電子束焊新技術與新工藝

1、特種焊接電子束焊新技術和新工藝目錄1.前言2.電子束焊的特點3.電子束焊焊接方法的分類4.電子束焊的主要優(yōu)缺點5.電子束焊的應用范圍6.電子束焊的設備與裝備7.電子束焊的焊接工藝8. 電子束焊的工藝參數(shù)9.獲得深熔焊的工藝方法10.總結1.前言 在各種產品制造工業(yè)中，焊接與切割（熱切割）是一種十分重要的加工工藝。據(jù)工業(yè)發(fā)達國家統(tǒng)計,每年僅需要進行焊接加工后使用的鋼材就占鋼總產量的45%左右。金屬焊接是指通過適當?shù)氖侄?，使兩個分離的金屬物體（同種金屬或異種金屬）產生原子（分子）間結合而連接成一體的連接方法。焊接不僅可以解決各種鋼材的連接，而且還可以解決鋁、銅等有色金屬及鈦、鋯等特種金屬材料的連接

2、，因而已廣泛應用于機械制造、造船、海洋開發(fā)、汽車制造、石油化工、航天技術、原子能、電力、電子技術及建筑等部門。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產的需要和科學技術的蓬勃發(fā)展，焊接技術不斷進步。僅以新型焊接方法而言，到目前為止，已達數(shù)十種之多。特種焊接技術是指除了焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊等一些常規(guī)的焊接方法之外的一些先進的焊接方法，如激光焊、電子束焊、等離子弧焊、擴散焊等。生產中選擇焊接方法時，不但要了解各種焊接方法的特點和選用范圍，而且要考慮產品的要求，然后還要根據(jù)所焊產品的結構、材料以及生產技術等條件做出初步選擇。電子束焊是利用加速和聚焦的電子束轟擊置于真空或非真空中的焊件所產生的熱能進行焊接的方法。電子

3、束撞擊工件時，其動能的96%可轉化為焊接所需的熱能，能量密度高達KW/，而焦點處的最高溫度達左右。電子束焊是一種先進的焊接方法，在工業(yè)上的應用只有不到60年的歷史，首先是用于原子能及宇航工業(yè)，繼而擴大到航空、汽車、電子、電器、機械、醫(yī)療、石油化工、造船、能源等工業(yè)部門，創(chuàng)造了巨大的社會經濟效益，并日益受到人們的關注。2.電子束焊的特點 電子束焊（electronic beam welding）是高能量密度的焊接方法，它利用空間定向高速運動的電子束，撞擊工件表面并將動能轉化為熱能，使被焊金屬迅速融化和蒸發(fā)。在高壓金屬蒸汽的作用下，融化的金屬被排開，電子束能繼續(xù)撞擊深處的固態(tài)金屬，很快在被焊工件上

4、鉆出一個鎖形小孔，表層的高溫還可以向焊件深層傳導。隨著電子束與工件的相對移動，液態(tài)金屬沿小孔周圍流向熔池后部，冷卻結晶后形成焊縫。提高電子束的功率密度可以增加穿透厚度，電子束焊的最大優(yōu)點是具有深熔透效應。3.電子束焊焊接方法的分類焊接方法各類繁多，而且新的方法仍在不斷涌現(xiàn)，因此如何對焊接方法進行科學的分類是一個十分重要的問題。正確的分類不僅可以幫助人們了解、學習各種焊接方法的特點和本質，而且可以為科學工作者開發(fā)新的焊接技術提供有力根據(jù)。目前，國內外焊接方法分類法種類甚多，各有差異。傳統(tǒng)意義上通常是將焊接方法劃分為三大類，即熔化焊（fusion welding）、壓焊（pressure weld

5、ing）、釬焊（brazing and soldering），然后，根據(jù)不同的加熱方式、工藝特點等將每一大類方法再細分為若干小類。電子束焊是通過高能密度的電子束轟擊焊件使其局部加熱和融化而實現(xiàn)焊接的，所以，電子束焊屬于熔化焊。電子束焊按被焊工件所處環(huán)境的真空度可分為三類：高真空電子束焊、低真空電子束焊、非真空電子束焊。3.1高真空電子束焊 焊接是在高真空工作室的壓強下進行的。良好的高真空環(huán)境，可以保證對熔池的“保護”，防止金屬元素的氧化和燒壞，適用于活潑性金屬、難熔金屬的焊接。3.2低真空電子束焊 焊接是在高真空工作室的壓強下進行的。低真空電子束焊也具有束流密度大和功率密度高的特點。由于只需要

6、抽到低真空，明顯地縮短了抽真空的時間，提高了生產效率，適用于批量生產大的零部件和生產線上使用。3.3非真空電子束焊 沒有真空工作室，電子束仍是在高真空條件下產生的，通過一定的手段引入到大氣中對焊件進行焊接。4.電子束焊的主要優(yōu)缺點4.1電子束焊的優(yōu)點（1）加熱功率密度大：電子束焦點處的功率密度可達KW/，比普通電弧功率密度高1001000倍。（2）焊縫深寬比大：通常電弧焊的深寬比很難超過2，電子束焊的深寬比在50：1以上。電子束焊比電弧焊可節(jié)約大量填充金屬和電能，可實現(xiàn)高深寬比的焊接。（3）焊接速度快和焊縫物理性能好：電子束焊速度快和能量集中，融化和凝固快，熱影響區(qū)小，焊接變形小。（4）焊縫純

