电子束焊工艺
JB_T11062_2010_电子束焊接工艺指南_介绍_赵霞
GB/T 19867.3—2008 《电子束焊接工艺规 程 》、 GB/T 22085.1—2008 《电 子 束 及 激 光 焊 接接头 缺欠质量分级指南 第 1 部分： 钢》、 GB/T 22085.2—2008 《电子束及激光焊接接头
缺欠质量分级指南 第 2 部分： 铝及铝合 金》、 ISO 14744-1∶2008 《焊接 电 子束焊 接 机的验收检验 第 1 部分： 原理和验收条件》 和 ISO 15614-11∶2002 《金属材料焊接程序的 规范 和鉴定 焊 接 程 序 试 验 第 11 部 分 电 子和激光束焊接》 等标准所确立的术语和定义 适 用 于 JB/T 11062—2010， 同 时 JB/T 11062—2010 中 还 补 充 规 定 了 加 速 电 压 、 束 流、 束流摆动、 修饰焊道、 离焦量、 焦距、 工 作距离、 透镜电流、 斜坡下降、 斜坡上升、 钉 尖、 排气孔、 工作压力、 夹层材料、 过渡材料 等术语。
JB/T 11062—2010 中 还 规 定 了 焊 接 工 艺 评定、 接头制备、 接头设计、 排气孔、 定位焊 及修饰焊、 焊前及焊后热处理及文件记录等的 技术要求。
5 附录
JB/T 11062—2010 中 列 有 资 料 性 附 录 A、 附录 B、 附录 C 及附录 D。
（1） 附录 A 附录 A 中阐述了金属材料焊接性。 聚焦的 电子束可以熔化所有的金属材料， 所以几乎所 有纯金属和合金都可以成功焊接。 附录 A 基于 金属材料主要元素， 对黑色金属、 镍及镍合金、 铝镁合金、 铜及铜合金、 难熔金属和活性金属、 异种金属等不同材料的焊接特性逐一阐述。 （2） 附录 B 附录 B 以列表的方式阐明钢、 铝及铝合 金、 铜及铜合金、 镍及镍合金、 钛及钛合金、 锆及锆合金、 铸铁等各种金属材料的电子束焊 接性， 并就不同材料按其特性规定了Ⅰ为焊接 性良好、 Ⅱ为焊接性一般及Ⅲ为焊接性较差 等， 也标出了 N 为焊接性未知的金属材料。 （3） 附录 C 附录 C 中以表格的方式列出焊接缺欠产生 的原因及防止措施， 规定根据使用标准或按合同 规定选择防止、 消除不当焊接缺欠的方法和设备。 （4） 附录 D 附录 D 列出了环缝接头设计示例。
电子行业电子束焊接
电子行业电子束焊接简介电子束焊接是一种常用于电子行业的高精度焊接技术。
它利用电子束的高能量特性，将焊接材料加热至高温，快速融化并连接在一起。
电子束焊接具有精度高、焊接速度快和热影响区小等优点，广泛应用于半导体、电子元件和电路板的制造过程中。
工艺流程电子束焊接的工艺流程包括以下几个步骤：1.准备工作：对焊接材料进行清洁处理，确保表面不含杂质和氧化物。
同时，需要根据焊接要求确定焊接参数，包括电子束功率、聚焦电压和聚焦电流等。
2.对焊接材料进行定位和夹持：将待焊接的材料放置在焊接台上，并使用夹具进行固定，以确保焊接过程中的稳定性和准确性。
3.开始焊接：启动电子束装置，将电子束聚焦并瞄准焊接位置。
电子束穿过电子枪并聚焦在工件上，加热焊接材料达到融化温度并实现焊接。
4.焊接结束：完成焊接后，关闭电子束装置，等待焊接区域冷却。
同时，对焊接区域进行检查，确保焊接质量符合要求。
特点和优势电子束焊接在电子行业中得到广泛应用，主要受益于以下几个特点和优势：•高精度：电子束焊接能够提供非常精确的焊接结果，焊接位置和焊缝的尺寸控制非常准确，有助于保证电子产品的稳定性和可靠性。
•焊接速度快：电子束焊接的加热速度非常快，因为电子束本身具有高能量，能够迅速将焊接材料加热至融化温度。
相比传统焊接方法，电子束焊接能够大大缩短焊接时间，提高生产效率。
•热影响区小：电子束焊接时，焊接区域受热的时间非常短，因此在焊接过程中产生的热量对材料周围的影响非常小。
这意味着电子束焊接可以避免或减少由于热应力引起的变形和损坏，提高焊接质量。
•适用范围广：电子束焊接可以应用于各种材料的焊接，包括金属、陶瓷和非金属材料。
它在不同类型的电子元件、半导体和电路板的制造过程中都有重要的应用价值。
•自动化程度高：电子束焊接可以与自动化设备相结合，实现工艺的自动化和智能化。
通过编程和机器控制，可以实现焊接参数的精确控制和焊接过程的自动化控制。
应用案例LED封装在LED封装过程中，电子束焊接被广泛应用于焊接LED芯片和良好导热性能的基座之间的连接。
电子束焊工艺.
