電子束焊設(shè)備

1、電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院第二節(jié)第二節(jié) 電子束焊電子束焊設(shè)備設(shè)備電子束焊機(jī)分類真空狀態(tài)加速電壓真空型局部真空型非真空型高壓型（60150kV）低壓型（40kV）中壓型（4060kV）實(shí)際應(yīng)用中以真空電子束焊機(jī)居多.電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院各種電子束焊機(jī)的類型、特點(diǎn)和適用范圍電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院一、電子束焊機(jī)的組成一、電子束焊機(jī)的組成真空電子束焊機(jī)組成工作室（真空室）電氣控制系統(tǒng)電子槍高壓電源真空系統(tǒng)工作臺輔助裝置電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子束焊四川工

2、程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院(一）電子槍一）電子槍電子槍組成陽極聚焦線圈陰極柵級（偏壓電極） 電子束焊機(jī)中用以產(chǎn)生電子并使之匯聚成電子束的裝置稱為電子槍。它是電子束焊接設(shè)備的核心部件。1.電子槍的作用及結(jié)構(gòu)組成二極槍三極槍電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子槍有4個主要作用： 1.從陰極發(fā)射電子； 2.使電子在陰極到陽極間得到加速，并形成束流； 3.用磁聚焦線圈將電子束聚焦； 4.用偏轉(zhuǎn)線圈使束流產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。 電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院偏壓電極聚焦線圈陰極陽極陰極處于高的負(fù)電位，它與接地的陽極之間形成電子束的加速電場。偏壓電極（又稱柵極）相對于陰極呈負(fù)

3、電位，通過調(diào)節(jié)其負(fù)電位的大小、改變偏壓電極形狀及位置可以調(diào)節(jié)電子束流的大小和改變電子束的形狀。又稱電磁透鏡，其作用是將電子束流聚焦到工件的焊縫上，這樣既增加了電子束焊接的工作距離，而且又易于對其控制和調(diào)節(jié)。偏轉(zhuǎn)線圈使電子束的束斑對準(zhǔn)被焊工件的接縫或在焊縫區(qū)作有規(guī)律的周期性運(yùn)動。偏轉(zhuǎn)方向和偏轉(zhuǎn)量可通過改變偏轉(zhuǎn)線圈中的電流方向及大小來調(diào)節(jié)。三極電子槍的結(jié)構(gòu)及各部分作用電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院2.電子槍中的陰極電子槍中的陰極陰極材料：采用熱電子發(fā)射能力強(qiáng)而且不易陰極材料：采用熱電子發(fā)射能力強(qiáng)而且不易“中毒中毒”的材料，常用鎢、鉭、的材料，常用鎢、鉭、 六硼化鑭（六硼化鑭（La

4、B6)等。等。六硼化鑭釷鎢在較低的工作溫度下具有很強(qiáng)的發(fā)射電子的能力，常用作大功率電子槍的間接加熱式陰極。這種陰極在工作過程中遭受離子的轟擊，會改變其形狀和成分，使發(fā)射電子的能力隨著陰極使用的時(shí)間有所變化。熱電子發(fā)射能力強(qiáng)，但在長期工作中，正離子的轟擊也會使表面成分發(fā)生變化，影響其發(fā)射電子的穩(wěn)定性。鎢或鉭制成直熱式陰極結(jié)構(gòu)簡單，但要防止陰極的熱變形和補(bǔ)償加熱電流的磁場對電子束的偏轉(zhuǎn)作用。電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院 3電子槍的穩(wěn)定性、重復(fù)性 電子槍的穩(wěn)定性、重復(fù)性直接影響焊接質(zhì)量。影響電子槍穩(wěn)定性的主要原因是高壓放電，特別是大功率電子槍（30kw）在焊接過程中產(chǎn)生的放電現(xiàn)象

5、，易造成高壓擊穿.為了解決高壓放電現(xiàn)象，可設(shè)置兩個聚焦線圈并在電子束通道上設(shè)置小直徑光闌，以減少金屬蒸氣和離子對電子槍工作穩(wěn)定性的影響。同時(shí)，雙聚焦還增加了調(diào)節(jié)電子束形狀的可能性。 電子槍的重復(fù)性取決于電子槍的設(shè)計(jì)精度、制造精度以及控制技術(shù)等。 4電子槍的安裝 電子槍通常安裝在真空室外部。垂直焊時(shí)，位于真空室頂部；水平焊時(shí)，位于真空室側(cè)面，根據(jù)需要可使電子槍沿真空室壁在一定范圍內(nèi)移動。有時(shí)電子槍安裝在真空室內(nèi)可移動的傳動機(jī)構(gòu)上，被稱為動槍。電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院（二）高壓電源及控制系統(tǒng)（二）高壓電源及控制系統(tǒng)1.高壓電源作用：為電子槍提供加速電壓、控制電壓和燈絲加熱電

