1、其它现今焊接技术简介18.1 电子束焊接 8.1.1 电子束焊的基本原理 从电子枪中产生的电子束在 25300kv的加速电压下加速到0.30.7倍的光速，经过电子枪中静电透镜和电磁透镜的作用，形成的功率密度很高的电子束流得到一个很小的焦点。当电子束流撞击置于真空或非真空的工件表面时，电子的动能迅速转变为热能，使金属迅速熔化和蒸发，实现焊接过程。电子束示意图28.1.2 电子束焊 的特点作为电子束焊的热源，电子束具有如下特点：（ 1）功率密度高 电子束属于高能束流，电子束焊接时常用的加速电压范围为30150kV，电子束电流为 20l000mA，电子束焦点直径约为 011mm，其功率密度可达 10
2、6W cm2以上。（ 2）精确、快速的可控性电子作为物质基本粒子，具有极小的质量（ 9.110-31kg）和一定的负电荷（ 1 610-19C），电子的荷质比高达 l 761011Ckg，通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。这是电子束的一个优势，与同为高能束流的激光相比，后者只能用透镜和反射镜控制，速度慢。3 1. 焊件的结构形状和尺寸 焊件的厚度与电子束的加速电压和功率有关，一般单道焊接碳钢厚度可以超过 100mm，或厚度超过 400mm的铝板，而不需开坡口和填充金属；焊薄件的厚度可小于 2.5mm，甚至薄到 0.025mm；也可焊厚薄相差悬殊的焊件。 真空电子束焊焊件的形状和尺寸不
3、能超过焊接室容积允许的范围内。非真空电子束焊不受此限制，可以焊接大型焊接结构，但必须保证电子枪底面出口到焊件上表面的距离，一般在 1250mm之间。8.1.3 电子束焊的适用范围 42. 焊接的材料在真空室内进行电子束焊时，除含有大量的高蒸气压元素的材料外，一般熔焊能焊的金属，都可以采用电子束焊。如铁、铜、镍、铝、钛及其合金等。此外，还能焊接稀有金属、活性金属、难熔金属和非金属陶瓷等。可以焊接熔点、热导率、溶解度相差很大的异种金属。可以焊接热处理强化或冷作硬化的材料，而对接头的力学性能没有太大的影响。8.1.3 电子束焊的适用范围 3. 焊接有特殊要求或特殊结构的焊件 可以焊接内部需保持真空度
4、的密封件；焊接靠近热敏元件的焊件；焊接形状复杂而且精密的零部件； 可以同时施焊具有两层或多层接头的焊件。这种接头层与层之间可以有几十毫米的空间间隔。5 1. 焊前准备 (1)工件的准备和装夹 （ 2）抽真空 （ 3）焊前预热和焊后热处理 2. 焊接接头设计 3.焊接工艺参数 电子束焊的工艺参数主要有电子束电流 Ib、加热电压 Ua、焊接速度 vb、聚焦电流 If和工作距离 H等。8.1.4 电子束焊接工艺 61. 加速电压在电子束焊接中，加速电压的增加可使熔深加大，但加速电压的参数根据电子枪的类型通常选取某一数值不变。在保持其他参数不变的条件下，焊缝横断面深宽比与加速电压成正比。2. 电子束流
5、 束流与加速电压一起决定着电子束的功率。在电子束焊接过程中，加速电压往往不变，所以常常要调整电子束流值来满足不同的焊接工艺需要。增加电子束流，熔深和熔宽都会增加。3. 焊接速度 焊接速度太快会使焊缝变窄，熔深减小。8.1.4 电子束焊接工艺 7 4. 聚焦电流 电子束聚焦状态对熔深及焊缝成形影响很大。焦点变小可使焊缝变窄，熔深增加。厚板焊接时，应使焦点位于工件表面以下 0.5-0.75mm的熔深处；薄板焊接时，应使焦点位于工件表面。 5. 工作距离 工作距离应在设备最佳范围内。工作距离变小时，电子束的斑点直径变小，可增加电子束功率密度。但工作距离过小会造成放电现象，因而在不影响电子枪的稳定工作
6、的前提下，可以采用尽可能短的工作距离。 对于确定的电子束焊接设备，加速电压一般固定不变，必须时也只做较小的调整。焊接电流和焊接速度是主要调整的工艺参数。热输入与电子束焊接功率成正比，与焊接速度成反比。利用焊接热输入与焊接厚度的对应关系，初步选定焊接工艺参数，经实验修正后方可作为实际使用的焊接工艺参数。此外，还应考虑焊缝横断面、焊缝外形及防止产生焊缝缺陷等因素，综合选择和实验确定焊接工艺参数。88.1.5 典型材料的电子束焊 1. 铝和铝合金 纯铝及非热处理强化铝合金如果采用电子束焊接，接头具有与母材退火状态相似的力学性能。热处理强化铝合金进行电子束焊时，可能出现不同程度的裂纹、气孔等缺陷，但只
7、要工艺参数选择适当，可以减少缺陷并保证接头不会出现退火软化区。当铝合金中含有较多强化元素镁和锌时，焊接速度慢的电子束焊时会造成这些元素大量蒸发；若提高焊接速度则焊缝成形恶化，并出现严重气孔。无锌的铝合金宜用高压，小束流的高速焊。 铝和铝合金电子束焊前需要对接缝处进行除油和清除氧化膜处理，焊接过程中应控制焊接速度，以防止出现气孔并能改善焊缝成形。 汽车上常采用了一些铝合金零件，非真空电子束焊焊接汽车用铝合金可得到良好的接头。9 2. 钛和钛合金 钛是一种非常活泼的金属，最常见的焊接缺陷是氢气孔，所以应在良好的真空条件下（ 1.3310-2Pa）进行焊接，而电子束焊接是所有工业钛和钛合金最理想的焊接方法。采用电子书焊接能有效地避免了有害气体的污染，而且电子束的能量密度大，焊接速度高，焊缝中不会出现粗大的片状 相，因而焊接接头的有效系数可达到 100。焊接时为了防止晶粒长大，宜采用高电压、小束流的工艺参数。8.1.5 典型材料的电子束焊 10