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电子束焊
图1-16 给出了各种金属在保证完全 熔透焊缝情况下,电子束焊热输入、 电子束功率、焊接速度与被焊材料、 板厚的关系。利用这个关系就可以 按被焊材料的种类和焊件厚度，初 步确定所需焊接功率，然后在选用 的设备上进行试焊修正。因为电子 束斑点的品质和电子枪的特性密切 相关，而不同设备的电子枪特性是 不同的，初步选定的参数必须经过 试验修正。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，综合选择和试验后最终 确定实际使用的焊接参数。
4.聚焦电流
电子束聚焦状态对焊缝的熔深及其成形影响较大。 焦点变小可使焊缝变窄，熔深增加。根据被焊材料的 焊接速度、接头间隙等决定聚焦位置，进而确定电子 束斑点大小。薄板焊接时，应使焦点位于工件表面。 当被焊工件厚度大于10mm时，通常采用下焦点焊，即 焦点处于焊件表面的下部，且焦点在焊缝熔深的30％ 处。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。
熔深不均出现在未穿透焊缝中，它与 电子束焊接时熔池的形成和金属的流动 有密切的关系。加大小孔直径可防止出 现这种缺陷。改变电子束焦点在工件内 的位置也会影响到熔深的大小和均匀程 度。适当地散焦可以加宽焊缝，有利于 消除和减小熔深不均的缺陷。
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不穿透焊缝中的熔深不均
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4.焊前预热
对需要预热的工件，根据一定的形状、尺寸及所需 要的预热温度，选择适宜的加热方法，如气焊枪、加 热炉、感应加热、红外线辐射加热等，在工件装入真 空室前进行预热。如果工件较小，加热引起的变形不 会影响工件质量时，可在真空室内用散焦电子束来进 行预热。
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焊接工艺的电子束焊接技术要点
焊接工艺的电子束焊接技术要点电子束焊接是一种常用的高能焊接方法，它利用电子束瞬间加热和熔化焊缝两侧的金属材料，实现焊接连接。
电子束焊接技术具有独特的优势，例如焊接速度快、熔化区热影响小、焊缝质量高等。
下面将介绍电子束焊接技术的要点。
一、电子束焊接工艺电子束焊接工艺主要包括焊接设备、焊接参数选择、焊接前的准备工作以及焊接后的处理等方面。
1. 焊接设备电子束焊接设备由电子枪、真空室及真空系统、电控系统和辅助设备组成。
其中，电子枪是电子束焊接的核心部件，它由电子发射器、聚焦装置和偏转装置等组成。
2. 焊接参数选择焊接参数的选择对焊接质量至关重要。
常见的焊接参数包括加速电压、聚焦电流、聚焦电压和扫描速度等。
这些参数的选择要根据具体焊接材料和工艺要求来确定，以实现最佳的焊接效果。
3. 焊接前的准备工作焊接前的准备工作包括清洁焊接表面、安装和对齐工件以及确定焊接位置等。
为了保证焊接质量，工件表面必须彻底清洁去除杂质。
此外，工件的安装和对齐对焊接结果也有重要影响，需要严格按照工艺要求进行操作。
4. 焊接后的处理焊接完成后，需要对焊接接头进行检查和处理。
可以采用非破坏性检测方法，例如X射线检测和超声波检测等，来评估焊接接头的质量。
同时，还可以对焊接接头进行后续处理，例如涂敷防腐剂、热处理和机械加工等，以提高焊缝的性能和外观。
二、电子束焊接技术的要点1. 选择合适的焊接参数电子束焊接的焊接参数选择十分重要。
加速电压和聚焦电流的组合将决定电子束的能量密度，从而影响着焊缝的形态和质量。
同时，聚焦电压和扫描速度的设置也会影响焊接接头的宽度和深度。
因此，在实际操作中，需要根据具体要求进行合理的参数选择。
2. 确保较好的真空环境在电子束焊接过程中，要保持较好的真空环境，以确保电子束的稳定和焊接质量的提高。
