第五章 高能密度焊方法与原理课件.ppt

《第五章 高能密度焊方法与原理课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、焊接成型原理第五章高能密度焊方法与原理电子束焊激光焊(LaserBeamWelding)等离子弧焊(PlasmaArcWelding)5.15.25.3§5.1电子束焊5.1.1概述1.电子束焊(ElectronBeamWelding)电子束焊接（EBW）是一种利用能量密度及扫描路径均可精密控制的电子束作为加热源进行焊接的工艺。2.分类根据真空度的不同,电子束焊接可分为：高真空焊接、低真空焊接和非真空焊接三种。2.电子束焊的特点(1)焊缝纯洁度高电子束焊接时，真空室的真空度为1.333×(10-2～10-4)Pa，气氛的有效纯度相当于9

2、9.999987%，其中杂质含量仅为氩弧焊接的1/3000—1/20000。这种特性保证了能够焊接锆、铌、钽、钨、钼等金属，避免了焊接过程中金属的氧化及氮化，能获得最佳的焊接质量。(2)工艺适应性强焊接热源具有最广宽的调节范围，参数易于精确调节，对焊接结构有广泛的适应性，能最大限度地满足焊接各种金属及合金的需要。还可调整阴极加热功率、加速电压、焦点直径、电子束脉冲频率等，使热源对焊件的加热温度与范围得到预期的结果。(3)焊缝深宽比高电子束斑点尺寸小，功率密度大，可实现高深宽比的焊接，深宽比达60：1，可一次焊透0.1～300mm厚度的不

3、锈钢板。另外，电子束焊完全避免了电弧焊时电弧的磁偏吹现象，使焊波具有最平滑最光洁的外形。(4)焊接速度快，焊缝物理性能好电子束焊能量集中，熔化和凝固过程快，能避免晶粒长大，使接头性能改善；高温作用时间短，合金元素烧损少，焊缝抗蚀性好。(5)焊件变形小焊接时热量集中，使焊件的热影响区减小，焊件在焊后几乎不产生变形。(6)焊接成本低焊接时不需要价格昂贵的高纯度氩或氦气；使用高压电子束焊接时，电能消耗最小。(7)再现性好电子束焊焊接参数易于实现机械化、自动化控制，重复性、再现性好，提高了产品质量的稳定性。§5.1.2电子束焊的基本原理5.1.

4、2电子束焊的基本原理1.电子束的产生电子束是在真空环境中由电子枪产生的。图5-1所示为电子束发生原理及加工原理示意图。高压加速装置中电子束发生段由阴极、阳极、聚束极、聚焦透镜、偏转系统及合轴系统等组成。真空中的钨阴极被加热到2250℃左右时会连续发射电子。电子在聚束极控制和阳极加速电压作用下从阳极孔中射出，电子束电流为几十毫安到1安，通过设置在阳极后的电磁透镜(聚焦线圈)会聚,得到很小的焦点(其功率密度可达104～109W·cm-2)，轰击置于真空或非真空中的焊件时，电子的动能迅速转变为热能，熔化金属，实现焊接过程。为了控制电子束的运动

5、轨迹，聚焦线圈后面还设置一个偏转线圈。2.电子束深熔焊机理电子束焊时，在几十到几百千伏加速电压的作用下，电子被加速到1/2～1/3的光速，高速电子流轰击焊件表面时，表层温度可达到104℃以上，表层金属迅速熔化。表层的高温还可向焊件深层传导，由于界面上的传热速度低于内部，因而焊件上的等温线趋向深层。前苏联科学院雷卡林教授根据这一传导理论，推算出一个简化的等效公式：Pd=PI/πRb2(5-1)Tc=(1/λ)PdRb(5-2)式中,Pd——功率密度；Tc——被加热区中心点的温度；Rb——电子束加热区的半径；PI——输入功率；λ——与材料有

6、关的常量。在输人功率不变时，缩小束斑尺寸将使功率密度按平方倍增加，在束斑直径缩得足够小时，功率密度分布曲线变得窄而陡，热传导等温线便向深层扩散，形成窄而深的加热模式。大功率焊接中，电子束的功率密度可达108W／cm2以上，高功率密度的电子束轰击焊件，使焊件表面材料熔化并伴随着液态金属的蒸发，材料表面蒸发走的原子的反作用力力图使液态金属表面压凹。随着电子束功率密度的增加，金属蒸气量增多，液面被压凹的程度也增大，并形成一个通道。电子束经过通道轰击底部的待熔金属，使通道逐渐向纵深发展，液态金属的表面张力和流体静压力是力图拉平液面的，在达到力的

7、平衡状态时，通道的发展才停止，并形成小孔。可见，形成深熔焊的主要原因是金属蒸气的反作用力。它的增加与电子束的功率密度成正比。电子束功率密度低于105W／cm2时，金属表面不产生蒸发现象，电子束的穿透能力很小。大功率焊接中，电子束的功率密度可达108W／cm2以上，足以获得很深的穿透效应和很大的深宽比。但是，电子束在轰击路途上会与金属蒸气和二次发射的粒子碰撞，造成功率密度下降。液态金属在重力和表面张力的作用下对通道有浸灌作用和封口作用。从而使通道变窄，甚至被切断，干扰和阻断了电子束对熔池底部待熔金属的轰击。所以应设法减轻二次发射和液态金属

8、对电子束通道的干扰。5.1.3电子束焊的焊接参数及其对焊缝成形的影响电子束焊的主要焊接参数是加速电压Ua、电子束流Ib、聚焦电流If、焊接速度Vb及工作距离H。(1)加速电压Ua提高加速电压可增加焊缝的熔深