2.电子束与摩擦焊
特种焊接工艺B-武汉船舶职业技术学院2012-2013学年第 一 学期《特种焊接工艺》试卷(B卷)开卷
武汉船舶职业技术学院
2012-2013学年第 一 学期
《特种焊接工艺》试卷（B 卷）开卷
班级 姓名 学号
2、激光
3、电子束焊
4、小孔效应
5、摩擦焊
1、传统意义上通常把焊接方法分为三大类，即 、 、。
2、高能束流焊接技术包括 、 、 。
3、、、属于固态焊。
4、激光切割方法有、、、四种。
5、电子束焊按被焊工件所处环境的真空度分为、、。
6、根据电源的连接方式，等离子弧分为、和三种。
7、是21世纪最绿色环保的焊接技术。
1、脉冲激光焊和连续CO2激光焊在工艺参数上有何不同？
2、电子束焊的工艺参数包括哪些？
3、连续驱动摩擦焊与惯性摩擦焊在工艺参数上有何不同？
4、超声波焊有何优点？
1、阐述电子束焊的优缺点及应用范围。
2、阐述摩擦焊的工作原理。
3、爆炸焊合理的焊接工艺参数应满足哪些要求？
1、18-8不锈钢与陶瓷真空电子束焊的工艺步骤。
2、Q235低碳钢和T10工具钢进行爆炸焊的工艺步骤。
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
电子束焊
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电子束焊
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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《电子束焊》PPT课件
1)设备比较复杂，价格昂贵。
精选PPT
6
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。
19
第四节 常用材料的电子束焊
பைடு நூலகம்
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
5
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
电子束焊要求
检查时间段
检查内容
检查标准
注意事项
焊前
温度、湿度检查
温度20±10°C
湿度＜70%
如果数值不在规定范围内，严禁继续加工，用空调调整温度与湿度至合格后方可加工。
设备点检
点检卡内容逐项点检
出现异常及时向班长反馈
产品名称与其相配夹具
认清产品，查阅焊缝直径，找出相应夹具。
注意产品标识与实际是否相符
全过程
焊缝检查
焊缝宽度
达到2+0.50mm。
自检100%
外观检查
焊缝是否均匀，是否有裂纹、凹陷、气孔等。
自检100%、用记号笔确认
探伤检查
（着色探伤抽检5%，超声波探伤10%）
着色检查焊缝一圈没有明显裂纹状；超声波探伤合格。
在记录表上填写相关数据
换灯丝
灯丝安装正确到位
换好灯丝后打点检查焊缝位置正确
更换灯丝前必须先净手；更换时把灯丝座取出，用金相砂纸去除表面氧化物和赃物，再将内腔清洁干净
电子束焊作业要求
产品在束焊过程，要认真做好以下工作流程：
总要求：
1.产品清洗后工件表面无油污、铁末、清洗液残留物（碱粉结晶颗粒）、尘埃等，工件表面要求干燥不潮湿，并且所有产品压配后24小时内全部焊接完毕。
2.每逢冬季和梅雨季节时，压配后的待焊产品应立即推到束焊室内恒温1～2小时并保持干燥方可焊接，焊接好的产品必须放在束焊室保温0.5～1小时才能进热，避免急冷急热；
焊缝深度
4mm厚钢板试焊，要求焊穿并每产品至少试焊3次
外观检查
焊缝是否均匀，是否有裂纹、凹陷、气孔等。
探伤检查
着色检查焊缝一圈没有明显裂纹状；超声波探伤合格。
焊接
惯性摩擦焊和连续摩擦焊的区别
一、惯性摩擦焊1 惯性摩擦焊的技术特点惯性摩擦焊一般装有飞轮，飞轮可储存旋转的动能，用以提供工件摩擦时需要的能量。
