一种地外环境焊接的重力水平地面模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于地面模拟设施领域，具体涉及一种地外环境焊接的重力水平地面模拟装置及方法。包括总控系统、真空系统、外管组件、重力水平调控机构；总控系统可对装置运行过程中各参数进行控制；通过真空系统和重力水平调控机构为需要空间模拟的实验提供高真空和不同水平的重力两大空间环境特征，装置内真空度最高可达10

【技术实现步骤摘要】
一种地外环境焊接的重力水平地面模拟装置及方法


[0001]本专利技术属于地面模拟设施领域，具体涉及一种专用于地外环境焊接的重力水平地面模拟装置及方法。

技术介绍

[0002]太空环境的特殊性如微重力、高真空等影响了焊接过程中的传热传质过程及接头形成过程，导致了现今成熟的地面焊接理论并不适用于太空环境。并且考虑到空间焊接技术开发阶段的成本、安全性及不确定性，其相关工作主要在地面进行。
[0003]现有的地面模拟设施如落塔、落管、抛物线飞行飞机、高空气球等局限于以自由落体方式使样品获得微重力状态，无法灵活控制重力水平；悬浮无容器处理技术利用装置提供的悬浮力与重力平衡以实现对微重力环境的模拟，但是该装置对实验环境及样品要求严格且同样无法灵活控制重力水平，同时由于上述地面模拟设施操作复杂导致实验周期长、实验重复率低、实验成本昂贵。
[0004]因此，有必要提供一种专用于地外环境焊接的重力水平地面模拟装置及方法，以期解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题：
[0006]本专利技术提供了一种专用于地外环境焊接的重力水平地面模拟装置及方法，包括总控系统、真空系统、外管组件、重力水平调控机构；总控系统可对装置运行过程中各参数进行控制；通过真空系统和重力水平调控机构为需要空间模拟的实验提供高真空和不同水平的重力两大空间环境特征，装置内真空度最高可达10
‑4Pa，可模拟太空高真空环境；0
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4g0的不同重力水平的调节可保证该装置具备模拟各地外行星重力的能力。并且具有重力水平灵活稳定、实验重复率高、成本低廉、安全性高等优点，可以用于研究空间环境下不同重力水平的基础焊接理论，弥补了专用于地外环境焊接的重力水平地面模拟装置的空白。
[0007]本专利技术提供的一种技术方案是：
[0008]一种地外环境焊接的重力水平地面模拟装置，包括底座；其特征在于：还包括：
[0009]外管组件，其包括外管和控温系统，所述外管整体呈塔状竖直设置，其顶端封闭、底端与底座连接，所述温控系统设置在外管内；
[0010]真空系统，其设置在所述底座之上，与外管联通，提供模拟真空环境；
[0011]重力水平调控机构，整体设于所述外管内，包括顺次连接的驱动单元、牵引单元和载物台系统，所述驱动单元通过牵引单元实现载物台系统的吊装升降；
[0012]总控系统，分别与所述温控系统、真空系统和重力调控机构相连接，用于调控目标重力水平。
[0013]进一步地，所述载物台系统包括载物台、电子束枪组件和固定部；所述载物台两端通过牵引单元连接在所述驱动单元下方，所述电子束枪组件和固定部均安装在载物台上
方，所述固定部用于装夹待焊接试样。
[0014]进一步地，所述电子束枪组件包括电子束枪、电子束枪控制组件、支架，所述支架与载物台滑动连接，所述电子束枪和电子束枪控制组件设置在支架上，所述电子束枪控制组件操控电子束枪相对于载物台上的待焊接试样相对滑动，完成预定焊接轨迹。
[0015]进一步地，所述支架包括上支架和下支架，所述上支架和下支架之间通过支架伸缩杆相连，所述载物台上设置第一滑道，与所述下支架滑动连接；所述上支架上设置第二滑道，与所述电子束枪滑动连接。
[0016]进一步地，所述外管内壁两侧沿轴向设置制动滑道，所述载物台下方设置与所述制动滑道配合的制动滑轮。
[0017]进一步地，所述控温系统包括电阻丝网、加热组件和热电偶组件；所述电阻丝网覆盖外管内壁除所述制动滑道以外的部分，加热组件用于对电阻丝网加热，所述热电偶组件均匀分布在外管内壁两侧，实时监测外管内温度。
[0018]进一步地，所述驱动单元包括电机及备用电源，电机驱动所述牵引单元控制载物台升降。
[0019]进一步地，所述载物台系统还包括监控组件、照明组件、水平仪和传感器，所述监控组件和照明组件设置于载物台上，所述水平仪设于载物台正下方，所述传感器设于载物台两侧。
[0020]进一步地，所述牵引单元为缆绳；所述固定部为两组试样夹，每组试样夹设置为垂直于载物台底部装有橡胶垫片的螺丝，用于装夹不同厚度试样。
[0021]进一步地，所述外管为绝缘管，所述外管落塔高度为12m。
[0022]本专利技术提供的另一种技术方案是：
[0023]一种专用于地外环境焊接的重力水平地面模拟装置的工作方法，包括如下方法步骤：
