电子束焊接工艺
电子束焊和激光焊 教案
第一单元电子束焊(EBW)一、教学目的和要求概括了解电子束焊的概念、原理、优缺点及发展情况。
二、教学学时安排4学时三、教学方法多媒体教学、讲授法、模拟演示法、案例分析法四、教学重点原理、优缺点。
五、教学内容知识模块一电子束焊概述电子束焊（Electronic Beam Welding，EBW）是指在真空或非真空环境中，利用汇聚的高速电子流轰击焊件接缝处所产生的热能，使被焊金属熔合的一种焊接方法。
1948年德国科学家发现电子束可以用来加工材料，1951年对红宝石打孔和图案刻蚀；1954年法国科学家探索了真空电子束法（焊接活泼金属），1958年第一台工业用电子束焊机出售给美国西屋公司。
几十年来，电子束焊创造了巨大的经济及社会效益。
应用领域:航空与航天：飞行器构件；喷气发动机构件。
动力与原子能：压力容器；气轮机喷管隔板；核反应堆的芯子与真空容器。
电子与医疗：继电器壳体；压力传感器；心脏起搏器壳体。
电机与仪表：电机定子、转子的叠片；膜盒。
汽车工业：变速齿轮；同步器与齿轮；点火分配器；短轴与车轴；后桥。
其他方面：双金属锯条、热敏元件、冷却器、轴承环、滚刀。
能力知识点1电子束焊接的基本原理能力知识点2 电子束焊的特点及分类一、电子束焊的特点1、优点功率密度高：Pmax=100kW, Pd= 106～108w/cm2焊缝深宽比大：60:1, t=0.1～300mm焊接速度快: HAZ小，变形小；焊缝组织性能好焊缝纯度高：真空适用性强：参数可调范围大，可以实现复杂接缝的自动焊接；焊接难以接近部位的焊缝。
可焊材料多：金属、非金属等再现性好：易于实现机械化、自动化控制，提高了产品质量的稳定性。
可简化加工工艺：可将复杂的或大型整体结构件分为易于加工、简单或小型部件，用电子束焊将其焊接为一个整体，减少加工难度，节省材料，简化工艺。
2．电子束焊的缺点（1）设备复杂，一次性投资大，费用较昂贵；（2）电子束焊要求接头位置准确，间隙小而且均匀，焊前对接头加工、装配要求严格；（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X射线，需要操作人员严加防护。
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。
电子束焊新技术和新工艺讲解
特种焊接——电子束焊新技术和新工艺目录1.前言2.电子束焊的特点3.电子束焊焊接方法的分类4.电子束焊的主要优缺点5.电子束焊的应用范围6.电子束焊的设备与装备7.电子束焊的焊接工艺8. 电子束焊的工艺参数9.获得深熔焊的工艺方法10.总结1.前言在各种产品制造工业中，焊接与切割（热切割）是一种十分重要的加工工艺。
据工业发达国家统计,每年仅需要进行焊接加工后使用的钢材就占钢总产量的45%左右。
金属焊接是指通过适当的手段，使两个分离的金属物体（同种金属或异种金属）产生原子（分子）间结合而连接成一体的连接方法。
焊接不仅可以解决各种钢材的连接，而且还可以解决铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接，因而已广泛应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、石油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术及建筑等部门。
随着现代工业生产的需要和科学技术的蓬勃发展，焊接技术不断进步。
仅以新型焊接方法而言，到目前为止，已达数十种之多。
特种焊接技术是指除了焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等一些常规的焊接方法之外的一些先进的焊接方法，如激光焊、电子束焊、等离子弧焊、扩散焊等。
生产中选择焊接方法时，不但要了解各种焊接方法的特点和选用范围，而且要考虑产品的要求，然后还要根据所焊产品的结构、材料以及生产技术等条件做出初步选择。
电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。
电子束撞击工件时，其动能的96%可转化为焊接所需的热能，能量密度高达310～510KW/2cm ，而焦点处的最高温度达5953C 左右。