惯性摩擦焊在焊接前，将工件分别装入旋转端和滑移端，再将旋转端加速，当旋转端转速达到设定值时，主轴的驱动马达与旋转端分离。
滑移端一般由液压伺服驱动，朝旋转端方向移动，工件接触后开始摩擦同时切断飞轮的驱动电机供电;当旋转端的转速下降到一定值时，开始对待焊工件进行顶锻，保持一定时间后，滑移端退出，焊接过程结束。
在实际生产中，可通过更换飞轮或组合不同尺寸的飞轮来改变飞轮的转动惯量，从而改变焊接能量及焊接能力。
工件经焊接后，有部分材料会被挤出焊缝，造成飞边。
一般情况下，焊缝的飞边应被去除。
惯性摩擦焊的优点是工艺控制参数少、热输入小、变形小、焊缝窄，是少有的真正能达到6σ质量水平(缺陷率为百万分之3.4以下)的工艺，尤其适用于焊接异种材料，如粉末合金与高温合金的焊接。
惯性摩擦焊的缺点在于设备昂贵，按功率的不同，价格在200万~ 800万美元之间;工装的设计较复杂，仅限于焊接旋转体的零件，且对截面尺寸有限制。
目前国内的惯性摩擦焊机已研究多年，相关摩擦焊机的设计单位，已研发生产出技术成熟的30吨、60吨、130吨、200吨及600吨全系列惯性/连续驱动摩擦焊机，并已广泛应用于石油钻杆、机械及航空等领域，在600吨国内最大惯性摩擦焊机平台基础上已开展了航空发动转子组件焊接工艺研究。
相比较国外而言，国内惯性摩擦焊机设备质量可靠，性能稳定，各项静态及动态参数指标均已达到国际同类产品先进水平。
国内惯性摩擦焊机设备的价格也大大低于国外同类产品的价格。
2 惯性摩擦焊的应用惯性摩擦焊作为一种先进的焊接工艺，已成为先进航空发动机的压气机转子及涡轮部件的主要焊接工艺。
为了降低成本，减轻重量，先进航空发动机的压气机转子已基本采用焊接连接代替螺栓连接。
这是因为采用焊接结构后，省去了大量的盘与盘之间的连接紧固件，并且减少了转子在螺栓孔处的截面尺寸。
电子束焊接
1.1.3 电子束焊的适用范围
应用领域：由于电子束焊接具有焊接深度大、
焊缝性能好、焊接变形小、焊接精度高、并 有较高的生产率等特点。因此，在航空航天、 汽车制造、压力容器、电力及电子等工业领 域中得到了广泛地应用，能够实现特殊难焊 材料的焊接。
1.1.3 电子束焊的适用范围
可焊接的材料：除含有大量高蒸气压元素的材料外，
观察窗口通常由三重玻璃组成，里层为普通玻璃；中层 的铅玻璃是防护X射线的作用；外层的钢化玻璃是承受 真空室内外压力差的。
采用工业电视可以使操作者能连续观察焊接过程，防止 肉眼受强烈光线刺激的危害。
1.2.2 电子束焊机的选用
选用电子束焊机通常考虑以下几个方面： 焊接化学性能活泼的金属（如W、Ta、Mo等）及其合金应
清理方法：工件表面的氧化物、油污应用化学或机
械方法清除。煤油、汽油可用于去除油渍，丙酮是 清洗电子枪零件和被焊工件最常用的溶剂。
注意：使用含有氯化烃类溶剂，随后须将工件放在
丙酮内彻底清洗。清理完毕后不能再用手或工具触 及接头区，以免污染。 非真空电子束焊对焊件清理的要求可降低。
1.3.1 焊前准备
子枪提供加速电 压、控制电压和 灯丝加热电流。 高压电源控制原 理如图所示。
1.2.1 电子束焊机的组成
控制系统：早期电子束焊机的控制系统仅限于控制
束流的递减、电子束流的扫描及真空泵阀的开关； 目前可编程控制器及计算机数控系统等已在电子束
焊机上得到应用，使控制范围和精度大大提高； 计算机数控系统除了控制焊机的真空系统和焊接程
序外，还可实时控制电子参数、工作台的运动轨迹 和速度，实现电子束扫描和焊缝自动跟踪。
1.2.1 电子束焊机的组成
真空系统：对电子枪和真空室抽真空用的。
电子束焊技术
特种焊接技术———电子束焊接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，称为电子束焊（Electronic Beam Welding）。
