電子束焊接技術在工業(yè)中的應用和發(fā)展

1、電子束焊接技術在工業(yè)中的應用和發(fā)展摘要：本文介紹了電子束焊接及主要特點，總結了近年來電子束焊接在航空航天、電子與儀表、汽車等工業(yè)領域中應用現(xiàn)狀，并對其發(fā)展作了展望。關鍵詞：電子束焊接應用現(xiàn)狀發(fā)展電子束焊接(ebw)是以高能密度電子束作為能量載體對材料和構件實現(xiàn)焊接 和加工的新型特種加工工藝方法和現(xiàn)代焊接技術，自50年代首先應用于核工業(yè), 經過四十多年的發(fā)展，電子束焊接不僅在一些高新技術領域充分應用，而且已成 為一般工業(yè)部門的一種重要加工手段。一、電子束焊接的特征由于高能量密度的電子束流集中作用的結果，使電子束焊接熔池“小孔”形 成機理與其他熔化焊有所不同。電子束焊接過程是,高壓加速裝置形成的高

2、功率 電子束流，通過磁透鏡會聚，得到很小的焦點(其功率密度可達104109w/cm2),轟 擊置于真空或非真空的焊件時，電子的動能迅速轉變?yōu)闊崮?，熔化金屬，實現(xiàn)金屬 焊接的目的。電子束焊接的特點可概括如下：(1) 電子束斑點直徑小，加熱功率密度大，焊接速度快，熱影響區(qū)??；(2) 可獲得深寬比大的焊縫，焊接厚件時可以不開坡口一次成形；(3) 多數(shù)構件是在真空條件下焊接，焊縫純潔度高；(4) 規(guī)范參數(shù)易于調節(jié)，工藝適應性強；(5) 適于焊接多種金屬材料；(6) 焊接熱輸入低，焊接熱變形小。 但是電子束焊接方法也有一些不足，如：(1) 電子束焊機結構復雜，控制設備精度高,所需費用高；(2) 焊接前對

3、接頭加工、裝配要求嚴格，以保證接頭位置準確、間隙小而且均 勻；(3) 真空電子束焊接時，被焊工件尺寸和形狀常常受到工作室的限制，每次裝 卸工件要求重新抽真空；(4) 冷卻過程中快速凝固，引起焊接缺陷，如氣孔、焊接脆性等；(5) 電子束易受雜散電磁場的干擾，影響焊接質量；(6) 電子束焊接時產生的x射線需要嚴加防護，以保證操作人員的健康和安 全。二、電子束焊接的分類1、根據(jù)焊件所處真空度的差異可分為：高真空電子束焊接(真空度為10-410-1 pa):該方法電子散射小,作用在 工件上的功率密度高，穿透深度大，焊縫深寬比大，適宜于活性金屬、難熔金屬及質量要求高的工件焊接，應用最為廣泛。(2) 低真

4、空電子束焊接(真空度為10-110pa)o與高真空電子束焊相比，電 束較寬，工作距離較大,真空系統(tǒng)簡單，生產效率高，成本低。減弱了焊接時金屬的 蒸發(fā)等。(3) 非真空電子束焊接(無真空工作室)：在大氣壓力的環(huán)境中焊接，電束散射 寬，焊縫較寬、深寬比小，可焊大尺寸的工件。焊接時，束流進入大氣前先經過充 滿氮的氣室,而后與氮氣一起進入大氣。2、根據(jù)電子槍加速電壓又可分為：(1) 高壓電子束焊接:加速電壓大于120千伏，束斑直徑小，功率密度大，工作 距離長，焊縫的深寬比大，焊縫精密，變形小，適用于單道焊縫的大厚度板材和難 熔、熱敏材料的焊接。(2) 中壓電子束焊接:加速電壓范圍為40100千伏，滿足

5、除極薄材料外的一 般厚度材料的焊接，可用局部真空室滿足大型件的焊接。(3) 低壓電子束焊接:加速電壓低于40千伏，功率密度小，工作距離短，焊縫 稍寬，畸變稍大，適用于焊縫深寬比小的薄板焊接。3、按電子束對材料的加熱機制分(1) 熱傳導焊接：作用在工件表面的功率密度105w/cm2,電子束轉化的熱能 通過熱傳導使工件熔化，熔化金屬不產生顯著的蒸發(fā)。(2) 深熔焊接:作用在工件表面的功率密度105w/cm2,金屬被熔化并伴有強 烈的蒸發(fā)，形成熔池小孔，電子束穿入小孔內部與金屬直接作用，焊縫深寬比大。三、電子束焊接在工業(yè)上的應用：1、飛機和航天飛行器電子束已被用來將鈦鍛件焊接成新型直升機的轉翼，現(xiàn)代

