1、- 0 -评阅人得分电子束焊方法学习要点总结专业班级 材控 1111 学 号 2011118502109 学生姓名 王虹宇 2014 年 3 月 19 日- 1 -电子束焊方法学习要点总结姓名：王虹宇 学号：2011118502109 专业班级：材控 1111 班1电子束焊的焊接方法基本概念电子束焊接因具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点而广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业。电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子，该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束，用此电子束去轰击工件，巨大的
2、动能转化为热能，使焊接处工件熔化，形成熔池，从而实现对工件的焊接。2基本原理和分类2.1基本原理电子束是从电子枪中产生的。通常电子是以热发射或场致发射的方式从发射体（阴极）逸出。在 25300kV 的加速电压的作用下，电子被加速到 0.30.7 倍的光速，具有一定的动能，经电子枪中静电透镜和电磁透镜的作用，电子会聚成功率密度很高的电子束。这种电子束撞击到工作表面，电子的动能就转变为热能，使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸气的作用下熔化的金属被排开，电子束就能继续撞击深处的固态金属，很快在被焊工件上“钻”出一个锁形小孔，小孔的周围被液态金属包围。随着电子束与工件的相对移动，液态金属沿小孔周围流向
3、熔池后部，逐渐冷却、凝固形成了焊缝。电子束传送到焊接接头的热量和其熔化金属的效果与束流强度、加速电压、焊接速度、电子束斑点质量以及被焊材料的性能等因素有密切的关系。2.2分类电子束焊的分类方法很多。按被焊工件所处的环境的真空度可分为三种：高真空电子束焊，低真空电子束焊和非真空电子束焊。高真空电子束焊是在 10-410-1Pa 的压强下进行的。良好的真空条件，可以保证对熔池的“保护”防止金属元素的氧化和烧损，适用于活性金属、难熔金属和质量要求高的工件的焊接。低真空电子束焊是在 10-110Pa 的压强下进行的。压强为 4Pa 时束流密度及其相应的功率密度的最大值与高真空的最大值相差很小。因此，低
4、真空电子束焊也具有束流密度和功率密度高的特点。由于只需抽到低真空，明显地缩短了抽真空时间，提高了生产率，适用于批量大的零件的焊接和在生产线上使用。例如：变速器组合齿轮多采用低真空电子束焊接。在非真空电子束焊机中，电子束仍是在高真空条件下产生的，然后穿过一组光阑、气阻和若干级预真空小室，射到处于大气压力下的工件上。在压强增加到 715Pa 时，由于散射，电子束功率密度明显下降。在大气压下，电子束散射更加强烈。即使将电子枪的工作距离限制在 2050mm，焊缝深宽比最大也只能达到 5:1。目前，非真空电子束焊接能够达到的最大熔深为 30mm。这种方法的优点是不需真空室，因而可以焊接尺寸大的工件,生产
5、率较高。近年来，移动式真空室或局部真空电子束焊接方法，既保留了真空电子束高功率密度的优点，又不需要真空室，因而在大型工件的焊接工程上有应用前景3工艺特点和应用范围（材料、结构、环境)3.1工艺特点3.1.1功率密度高电子束焊接时常用的加速电压范围为 30150kV，电子束电流为 201000mA，电子束焦点直径为 0.11mm。因此电子束功率密度可达 106W/cm 以上。 3.1.2精确、快速的可控性- 2 -作为物质基本粒子的电子具有极小的质量（9.110 ）和一定的负电荷（1.610 C） ，电子的荷质比高达 1.7610 C/kg，通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。 3.1.
6、3电子束穿透力强，焊缝熔宽比大。目前，电子束焊缝的深宽比可达 501。焊接厚板时可以只开 I 形坡口实施焊接，因此比电弧焊可以节省辅助材料和降低能源消耗。 3.1.4焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。对精加工的焊件可用作最后连接工序，焊后焊件仍保持足够高的精度。 3.1.5设备比较复杂，费用比较昂贵。 3.1.6电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量。 3.2应用范围电子束焊在大批量生产中将有较大的发展。3.2.1在汽车工业中采用电子束焊技术焊接汽车的齿轮和后桥，可以提高工效、降低成本、减轻零件的质量。3.2.2 在航空航天工业中电子束焊技术将继续扩大其应用，并发展电子束焊在线检测技术。3