电子束焊是一种先进的焊接方法，在工业上的应用只有不到60年的历史，首先是用于原子能及宇航工业，继而扩大到航空、汽车、电子、电器、机械、医疗、石油化工、造船、能源等工业部门，创造了巨大的社会经济效益，并日益受到人们的关注。
2.电子束焊的特点电子束焊（electronic beam welding ）是高能量密度的焊接方法，它利用空间定向高速运动的电子束，撞击工件表面并将动能转化为热能，使被焊金属迅速融化和蒸发。
电子束焊接知识
• S — 速度 是指焊接件在焊接室焊接过程中所移动的速 度，它对每单位焊接长度需输入的能量有 巨大的影响。钛焊常用量为 100英寸/每分 （或 42.3 毫米/平方）和 120 英寸/分（或 50.8 毫米/平方）
பைடு நூலகம்
四 电子束焊设备和装置
• 生产厂商：steigerwald strahltechnik（简称SST） • 电子束焊接设备全称：EBOCAM K 100-G 150 KM –CNC 高压真空电子束焊机 • 设备基本参数： • 真空室体积：11.3m3（2700*2100*2100） • 功率：15 kw • 电压：150KV • 电流；100mA • 工作距离：200-1500mm
长空洞及焊缝中部裂纹都是电子束深熔透焊接 时所特有的缺陷。降低焊接速度，改进材质有利 于消除此类缺陷。
• 焊接工艺参数： IB — 电子束流
电子束度是对电子击打组件次数的基本量度，它 与不断加速的潜力一起决定焊接所需的电力。电 子束度的大小是通过机器电路反馈来控制的，它 还调节由偏压量大小产生的磁源。Steigerwald K100机所用量是介于 0 至100mA之间
电子束焊接工作原理
• 电子束的产生、加速和会 聚成束都是由电子枪完成 的，通过阴极（灯丝）发 射电子，通过加速电压加 速，飞向阳极最终达到 （光速的30%-70%）， 再经过电磁透镜（聚焦线 圈）的会聚，形成可控的 电子束焦距。高速运动的 电子束撞击工件表面，电 子的动能转变成热能，使 金属迅速熔化和蒸发。 （简图）
•
KV — 加速电压
在阴极与阳极之间加速电子。KV 越高，电流加速 越大，常用量为 130至 150KV
• IL — 透镜度 （聚焦电流） 用于控制电束的聚焦，比如电束能量度有多 聚集。在多数焊接过程中，聚焦点（强焦 点）位于焊接上。透镜度对焊宽和渐弱位 置（束能减至零的区位）的面貌有很大的 影响。 • WH — 工作室高度 通常是指从焊接室天花板到焊接处的距离。 它一般仅在对某种焊接件最初设焊接参数 时所用。
先进制造技术-三束加工
02
电子束加工的异形孔
加工型孔及特殊表面
3）刻蚀 在微电子器件生产中，为了制造多层固体组件，可利用电子束对陶瓷或半导体材料刻出许多微细沟槽和孔。如在硅片上刻出宽2.5μm，深0.25μm的细槽，在混合电路电阻的金属镀层上刻出40μm宽的线条。电子束刻蚀还可用于刻板，在铜制印刷滚筒上按色调深浅刻出许多大小与深浅不一样的沟槽或凹坑，其直径为70～120μm，深度为5～40μm，小坑代表浅色，大坑代表深色。
2．特点及应用 离子束加工有如下特点： (1) 离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的加工。离子刻蚀可达纳米级精度，离子镀膜可控制在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度亦可精确地控制。 (2) 离子束加工在高真空中进行，污染少，特别适宜于对易氧化的金属、合金和半导体材料进行加工。 (3) 离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用，所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。 在目前的工业生产中，离子束加工主要应用于刻蚀加工(如加工空气轴承的沟槽，加工极薄材料等)、镀膜加工(如在金属或非金属材料上镀制金属或非金属材料)、注入加工(如某些特殊的半导体器件)等。
四、离子束加工
离子束加工是利用惰性气体或其它元素的离子在电场中加速成高速离子束流，靠微观的机械撞击能量实现各种微细加工的一种新兴方法。离子加工的加工分辨率在亚微米甚至为微毫米级精度。