7、度高：真快電子束焊的真空度一般為，這種焊接方式尤其適合焊接鈦及鈦合金等活性材料。（5）工藝參數(shù)調節(jié)范圍廣和適應性強：電子束焊的工藝參數(shù)可獨立地在很寬的范圍內調節(jié)，控制靈活，適應性強，再現(xiàn)性好；而且電子束焊的焊接參數(shù)易于實現(xiàn)機械化、自動化控制，提高了產品質量的穩(wěn)定性。（6）可焊材料多：不僅可焊鋼鐵材料、有色金屬和一種金屬材料的接頭，也可焊無機非金屬材料和復合材料，如陶瓷、石英玻璃等。4.2電子束焊的缺點（1）設備復雜，價格貴，使用維護技術要求高。（2）焊接裝備要求高，焊接尺寸受真空室大小的限制。（3）需防護X射線。 電子束也可以用來在焊前對金屬進行清理。這項工作是用較寬、不聚焦的電子束掃過金屬表

8、面實現(xiàn)的。把氧化物汽化，同時把不干凈的雜質和氣體生產物清除掉，給控制柵極以脈沖電流就能精確地控制電子束的能量。5.電子束焊的應用范圍 電子束焊由于具有改善接頭力學性能、減小缺陷、保證焊接穩(wěn)定性、大大減少生產時間等優(yōu)點，其所具有的優(yōu)越性使得其在工業(yè)發(fā)達國家得到了迅速發(fā)展和廣泛應用。電子束焊產品已由原子能、火箭、航空航天等國防尖端部門擴大到機械工業(yè)等民用部門。電子束焊接主要用于質量或生產率要求高的產品，焊接技術可應用于下列材料和場合： （1）除含鋅高的材料（如黃銅）、低級鑄鐵和未脫氧處理的普通低碳鋼外，絕大多數(shù)金屬及合金都可以用電子束焊接。（2）可以焊接熔點、熱導率、溶解度相差很大的金屬。（3）可

9、不開坡口焊接厚度不大的工件，焊接變形??；能焊接可達性差的焊縫。（4）可用于焊接質量要求高、在真空中使用的器件，或用于焊件內部要求真空的密封器件；焊接精密儀器、儀表、電子工業(yè)中的微型器件。（5）散焦電子束可用于焊前預熱或焊后冷卻，還可用于釬焊熱源。6.電子束焊的設備與裝備 電子束焊機通常由電子槍、高壓電源、控制系統(tǒng)、真空工作室、真空系統(tǒng)、工作臺及輔助裝置等幾大部分組成。選用電子束焊設備時，應綜合考慮被焊材料、板厚、形狀、產品批量等因素。一般來說，焊接化學性能活潑的金屬（如W、Ta、Mo、Nb、Ti）及其合金應選用高真空焊機；焊接易蒸發(fā)的金屬及其合金應選用低真空焊機；厚大焊件應選用高壓型焊機，中等

10、厚度工件選用中壓焊機；成批量生產時應選用專用焊機，品種多、批量小或單件生產選用通用型焊機。7.電子束焊的焊接工藝7.1焊前準備（1）結合面的加工與清理電子束焊接頭金屬緊密配合無坡口對接形式，一般不加填充金屬，僅在焊接異種金屬或合金，又確有必要時才使用填充金屬。要求結合面經機械加工，表面粗糙度一般為1.525。寬焊縫比窄焊縫對結合面要求可放寬，搭接接頭也不必過嚴。焊前必須對焊件表面進行嚴格清理，否則易產生焊縫缺陷，力學性能變壞，還影響抽氣時間。清理完畢后不能再用手或工具觸及接頭區(qū)，以免污染。（2）接頭裝配電子束焊接頭要緊密結合，不留間隙，盡量使結合面平行，以便窄小的電子束能均勻融化接頭兩邊的母材

11、。裝配公差取決于焊件厚度、接頭形狀和焊接工藝要求，裝配間隙宜小不宜大。焊薄工件時裝配間隙要小于0.13mm，隨著焊件厚度的增加，可用稍大一些的間隙。（3）夾緊電子束焊是機械或自動化操作的，如果零件不是設計成自緊式的，必須用夾具進行定位與夾緊，然后移動電子槍體或工作臺完成焊接。為了避免電子束發(fā)生磁偏轉，要使用無磁性的金屬制造所有的夾具和工具。（4）退磁所有磁性的金屬材料在電子束焊之前都必須退磁。剩磁可能因磁粉探傷、電磁卡盤或電化加工等造成，即使剩磁不大，也足以引起電子束的偏轉。焊件退磁后可放在工頻感應磁場中，靠慢慢移出進行退磁，也可用磁粉探傷設備進行退磁。7.2接頭設計電子束焊接的接頭形式有對接