7、.2.3由于电子束在厚大件焊接中独树一帜，所以在能源、重工业中大有用武之地。 3.2.4宇航技术中所用的各类火箭、卫星、飞船、星球车、空间站、太阳能电站等的结构件、发动机以及各种仪器均需用焊接技术，而电子束焊是满足其需求的强有力的工具。电子束焊的焊接设备将趋向多功能及柔性化。电子束焊已属成熟技术，随着应用领域的扩大，出于经济方面的考虑，多功能电子束焊的焊接设备和集成工艺以及电子束焊机的柔性化将越来越显得重要。4影响焊接质量的工艺参数影响电子束焊接质量的一些工艺因素，如焊缝结构设计、工装模具、焊接参数、电子束斑点位置、预热和退火、填充材料以及电子束跟踪焊接等。4.1焊缝结构及配合间隙 在焊接实践
8、中，会碰到形形色色的工件，焊缝结构也各不相同，但总体上可分为：对焊缝、焊端焊缝、角焊缝（包括穿透焊缝） ，或区分为直线焊缝、环线焊缝、曲线焊缝、点焊缝，还有等截面焊缝和变截面焊缝等。为了达到最佳焊接效果，焊缝结构和配合间隙的设计至关重要，既要考虑工件（部件）在整机中的作用，又必须满足被焊材料可焊性和具体焊接工艺的要求。所以在实施焊接之前，应该与工程设计人员共同讨论焊接件的焊缝结构，或通过工艺试验确定合理的结构与间隙尺寸。 4.2工装模具 为了将被焊接的工件置于焊机之中，工装模具（夹具）直接影响焊接的实施效果，从一定意义上讲，模具的正确设计是焊接工作成功的一半。 4.3焊接参数 根据被焊工件的材
9、料、尺寸及结构选取相应的工艺参数是焊接工作的主要内容。 4.3.1焊接功率的影响。电子束的焊接功率指： P=UI 式中 P功率（w） ，U电压（kV） ，I束流（mA）它直接影响焊接的熔深，随着焊接功率的增大，焊接熔深呈线性增大。 从加速电压的高低区分，高压焊机（如 150kV）的电子束穿透能力更强，与低中压焊机相比，同等功率时焊接熔深会大一些；但亦有一种观点认为焊接熔深取决于电子枪的性能。 4.3.2焊接线能量的影响。焊接线能量指- 3 -E=P/S 式中 E线能量（J/mm） ，P功率（w） ，S焊速（mm/s） 焊接线能量的输入大小对焊缝的成型起很大作用，如可以获得焊缝的最佳深宽比。另外
10、，快速焊接时工件变形较小；慢速焊接可防止高强钢等工件产生裂纹。 4.3.3临界焊接参数的作用。我们在进行薄件和高精度工件的焊接工艺试验时，发现它的焊接参数非常严格，偏大或偏小均会导致失败，将此参数称之谓临界焊接参数。 5焊接方法(系统)设备与装置组成和性能指标电子束焊焊接装置按加速电压高低分，可分为高压电子束焊(120kV)中压电子束(60-100 kV)和低压电子束焊(40kV)三类；按焊件所处环境分可分为高真空电子束焊( 10-410-1 Pa)、低真空电子束焊(10-110Pa)和非真空电子束焊三类。其装置主要由电子枪、电源、工作室(真空室)、运动系统、真空系统及电气控制系统等组成。5.
11、1电子枪 电子枪为电子束焊焊接装置的关键部件。5.2电源 由高压电源、阴极加热电源和偏压电源组成，密封于以纯净变压器油作为介质的油箱中。5.3真空系统 用于电子枪和工作室的抽真空，分别以机械泵、油扩散泵和涡轮分子泵对应于抽低、中、高真空。5.4工作室 用以提供真空环境及使操作者与电子束隔离，以免受 X 射线幅 射。其尺寸及形状取决于焊机用途和焊件形状及尺寸，一般采用矩形或圆柱形，容积由数升到数千立方米。5.5运动系统 由工作台、转台及夹具组成，目的是使电子束与焊件循焊接路线实行相对(焊件不动，电子枪动，或反之)运动。 5.6电气控制系统 目前已大都采用程控技术，焊接过程已可实现全自动化。 5.
12、7辅助系统 含电子束束斑品质测量和对焊缝的观察及跟踪两部分。前者直接影响焊接质量，故检测束流焦点位置和束斑品质极为重要；6典型零件的应用实例电子束焊接技术在航天卫星领域有较广泛的使用，如有的星际飞行器，其推进器用的是电火箭，其发射体使水银或铯汽化并游离，其离子在加速极电势作用下，从其表面拉出并加速到一定速度，形成所需推力，发射体的表面积越大，其游离量越大，效率越高，多孔钨是最佳选择。多孔钨还需与支撑件钨块用电子束焊牢成一体，而该钨支撑件又必须与钽盒焊牢，但钽与钨直接熔焊，其合金变脆，而以钛为中间介质用电子束钎焊，而获得无裂纹焊接。 钛合金有高的强质比，是宇航用重要结构材料。用氩弧焊，延性差，很
13、脆，而用电子束焊，共焊接质量好得多，用电子束焊这些钛合金焊缝强度能达到基材的等强度，其冲击强度甚至比基材还高。铍合金具有更高的强质比，阿波罗飞船门的框架构件就用铍合金，采用电子束焊接而成。图所示导弹壳体采用非真空电子束焊示意图： - 4 -而且在火箭，导弹，飞船，空间站，星球车，太阳能电站，造船业，发动机制造业，航空业等，大到航母，小到一个小零件都需要使用电子束焊接。7参考文献1林世昌，丘宁茂。电子束焊接技术的某些应用前景及与激光焊接的综合比较。中国电工技术学会第六届学术会议论文集，1999,北京，p4674722王之康,高永华等.真空电子束焊接设备及工艺M原子能出版社出版,1990. P17-34