6、流。電源應(yīng)密封在油箱體內(nèi)，以防止傷害人體及干擾設(shè)備的其他控制部分。純凈的變壓器油既可作為絕緣介質(zhì)，又可作為傳熱介質(zhì)，將熱量從電器元件傳送到箱體外壁。電器元件都裝在框架上，該框架又固定在油箱的蓋板上，以便維修和調(diào)試。電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院 近年來，半導(dǎo)體高頻大功率開關(guān)電源已應(yīng)用到電子束焊機(jī)中，工作頻率大幅度提高，用很小的濾波電容器，即可獲得很小的紋波系數(shù)；放電時(shí)所釋放出來的電能很少，減少了其危害性。另外，開關(guān)電源通斷時(shí)間比接觸器短得多，與高靈敏度微放電傳感器聯(lián)用，為抑制放電現(xiàn)象提供了有力手段。該類電源體積小，質(zhì)量輕，如15kw高壓油箱，外形尺寸為l100mm x500m

7、m x 100mm，質(zhì)量僅 600kg。電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院2.控制系統(tǒng) 早期電子束焊機(jī)的控制系統(tǒng)僅限于控制電子束流的遞減、電子束流的掃描及真空泵閥的開關(guān)。目前可編程控制器及計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)等已在電子束焊機(jī)上得到應(yīng)用，使控制范圍和精度大大提高。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)除了控制焊機(jī)的真空系統(tǒng)和焊接程序外，還可實(shí)時(shí)控制電子參數(shù)、工作臺的運(yùn)動軌跡和速度，實(shí)現(xiàn)電子束掃描和焊縫自動跟蹤。電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院 1.真空系統(tǒng) 作用：對電子槍和真空室抽真空。（三）真空系統(tǒng)及真空室低真空泵油擴(kuò)散泵也稱為活塞式或葉片式機(jī)械泵，能夠?qū)㈦娮訕尯凸ぷ魇覐拇髿鈮撼榈?0Pa左右

8、。油擴(kuò)散泵不能直接在大氣壓下啟動，必須與低真空泵配合組成高真空抽氣機(jī)組。用于將電子槍和工作室壓強(qiáng)降到10-2Pa以下渦輪分子泵它是抽速極高的高真空泵，工作室真空度可達(dá)10-110-3Pa。電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院 較低的真空度可用機(jī)械泵獲得，高真空則采用機(jī)械泵及擴(kuò)散泵系統(tǒng)。渦輪分子泵無油蒸氣污染，不需要預(yù)熱，節(jié)省抽真空時(shí)間，適用于電子槍的真空系統(tǒng)。 2.真空室 對真空室的要求：良好的氣密性足夠的剛度、強(qiáng)度指標(biāo)（能承受大氣壓）能防護(hù)X射線。電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院 真空室可用低碳鋼板制成，以屏蔽外部磁場對電子束運(yùn)動軌跡的干擾。工作室內(nèi)表面應(yīng)鍍鎳或進(jìn)

9、行其他的表面處理，以減少表面吸附氣體、飛濺及油污等，縮短抽真空時(shí)間和便于真空室清潔的工作。真空室通常開一個或幾個窗口用以觀察內(nèi)部焊件及焊接情況。 低壓型電子束焊機(jī)（加速電壓40kV）可以靠工作室鋼板的厚度和合理設(shè)計(jì)工作室結(jié)構(gòu)來防止X射線的泄漏。中、高壓型電子束焊機(jī)（加速電壓60kV）的電子槍和工作室必須設(shè)置嚴(yán)密的鉛板防護(hù)層，鉛板防護(hù)層應(yīng)粘接在真空室的外壁上，在外壁形狀復(fù)雜的情況下，允許在工作室內(nèi)壁粘接鉛板。在電子槍內(nèi)電位梯度大的靜電透鏡區(qū)內(nèi)，不允許在其內(nèi)壁粘接鉛板。 真空室的尺寸和形狀應(yīng)根據(jù)焊機(jī)用途和零件尺寸而定。通用型電子束焊機(jī)的真空室容積大，專用型電子束焊機(jī)是根據(jù)被焊工件來設(shè)計(jì)工作室的，特