[0024]步骤1，利用试样夹固定试样，调节真空环境同时通过控温系统对管内温度进行控制；
[0025]步骤2，根据所需要模拟的重力，选择控制电机通过缆绳拉动载物台从底部上升或从顶部下降以获得目标重力水平；
[0026]步骤3，利用电子束枪组件在运动过程中进行焊接，电子束枪控制组件操控支架伸缩杆对电子束枪的高度进行调节，并控制电子束枪在第一滑道、第二滑道进行实时运动以完成预定焊接轨迹，使用照明组件和监控组件对实验过程进行全程监测；
[0027]步骤4，重复以上过程，直至完成模拟。
[0028]有益效果
[0029]相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0030]1.本专利技术提供的一种专用于地外环境焊接的重力水平地面模拟装置，选择重力水平调控机构通过牵引单元拉动载物台从底部上升或从顶部下降以获得目标重力水平，在实验过程中电子束枪组件在运动过程中进行焊接，电子束枪控制组件可操控支架伸缩杆对电子束枪的高度进行调节，并控制电子束枪在横向滑道、纵向滑道进行实时运动以完成预定焊接轨迹，同时可以通过控温系统对管内温度进行控制；具有重力水平灵活稳定、实验重复率高、成本低廉、安全性高等优点，可以用于研究空间环境下不同重力水平的基础焊接理
论。
[0031]2.本专利技术所述模拟装置，总控系统可利用预编程实现在实验过程中对控温系统、真空系统、电子束枪控制组件、电机各参数进行控制，将各部件控制系统一体化，简化了设备操作步骤。
[0032]3.本专利技术所述模拟装置，装置内真空度最高可达10
‑4Pa，可模拟太空高真空环境。0
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4g0的不同重力水平的调节可保证该装置具备模拟各地外行星重力的能力。可通过所述电机拉动缆绳控制载物台升降从而获得0
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4g0的不同重力水平，其中，0
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1g0通过在装置顶端自由落体实现，1g0以上重力模拟需要先将载物台置于装置底端，而后通过缆绳将载物台向上牵引实现模拟效果；水平仪可根据样品重心灵活调整所述缆绳给出量，保证载物台水平，上述设置可使此设备重力水平灵活稳定。
[0033]4.本专利技术所述落塔高度为12m，利用所述真空系统抽真空时间短，并且实验全程可半自动化控制，大大节约时间成本，可使实验重复率提高。
[0034]5.本专利技术所述控温系统通过控温热电阻组件实时监测绝缘外管温度，并通过加热组件控制电阻丝网的升温速度以实现对管内温度的控制。
[0035]6.本专利技术所述电子束枪控制组件可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地外环境焊接的重力水平地面模拟装置，包括底座；其特征在于：还包括：外管组件，其包括外管和控温系统，所述外管整体呈塔状竖直设置，其顶端封闭、底端与底座连接，所述温控系统设置在外管内；真空系统，其设置在所述底座之上，与外管联通，提供模拟真空环境；重力水平调控机构，整体设于所述外管内，包括顺次连接的驱动单元、牵引单元和载物台系统，所述驱动单元通过牵引单元实现载物台系统的吊装升降；总控系统，分别与所述温控系统、真空系统和重力调控机构相连接，用于调控目标重力水平。2.根据权利要求1所述的地外环境焊接的重力水平地面模拟装置，其特征在于：所述载物台系统包括载物台、电子束枪组件和固定部；所述载物台两端通过牵引单元连接在所述驱动单元下方，所述电子束枪组件和固定部均安装在载物台上方，所述固定部用于装夹待焊接试样。3.根据权利要求2所述的地外环境焊接的重力水平地面模拟装置，其特征在于：所述电子束枪组件包括电子束枪、电子束枪控制组件、支架，所述支架与载物台滑动连接，所述电子束枪和电子束枪控制组件设置在支架上，所述电子束枪控制组件操控电子束枪相对于载物台上的待焊接试样相对滑动，完成预定焊接轨迹。4.根据权利要求3所述的地外环境焊接的重力水平地面模拟装置，其特征在于：所述支架包括上支架和下支架，所述上支架和下支架之间通过支架伸缩杆相连，所述载物台上设置第一滑道，与所述下支架滑动连接；所述上支架上设置第二滑道，与所述电子束枪滑动连接。5.根据权利要求1所述的地外环境焊接的重力水平地面模拟装置，其特征在于：所述外管内壁两侧沿轴向设置制动滑道，所述载物台下方设置与所述制动滑道配合的制动滑轮。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海燕，孔祥蔚，李文亚，佴鑫，杨夏炜，徐雅欣，马铁军，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：