12、、角接、搭接和卷邊接頭，均可進行無坡口全熔透或給定熔深的單道焊。這些接頭原則上可以用于電子束焊接的一次穿透完成。如果電子束的功率不足以穿透接頭的全厚度，也可采取正反兩面焊的方法來完成。電子束焊不同接頭有各自特有的結合面設計、接縫準備和施焊的方位。設計原則是便于接頭的準備、裝配和對中，減少收縮應力，保證獲得所需熔透度。8. 電子束焊的工藝參數(shù)電子束焊的工藝參數(shù)主要是加速電壓、電子束電流、聚焦電流、焊接速度和工作距離。電子束焊的工藝參數(shù)主要由板厚來決定。板厚越大，所要求的熱量輸入越高。為了防止裂紋、氣孔和保證質量，對焊接工藝參數(shù)要嚴格控制。（1）加速電壓在相同的功率、不同的加速電壓下，所得焊縫深度

13、和形狀是不同的。提高加速電壓可增加焊縫的熔深，焊縫斷面深寬比與加速電壓成正比例。當焊接大厚度件并要求得到窄而平的焊縫或電子槍與焊件的距離較大時可提高加速電壓。（2）電子束電流由電子槍陰極發(fā)射流向陽極的電子束電流（也稱束流）與加速電壓一起決定著電子束的功率。電子束的功率是指電子束單位時間內放出的能量，用加速電壓與電子束電流的乘積表示。增加電子束電流，熔深和熔寬都會增加。在電子束焊中，由于加速電壓基本不變，所以為滿足不同的焊接工藝要求，常常要調整電子束電流。（3）焊接速度焊接速度和電子束功率一起決定著焊縫的熔深、寬度以及被焊材料熔池行為（冷卻、凝固及焊縫融合線形狀）。增加焊接速度會使焊縫變窄，熔深

14、減小。（4）聚焦電流電子束焊時，相對于焊件表面而言，電子束焊的聚焦位置有上焦點、下焦點和表面焦點三種，焦點的位置對焊縫成形影響很大。根據(jù)被焊材料的焊接速度、接頭間隙等決定聚焦位置，進而確定電子束斑點大小。（5）工作距離焊件表面至電子槍的工作距離影響到電子束的聚焦程度。工作距離變小時，電子束的壓縮比增大，使電子束斑點直徑變小，增加了電子束功率密度。但工作距離太小會使過多的金屬蒸汽進入槍體造成放電。在不影響到電子槍穩(wěn)定工作的前提下，可以采用盡可能短的工作距離。9.獲得深熔焊的工藝方法電子束焊的最大優(yōu)點是具有深熔透效應。為了保證獲得深熔透效果，除了選擇合適的電子束焊工藝參數(shù)外，還可以采取如下的一些工

15、藝措施。（1）電子束水平入射焊當焊接熔深超過100mm時，可以采用電子束水平入射焊，從側向進行焊接。（2）脈沖電子束焊在同樣的功率下，采用脈沖電子束焊可有效地增加熔深。（3）變焦電子束焊極高的功率密度是獲得深熔焊的基本條件。電子束功率密度最高的區(qū)域在其焦點上。焊接大厚度焊件時，可使焦點位置隨著焊件的溶化速度變化而改變，始終以最大功率密度的電子束轟擊待焊金屬。（4）焊前預熱或預置坡口焊前預熱被焊件，可減少焊接時熱量沿焊縫橫向的熱傳導損失，有利于增加熔深。高強度鋼焊前預熱還可以減少裂紋傾向。在深熔焊時，往往有一定量的金屬堆積在焊縫表面，如果預開坡口，這些金屬會填充坡口，相當于增加了熔深。10.總結

16、利用高能量密度的電子束對材料進行工藝處理的方法統(tǒng)稱為電子束加工，其中電子束焊接以及電子束表面處理在工業(yè)上的應用最為廣泛，也最具有競爭力。近年來，電子束焊接技術的研究及推廣應用極為迅速，在大批量生產、大型零件制造以及復雜零件的焊接加工方面顯示出獨特的優(yōu)越性。電子束焊接在核工業(yè)、航空宇航工業(yè)、汽車工業(yè)、精密加工業(yè)以及大重型機械等工業(yè)部門得到廣泛應用。【參考文獻】1.現(xiàn)代焊接技術.曾樂.上海.上?？茖W技術出版社.19932.特殊及難焊材料的焊接.李亞江.北京.化學工業(yè)出版社.20033.特種焊接技術及應用（第二版）.李亞江.北京.化學工業(yè)出版社.20084.國內外電子束焊接技術的應用與發(fā)展（2）第5

17、-8期.張秉剛、吳林.2004.15 45鋼+45鋼連續(xù)驅動摩擦焊焊接工藝一、 母材技術狀況45鋼屬于優(yōu)質碳素結構鋼，是鐵碳二元合金，含碳量為0.45%，綜合力學性能良好，適合制作受力復雜的工件。一般45鋼的交貨狀態(tài)可為正火狀態(tài)。1、化學成分如表12、物理性能：密度7.85g/cm3，彈性模量210GPa，泊松比0.269。力學性能: 抗拉強度600Mpa ； 屈服強度355Mpa ； 伸長率：17% ； 表1鋼號化學成分（w/%）45鋼CSiMnPSCrNiCu0.420.500.170.370.500.800.0400.0450.250.250.25二、焊接材料選擇技術狀況1、摩擦焊的定義