10、別是對生產(chǎn)率高的焊機(jī)，為了減少抽真空時(shí)間，應(yīng)盡量減小真空室容積。由于電子束焊接適用范圍很廣，所以電子束焊機(jī)真空室的結(jié)構(gòu)多種多樣，其尺寸也大小不一。 為了避免出現(xiàn)X射線的泄漏、真空室的變形等問題，電子束焊機(jī)的使用者不得隨意改裝真空室。電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院（四）焊接工作臺及工裝夾具 工作臺、旋轉(zhuǎn)臺和焊接夾具的作用：保持電子束與焊縫的位置、焊接速度穩(wěn)定、焊縫位置的重復(fù)精度。 多數(shù)電子束焊接機(jī)采用固定電子槍，讓工件作直線移動或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)焊接。對大型真空室，也可采用使工件不動，而驅(qū)使電子槍運(yùn)動進(jìn)行焊接。為了提高電子束焊的生產(chǎn)效率，可采用雙工作臺或多工位夾具。采用雙工作臺時(shí)

11、，一個工作臺在真空室內(nèi)進(jìn)行焊接，另一個工作臺在室外裝卸工件。這種工作臺的優(yōu)點(diǎn)是裝配、焊接可同時(shí)進(jìn)行，真空室體積小，抽一次真空可以焊接多個零件，生產(chǎn)率高。對大中型焊機(jī)，為裝卸工件方便，工作臺大多可移出真空室外。工作臺的控制有手動和自動兩種，現(xiàn)代焊機(jī)的工作臺多采用數(shù)控式控制，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜焊縫，甚至空間焊縫的焊接。電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院（五)電氣控制系統(tǒng) 作用：主要完成電子槍供電、真空系統(tǒng)閥門的程序啟閉、傳動系統(tǒng)的恒速運(yùn)動、焊接參數(shù)的閉環(huán)控制以及焊接過程的程序控制等功能。 為了便于觀察電子束與接縫的相對位置、電子束焦點(diǎn)狀態(tài)、工件移動和焊接過程，需在電子槍和工作室內(nèi)裝置光學(xué)觀

12、察設(shè)施、工業(yè)電視和觀察窗口等。觀察窗口通常由三重玻璃組成。為了保護(hù)焊接時(shí)免受金屬蒸氣的污染，里層為普通玻璃，中層的鉛玻璃起防護(hù)X射線的作用，外層的鋼化玻璃是承受真空室內(nèi)外壓力差的。采用工業(yè)電視可以使操作者連續(xù)觀察焊接過程，防止強(qiáng)光刺激肉眼。電子束焊機(jī)電氣控制系統(tǒng) 電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院 選用電子束焊設(shè)備時(shí)，應(yīng)綜合考慮被焊材料、板厚、形狀、產(chǎn)品批量等因素。一般來說，焊接化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬（如 W、Ta、Mo、Nb、Ti等）及其合金應(yīng)選用高真空焊機(jī)；焊接易蒸發(fā)的金屬及其合金應(yīng)選用低真空焊機(jī)；焊接厚大工件應(yīng)選用高壓型焊機(jī)，中等厚度工件選用中壓型焊機(jī)；成批生產(chǎn)時(shí)選用專用焊機(jī)，

13、品種多、批量小或單件生產(chǎn)則選用通用型焊接設(shè)備。二、電子束焊機(jī)的選用 （Nb-鈮、 Ta-鉭）目前在工業(yè)部門和實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用的電子束焊機(jī)主要有以下幾種類型。大型真空電子束焊機(jī)局部真空電子束焊機(jī)該類焊機(jī)的真空容積從幾十立方米到幾百立方米。日本的MHI公司和Hitachi公司分別有一臺280m3和110m3的大型真空電子束焊機(jī)，烏克蘭巴頓電焊研究所有一臺450m3的YN193型真空電子束焊機(jī)，法國的 Techmeta公司則建造了一臺 800m3的大型真空電子束焊機(jī)。該類焊機(jī)節(jié)省抽真空時(shí)間，適合大型構(gòu)件、連續(xù)產(chǎn)品的焊接。烏克蘭巴頓焊接研究所已生產(chǎn)了多臺這類電子束焊機(jī)。通用型電子束焊機(jī)該類焊機(jī)主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室及一些加工車間。它可以通過多種工裝夾具及運(yùn)動工作臺的配合，完成不同類型零件的焊接，也可以進(jìn)行電子束焊接工藝試驗(yàn)研究。批量生產(chǎn)用電子束焊機(jī)小型真空電子束焊機(jī)主要用于批量生產(chǎn)汽車零部件。近年柔性制造系統(tǒng)的引人，使小型電子束焊機(jī)更加靈活，不僅適合一種產(chǎn)品的大量生產(chǎn)，而且能滿足多個品種產(chǎn)品批量生產(chǎn)的需求。電子束焊四川工程四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院 世界上電子束焊機(jī)生產(chǎn)商主要有英國劍橋真空工程公司（CVE）、法國的泰克米