加工原理 离子束加工也是一种新兴的特种加工，它的加工原理与电子束加工原理基本类似，也是在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速、聚焦后投射到工件表面的加工部位以实现加工的。所不同的是离子带正电荷，其质量比电子大数千倍乃至数万倍，故在电场中加速较慢，但一旦加至较高速度，就比电子束具有更大的撞击动能。离子束加工是靠微观机械撞击能量转化为热能进行的。
《电子束焊》PPT课件
1)设备比较复杂，价格昂贵。
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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。
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第四节 常用材料的电子束焊
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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
精选PPT
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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，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。
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第一节第一节电子束焊概述电子束焊概述精选ppt8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从而提高焊接接头质量
2mm板厚304l真空电子束焊焊接工艺 (5)
2mm板厚304L真空电子束焊焊接工艺一、母材技术状况1、材料化学成分,见表1：表1 304L钢板的化学成分w(%)2、材料的力学性能，见表2：表2 304L钢板的力学性能3、母材数量：2块二、焊前准备1、关于坡口和填充金属：电子束焊时可不开坡口和填充金属2、工件尺寸：300mm×100mm×2mm3、接头形式：无坡口对接形式4、坡口区域油、锈、水的处理：常用丙酮溶剂。
强力去油时，可先用氯化烃类溶剂，随后须将工件放在丙酮内彻底清洗。
5、焊件装配：焊件装配时力求紧密接触，接缝间隙应尽可能小而均匀，并使接合面保持平行。
装配间隙为0.10mm。
6、抽真空：电子束焊机的抽真空程序通常自行进行，可以保证各种真空机组和阀门正确地按顺序进行避免由于人为的误操作而发生事故。
7、焊前预热：对2mm板厚304L加热引起的变形不会影响工件质量，可在真空室内用散焦电子束来进行预热。
304L不锈钢的焊前预热温度为100℃～150℃8、焊接要求：单面焊双面成形三、焊接设备与工具1、真空电子束焊机:型号EZ-60/100，如图1所示：2、工具（1）夹具：薄板导热性差，电子数焊接时局部加热强烈，为防止过热，可采用夹具。
（2）焊接防护工具：耐高压的绝缘手套、绝缘鞋，防护眼镜。
四、焊接工艺参数1、电子束焊的主要焊接参数：包括加速电压、电子束电流、焊接速度、聚焦电流和工作距离等。
这些参数直接影响到焊缝的熔深和几何形状。
2、主要焊接参数的选择，见表3:表3 2mm板厚304L电子束焊工艺参数六、安全与防护3、焊接参数的影响（1）提高加速电压可增加焊缝的熔深（2）电子书电流与加速电压一起决定着电子束焊的功率（3）焊接速度主要影响焊缝的熔深、熔宽以及熔池的冷却、凝固等（4）聚焦状态对焊缝的熔深及成形影响较大（5）工作距离适当变小可增加电子束功率密度五、焊接缺陷及控制措施1、电子束焊缺陷种类：未熔合、咬边、塌陷、气孔、裂纹以及熔深不均、长空洞、中部裂纹和由于剩磁或干扰磁场造成的焊道偏离接合线等2电子束焊接缺陷的控制：（2）适当的散焦可以加宽焊缝，有利于消除和减小熔深不均六、安全事项1、防止高压电机的措施：（1）高压电源和电子枪应保证有足够的绝缘，绝缘试验电压应为额定电压的1.5倍（2）设备应装置专用地线，外壳用截面积大于12㎜²的粗铜线接地，并保证接地良好，接地电阻应小于3欧（3）更换阴极组件或维修时，应切断高压电源，并用接地良好的放电棒接触准备更换的零件或需要维修的地方，以防点击（4）电子束焊机应安装点击警报或电子联动装置，以便在出现故障时自动断电（5）操作时应戴耐高压的绝缘手套，穿绝缘鞋，无论是高压或是低压电子束系统都使用铅玻璃窗口。