电子束焊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，撞击工件表面后，将部分动能转化成热能，使被焊金属熔化，冷却结晶后成焊缝。
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103~105kw/cm2，而焦点处的最高温度达5930o C左右。
电子束焊在工业上的应用只有50多年的历史，首先是用于原子能及宇航工业，继而扩大到航空、汽车、电子、电气、机械、医疗、石油化工、造船、能源等几乎所有工业部门，创造了巨大的社会及经济效益。
电子束焊中的核心装置是电子枪，其作用是发射电子，并使其加速和聚焦。
一种常用的三极电子枪枪体，其电极系统由阴极、偏压电极和阳极组成。
阴极处于高的负电位，与接地的阳极之间形成电子束的加速电场。
偏压电极相对于阴极呈负电位，通过调节其负电位的大小和改变偏压电极形状及位置可以调节电子束流的大小和改变电子束流的形状。
一、电子束焊接的工作原理在真空条件下。
从电子枪中发射的电子束在高电压(通常为20～300kV)加速下,通过电磁透镜聚焦成高能量密度的电子束。
当电子束轰击工件时,电子的动能转化为热能,焊区的局部温度可以骤升到6000℃以上。
使工件材料局部熔化实现焊接。
当电子束撞击到工件表面时，电子动能转化为热能，使金属迅速熔化蒸发。
在高压金属正气的作用下熔化的金属被排开，电子束继续撞击深处的固态金属，很快在被焊工件上钻出一个琐形小孔，表面的高温还可以向焊接件深层传导。
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。
提高电子束的功率密度可以增加穿透深度。
形成深熔焊的主要原因是金属蒸气的反作用力。
它的增加与电子束焊的功率密度成正比。
电子束功率密度低于103kw/cm2时，金属表面不产生大量蒸发现象，电子束穿透能力很小。
电子束焊工艺
电子束焊接焊接工艺收藏此信息打印该信息添加：用户投稿来源：未知(1)薄板的焊接板厚在0．03～2．5mm的零件多用于仪表、压力或真空密封接头、膜盒、封接结构、电接点等构件中。
薄板导热性差，电子束焊接时局部加热强烈。
为防止过热，应采用夹具。
图8示出薄板膜盒零件及其装配焊接夹具，夹具材料为纯铜，对极薄厂件可考虑使用脉冲电子束流。
图8膜盒及其焊接夹具1-顶尖2-膜盒3-电子束4-纯铜夹具电子束功率密度高，易于实现厚度相差很大的接头的焊接。
焊接时薄板应与厚度紧贴，适当调节电子束焦点位置，使接头两侧均匀熔化。
(2)厚板的焊接电子束可以一次焊透300mm的钢板，焊道的深宽比可以高达50：1。
当被焊钢板厚度在60mm以上时，应将电子枪水平放置进行横焊，以利焊缝成形。
电子束焦点位置对熔深影响很大，在给定的电子束功率下，将电子束焦点调节在工件表面以下，熔深的0．5—0．75mm处电子束的穿透能力最强。
根据实践经验，焊前将电子束焦点调节在板材表面以下，板厚的1/3处，可以发挥电子束的熔透效力并使焊缝成形良好。
焊接厚板时，保持良好的真空度有利于增大电子束焊缝的熔深。
(3)添加填充金属只有在对接头有特殊要求或者因接头准备和焊接条件的限制不能得到足够的熔化金属时，才添加填充金属，其主要作用是：1)在接头装配间隙过大时可防止焊缝凹陷。
2)在焊接裂纹敏感材料或异种金属接头时可防止裂纹的产生。
3)在焊接沸腾钢时，加入少量含脱氧剂(铝、锰、硅等)的焊丝，或在焊接铜时加入镍，均有助于消除气孔。
添加填充金属的方法是在接头处放置填充金属。
箔状填充金属可夹在接缝的间隙处，丝状填充金属可用送丝机构送入或用定位焊固定。
送丝机构应保证焊丝准确地送入电子束的作用范围内。
送丝嘴应尽可能靠近熔池，其表面应有涂层以防金属飞溅物的沾污。
应选用耐热钢来制造送丝嘴。