18、摩擦焊（Friction Welding，F(xiàn)W）是利用焊件接觸的端面相對運動中相互摩擦所產生的熱，使端面達到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種固相焊接方法。2、連續(xù)驅動摩擦焊的優(yōu)點：（1）焊接施工時間短，生產效率高。（2）焊接熱循環(huán)引起的焊接變形小，焊后尺寸精度高，不用焊后校形和消除應力。（3）機械化、自動化程度高，焊接質量穩(wěn)定。當給定焊接條件后，操作簡單，不需要特殊的焊接技術人員。（4）適合各類異種材料的焊接，對常規(guī)熔化下不能焊接的鋁-鋼、鋁-銅、鈦-銅、金屬間化合物-鋼等都可以進行焊接。（5）可以實現(xiàn)同直徑、不同直徑的棒材和管材的焊接。（6）焊接時不產生煙霧、弧光以及有害氣體等，不污

19、染環(huán)境。同時，與閃光焊相比，電能節(jié)約5-10倍。3、連續(xù)驅動摩擦焊的應用:目前我國連續(xù)驅動摩擦焊技術的應用比較廣泛，可焊接直徑3.0120mm的工件以及8000mm²的大截面管件，同時還開發(fā)了相位焊和徑向摩擦焊技術，以及攪拌摩擦焊技術。不僅可焊接鋼、鋁、銅，而且還成功焊接了高溫強度級相差很大的異種鋼和異種金屬，以及形成低熔點共晶和脆性化合物的異種金屬。如高速鋼碳鋼、耐熱鋼低合金鋼、高溫和金合金鋼、不銹鋼低碳鋼、不銹鋼電磁鐵以及鋁銅、鋁鋼等。近年來隨著我國航空航天事業(yè)的發(fā)展，也加速了摩擦焊技術向這些領域的滲透，進行了航空發(fā)動機轉子、起落架結構件、緊固件等材料（Ln718Ti17300M

20、GH159GH4169）以及金屬與陶瓷、復合材料、粉末高溫合金的摩擦焊工藝試驗研究，某些電工材料的釬焊工藝也開始用摩擦焊接所取代。三、焊前準備1、破口形式：無需開坡口 2、接頭形式：連續(xù)驅動摩擦焊可以實現(xiàn)棒材-棒材、管材-管材、棒材-管材、棒材-板材及管材-板材的可靠連接。接合面形狀對獲得高質量的接頭非常重要，圖1給出了常用的接頭形式。圖13、工件尺寸：15×100mm4、焊前處理 焊接前還需對焊件作如下處理1)焊件的摩擦端面應平整，中心部位不能有凹面或中心孔，以防止焊縫中含空氣和氧化物。 2)當結合面上具有較厚的氧化層、鍍鉻層、滲碳層或滲氮層時，常不易加熱或被擠出，焊前應進行清除。

21、3）摩擦焊對焊件結合面的粗糙度、清潔度要求并不嚴格，如果能加大焊接縮短量，則氣割，沖剪、砂輪磨削、鋸斷的表面均可直接施焊。4）端面垂直度一般小于直徑的1%，過大會造成不同軸度的徑向力。四、焊接設備與工具連續(xù)驅動摩擦焊機通常由六部分組成，即主軸系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、機身、夾頭、控制系統(tǒng)及輔助裝置。1、主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)由主軸電動機、帶傳動輪、離合器、制動器、旋轉主軸和軸承等組成。主軸電動機一般采用交流電動機，通過帶傳動輪直接帶動主軸。摩擦加熱終了時要求主軸迅速停車。對于功率較小、生產率不高的摩擦焊機，可以采用電動機反制動或能耗制動停車；生產率高和主軸電動機功率大的焊機，普遍采用離合-制動聯(lián)合裝置。2、液

22、壓系統(tǒng)加壓系統(tǒng)主要包括加壓機構和受力機構兩部分，加壓機構由加壓方式決定。摩擦焊機加壓方式有絲杠-螺母、凸輪等機械加壓、氣壓、液壓和氣-液聯(lián)合加壓。受力機構的作用是為了平衡軸向力和摩擦轉矩以及防止焊機變形，保持主軸與加壓系統(tǒng)的同軸度。3、機身機身一般為臥式，少數(shù)為立式，用來安裝主軸、加壓機構及導軌等。機身應有足夠的剛度和強度，以防止焊接時產生變形和振動。4、夾頭夾頭分為旋轉和固定兩種。為了使夾持牢靠，不出現(xiàn)打滑旋轉、后退、振動等，夾頭與工件的接觸部分硬度要高，耐磨性要好。5、控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括焊接操作程序控制和焊接參數(shù)控制等。程序控制即控制摩擦焊機按預先規(guī)定的動作次序完成送料、夾緊焊件、主軸旋