真空度的要求根据具体工艺和焊接材料而变化，但通常要求真空度在10^-4至10^-5 Pa之间。
3. 控制焊接速度和扫描模式焊接速度的选择需要综合考虑焊接材料的熔化温度、热导率以及焊缝的质量要求等因素。
JB／T11062-2010《电子束焊接工艺指南》介绍
陆续在 焊 接质 量保 证 的各 个 关键 环节 （ 焊接 如
质 量 体 系 要 求 、 焊 接 人 员考 核 、焊 接 工 艺 评 定 、焊 接 工艺 规程 等 ）上开展 了较大 规 模 的标 准 化 工 作 。 如 １９ ９ ４年 ｌＯ ＿ ４颁 布 了 ｌＯ Ｓ ／Ｃ ４ ｒ Ｓ ９５ ９ ６系 列 标 准 ．与之 对 应 一 致 的欧 洲 标 准 是
规格 、材 料牌 号 、工件 去磁 、接头 设 计 、接头
１ ０ ２ ２ １ 中还 补 充 规 定 了 加 速 电 压 、 束 ６— ００ １ 流 、束 流摆 动 、修 饰 焊道 、离 焦 量 、焦距 、工
作 距离 、透 镜 电流 、斜 坡 下 降 、斜 坡 上 升 、钉 尖 、排 气孔 、工作 压 力 、夹层 材 料 、过 渡材 料 等术 语 。
国 制 定 了 Ｊ ／ ６ — ２ １ 。 Ｂ ＿ １ ０ ２ ０ ０ ｒ １
２ 适 用 范 围
Ｊ ， １０ ２ ２ １ Ｂ１ ６ — ０ ０规 定 了 电 子 束 焊 接 的 推 ＿１
单位 起草 。
１ 制 定 Ｊ Ｔ １０ ２ ２ １ Ｂ／ １ ６ － ０ ０标 准 的 背 景
材 料 和 方 法 的 焊 接 工 艺 规 程 和 评 定 标 准体 系
（ Ｏ １ ６ ７ １０ １ ６ ４标 准 ）逐 步 形 成 ，并 １ ５ ０ －Ｓ ５ １ Ｓ 取代 了原 有 的 Ｉ０ ９ ５ Ｓ ９ ６系列 标 准。
为 了适应 国际上 对 电子 束 焊 接工 艺 要 求的 变化 ，加速 我 国焊 接 质量体 系与 国际 接轨 ，我
荐工艺 方法 ，适 用于金属材料 的 电子 束焊接。
电子束焊接新工艺介绍
电子束焊接新工艺介绍电子束焊接是一种高能束焊接工艺，利用高速电子束来熔化和连接金属材料。
它具有高效、高精度和无污染等优点，因此在航空航天、能源、电子和汽车制造等领域得到了广泛的应用。
本文将介绍电子束焊接的原理、应用以及其在新工艺中的创新。
1. 电子束焊接原理电子束焊接利用高速电子束的热能将焊件加热到熔点，并通过材料的自身表面张力形成液态金属池，从而实现焊接。
电子束产生器通过热发射电子枪发射高速电子束，通过电子光学系统将电子束聚焦到焊接点上。
在焊接过程中，焊件表面与电子束相互作用，将大部分电子能量转化为热能，使焊接点迅速升温并熔化。
2. 电子束焊接的应用电子束焊接广泛应用于如下领域：2.1 航空航天领域航空航天领域对焊接接头的质量和可靠性要求非常高。
电子束焊接由于其高能量聚焦和熔池稳定性的特点，成为航空航天部件的首选焊接工艺，能够确保接头的强度和密封性。
2.2 能源领域电子束焊接广泛应用于核电站中的管道和容器的焊接，能够保证焊缝的强度和耐高温性能。
同时，在太阳能光伏领域，电子束焊接可以高效地连接光伏电池片和电池组件，提高太阳能电池的转换效率。
2.3 电子领域电子束焊接可以用于连接微电子器件和半导体材料。
其高能量聚焦和熔池稳定性使得焊缝的尺寸控制精度高，适用于微尺寸器件的焊接，如微芯片、集成电路和MEMS。
2.4 汽车制造领域电子束焊接在汽车制造中常用于焊接车身结构和发动机部件。
电子束焊接可以实现高强度焊缝和减少变形，提高汽车的结构强度和安全性能。
3. 电子束焊接新工艺创新近年来，电子束焊接工艺在不断创新发展中引入了一些新的技术和方法。
以下是一些典型的创新应用：3.1 多束电子束焊接多束电子束焊接利用多个电子束同时对焊件进行加热，可以提高焊接速度和效率，同时减少焊接变形。
这种方法广泛应用于大批量零件的快速焊接，如汽车车身焊接和飞行器结构焊接。
3.2 电子束熔覆电子束熔覆是一种利用电子束加热将金属粉末加热到熔点，并喷射到基体表面形成涂层的工艺。
