电子束焊接技术在工业中的应用和发展

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1、电子束焊接技术在工业中的应用和发展摘要：本文介绍了电子束焊接及主要特点，总结了近年来电子束焊接在航空航天、电子与仪表、汽车等工业领域中应用现状，并对其发展作了展望。关键词：电子束焊接应用现状发展电子束焊接(EBW)是以高能密度电子束作为能量载体对材料和构件实现焊接和加工的新型特种加工工艺方法和现代焊接技术，自50年代首先应用于核工业,经过四十多年的发展，电子束焊接不仅在一些高新技术领域充分应用，而且已成为一般工业部门的一种重要加工手段。一、电子束焊接的特征由于高能量密度的电子束流集中作用的结果，使电子束焊接熔池“小孔”形成机理与其他熔化焊

2、有所不同。电子束焊接过程是,高压加速装置形成的高功率电子束流，通过磁透镜会聚，得到很小的焦点(其功率密度可达104~109W/cm2),轰击置于真空或非真空的焊件时，电子的动能迅速转变为热能，熔化金属，实现金属焊接的目的。电子束焊接的特点可概括如下：(1)电子束斑点直径小，加热功率密度大，焊接速度快，热影响区小；(2)可获得深宽比大的焊缝，焊接厚件时可以不开坡口一次成形；(3)多数构件是在真空条件下焊接，焊缝纯洁度高；(4)规范参数易于调节，工艺适应性强；(5)适于焊接多种金属材料；(6)焊接热输入低，焊接热变形小。但是电子束焊接方法也有

3、一些不足，如：(1)电子束焊机结构复杂，控制设备精度高,所需费用高；(2)焊接前对接头加工、装配要求严格，以保证接头位置准确、间隙小而且均匀；(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，每次装卸工件要求重新抽真空；(4)冷却过程中快速凝固，引起焊接缺陷，如气孔、焊接脆性等；(5)电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量；(6)电子束焊接时产生的X射线需要严加防护，以保证操作人员的健康和安全。二、电子束焊接的分类1、根据焊件所处真空度的差异可分为：⑴高真空电子束焊接(真空度为10-4〜10-1Pa):该方法电子散射小,作

4、用在工件上的功率密度高，穿透深度大，焊缝深宽比大，适宜于活性金属、难熔金属及质量要求高的工件焊接，应用最为广泛。(2)低真空电子束焊接(真空度为10-1〜10Pa)o与高真空电子束焊相比，电束较宽，工作距离较大,真空系统简单，生产效率高，成本低。减弱了焊接时金属的蒸发等。(2)非真空电子束焊接(无真空工作室)：在大气压力的环境中焊接，电束散射宽，焊缝较宽、深宽比小，可焊大尺寸的工件。焊接时，束流进入大气前先经过充满氮的气室,而后与氮气一起进入大气。2、根据电子枪加速电压又可分为：(1)高压电子束焊接:加速电压大于120千伏，束斑直径小，功

5、率密度大，工作距离长，焊缝的深宽比大，焊缝精密，变形小，适用于单道焊缝的大厚度板材和难熔、热敏材料的焊接。(2)中压电子束焊接:加速电压范围为40〜100千伏，满足除极薄材料外的一般厚度材料的焊接，可用局部真空室满足大型件的焊接。(3)低压电子束焊接:加速电压低于40千伏，功率密度小，工作距离短，焊缝稍宽，畸变稍大，适用于焊缝深宽比小的薄板焊接。3、按电子束对材料的加热机制分(1)热传导焊接：作用在工件表面的功率密度＜105W/cm2,电子束转化的热能通过热传导使工件熔化，熔化金属不产生显著的蒸发。(2)深熔焊接:作用在工件表面的功率密度

6、＞105W/cm2,金属被熔化并伴有强烈的蒸发，形成熔池小孔，电子束穿入小孔内部与金属直接作用，焊缝深宽比大。三、电子束焊接在工业上的应用：1、飞机和航天飞行器电子束已被用来将钛锻件焊接成新型直升机的转翼，现代战斗机的机翼箱等。发动机上一些其他部件如透平罩、压缩机箱体以及飞机的燃料驱动系统和着陆起落架等也都采用了电子束焊接。由于电子束焊接的变形和热影响区小，已被用于航天飞机发动机的装配焊接,如主燃烧室、热气歧管、高(低)压燃料涡轮泵、高(低)压氧化剂涡轮泵、燃料预燃烧室、氧化剂预燃烧器等间的焊接。2、发电设备电子束焊接以其独有的优点正在发

7、电设备的制造方面取代传统的焊接方法。如美国、日本等国家都已使用真空电子束焊接取代埋弧焊工艺焊接汽轮机定子和汽轮机导向叶片。使用埋弧焊需要几天才能完成的焊接，使用电子束焊接后仅需几个小时就能完成。3、汽车工业使用电子束焊接方法焊接汽车后桥，省去了坡口的制作的准备。由于在真空条件下施焊，电子束焊接大大地清除了产生气孔、裂纹、夹渣等这些缺陷的可能,强度得到了保证，获得了极佳的经济效益。此外，真空电子束焊接还用来焊接汽车驱动轮、扭矩变换器、行星齿轮支座、飞轮、滑叉等，都取得了前所未有的效果。4^电子元器件随着现代工业对电子线路和元器件的要求越来越

8、高，电子束焊在电子行业发挥着越来越重要的作用。真空电子束用来焊接密封晶体管已取代钎代焊焊接晶体管连接接头。有些电子线路和元器件要求其焊缝在焊完后继续保持在真空密封装置内，焊缝不得有腐蚀性杂质，