23、轉、摩擦加熱、頂鍛焊接、切除飛邊和退出焊件等操作。焊接參數(shù)控制主要有時間控制、摩擦加熱功率峰值控制和綜合參數(shù)控制等。6、輔助裝置輔助裝置主要包括自動送料、卸料以及自動切除飛邊等。五、焊接確定連續(xù)驅動摩擦焊的工作原理：摩擦焊是在外力作用下，利用焊件接觸面之間的相對摩擦運動和塑形流動所產生的熱量，使接觸面金屬件相互擴散、流動和動態(tài)再結晶而完成的固態(tài)連接方法。焊接過程不需要填充金屬、焊劑或保護氣體。其原理如圖2圖2六、焊接工藝參數(shù)確定 連續(xù)驅動摩擦焊的焊接參數(shù)主要包括主軸轉速、摩擦壓力、摩擦時間、頂鍛壓力、頂段時間、變形量等。1、轉速和摩擦壓力轉速和摩擦壓力是最主要的工藝參數(shù)。在焊接過程中，轉速與摩

24、擦壓力直接影響摩擦轉矩、摩擦加熱功率、接頭溫度場、塑性層厚度以及摩擦變形速度等。2、摩擦時間摩擦時間決定了摩擦加熱過程的階段和加熱程度，直接影響接頭的加熱溫度、溫度分布和焊接質量。碳鋼工件的摩擦時間一般在140s范圍內。3、摩擦變形量要得到牢固的接頭，必須有一定的摩擦變形量，在焊接碳鋼時，摩擦變形量通常選取的范圍為110mm。4、停車時間停車時間影響接頭變形層的厚度和焊接質量，通常通過變形層的厚度選擇參數(shù)。通常制動停車時間的選擇范圍為0.11s。5、頂鍛壓力、頂鍛變形量和頂鍛速度施加頂鍛壓力是為了能擠出摩擦塑性變形層中的氧化物和其他有害雜質，并使金屬得到鍛造，結合緊密，晶粒細化，以提高接頭性能

25、。七、操作要點及安全注意事項1. 操作者必須熟悉機床操作順序和性能，嚴禁超性能使用設備。 2 .操作者必須經過培訓、考試或考核合格后，持證上崗。 3 .開機前，按設備潤滑圖表注油，檢查油標油位或注油點。 4 .啟動油泵電機，彈性夾頭夾緊工件，調節(jié)液壓系統(tǒng)壓力、工作壓力、夾緊壓力，頂鍛壓力，檢查主軸箱潤滑。 5. 在調整狀態(tài)下，調節(jié)滑臺、刀架移動速度和距離。 6 .檢查主軸箱潤滑、離合、制動，低速轉動主軸。 7 .停機前復位，關閉主軸電機，待主軸停轉后，關閉油泵電機。 8 .關閉機床電控總開關，關閉電控柜空氣開關。 9 .清潔機床，按設備潤滑圖表或注油點進行注油。 10.嚴禁穿拖鞋、涼鞋、半短褲

26、操作，以防鐵屑燙傷，嚴禁戴手套操作。 11.夾具的防轉塊必須鎖緊，避免螺釘或防轉塊飛觥12.裝卸夾具應用專門板手，不許把錐面變形的彈簧夾具裝上使用。 13.快進、快退不能調得太快，防止發(fā)生危險，皮帶張緊要適當，防護罩須鎖緊。14.飛邊切前量應由小到大，工進要適當。 15.清洗油要及時處理，回火油不能裝得太滿，放、取料應小心。 16.機床油桶應有良好接地保護，不許擅自拆修。八、探傷檢測1、根據(jù)GB/T33232005標準中規(guī)定，由缺陷性質、數(shù)量和大小將焊接接頭質量分為四等級，即、，質量依次降低。級焊接接頭：不允許存在任何裂紋、未熔合、未焊透以及條形缺陷，允許一定數(shù)量和一定尺寸的圓形缺陷存在。級焊

27、接接頭：不允許存在任何裂紋、未熔合及未焊透，允許一定數(shù)量和一定尺寸的條形缺陷和圓形缺陷存在。級焊接接頭：不允許存在任何裂紋、未熔合以及雙面焊和家墊板的單面焊中的未焊透，允許一定數(shù)量、一定尺寸的條形缺陷和圓形缺陷及為=未焊透（指非氬弧焊封底的不加墊板的單面焊）存在。級焊接接頭：焊接接頭中缺陷超過級者。九、參考文獻1、曹長霞主編. 特種焊接技術. 北京：機械工業(yè)出版社，20092、雷世明主編焊接方法及設備雷北京：機械工業(yè)出版社，20023、唐迎春主編. 焊接質量檢測技術. 北京：中國人民大學出版社，20124、李志遠主編. 先進連接方法. 北京：機械工業(yè)出版社，2000電子束焊接原理電子束焊接(E