6、戰(zhàn)斗機的機翼箱 等。發(fā)動機上一些其他部件如透平罩、壓縮機箱體以及飛機的燃料驅動系統(tǒng)和著 陸起落架等也都采用了電子束焊接。由于電子束焊接的變形和熱影響區(qū)小，已被用于航天飛機發(fā)動機的裝配焊 接,如主燃燒室、熱氣歧管、高(低)壓燃料渦輪泵、高(低)壓氧化劑渦輪泵、燃 料預燃燒室、氧化劑預燃燒器等間的焊接。2、發(fā)電設備電子束焊接以其獨有的優(yōu)點正在發(fā)電設備的制造方面取代傳統(tǒng)的焊接方法。 如美國、日本等國家都已使用真空電子束焊接取代埋弧焊工藝焊接汽輪機定子和 汽輪機導向葉片。使用埋弧焊需要幾天才能完成的焊接，使用電子束焊接后僅需 幾個小時就能完成。3、汽車工業(yè)使用電子束焊接方法焊接汽車后橋，省去了坡口的制

7、作的準備。由于在真空 條件下施焊，電子束焊接大大地清除了產生氣孔、裂紋、夾渣等這些缺陷的可能, 強度得到了保證，獲得了極佳的經濟效益。此外，真空電子束焊接還用來焊接汽車 驅動輪、扭矩變換器、行星齒輪支座、飛輪、滑叉等，都取得了前所未有的效果。 4電子元器件隨著現(xiàn)代工業(yè)對電子線路和元器件的要求越來越高，電子束焊在電子行業(yè)發(fā) 揮著越來越重要的作用。真空電子束用來焊接密封晶體管已取代釬代焊焊接晶體 管連接接頭。有些電子線路和元器件要求其焊縫在焊完后繼續(xù)保持在真空密封裝 置內，焊縫不得有腐蝕性雜質，電子束焊接正是滿足這種要求的最有效方法。5、機械基礎件電子束也用來焊接有特殊要求的機械基礎件,如軸、軸承

8、、齒輪、金屬帶鋸、 雙金屬帶等。對于硬度極高的金屬的切斷，使用電子束，可將高速鋼型材焊在柔韌 的載體帶上。適當選擇高速鋼型材寬度,使得銃鋸齒時，齒間，即斷裂危險區(qū)位于 柔韌性載體帶上，這樣，就能使高速鋼齒尖達到最佳硬度，帶鋸能在最佳經濟效益 下實現(xiàn)最大負荷。6、核工業(yè)產品電子束焊接最早應用于核工業(yè)產品部件，近些年來，在這一領域得到更充分 的發(fā)展。如：一種核工業(yè)多種用途的真空電子束焊機，在離子推進系統(tǒng)中，它應用 于難熔、耐蝕金屬的焊接和不同金屬之間的連接，焊縫無裂紋和泄漏，變形也相當 小。四、電子束焊接的發(fā)展趨勢美國和蘇聯(lián)的宇航員還在太空實驗室進行了電子束焊接和切割試驗,展現(xiàn)了 電子束焊接的廣闊

9、發(fā)展前景，今后電子束焊接的發(fā)展趨勢可以概括為：(1) 繼續(xù)擴大在航空航天工業(yè)中的應用范圍，并在修復領域發(fā)揮作用；(2) 焊接設備將趨向多功能化和柔性化；(3) 非真空電子束焊接的研究和應用將日益成為熱點；(4) 在厚大件和批量生產中繼續(xù)發(fā)揮其獨特優(yōu)勢；(5) 電子束焊接將成為空間結構焊接的強有力工具。五、點評：(1) 電子束焊的分類可以通過環(huán)境壓強的不同而分為三種以及電子加速電壓的 不同而劃分；(2) 電子束焊機得以如此廣泛應用和迅速發(fā)展的重要原因是它不斷采用大量的 先進技術，如渦輪分子泵、高壓電束槍、高壓絕緣系統(tǒng)、光學測量裝置、焊縫自 動掃描、焊縫跟蹤器、cnc等；(3) 電子束焊接技術的前景將隨著各種新材料、新結構、新技術和新領域的不 斷涌現(xiàn)，電子束焊接將會獲得進一步的開發(fā)和應用，并在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮日