电子束焊接(EBW)

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电子束焊接机实物图
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基本原理
电子与材料的相互作用
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基本原理
电子束 金属蒸汽
液态金属 反冲力f
基材
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电子束焊分类
（1）按照加速电压不同
低压电子束焊接（U=15~30KV） 中压电子束焊接（U=40~60KV） 高压电子束焊接（U=100~150KV） 超高压电子束焊接（U>300KV）
（2）按照真空度不同分类
焊接规范参数对焊缝成型的影响
（1）功率密度的影响 （2）主要参数对成型的影响
加速电压U、电子束束流I、焊接速度V
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功率密度的影响
焊缝的熔深主要取决于形成空腔的金属蒸发速率，而金属 蒸发速率的大小与电子束肚饿功率密度密切相关。研究表明 电子束的功率密度越大，则熔深增大，而焊缝宽度减小。
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加速电压的影响
目录
背景知识
真空能提供比保护气体更纯净的环境，但是电弧 这些元素对氧、氮、氢的亲和力导致在保护气 加速电子提供能量源来融化焊接金属的 促使人们对高熔点金属及稀贵金属需求的增加 1950年前后，核工业发展 不能再真空中维持 氛下的接头质量不够稳定 想法应运而生
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基本原理
定义：
电子束焊接是利用会聚的高能电子束轰击工件 接缝处产生热能使工件融合的一种焊接方法。通常 束斑直径小<1mm(0.1~0.75mm）。
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电子束焊接的接头
（5）圆柱体对接接头
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电子束焊接的接头
（6）特殊接头
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真空电子束焊接的工艺过程
（1）电子束焊接经济性和焊接结构合理性分析 （2）焊接工装夹具的设计与制造 （3）焊接规范参数的选着确定 （4）焊接前清理 （5）装夹 （6）施焊 （7）焊后检测
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电子束焊接经济性与结构合理性分析
高真空电子束焊接（10-3~10-6torr） 低真空电子束焊接（10-2~0.5torr）
非真空电子束焊接（大气中）
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电子束焊分类
（3）按照焊件在真空中的位置分类
全真空电子束焊接
局部真空电子束焊接
（4）按照功率不同分类
大功率电子束焊接（60KW以上）
中功率电子束焊接（30~60KW）
小功率电子束焊接（30KW以下） 8
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谢谢~
焊接时产生X射线需严加防护
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电子束焊接独有的两种缺陷
（1）钉尖
产生部位： 常发生在部分熔透焊缝的根部。 形成原因： 电子束功率的脉动，液态金属表面张力和冷却速度过大 而液相金属来不及流入所致。 解决措施: 接头采用垫板，将缺陷引出；偏转扫描电子束；
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电子束焊接独有的两种缺陷
（2）冷隔
产生部位： 厚件焊缝根部和稍高处会出现较大的空洞， 把上下熔化金属分隔来。 形成原因：
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焊接速度的影响
焊接速度的增加，将使焊接输入能量减少，从而使 熔深，熔宽均减少。
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电子束焊接优点
能量密度高，焊缝深宽比大 能量低，热影响区窄 焊速快，焊接效率高 焊接参数再现性好，易于控制实现自动化
真空焊接可实现高质量的焊缝
工艺适用性好，可焊材料范围宽
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电子束焊接缺点
电子束焊接成套设备价格昂贵 焊缝对中精度要求高 焊接前接头设计，清理及装配要求高 电子束易受磁场干扰 工件尺寸受真空室大小限制 焊接质量受真空条件限制
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电子束焊接与激光焊接的对比
激光焊接的优点：
不需要真空室，可在空气中进行 不需要对焊件进行去磁处理，可焊接磁性材料 没有防X射线问题
循环时间大大低于电子束焊接
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电子束焊接与激光焊接的对比
电子束焊接的优点：
能量转化率大大高于激光焊接 不考虑材料反射问题 可用于大功率焊接，较激光焊接经济 具有更高的深宽比
厚件中气孔的一种特殊表现形式，与电子束焊缝形
成机制有关。厚板焊接时，金属蒸汽和其它气体逸出 受阻，在较快冷却速度下留在焊缝中。
解决措施：
减少工件产生气体的来源；降低加速电压， 适当降低焊速；采用扫描束。 28
焊缝的对比
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电子束焊接应用实力照片
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电子束焊接与激光焊接的对比
共同的优异特性：
能量密度高(>105 w/cm2) 焊接速度快(一般可达5~10m/min) 热影响区窄(一般为焊缝的10%~20%) 热流输入少，工件变形小 无后续加工 易实现自动控制
电子束焊分类
（5）按照电子枪特征分类
定枪式和动枪式 直热式和间热式
二级枪和三级枪
（6）按照深穿加热特点分类
普通电子束焊接 脉冲电子束焊接
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电子束焊接的接头
（1）对接接头：电子束焊接最适应的一种接头形式
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电子束焊接的接头
（2）T型接头
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电子束焊接的接头
（3）搭接接头
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电子束焊接的接头
（4）边接接头：用于气敏性部件
(1)加速电压增加，斑点功率密度提高，从而使金属的汽
化速率提高 (2)加速电压增加也会改善电子的光学聚焦性能，提高功 率密度
综上，增加加速电压，熔深增加，熔宽减小，深宽比增大
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束流的影响
（1）束流增加，使得束斑功率密度增加 （2）束流增加，空间电荷扰动增加，降低电子束聚焦性能
综合影响为：束流增加，熔深增加，熔宽也略微增加。
（1）经济性：
不重要的非主承力焊缝，一般的碳钢及低合金结构钢焊缝，接 头结构复杂，有遮挡，需做复杂工装的焊缝不采用电子束焊。
（2）结构合理性：
密闭容器要有放气工艺孔；工件之间配合紧密； 尽量采用简单结构；考虑工作室的尺寸；
考虑电子束的可达性。
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焊接规范参数的选择确定
（1）试件法
加工一些与工件结构类似的模拟件进行试焊，得到 规范参数后，再用这些参数对正式件进行焊接。
（2）曲线法
在积累大量资料数据的基础上，可以根据不同的参数 绘制出不同的曲线，也可以通过试验做出常用材料的参数 曲线。
（3）正交试验法
利用正交表的正交性，进行少数几项试验就可以 找到焊接参数的趋势和理想参数。 18
焊前清理
（1）机械清理：砂纸打磨、刮削等。 （2）化学清理：酸洗、丙酮及酒精擦拭。
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基本原理
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Байду номын сангаас
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电子束焊接结构原理示意图
(1) 阴极 (2) 聚束极 (3) 阳极 (4) 聚焦线圈 (5) 偏转线圈 (6) 光学观察系统 (7) 真空工作室 (8) 工作台及传动系统 (9) 高压电源 (10)电气控制系统 (11)电子枪真空系统 (12)工作室真空系统 (13)真空控制及监测系统 (14)阴极加热控制器 (15)束流控制器 (16)聚焦电源 (17)偏转电源