28、BW)是利用電子槍所產生的電子在陰陽極間的高電場作用下被拉出，并加速到很高速度，經一級或二級磁透鏡聚焦后，形成密集的高速電子流，當其撞擊在工件接縫處，其動能轉化為熱能，使材料迅速熔化而達到焊接的目的。高速電子在金屬中的穿透能力非常弱，如在100kV加速電壓下僅能穿透1/40mm，但電子束焊接所以能一次焊透甚至達數(shù)百毫米，這是因焊接過程中一部分材料迅速蒸發(fā)，其氣流強大的反作用力迫使底面液體向四周排開，讓出新的底面，電子束繼續(xù)作用，過程連續(xù)不斷進行，最后形成一又深又窄的焊縫。電子束焊接特點電子束焊接是一種先進的焊接方法,其特點和要求主要表現(xiàn)在如下幾方面：(1) 由于電子束的能量密度很高,焊接速度快

29、,焊件的熱影響區(qū)和焊接變形極小,可作為零件的終加工工序。(2)電子束焊縫的深寬比大,可達101401,而一般電弧焊的深寬比約為11. 5,因此,可以實現(xiàn)大厚度、不開坡口的焊接場合。(3)可控性好。電子束焊接參數(shù)(電壓、電流、焊接速度等)能夠被精確控制,焊接時參數(shù)的重復性及穩(wěn)定性好,能確保焊件的焊接質量。(4)可將難于整體加工的零件分解為容易加工的幾部分,再用電子束焊的方法將其焊成整體,使復雜工序變得簡單。(5)可用于不加填充焊絲的對接、角接、T形接等多種焊接場合。(6)因電子束焊焦點小而能量集中,對組焊件配合處的機械加工精度及裝配質量有嚴格要求,對接焊縫的兩邊緣要求平整、貼緊,一般不留間隙。(

30、7)為防止出現(xiàn)焊接裂紋等缺陷,對采用電子束焊接的零件材料,一般要求其碳當量小于0. 4%,當材料的碳當量大于0. 6%時,裂紋就很難避免,且對焊接工藝的要求也特別高。電子束焊接的應用日本電子束焊接在壓力容器中的實際應用電子束焊接具有焊接熱輸入量小，焊縫非常窄，幾乎沒有熱影響區(qū)，因此焊接接頭的性能很好，在焊接過程中工件幾乎沒有收縮與變形;在真空中焊接，避免了氮、氫、氧的有害作用，可防止低合金高強度鋼產生延遲裂紋，同時，由于在真空中避免了氮與氧的有害作用，使較活潑的金屬也易于焊接等優(yōu)點。因此，在日本對電子束焊接應用于壓力容器非常重視。在日本有日立、石川島播磨重工、川崎重工、東芝電氣、三菱重工、新日

31、鐵等數(shù)家公司進行電子束焊接應用于壓力容器的研究。三菱重工業(yè)株式會社神戶造船所最近裝備一臺大型移動式電子束焊機，采用此焊機焊接壓力容器產品，低合金鋼可厚達10。毫米，不銹鋼或欽合金可厚達80毫米。齒輪在機械工業(yè)是應用最廣、用量最大的部件了，常用的齒輪生產是批量化的模具鑄造或鍛造而成，而對于沒有專用機床設備的工廠來說,往往客戶訂購的產品數(shù)量不多,特別是某些新產品的試制,加工的數(shù)量只有幾件,在這種情況下,對于斜齒輪的加工,就不可能采用專機專刀來進行了。以往對此類型的產品,曾采用過將斜齒輪和接合齒分開加工、待齒形加工好后再用手工電弧焊的方法把兩者組焊成整體,但由于電弧焊焊接時間長,發(fā)熱量大,使得工件變

32、形量較大,導致最終的成品合格率都不夠理想。在總結以往加工工藝方法的基礎上采用了新工藝電子束焊接。由于電子束焊接時間極短,由發(fā)熱引起的焊接變形極微小。對這批加工的產品進行了焊接前、后的檢驗,同樣以齒輪內孔為定位基準,檢驗斜齒輪與接合齒的齒圈跳動量,實測結果表明,焊接前、后的齒圈跳動量誤差不大于0. 025 mm?？梢?對于利用電子束焊接加工的齒輪產品來說,只要控制好焊接前各組件的加工精度,焊接后的產品質量是完全能夠保證的。近年來，為提高航空發(fā)動機壓氣機效率，一些新型機種盤鼓多采用欽合金、高溫合金的整體焊接(電子束焊或摩擦焊)結構，以代替螺栓聯(lián)接結構。整體焊接的盤鼓轉子部件，能提高材料的利用率、減

33、輕結構重量、保證發(fā)動機結構完整性、提高發(fā)動機性能和工作可靠性。英、美、法、德、前蘇聯(lián)等國的幾大航空公司制造的發(fā)動機壓氣機轉子部件上大量采用了電子束焊接技術，我國在這個領域也實現(xiàn)了電子束焊接的成功運用。通過分析零件的性能，零件焊接質量良好，控制焊接變形的工藝措施有效。零件加工精度較高。成功通過了地面試車。實現(xiàn)了預期的目標，滿足了需求。汽車行業(yè)中的應用轉向柱管的焊接要求變形小，焊接表面要光滑，故宜采用電子束焊接。其工藝過程是:先把切割下來的鋼板卷成管子，然后焊接。設計人員可以自由選定板厚、管子直徑和長度，這一點是選用圓形型材所達不到的。配電盤凸輪必須是滲氮后焊接，用其它接合方法比較困難，故采用電子

