电子束焊接发展

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1、电子束焊接技术发展历史、现状及展望庄杨051110314回顾了电子束焊接技术的产生、发展历史，论述了电子束焊接的特点、分类，对国内外各时期电子束焊接发展情况做了介绍，展望了电子束焊接技术的发展趋势，并对进一步发展我国电子束焊接技术提出了建议。主题词电子束焊接电子束焊接设备现状及展望建议1电子束焊接技术的起源1.1电了束的发现电子朿的发现，至今己有100多年的历史，还在人们了解电子的性能之前，曾经有过“阴极极射线"（cathode—ray）的名称。早在1879年SirWilliamCrookes发现在阴极射线管中的钳阳极因被阴极射线轰击而熔化的现象。乂过了差不多20年，1

2、897年J•J•Thompson的研究工作在证明，所谓的阴极射线实际就是电子朿。到了上个世纪初的1907年,MarcelloVonPirani进一步发现了电子束作为高能量密度热源的可能性，他第一次用电子朿做了熔化金属的试验，成功地熔炼了钳。但是在当时，人们还没有掌握电子运动的规律，只能凭经验通过实践逐步摸索，逐渐认识到电子是物质的最基本的、稳定的荷（负）电粒子，在所有荷电的物质棊本粒了屮，电了具有最小的质量，并可以用很简单的方法获得白由状态的电子。到了上个世纪20年代，人们开始认识到轴对称电场和磁场对电了具有聚焦能力，建立了电子光学理论。在这一理论指导下，人们开始有意识

3、地利用电子在电场、磁场中的运动规律，制作了各种电子朿器件，使电子束的非热学应用有了飞速发展。对现代科学技术发展有着重要推动作用的示波管及电子示波器、电视发送管（摄像管）、电视接收管（显象管）以及电子显微镜等，都是在那之后，即上个世纪30年代后陆续出现的。1948年前西德的K.H.Steigerwald博士在致力于研究更高工作频率的电子示波器时，发现高功率密度的电子朿可以熔化、烧蚀、冲刷金属的现象。在继续深入研究这一现象的基础上，他在1951年申请了在各种材料上钻孔的电子束设备的专利。1952年K.H•Steigerwald博士在蔡司公司（zeiss）制造了第一台电了束加

4、工机。这样，在徳国，在电子束的非热学应用迅速发展的同时，电子束的热学应用——电子束加工，包括电子束钻孔、电子束铳削、电子束刻蚀等也得到了迅速发展。其实这些加工机也可以用于焊接，并显示出深穿透效果。但山于战败的德国不能发展核工业，没有在真空中进行焊接的需求牵引，所以电子朿焊接在当时的德国并没有引起觅视，1何电了束加工却得到了长足发展，但这却为后来徳国发展高压型电子束焊接奠定了技术基础o1.2电子朿焊接的出现大约在1950年前后，核能工业的发展促使人们对高熔点金属（队Mo、Ta.Nb）及稀贵金属（U、Zr、Be）需求的增加，特别是对诰（Zr）及其合金。因为钳具有低的热中子吸

5、收横截面，中了辐照作用对具强度和韧性影响极小。此外，钳同铀燃料具有良好的相容性，因此被称为“原子时代第一号金属”是用于原子能反应堆的重要，结构材料。但是，这些材料在焊接时对大气环境中的氧、氮、氢等气体有很强的亲和力，极易形成化合物，影响接头性能。于是人们采用了鸭极惰性气体保护焊，甚至在充满惰性气体的保护箱内焊接这些金属。但是，焊接质量仍然不够稳定，受保护气体纯度影响很大。而在当时，真空技术已经发展到相当水平，真空能提供比惰性气体更“纯净”的保护条件，可是电弧不能在真空中维持。于是，人们在上世纪初就已经知道的在真空屮被加速的电子轰击可以作为热源來熔化金属，实现焊接的想法开

6、始被付诸实践了。1954年在法国原子能委员会（CEA）的建议下，J.A.Stohr博士开始了电子束焊接的研究丁作，并于1957年在巴黎的原子能国际会议上发表了他的研究报告，介绍了lit界上第一台专门用于焊接的电子朿焊机。依照今天的观点看，所用电了枪是比较简陋的二极枪。加速屯压仅15kV,釆用静电聚焦，以待焊工件为阳极，阴极利文纳尔（Wehnclt）的电位相同。属于皮尔斯（Pierce）型二极枪，工件在空间电荷限制条件下。根据查理一朗缪尔公式：I=PV3/2式屮：P——导流系数，与电极的儿何参数有关V——电压可以看出，电子束流（I）是导流系数和高压的函数。因此，调节束流必

7、须调节高压或导流系数，而调节高压又要引起焦点的变化，调节导流系数必须改变阴极、文纳尔同阳极间的距离。所以，这种电了枪用于焊接很不方便。同时，由于采用静电透镜，相对磁透镜而言，各电极与阴极之间有较高的电位差，存在绝缘问题，调节不便。此外，相对磁透镜而言，静电透镜的象差较大，不易获得高质量的电了光学图象。从实际使用的角度看，这种电子枪存在3个主要问题：一是电子束发生系统和焊接处于同一真空室中，焊接过程中的放气影响电了枪工作的稳定性；二是电子束的焦距很短，可达性差；三是电子束功率密度低，深穿透效应不明显。尽管如此，在以解决在真空保护坏境中焊接铀