1、焊工（技师、高级技师）,第九章 电子束焊,了解电子束焊的特点，能够针对特殊材料和结构选择电子束焊焊接方法。,二、电子束焊的特点,1.电子束焊的优点 (1)功率密度高 电子束焊常用的加速电压为30150kV，电子束电流为201000mA，聚焦后的电子束焦点直径约为0.11mm，所以，电子束的功率密度可达104109W/cm2。 (2)快速、精确地控制 通过电场、磁场可对电子束作快速、精确的控制，而激光只能通过透镜和反射镜控制，速度较电子束慢。 (3)穿透能力强 电子束斑点尺寸极小，功率密度大，穿透能力强，焊缝深宽比(深度与宽度比)达501，可一次焊透的不锈钢。,一、电子束焊的原理,第一节 电子束
2、焊概述,(4)焊接速度快 电子束焊能量集中，熔化速度快，一般焊接速度在1000mm/min以上。 (5)焊件变形小 电子束焊时，功率密度大，焊缝自上到下宽度均匀，称为“平行焊缝”。 (6)焊缝性能好 电子束焊时，高温作用时间短，合金元素烧损少，能避免焊接接头晶粒长大，使焊接接头力学性能好，焊缝抗腐蚀性能高。 (7)焊接金属质量高 在真空环境中焊接，不仅可以防止熔化金属受到氢、氧、氮等有害气体的污染，而且还有利于焊缝金属的除气和净化。,第一节 电子束焊概述,(8)电子束容易受控 焊接参数易于精确调节，通过控制电子束的偏移，可以实现对复杂焊缝的自动焊接，在焊接过程中可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷
3、，从而提高焊接接头质量。 (9)可焊接材料多 不仅能焊接金属和异种金属材料的接头，还能焊接非金属材料，如陶瓷、石英玻璃等。 (10)自动化程度高 电子束焊焊接参数容易实现机械化、自动化控制，在焊接过程中，重复性、再现性好，确保产品质量的稳定性。 2.电子束焊接的缺点 1)设备比较复杂，价格昂贵。,第一节 电子束焊概述,2)电子束焊接时，焊件的尺寸常受到真空室尺寸的限制。 3)焊前对焊件的加工、装配要求比较严格，准备工作比较仔细。 4)电子束容易受杂散的电磁场的干扰，影响焊接质量。 5)电子束焊接过程中，将产生X射线，需要严加防护，以保证操作人员的健康和安全。,第一节 电子束焊概述,三、电子束焊
4、的分类,1.按电子束加速电压高低分类 1)高压电子束焊(120kV以上)，工业上常用的高压真空电子束焊机的加速电压为150kV，功率一般都小于40kW。 2)中压电子束焊接(60100kV)，常用的中压真空电子束焊机的加速电压为60kV，功率一般都小于75kW。 3)低压电子束焊(40kV以下)。 2.按被焊材料所处环境的真空度分类 (1)高真空电子束焊 焊接是在10-410-1Pa的压强下进行的，良好的真空条件，可以很好地保护焊缝熔池，防止金属元素的氧化和烧损。,第一节 电子束焊概述,(2)低真空电子束焊 焊接是在10-110Pa的压强下进行的，虽然真空度不高，但是，在10-110Pa的压强
5、下，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。 (3)非真空电子束焊 成本低、效率高，在汽车生产线上可连续进行焊接。,第一节 电子束焊概述,一、电子枪,图9-1 三极电子枪,(1)直接加热式阴极 加热电流的类型和大小是影响阴,第二节 电子束焊的焊接设备,极寿命、电子束稳定的主要因素。 (2)间接加热式阴极 在加热灯丝和阴极之间应加几千伏的电压，使阴极受到热电子的撞击而升温，这种电极的热惯性大、寿命长、形状稳定。,第二节 电子束焊的焊接设备,二、供电电源,(1)高压电源 直流高压电源是用来建立阴极-阳级之间的高压电场，对于保证电子束斑点的质量、参数的稳定、聚焦和偏转等起到很重