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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，电子束斑点直径变小，电子束的压缩比增大， 使电子束斑点直径变小，增加了电子束功率密度。 但工作距离过小会使过多的金属蒸气进人枪体中造 成放电现象，因而在不影响电子枪稳定工作的前题 下，可以采用尽可能短的工作距离。
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四、电子束焊技术要点
1.薄板的焊接 板厚：0.03～2.5mm， 用途：多用于仪表、压力或真空密 封接头、膜盒、封接结构等构 件。 特点：薄板导热性差，电子束焊接 时局部加热强烈，可采用夹具 防止过热。对极薄工件可考虑 使用脉冲电子束流。 电子束功率密度高，易于实 现厚度相着很大的接头焊接， 焊接时薄板应与厚板紧贴，适 当调节电子束焦点位置，使接 头两侧均匀熔化。
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4.焊前预热
对需要预热的工件，根据一定的形状、尺寸及所需 要的预热温度，选择适宜的加热方法，如气焊枪、加 热炉、感应加热、红外线辐射加热等，在工件装入真 空室前进行预热。如果工件较小，加热引起的变形不 会影响工件质量时，可在真空室内用散焦电子束来进 行预热。
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第三节 电子束焊接工艺
一、 焊前准备 接合面的加工与清理
零件装配 抽真空 焊前预热 四川工程职业技术学院
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第三节 电子束焊接工艺
1．接合面的加工与清理 坡口形式：I形坡口 接合面经过机械加工，装配时力求使零件紧密接触。 填充金属：一般不用填充金属， 只有在焊接异种金属或合金时，可根据使用 需要填充金属。 真空电子束焊前必须严格清理工件表面的氧化物、油污，否则将导致焊缝产生 缺陷，接头的力学性能降低，不清洁的表面还会延长抽真空时间，影响电子枪工 作的稳定性，降低真空泵的使用寿命。
电子束焊接
电子束焊接原理电子束焊接(EBW)是利用电子枪所产生的电子在阴阳极间的高电场作用下被拉出，并加速到很高速度，经一级或二级磁透镜聚焦后，形成密集的高速电子流，当其撞击在工件接缝处，其动能转化为热能，使材料迅速熔化而达到焊接的目的。
高速电子在金属中的穿透能力非常弱，如在100kV加速电压下仅能穿透1/40mm，但电子束焊接所以能一次焊透甚至达数百毫米，这是因焊接过程中一部分材料迅速蒸发，其气流强大的反作用力迫使底面液体向四周排开，让出新的底面，电子束继续作用，过程连续不断进行，最后形成一又深又窄的焊缝。
电子束焊接特点电子束焊接是一种先进的焊接方法,其特点和要求主要表现在如下几方面：(1)由于电子束的能量密度很高,焊接速度快,焊件的热影响区和焊接变形极小,可作为零件的终加工工序。
(2)电子束焊缝的深宽比大,可达10∶1~40∶1,而一般电弧焊的深宽比约为1∶1. 5,因此,可以实现大厚度、不开坡口的焊接场合。
(3)可控性好。
电子束焊接参数(电压、电流、焊接速度等)能够被精确控制,焊接时参数的重复性及稳定性好,能确保焊件的焊接质量。
(4)可将难于整体加工的零件分解为容易加工的几部分,再用电子束焊的方法将其焊成整体,使复杂工序变得简单。
(5)可用于不加填充焊丝的对接、角接、T形接等多种焊接场合。
(6)因电子束焊焦点小而能量集中,对组焊件配合处的机械加工精度及装配质量有严格要求,对接焊缝的两边缘要求平整、贴紧,一般不留间隙。
(7)为防止出现焊接裂纹等缺陷,对采用电子束焊接的零件材料,一般要求其碳当量小于0. 4%, 当材料的碳当量大于0. 6%时,裂纹就很难避免,且对焊接工艺的要求也特别高。
