真空室窗口领圈是用于连接中国聚变工程实验堆真空室内部和外部颈管的连接段,但其三维结构复杂、体积庞大、重量大在与真空室窗口焊接成一体后不能整体加工矫形,并且需要与双曲面结构真空室主体贴合对接,所以窗口领圈的制造精度要求较高。为了保证真空室的建造质量,采用一种微变形的高能束焊接方法真空电子束焊接对窗口领圈进行拼焊。本课题主要对窗口领圈电子束焊接系统的焊接真空室、运动系统、抽气系统进行设计研究,以及窗口领圈的焊接工艺分析。本论文阐述了针对窗口领圈电子束焊接系统强度、刚度以及安全性的需求,进行的焊接真空室结构设计。首先,根据真空设计相关经验公式得到电子束焊接真空室的壁厚,加强筋等相关尺寸,并用有限元软件对其进行静力学校核。在此基础上,运用DesignXplorer对焊接真空室进行了优化设计分析,使用的优化方案是在满足结构强度和变形的要求前提下使其质量最轻。对焊接真空室进行模态分析和屈曲分析,证明焊接真空室结构在设备运行时稳定性能满足要求。根据未来聚变堆真空室窗口领圈的结构形式,制定其拼焊方案,再由拼焊方案设计运动平台。运动平台主要包括下部的XY平移运动装置和上部XY翻转运动装置,对运动平台机械部分进行详细设计,运动平台的关键部件进行受力分析计算,为运动平台的机械制造提供了参考。根据电子束焊接系统对真空度和抽气时间的需求,设计出满足使用要求的抽气系统,对抽气系统各个抽气阶段时间进行计算。然后对主抽气管道进行设计,由计算得出管道壁厚,通过经验公式校核其临界压力。按照电子束焊缝的形貌特征,模拟了电子束热源是由双椭球体热源和三维高斯体热源复合而成模型。利用不锈钢平板对接进行电子束焊接实验,实验结果表明组合热源模型在电子束焊接温度场数值模拟时模拟结果焊缝形貌与实际较吻合。对窗口领圈拼焊过程进行数值模拟。制定了4种不同的拼焊焊接顺序,模拟了 4种方案在自然状态下进行拼焊,模拟结果表明真空电子束焊接时不同的焊接顺序产生的焊接变形不同。根据模拟结果制定夹具约束方案,对施加约束的窗口领圈模拟4种焊接顺序变形情况,选出最佳焊接顺序。通过电子束焊接和窄间隙TIG焊两种不同的焊接方式,对304L板材焊接接头进行焊缝收缩变形测量和抗拉强度试验。可以得出以下结论。两种焊接方法获得的接头有良好的焊缝组织,有很好的稳定性。但电子束焊接收缩量比窄间隙TIG小很多,可见电子束焊接产生的变形较小,在控制焊接接头变形时有很大优势。