应能方便地对送丝机构进行调节，以改变送丝嘴到熔池的距离、送丝方向以及与工件的夹角等。
焊丝应从熔池前方送入。
电子束焊接PPT课件
第一章 绪 论
§一.一电子束焊接技术概述
一.一.一电子束焊接发展简史
– 电子束的发现迄今已有一00多年的历史； – 电子束焊接技术起源于德国一九四八年前西德物理
学家K.H.Steigerwald首次提出用电子束焊接的设想； – 一九五四年法国J.A.Stohr博士成功焊接了核反应堆
燃料包壳标志电子束焊接金属获得成功； – 一九五七年一一月在法国巴黎召开的国际原子能燃
第二章 电子束焊接原理及设备
二 分类
按照真空室压力:
– 高真空电子束焊机 – 低真空电子束焊机 – 非真空电子束焊机
按照加速电压:
– 高压型电子束焊机 – 中压型电子束焊机 – 低压型电子束焊机
按照电子枪固定方式:
– 动枪式电子束焊机 – 定枪式电子束焊机
第二章 电子束焊接原理及设备
二.二.二真空电子束焊机构造及工作原理 一 真空电子束焊机基本构成
电子束焊接技术 用于汽车制造
汽车变速器齿轮加工
航天产品的 电子束焊接
推力室身部与头部的铌钛 异种金属电子束焊接
推力室身部铜钢 异种金属电子束焊接
电子束焊接新技术
电子束焊接能量控制技 术—多焦点、多束
德国PTR公司生产的ebw三000/一五-一五0CNC型电子束焊机 真空室:一.七m×一.二五m× 一.四五m ; 额定功率:一五KW;额定电压:一五0KV
第三章 真空电子束焊接工艺
§三.二电子束焊接接头设计
• 三.二.一接头设计原则
• 三.二.二接头型式
– 对接接头 – 角接接头 – T型接头 – 搭接接头 – 边接接头 – 圆柱体对接接头 – 特殊接头
第三章 真空电子束焊接工艺
§三.三 真空电子束焊接工艺过程 §三.四电子束焊缝常见缺陷及防止措施
电子束焊接缺陷研究
电子束焊接缺陷研究电子束焊接是一种高能束流焊接技术，利用电子束对焊接材料进行加热，通过材料熔化和冷却形成焊接接头。
这种焊接方式具有高能量、高效率、低热影响区等优点，广泛应用于航空航天、能源、电子等领域。
然而，电子束焊接也存在一些缺陷，包括焊缝质量差、开裂、气孔等问题。
首先，电子束焊接焊缝质量差是其常见的缺陷之一、焊缝质量差可能表现为焊缝断面不平整、焊缝凹凸不平、焊缝宽度不一致等。
这主要是由于电子束聚焦不精确或焊接速度过快导致的。
为了解决这一问题，可以通过优化电子束聚焦系统、控制焊接速度和功率等方法来提高焊缝质量。
其次，电子束焊接容易产生开裂缺陷。
开裂缺陷主要为热裂纹和冷裂纹。
热裂纹主要是由于焊接过程中产生的焊接残余应力和热影响区的组织结构不均匀所引起的。
冷裂纹则是由于焊接后的残余应力和脆性组织的存在导致的。
为了减少开裂缺陷，可以采用预热、焊缝设计和应力消除等措施来降低残余应力，以及选择合适的焊接参数和材料来改善组织结构。
此外，电子束焊接还容易产生气孔缺陷。
气孔是指焊缝中存在的气体孔洞，会降低焊缝的强度和密封性。
气孔缺陷主要是由于焊接过程中杂质和挥发物质引起的，如油脂、水分、氧化物等。
为了减少气孔缺陷，可以采取预处理、提高环境干燥度、提高材料的纯度等方法来减少杂质的含量。
此外，电子束焊接还可能存在其他一些缺陷，如退火区、残余应力和变形等。
退火区是指焊缝周围的热影响区，在高温下会导致材料的组织结构发生改变，降低了焊接接头的强度。
残余应力和变形是由于焊接过程中产生的热应力和组织结构的改变所引起的。
为了减少这些缺陷，可以采用合适的焊接参数和工艺，以及采用热处理和调整焊接结构等方法来改善焊接接头的性能。
综上所述，电子束焊接存在一些缺陷，如焊缝质量差、开裂和气孔等问题。
解决这些缺陷需要科学的焊接参数和工艺设计，以及合适的材料和结构选择。
通过充分研究电子束焊接缺陷及其机理，可以为电子束焊接技术的进一步发展和应用提供指导。