6082铝合金的电子束焊工艺及其接头组织与性能
收 稿 日期 ： ０ ２—０ ２１ ５—１ ９
一
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
试验研究 ｔ 掳 蜉
小 且 能看 到 明 显 的撕 裂 棱 ， 韧 窝底 部 还 可 以 看 到 一 在 些 强 化 相 （ 二 相 ） 子 。在 拉 伸 过程 中 ， 窝 断裂 是 第 粒 韧
微孔形成 、 大 、 长 汇合 并 最 终 发 生 断 裂 的过 程 ， 孑 的 微 Ｌ 形成几乎全部与第二相粒子或 夹杂物有关 ＿ １ 。合 金
通 车体 部 件 的首选 铝材 。６ ８ ０２铝合 金 在实 际 生 产 中大 多作 为焊 接 结 构件 使 用 ， 因此 有 关 其 焊 接 工 艺 及 焊 接
性 的研 究 受到 了许 多研 究 人 员 的 关 注 。 目前 国 内外 已 有许 多技 术 人 员 对 ６ ８ ０ ２铝 合 金 的焊 接 工 艺 进 行 了研
—
影 响 焊接 接 头 的 使 用 性 能 。相 比较 而 言 ， 真空 电 子 束 焊具 有 能量 密 度 集 中、 头 热 影 响 区窄 、 接 变 形 小 、 接 焊 焊缝 深宽 比大 等 优 点 Ｊ用 于 ６ ８ ， ０２铝合 金 的焊 接 具 有较 大优 势 。依 据 调 研 ， 目前 还 未 见 关 于该 铝 合 金 电 子束 焊接 研究 的文 献报 道 。基 于此 ， 中对 ６８ 文 ０２铝 合
（ Ｇ） 等 。 ＭＩ 已有 的研 究 表 明 ， 于 铝 合 金 本 身 所 具 有 的 物 理 由
１ 试 验材 料及 方 法
试验 母材 为 ６ ８ ０ ２铝 合 金 板 材 ， 处 理状 态 为 Ｔ ， 热 ６ 将其 加工 成尺 寸 为 ２ ０ｍ ０ｍｍ Ｘ ｍ， 化 学成 ０ ｍ Ｘ１ ｍ 其 ０ ８
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焊件
电子枪 电子束流 真空室
真空电子束焊接示意图
阴极 聚束极 阳极 聚焦线圈 偏转线圈 焊件
灯丝电源 偏压电源 高压电源
电子束
阳极 聚束极 阴极
灯丝电源
静电部分示意图
• 小结： • （1）阴极发射电子束 （2）聚束极控制束流大小 • （3）阳极加速电子束流 • （4）阴极和阳极形成同心球静电场，从阴极发射束流形成锥束 • （5）聚焦线圈控制工作距离 （6）偏转线圈改变焦点的位置 • 二，真空电子束焊的特点 • 1，加热功率密度大 2，焊缝深宽比大 3，焊缝不易污染 • 4，规范参数调节范围宽，适应性强 • 三，应用 • 1，电子工业微型器件 2，航天真空密封件 3，原子能工业 • 4，汽车 5，机械工业
• §2真空电子束焊接工艺
• 一，焊缝形成过程 • 1，熔化成型方式 • 2，深穿入式成型方式 • 二，规范参数对焊缝成型的影响 • 三，接头形式与电子束焊的特异功能
• 1，对接
2，搭接
3，丁接
• 四，焊接缺陷及防止措施
• 1，焊缝成型不连续
2，咬边 3，下塌
• §3低真空，非真空电子束焊及电子束焊的分类
• 一，低真空及非真空电子束焊的提出
• 二，电子束焊真空度对熔深的影响
• 三，电子束焊的分类方法
• 按其真空度分：
• 1，真空电子束（高真空） 2，低真空电子束 3，非真空电子束
• 按其加速电压分：
• 1，高压电子束焊 2，中压电子束焊 3，低压电子束焊
第三章电子束焊接
• 电子束焊接：EBW——Electron Beam Welding
• §1真空电子束焊接(图2)
• 一，原理(图3) • 电子枪分为两部分： • 1，静电部分(图4) • 静电部分的作用： • （1）发射电子束流 （2）控制束流的大小 • （3）加速电子束Байду номын сангаас （4）会聚电子束流 • 2，电磁部分 • 电磁部分分为聚焦线圈和偏转线圈