电子束焊接技术在工业领域地应用及其发展前景

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1、哈尔滨工业大学电子束焊接技术在工业领域的应用及其发展前景学生：XXXX学号：XXXXXXXX班级：XXXXXXX122013年月日摘要：简要介绍了电子束焊接技术的发展、基本原理。概括总结了近年来电子束焊接在航空航天、汽车、子与仪表等工业领域中的应用并对电子束焊接技术在未来的发展做了展望。关键词：电子束；焊接；工业应用；发展前景0电子束焊接技术概述电子束的发现迄今已100多年的历史。电子束焊接技术起源于德国，1948年前西德物理学家K.H.Steigerwald首次提出电子束焊接的设想；1954年法国的J.A.Stohr博士成功焊接了核反应堆燃料包壳

2、，标志着电子束焊接金属获得成功；1957年11月，在法国巴黎召开的国际原子能燃料元件技术大会上公布了该技术，电子束焊接被确认为一种新的焊接方法；1958年开始，美国、英国、日本及前苏联开始进行电子束焊接方面的研究，20世纪60年代后，我国开始从事电子束焊接研究[1]。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。它具有其它熔焊方法难以比拟的优势和特殊功能：其焊接能量密度极高,容易实现金属材料的深熔透焊接、焊缝窄、深宽比大、焊缝热影响区小、焊接残余变形小、焊接工艺参数容易精确控制、重复性和稳定性好

3、等[2]。12随着航空航天、微电子、核能、交通运输及国防工业的飞速发展，各种高强度、高硬度、高韧性的铝合金、镁合金、钛合金和耐高温合金等金属材料以及复合材料广泛应用，加之构件形状日趋复杂化，对焊接工艺、加工精度和表面完整性提出了更高的要求。传统的焊接工艺难以适应高技术制造领域的发展趋势，对这些材料采用包括电子束焊接在内的高能束焊接技术优势较大。正是由于电子束焊接的上述优点，使该技术获得长足发展，已经成功地应用于各种工业领域，并广泛应用在各种材料上。厚大截面不锈钢的电子束焊接由于能够节约成本且满足质量要求而得到青睐。有许多文献已经证明电子束焊接在航空

4、和医药钛合金上得到了成功应用。有色金属如铜、镍及其合金的电子束焊接以及运输工业中异种材料的电子束焊接正迅猛增长。1EBW过程基本原理采用电子枪和电子光柱组装而成并应用于电子束焊的原理如图1所示。该图表明，三极管（阴极、栅极、阳极）型的电子枪用以产生电子束流，同时，聚焦和偏转电子光学系统用以控制电子束流撞击工件的方式（产生最终束斑大小和定位）。在操作过程中，阴极、发射器由于直接或间接加热而发射电子，该电子在焊枪栅极、阳极产生的静电场加速下，形成平行光束，聚焦并形成高能量密度的电子束流撞击到工件表面。12在任何固定操作电压条件下，三极管型电子枪允许枪内

5、电子流的大小逐渐按期望值进行调整（例如，电子束操作电流，从而将产生的光束能量传递给工件）。因此，通过改变阴极与阳极间电位差，电子束能容易瞬时关闭或在高度控制模式下实现操作水平大幅增加或降低。除了提供产生高度聚焦或轻微散焦在工件上的能力外,电子光学系统还提供了以静态（固定位置变化）或动态（振动位置变化）方式偏转电子束光斑的能力。对比传统的焊接方法，电子束焊的主要连接优点在于能够进行称之为“锁孔焊接”的能力，如图3所示。在锁孔焊接中，高能密度电子束撞击到工件表面产生金属蒸气并渗入到工件中。这就要求电子束能量直接被传递到焊接点结合表面并渗入工件内部，而不

6、是像传统的焊接方法简单的堆积在结合表面。由于金属蒸气的移动，在其前进边缘不断形成熔化的金属液并流动，在其后侧边缘不断凝固并形成最终焊接接头。图2.电子束焊接焊缝成形原理图3.锁孔焊原理2电子束焊接在航空航天领域的应用12航空航天工业的发展无疑是新技术、新工艺和新材料研究与应用水平的综合体现，焊接技术作为一种重要的加工方法在飞机发动机及运载火箭制造中始终处于至关重要的地位。焊接技术的进步与发展不仅能给航空航天结构减重，而且还能为其性能的提高提供技术支持[4]。航空航天领域中所涉及的各类火箭、卫星、飞船、星球车、空间站以及太阳能电站等，它们的结构件、发

7、动机，以及所用的各种仪器等都有一些共同特点，不仅要求零部件质量极为可靠，能经受各种恶劣环境，如强力振动，因日照变化引起的高低温度交替冲击，失重，宇宙线幅射，超高真空环境中运作；而且要求零件尺寸小，重量轻，气密性好。因此，对宇航零部件的结构设计、材料选择及加工工艺都提出了极为苛刻的要求，实践证明为了满足上述特点，电子束焊接技术是必不可少的强有力的工具之一。这是因为电子束焊接技术有以下一些特点：　　（1）电子束焊接能量密度很高（106~109W/cm2），对于任何材料，包括高熔点钨、钼等材料，其焊缝都能快速熔化。一般不用焊条，靠零件自身材料熔接而成。　

8、　（2）电子束焊接在真空中进行，可防止材料氧化及其它有害气体侵入。利用熔池与真空气氛的压差，有利于焊缝熔化金属中所含气体排