电子束焊接的应用日本电子束焊接在压力容器中的实际应用电子束焊接具有焊接热输入量小，焊缝非常窄，几乎没有热影响区，因此焊接接头的性能很好，在焊接过程中工件几乎没有收缩与变形;在真空中焊接，避免了氮、氢、氧的有害作用，可防止低合金高强度钢产生延迟裂纹，同时，由于在真空中避免了氮与氧的有害作用，使较活泼的金属也易于焊接等优点。
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电子束焊工艺
一、电子束焊的特点电子束焊是利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处所产生的热能，使金属熔合的一种焊接方法。
电子轰击工件时，动能转变为热能。
电子束作为焊接热源有两个明显的特点：（1）功率密度高电子束焊接时常用的加速电压范围为30～150kV，电子束电流20～1000mA，电子束焦点直径约为0.1～1mm，这样，电子束功率密度可达106W/cm2以上。
（2）精确、快速的可控性作为物质基本粒子的电子具有极小的质量（9.1×10-31kg）和一定的负电荷（1.6×10-19C），电子的荷质比高达1.76×1011C/kg,通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。
电子束的这一特点明显地优于激光束，后者只能用透境和反射镜控制，速度慢。
基于电子束的上述特点和焊接时的真空条件，电子束焊接具有下列主要优缺点。
优点：1）电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。
目前，电子束焊缝的深宽比可达到60:1。
焊接厚板时可以不开坡口实现单道焊，比电弧焊可以节省辅助材料和能源的消耗。
2）焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。
对精加工的工件可用作最后连接工序，焊后工件仍保持足够高的精度。
3）真空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受到氧、氮等有害气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和净化，因而特别适于活泼金属的焊接。
也常用电子束焊接真空密封元件，焊后元件内部保持在真空状态。
4）电子束在真空中可以传到较远的位置上进行焊接，因而也可以焊接难以接近部位的接缝。
5）通过控制电子束的偏移，可以实现复杂接缝的自动焊接。
可以通过电
子束扫描熔池来消除缺陷，提高接头质量。
缺点：1）设备比较复杂、费用比较昂贵。
2）焊接前对接头加工、装配要求严格，以保证接头位置准确、间隙小而且均匀。
3）真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状常常受到工作室的限制。
4）电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量。
5）电子束焊接时产生的X射线需要严加防护以保证操作人员的健康和安全。
二、工作原理和分类（1）工作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25～300kV的加速电压的作用下，电子被加速到0.3～0.7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）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10-4～10-1Pa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10-1～10Pa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7～15Pa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20～50mm，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。