34、束焊接較為合適。由于焊縫直徑很小，工件用不著轉動，僅讓電子束沿該焊縫的圓周進行偏轉就行了，所以生產率相當高。柴油機的預燃室過去一直采用釬焊，改成電子束焊后提高了質量，降低了成本。起動馬達整流子銅環(huán)也采用電子束焊接，它能同時高速焊接數(shù)十個，生產率相當高，成本可大幅度下降。由于電子束焊接的施焊速度非?？?，不會使球接頭中封裝的黃油受熱變質，所以此處也用電子束焊接。把變速器齒輪改成拼合式后，用電子束焊接起來是能改善性能、降低成本的。變速器齒輪的電子束焊接，是汽車零件采用焊接結構效果最好的一種。變速器齒輪多是整件加工而成，但加工過程中受多方面的制約而難于實現(xiàn)。用拼合法制造這樣的齒輪并應用電子束焊接最為合

35、適。它具有強度高、變形小及質量穩(wěn)定等優(yōu)點。特別是在歐洲和日本的輕型汽車采用拼合齒輪已成為主流。電子束焊接實用上存在的問題及解決的辦法成本電子束焊機與其它焊機相比，價格高得多，固定資產費在焊接費用中占80一90%。因此，為了降低電子束焊接成本，就需要采取提高速度，縮短真空排氣時間等措施使每一臺焊機能焊接盡可能多的零件，不過這也是有限度的。所以，雖然采用電子束焊接對很多零件有技術效果，但由于成本太高仍有許多生產廠不能采用。質量電子束焊接從焊接速度及變形來看，無可非議是一種很好的焊接方法，但卻存在著一些固有的缺陷，例如由于輸入熱量少及加熱、冷卻速度快會引起硬化裂紋;由于焊縫寬度狹窄易出現(xiàn)焊縫偏移等。

36、這些缺陷的檢查方法，以超聲波探傷檢查最為有效。但有時由于部件的形狀使用超聲波檢查難于實現(xiàn)，還可施加非破壞性載荷的方法對部分零件進行檢驗。焊前焊件表面不清潔也是產生氣孔、裂紋的主要原因，所以要充分地洗干凈、干燥。最好是浸在三氯代乙烯、丙酮等有機溶劑中用超聲波清洗。另外，不要使電子束過于收縮，以減少氣孔與飛濺。焊機問題(1)絲極壽命由于絲極壽命短，降低了工作效率，使質量也不穩(wěn)定。絲極制造過程中的質量管理和焊接工藝的掌握對壽命有很大的影響。如果在這方面下些功夫，對提高壽命是很有好處的。(2)電子束偏移 在更換絲極和作轉動裝置的維修等以后，常會產生電子束偏移現(xiàn)象。通常利用電子槍下部的顯微鏡和電子束掃描

37、檢測裝置測定這種偏移，然后對電子束位置進行修正。最好還是采用不產生偏移的電子槍及電子束位置校正裝置。(3)焊接飛濺及牽屬蒸氣 因為焊接飛濺物及金屬蒸氣冷凝堆積在焊接室和電子束通路上，易引起故障，產生廢品，所以必須在焊接飛濺物沉積及滑動部位上設置清除刮板等裝置。(4)夾具及焊機的可靠性 為了提高生產率和保證其精度，要盡量使電子束收縮和提高焊接速度，故要求電子束位置有高度的重復性。因此夾具的加工精度、剛性也必須相應地提高;所選的真空泵應能在高負荷下連續(xù)運轉，對潤滑和防止異物落入等方面也需作專門的考慮，由于在電壓、電流、焦距等電子束控制上采用復雜的電子回路，所以需要對夏季的溫度、濕度、灰塵等采取充分

38、的防護措施;高壓電纜、高壓變速器、真空泵等修理起來很困難，價格也貴，故需要具有備品。如果可能的話，最好有一臺備用焊機。電子束焊接 焊接工藝收藏此信息 打印該信息 添加：用戶投稿 來源：未知(1)薄板的焊接板厚在00325mm的零件多用于儀表、壓力或真空密封接頭、膜盒、封接結構、電接點等構件中。 薄板導熱性差，電子束焊接時局部加熱強烈。為防止過熱，應采用夾具。圖8示出薄板膜盒零件及其裝配焊接夾具，夾具材料為純銅，對極薄廠件可考慮使用脈沖電子束流。圖8膜盒及其焊接夾具1-頂尖2-膜盒3-電子束4-純銅夾具電子束功率密度高，易于實現(xiàn)厚度相差很大的接頭的焊接。焊接時薄板應與厚度緊貼，適當調節(jié)電子束焦點

