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）
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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。
这标志着用电子束焊接金属获得了成功，使得 电子束焊接技术受到世界的普遍关注，尤其受到 英国、美国、德国、法国和前苏联等先进工业国 家的高度重视，争相开发。在20世纪60年代初期， 我国紧随世界电子束加工技术的发展，开始设备 及工艺的研究工作。 近30年来，我国电子束焊接技术发展较快， 焊接产品已由原子能、火箭、航空等国防部门向 民用部门发展。例如汽车齿轮组合体、后桥、传 动箱体的焊接等，并已取得了明显的技术经济效 益。此外电站锅炉、汽轮机、发动机、化工容器 等的焊接也都采用了电子束焊接方法。
电子束焊接的特点
• 电子束焊作为焊接的热源具有2个特点：
1)功率密度高 电子束焊接时，加速电压范围为30-150（通常150kv）， 电子束流为20-1000mA（0-100mA），电子束焦点直径 0.1-1mm，电子束功率密度可达106W/cm2以上。目前是 已实际应用的各种焊接热源之首。
下面通过数据进行功率密度的比较：单位（W/cm2） 电弧焊 102-104
3）被焊工件尺寸和形状要受到工作室空间的限 制。 4）电子束易受杂散磁场干扰，影响焊接质量 （这就是为什么要在焊接前检查零件工装磁性的 原因） 5）电子束焊接会产生X射线，操作人员要严加 防护。（通常操作人员胸前都佩戴专门的监测卡， 定期送检） 6）真空电子束焊接时，其真空容积随工件的增 大而增大，抽真空的时间也会增加，故生产效率 低。（现场电子束的测试情况说明）
等离子弧焊 CO 2 焊 电子束焊接
104-106 106-107 107-108
2）精确、快速、可控。 通过电场、磁场可以对电子束做精确而快速的控制。 • 基于上述特点，并且在真空环境下进行焊接，电 子束有下列优缺点： （1）优点 1）焊缝深宽比大，可达50：1 2）焊接速度快，热影响区小，焊接变形小 3）真空中进行焊接，可将有害气体对金属的污 染降至最低，而且有利于焊缝金属的除气和净化， 故可以焊接活泼金属等； 4）再现性好，工艺适应性强。焊接参数可独立
二 电子束焊基本原理
• 焊接是指两种或者两 种以上的同种或异种 材料通过原子或分子 之间的结合和扩散连 接在一起的工艺过程。 焊接 • 焊接分类见右图
熔焊
电弧焊 气焊 激光焊 电子束焊
钎焊
压焊
电子束焊接定义：
利用加速和聚焦的电子束置于真空或非真空 的焊件所产生的热能进行焊接的方法叫电子束焊。 电子束焊接属于熔焊的一种。所以熔焊的一般缺 陷对电子束也同样适用。
控制，易于实现机械化、自动化，重复性，再现性 好，产品质量稳定；通过电子束的偏移，可以实 现复杂焊缝自动焊接； 电子束在真空中可以传很远（200-1500mm）， 可以焊接难以接近部位的焊缝，对焊接结构具有 广泛的适应性。 5）可焊材料多，除了金属，非金属也可以，尤 其适合钛及钛合金材料的焊接。 (2)缺点 1）设备复杂，价格昂贵。 2）电子束焊要求接头位置准确，间隙小而均匀， 因而对焊接前接头加工，装配要求严格。
电子束焊接
--------基本知识
目录
• • • • 电子束的发展与现状 电子束焊基本原理 电子束的工艺 电子束焊设备和装置
一 电子束的发展及现状
电子束焊接技术起源于德国。1948年，德国 物理学家Steigarwald博士在研究高功率密度束流 源在电子显微镜上的应用时，发现电子束可用于 热加工，尤其适用于机械表上宝石的打孔，以及 真空条件下金属的熔化和焊接。 • 电子束焊接技术的诞生和最初应用都是和当时 核能工业技术的需求紧密联系着的。 1954年法国的J.A.Stohr博士用自行研制的一台电 子束焊接装置, 为法国原子能委员会成功焊接了核 反应堆的燃料包壳。
• 电子束设备组成： 电子枪、高压电源、真空系统、电气控制 系统、运动系统。 • 电子枪：电子枪由阴极（灯丝），偏压杯， 阳极，聚焦线圈，偏压线圈等组成。
• 真空系统：由机械泵、双转子真空泵 （罗茨泵）、油扩散泵、管道、阀门等组 成，其中由机械泵和罗茨泵组成低真空系 统，将设备抽至低真空，大约1Pa左右；机械 泵、罗茨泵和油扩散泵组成高真空系统， 一般工作时真空达到7×10－4mbar （0.7Pa）。
三 电子束焊工艺
• 常见的接头形式：对接、角接、搭接、卷 边接。其中对接为最常用的接头形式。 • 焊前阶段： 1）为防止焊缝隙表面的金属外流，在破口 的外侧还需加挡圈，待焊接结束后采用机 加的方法去除。
2）焊缝表面的清理。由于电子束焊接过程中将金
属加热成金属蒸气，与此同时焊缝表面的夹杂、 油锈水等也被加热蒸气。在焊接过程中这些蒸气 与金属蒸气将共同填满焊缝，这会形成气孔、夹 渣等缺陷，降低焊接的质量。因此焊接前要清洗 焊接表面采用酒精和丙酮进行擦洗，防止留有铁 锈、夹杂和水。对于真空电子工业束焊接设备， 焊件表面的清理更加严格，否则不仅会导致焊缝 缺陷，而且影响抽气时间与焊枪运行稳定性，同 时会导致真空泵轴老化。
• 焊接质量：和其它熔化焊一样，电子束焊接接
头也会出现未熔合、咬边、焊缝下陷、气孔、裂 纹等缺陷。此外电子束焊缝特有的缺陷有熔深不 均、长空洞、中部裂纹和由于剩磁或干扰磁场造 成的焊道偏离接缝等。 熔深不均出现在不穿透焊缝中，这种缺陷是高 能束流焊接所特有的。它与电子束焊接时熔池的 形成和金属的流动有密切关系。加大小孔直径可 以消除这种缺陷。分布的电子束有利于消除熔深 不均，这种功率分布是将电子束作圆形扫描来实 现的。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，有利于消除和减少熔深不均的缺陷。