电子束焊接技术在航天领域中应用

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1、电子束焊接技术在航天领域中应用

2、第1图3　非真空电子束焊导弹壳体示意图　　　　工具钢、热加工模具钢(5%Cr,0.4%C)适合于某些导弹和空间飞行器骨架用材，因价格较钛合金低得多而具有竞争力，其极限强度为300，000psi，用局部电子束热处理可以改善其特性。耐熔金属如钨、钼、钽、铌等在宇航中应用面比较广，但有强烈吸气性和脆性倾向，采用常规电弧焊质量难以保证，而电子束焊接在真空中进行，可以避免其吸气，减少脆性，增加它们的它们的延性和耐冲击强度。焊钽与钼材料，其焊缝强度可与基材相当。　　有些零件的不同部位，将处在不同气氛(如高或低温，腐蚀与否；粉尘状态等)和

3、不同工作状态(如负载大小与性质差别，热传导的不同，硬度与耐磨要求等)下运行，用一种材料要满足不同部件的不同要求，有时得放弃合理结构如改变结构、增加零件尺寸、重量、加工工序。电子束的优越特性可很好地解决大多数异种金属间的焊接难题，来满足零件的理想结构。在宇航加工工艺中还会遇到一些非金属材料如陶瓷、石墨、玻璃的焊接，或这些材料与高熔点金属之间焊接难题，电子束焊接可顺利解决。这些非金属材料与非高熔点金属之间熔焊技术尚未解决，但用电子束钎焊可解决这一难题，因高真空条件下用电子束蒸镀钛到零件表面，能起到润湿作用，使钎焊料很易漫延而达到优质钎焊。电子束焊接能解决大多数

4、异种材料焊接难题，这样制造出来的零件其尺寸小，重量轻，性能好。2　宇航用电子束焊机特殊要求　　宇航零部件所用电子束焊接设备，大致分为两大类，一类是常规的电子束焊机。用来焊接可以在地面装配的零部件，这一类机器与普通电子束焊机相同，不再另述。另一类是空间所用电子束焊机，美国与前苏联都已研制成功，因其必须运到空间去进行焊接操作，故须适应空间特殊环境。　　(1)重量轻、体积小。这是最关键指标之一。因为它靠火箭发射到空间，在空间宇航员还需背负整套设备进行焊接操作。尽管无需真空系统，但高压整流电源及电子枪等仍不可缺少，还需要有电池，美国研制登月用的电子束焊机，在地球上

5、整机重量为150公斤，在月球上仅为26公斤。　　(2)要对宇宙辐射线进行仔细防护。由于宇宙空间没有大气防护，宇宙线的辐射非常强烈，它会对一些器件，尤其是半导体器件及绝缘材料起破坏作用，使一些零部件失灵，必须采取保护措施。　　(3)需考虑失重状态对各种零部件功能影响。　　(4)宇宙空间是超高真空(＜10-12Pa)，其零部件必须适应该气氛中工作。　　(5)设备所用材料与元件，要经得起空间温度交变的影响(从-150到+250)。　　宇宙航行用电子束焊机，美国与前苏联都研制出类型相似的焊机。主机有新型空间用电池，为焊机提供能源，采用逆变器将电池供给的直流电转变为

6、高频电，再经变压器升压与整流，转变为20～30kV直流高压供给电子枪。后者高压档次亦曾经过深入实验研究，加速电压高了(80kV)虽然其聚焦性能好，但设备体积大，份量重，机动性差，X射线防护复杂，不便宇宙空间使用；电压在15kV以下就不必采用X射线防护，缺点是熔化深度与工作距离关系密切，电压越低影响越明显，在宇宙空间维修时主要靠手焊，将不可避免的会抖动，由此引起的工作距离变化将带来熔深、熔宽的显著变化，影响焊接质量，因此宇航用电子枪加速电压不希望低于20kV。美国研制登月修补用电子束焊机电子枪其功率为1.5kT6出现一些大的气孔，这是由于在超高真空条件下更易

7、将把熔化金属区内气体析出所致，像铝合金AMT6易蒸发性材料较易引起气孔。虽然在宇宙空间焊接并未遇到原估计那么多的困难，但对焊接操作、参数规范等还需进行严格控制。　　要想在宇航技术中充分发挥电子束焊接这一先进技术，一方面要研制适用于宇宙空间用的先进的电子束焊接装置，另一方面要深入研究在宇航特殊气氛中的焊接工艺。　　空间科学技术，包括载人飞船已列入我国科研规划，宇航用电子束焊接技术是必不可少的，具有三十多年该方面科学技术积累的我国科技工，一定能配合好总体计划，完成历史赋于他们的使命。