39、位置，使接頭兩側均勻熔化。(2)厚板的焊接電子束可以一次焊透300mm的鋼板，焊道的深寬比可以高達50：1。當被焊鋼板厚度在60mm以上時，應將電子槍水平放置進行橫焊，以利焊縫成形。電子束焦點位置對熔深影響很大，在給定的電子束功率下，將電子束焦點調節(jié)在工件表面以下，熔深的05075mm處電子束的穿透能力最強。根據(jù)實踐經驗，焊前將電子束焦點調節(jié)在板材表面以下，板厚的1/3處，可以發(fā)揮電子束的熔透效力并使焊縫成形良好。 焊接厚板時，保持良好的真空度有利于增大電子束焊縫的熔深。 (3)添加填充金屬只有在對接頭有特殊要求或者因接頭準備和焊接條件的限制不能得到足夠的熔化金屬時，才添加填充金屬，其主要作用

40、是： 1)在接頭裝配間隙過大時可防止焊縫凹陷。 2)在焊接裂紋敏感材料或異種金屬接頭時可防止裂紋的產生。 3)在焊接沸騰鋼時，加入少量含脫氧劑(鋁、錳、硅等)的焊絲，或在焊接銅時加入鎳，均有助于消除氣孔。 添加填充金屬的方法是在接頭處放置填充金屬。箔狀填充金屬可夾在接縫的間隙處，絲狀填充金屬可用送絲機構送入或用定位焊固定。 送絲機構應保證焊絲準確地送入電子束的作用范圍內。送絲嘴應盡可能靠近熔池，其表面應有涂層以防金屬飛濺物的沾污。應選用耐熱鋼來制造送絲嘴。應能方便地對送絲機構進行調節(jié)，以改變送絲嘴到熔池的距離、送絲方向以及與工件的夾角等。焊絲應從熔池前方送入。焊接時，采用電子束掃描有助于焊絲的

41、熔化和改善焊縫成形。 送絲速度和焊絲直徑的選擇原則是使填充金屬量為接頭凹陷體積的125倍。 (4)定位焊用電子束進行定位焊是裝夾工件的有效措施，其優(yōu)點是節(jié)約裝夾時間和經費。 可以采用焊接束流或弱束流進行定位焊，對于搭接接頭可用熔透法定位，有時先用弱束流定位，再用焊接束流完成焊接。 (5)焊接可達性差的接頭電子束很細、工作距離長、易于控制，所以電子束可以焊接狹窄間隙的底部接頭。這不僅可以用于生產過程，而且在修復報廢零件時也非常有效。復雜形狀的昂貴鑄件常用電子束來修復。 對可達性差的接頭只有滿足以下條件才能進行電子束焊接： 1)焊縫必須在電子槍允許的工作距離上。 2)必須有足夠寬的間隙允許電子束通

42、過，以免焊接時誤傷工件。 3)在電子束的路徑上應無干擾磁場。 (6)電子束掃描和偏轉在焊接過程中，采用電子束掃描可以加寬焊縫，降低熔池冷卻速度，消除熔透不均等缺陷，降低對接頭準備的要求電子束掃描是通過改變偏轉線圈的勵磁電流，從而使橫向磁場變化來實現(xiàn)的。常用的電子束掃描圖形有正弦形、圓形、矩形、鋸齒形等。通常電子束掃描頻率為1001000Hz，電子束偏轉角度為2°7°。 電子束掃描還可用來檢測接縫的位置和實現(xiàn)焊縫跟蹤，此時電子束的掃描速度可以高達50一l00ms，掃描頻率可達20kHz。 在焊接大厚度工件時，為了防止焊接所產生的大量金屬蒸汽和離子直接侵入電子槍可設置電子束偏轉

43、裝置，使電子槍軸線與工件表面的垂直方向成5°90°夾角，這對于大量生產中保證電子槍工作穩(wěn)定是十分有利的。圖9所示的就是特殊偏轉系統(tǒng)的一種形式，它的防護作用使電子槍在大厚度焊接過程中穩(wěn)定工作。圖9特殊偏轉系統(tǒng)對電子槍的保護(7)焊接缺陷及其防治和其他熔焊一樣，電子束接頭也會出現(xiàn)未熔合、咬邊、焊縫下陷、氣孔、裂紋等缺陷。此外電子束焊縫特有的缺陷有熔深不均、長空洞、中部裂紋和由于剩磁或干擾磁場造成的焊道偏離接縫等。 熔深不均出現(xiàn)在不穿透焊縫中。當在焊縫底層還出現(xiàn)孔洞時，稱為焊縫底層釘形缺陷，如圖10所示。這種缺陷是高能束流焊接所特有的，它與電子束焊接時熔池的形成和金屬的流動有密切的關系。加大束斑直徑可消除這種缺陷。將電子束做圓形掃描，獲得圖11所示的功率分布，有利于消除熔深不均。改變電子束焦點在工件內的位置也會影響到熔深的大小和均勻程度。適當?shù)厣⒔箍梢约訉捄缚p，有利于消除和減小熔深不均的缺陷。圖10非穿透焊縫底層縱剖面金相照片圖11消除熔深不均勻所需要的電子束功率分布長空洞及焊縫中部裂紋都是電子束深熔焊接時所特有的缺陷，降低焊接速度，改進材質有Q345-綜合力學性能良好，低溫性能亦可，塑性和焊接