6、要的作用。 (2)阴极加热电源 直热式阴极加热电源应采用具有良好滤波的直流电源，要求不高的专用电子束焊机也可以采用交流电供电。 (3)偏压电源 为了使电子束流在允许的范围内稳定，偏压电源及其控制系统应具有良好的调节特性(一般能在1002000V之间调节)。,三、真空系统,第二节 电子束焊的焊接设备,四、真空室 五、运动系统 六、电气控制系统 七、辅助系统,1.焊缝观察和跟踪 2.电子束斑的品质测量,第二节 电子束焊的焊接设备,一、加速电压Ua 二、电子束流Ia,1)改变束流，在焊接不同厚度的材料时，可以得到不同的熔深。 2)在厚大件焊接时，由于焊接速度较低，随着焊件温度的增加，焊接电流要逐渐的
7、减小。 3)环缝焊接时，在环缝的起始和收尾处，为了获得良好的搭接质量，要控制束流的递增和递减。,三、聚焦电流If 四、焊接速度vb 五、工作距离H,第三节 电子束焊的焊接参数,一、碳素钢的电子束焊 二、难熔金属的电子束焊,第四节 常用材料的电子束焊,1)焊前用化学方法，仔细清洗待焊处及对接边缘的油、污、锈、垢及氧化膜。 2)采用小功率电子束机焊接前，要对焊件进行仔细的清洗、预热和焊后热处理。 3)从结构设计角度考虑，尽量避免焊缝金属承受弯曲负载；从焊件焊前在夹具上进行装配时，要考虑焊缝冷却时因收缩而产生的应力。,表9-1 部分难熔金属电子束焊的焊接参数,第四节 常用材料的电子束焊,三、铝及铝合
8、金的电子束焊,1)如果铝合金中含有较多的强化元素镁和锌，由于它们的蒸发温度低，蒸汽压高，在焊接过程中会造成这些元素的蒸发损失，既影响了铝合金的化学成分，又因为金属蒸汽而导致焊接过程的不稳定。 2)热处理强化铝合金焊接时，会在焊接接头出现退火软化区。 焊件表面在焊前应用化学方法清洗，仔细清洗待焊处及对接边缘的油、污、锈、垢及氧化膜。 为了减小焊接变形，提高焊接接头的力学性能，应该选用高电压、小电流以及高的焊接速度，以减小热输入。,第四节 常用材料的电子束焊, 焊接含有锌、镁元素的高强度铝合金时，为防止过量的金属蒸汽，应该适当降低电子束的能量密度。铝及铝电子束焊的焊接参数见表9-2。,表9-2 铝
9、及铝电子束焊的焊接参数,第四节 常用材料的电子束焊,四、纯铜的电子束焊,表9-3 纯铜电子束焊的焊接参数,第四节 常用材料的电子束焊,五、钛及钛合金的电子束焊,1)焊前用化学方法，仔细清洗待焊处及对接边缘的油、污、锈、垢及氧化膜。 2)填充焊丝或填片在焊前要进行真空退火除氢。 3)薄板焊接时，应采用卷边接头形式。 4)为防止焊缝金属晶粒长大，应选用高电压、小束流的焊接参数进行焊接。 5)对于高温条件下使用的钛合金焊件，其工艺流程是：退焊接固熔处理时效。,表9- 4 钛及钛合金电子束焊的焊接参数,第四节 常用材料的电子束焊,一、电子束焊的危害性,1.对操作者眼睛视觉的危害 1)电子束焊接前，在调
10、整电子束斑时，由于防护不当，容易损伤操作者的视觉。 2)焊接过程中，操作者直接观察熔池，眼睛容易受伤害。 2.对操作者身体的危害 1)难熔金属焊前预热(有的高达13001700)、焊后退火处理时，如操作不当或防护不好，容易受到灼伤和烫伤。,第五节 电子束焊的安全防护,2)焊接难熔金属和活泼金属时，在金属熔融的蒸汽中，含有毒、有害的物质，一旦泄露出去，容易造成人员中毒或窒息。 3)在电子束焊过程中，如防护不当，操作人员易受高频磁场的危害。 4)在电子束焊过程中，会产生X射线，如果防护不好或操作不当，操作人员易受X射线的危害。 5)电子束焊的电气接地系统如果失效(线路被腐蚀、碰撞、焊接电流过大、绝缘老化等)，会造成人员的触电危害。,第五节 电子束焊的安全防护,二、电子束焊的安全防护技术,1.防止高压电击 1)电子束焊机的高压电源和电子枪，应有足够的绝缘和良好的接地。 2)进行绝缘试验的电压，应为额定电压的1.5倍。 3)安装专用接地地线，其接地电阻应小于3，外壳接地应用粗铜线。 4)在进行维修或更换阴极组件前，应首先切断高压电源，并用放电棒接触准备更换的零件，以防电击。 2.防止X射线辐射 3.加强操作间及设备间的通风和环境洁净，防止烟尘危害,第五节 电子束焊的安全防护,4.防止可见光辐射危害,第五节 电子束焊的安全防护,
