔位置为中心，用激光切割机在S30408不锈钢板或铝板上冲孔，冲孔大小等于碰焊机碰头直径，例如碰焊机碰头直径为15mm，则冲孔直径15mm，冲孔后得到工装；

[0075] 3)固定：将上述工装用夹子或类似于夹子的工具固定到相应的需要焊接螺柱的腔体部分；

[0076] 4)碰焊：用碰焊机的碰头夹住螺柱，将碰头与工装的冲孔孔位对应，且碰头垂直于焊接的部分，之后开启碰焊焊接螺柱。这样保证了螺柱焊接位置精确且不发生歪斜，同时确保后续隔热板等零件的顺利安装。

[0077] (八)喷砂。

[0078] 喷砂是指利用高速砂流的冲击作用清理和粗化基体表面的过程。以压缩空气为动力，形成高速喷射束将喷料(铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海南砂)高速喷射到需要处理的工件表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，在喷砂过程中，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，同时使工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。

[0079] (九)抛光。

[0080] 抛光是指利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。是利用抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。

[0081] (十)清洗。

[0082] 清洗工序是指采用pH值在7～9间的碱液将工件进行浸泡清洗。

[0083] (十一)漏率检测。

[0084] 漏率检测是指在规定条件下，使用规定的试验气体检测工件的漏率。

[0085] (十二)尺寸检测。

[0086] 尺寸检测包括三次元，激光等检测手段。

[0087] (十三)包装。

[0088] 实施例2

[0089] 本申请实施例2是针对上述13道工序部分工序进行的改进，改进工艺如图4所示。

[0090] S101：将选定材料按设计尺寸切割下料，获得具有冲孔结构的平板焊接件，其中，对冲孔下料时，冲孔单边留出预定的加工余量。

[0091] 下料具体工艺在实施例1中的下料工艺流程部分已经说明，此处不再赘述。下料时对冲孔单边留足加工余量，具体的，指下料时对冲孔单边留足不小于5mm的加工余量。

[0092] 所述的法兰孔单边留足不小于5mm加工余量的依据为：采用钨极惰性气体保护焊(TIG焊)，在长3000-4000mm，宽1200-2000mm、厚25-30mm的S30408钢板上连续焊接，当焊高为3-5mm时，长度方向焊接形变量约在2-4mm之间，宽度方向焊接形变量在1-3mm之间，去掉焊接变形的影响，长度方向仍有3-1mm的加工余量，宽度方向有4-2mm加工余量，从而保证KF16、KF40、DN250等法兰孔中心位置及冲孔的直径。

[0093] S102：将获得的平板焊接件进行预焊接，获得腔体预制品。

[0094] 获得腔体预制品的方式已在实施例1中组焊工艺流程部分已经说明，此处不再赘述。具体获得腔体预制品的方式详见实施例1中的顺序焊接步骤部分。

[0095] S103：对腔体预制品进行焊缝缺陷检测；若检测出焊缝缺陷，则对腔体预制品的的缺陷处进行打磨补焊至检测合格。

[0096] 对腔体预制品进行焊缝缺陷检测已在实施例1的中焊缝检测工艺流程部分已经说明，此处不再赘述。具体对腔体预制品进行焊缝缺陷检测详见实施例1中的渗透检测部分。

[0097] 目前在真空腔室的制造工艺中，在组焊完成后、机加工开始前无焊缝检测，导致在进行机加工时KF16、KF40、DN250等冲孔中心已发生严重偏移，而采用堆焊的方法补救得到的焊层不牢固且无法承受高压；而采用焊接会造成焊缝存在气冲孔、咬边、未完全融透等缺陷，因此在组焊完成后、机加工开始前增加焊缝检测以对焊接缺陷打磨补焊至无缺陷，减少了返工次数，极大提高了漏率检测一次通过的概率。

[0098] S104：对检测合格的腔体预制品进行终焊，获得真空腔室的腔体制品。

[0099] 具体地，在机加工完成后，对螺柱、固定块等的细小零部件的进行终焊。具体终焊过程已在实施例1的中终焊工艺流程部分已经说明，此处不再赘述。在机加工完成后增加终焊工序，腔体已无再变形的可能性，采用制作的焊接工装，有效防止螺柱、固定块在焊接后发生位置发生偏移，从而保证后续隔热板的快速安装。

[0100] 本实施例的技术方案通过改进工艺：在真空腔体加工工艺中，下料时对法兰孔单边留足加工余量，防止法兰中心冲孔发生偏移，解决冲孔存在缺陷的问题；在组焊后的整形与喷砂之间增加渗透检测，可以将焊缝表面微缺陷预先发现，预先处理，排除漏点，为后续漏率检测一次通过提高概率；在机加工与喷砂之间增加终焊工序，将螺柱、固定块等小物料放在最终产品定型之后进行焊接，制作焊接工装，保证螺柱等的位置精度。

[0101] 本申请虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。