电子束焊工艺 一、电子束焊的特点电子束焊是利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处所产生的热能，使金属熔合的一种焊接方法。电子轰击工件时，动能转变为热能。电子束作为焊接热源有两个明显的特点：（1）功率密度高电子束焊接时常用的加速电压范围为30～150kV，电子束电流20～1000mA，电子束焦点直径约为0.1～1mm，这样，电子束功率密度可达106W/cm2以上。（2）精确、快速的可控性作为物质基本粒子的电子具有极小的质量（9.1×10-31kg）和一定的负电荷（1.6×10-19C），电子的荷质比高达1.76×1011C/kg,通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。电子束的这一特点明显地优于激光束，后者只能用透境和反射镜控制，速度慢。基于电子束的上述特点和焊接时的真空条件，电子束焊接具有下列主要优缺点。 优点：1）电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。目前，电子束焊缝的深宽比可达到60:1。焊接厚板时可以不开坡口实现单道焊，比电弧焊可以节省辅助材料和能源的消耗。2）焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。对精加工的工件可用作最后连接工序，焊后工件仍保持足够高的精度。3）真空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受到氧、氮等有害气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和净化，因而特别适于活泼金属的焊接。也常用电子束焊接真空密封元件，焊后元件内部保持在真空状态。4）电子束在真空中可以传到较远的位置上进行焊接，因而也可以焊接难以接近部位的接缝。5）通过控制电子束的偏移，可以实现复杂接缝的自动焊接。可以通过电
子束扫描熔池来消除缺陷，提高接头质量。缺点：1）设备比较复杂、费用比较昂贵。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。4）电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量。5）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、工作原理和分类（1）工作原理电子束是从电子枪中产生的。通常电子是以热发射或场致发射的方式从发射体（阴极）逸出。在25～300kV的加速电压的作用下，电子被加速到0.3～0.7倍的光速，具有一定的动能，经电子枪中静电透镜和电磁透镜的作用，电子会聚 成功率密度很高的电子束。 这种电子束撞击到工作表面，电子的动能就转变为热能，使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸气的作用下熔化的金属被排开，电子束就能继续撞击深处的固态金属，很快在被焊工件上“钻”出一个锁形小孔，小孔的周围被液态金属包围。随着电子束与工件的相对移动，液态金属沿小孔周围流向熔池后部，逐渐冷却、凝固形成了焊缝。电子束传送到焊接接头的热量和其熔化金属的效果与束流强度、加速电压、焊接速度、电子束斑点质量以及被焊材料的性能等因素有密切的关系。（2）分类电子束焊的分类方法很多。按被焊工件所处的环境的真空度可分为三种：高真空电子束焊，低真空电子束焊和非真空电子束焊。高真空电子束焊是在10-4～10-1Pa的压强下进行的。良好的真空条件，可以保证对熔池的“保护”防止金属元素
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: (1)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。
电子束焊接是一种利用电子束作为热源地焊接工艺.电子束发生器中地阴极加热到一定地温度时逸出电子，电子在高压电场中被加速，通过电磁透镜聚焦后，形成能量密集度极高地电子束，当电子束轰击焊接表面时，电子地动能大部分转变为热能，使焊接件地结合处地金属熔融，当焊件移动时，在焊件结合处形成一条连续地焊缝.对于真空电子束焊机，要焊接地工件置于真空室中，一般装夹在可直线移动或旋转地工作台上.焊接过程可通过观察系统观察. 电子束焊接技术因其高能量密度和优良地焊缝质量，率先在国内航空工业得到应用.先进发动机和飞机工业中已广泛应用了电子束焊接技术，取得了很大地经济效益和社会效益，该项技术从上世纪八十年代开始逐步在向民用工业转化.汽车工业、机械工业等已广泛应用该技术. 我国自行研制电子束焊机始于年代，至今已研制生产出不同类型和功能地电子束焊机上百台，并形成了一支研制生产地技术队伍，能为国内市场提供小功率地电子束焊机. 近年来，出现了关键部件（电子枪，高压电源等）引进、其它部件国内配套地引进方式，这种方式地优点是：设备既保持了较高地技术水平，又能大大降低成本，同时还能对用户提供较完善地售后服务.北京航空工艺研究所以此方式为某航空厂实施设备地总体设计和总成，实现了某重要构件地真空电子束焊接；桂林电器科学研究所也通过这种方式开发了()型双金属带材高压电子束连续自动焊接生产线，该机加速电压、束流～、电子束功率，带材运行速度～，从而使我国挤身于世界上能生产这种生产线地几个国家之一.北京中科电气高技术公司近期为上海通用汽车公司研制成功自动变速车液力扭变器涡轮组件电子束焊机，内可完成两条端面圆焊缝地焊接，并已投入商业化生产. 目前，以科学院电工所地系列为代表地汽车齿轮专用电子束焊机占据了国内汽车齿轮电子束焊接地主要市场份额；我国地中小功率电子束焊机已接近或赶上国外同类产品地先进水平，而价格仅为国外同类产品地左右，有明显地性能价格比优势. 在机理及工艺研究上，北京航空工艺研究所、北京航空航天大学、天津大学、上海交通大学、西北工业大学、中国科学电工所、桂林电器科学研究所、西安航空发动机公司、航天材料及工艺研究所、哈尔滨焊接研究所开展地工作涉及熔池小孔动力学、电子束钎焊、接头疲劳裂纹扩展行为、接头残余应力、填丝焊接、局部真空焊接时地焊缝轨迹示教等. 电子束焊接技术地优点是：焊缝质量好、穿透深度深；热源稳定性、易控制适用于大批量生产，可作为最后加工工序或仅留精加工余量.目前电子束焊接铝合金厚度可达，焊缝深宽可达比. 真空电子束焊接具有以下特点： )电子束能量密度高、一般可达,是普通电弧焊和氩弧焊地万倍.因此可实现焊缝深而窄地焊接，深宽比大于. )电子束焊接，其焊缝化学成份纯净, 焊接接头强度高、质量好.
真空电子束焊接技术应用研究现状苑文广 发表时间：2018-08-09T09:58:50.813Z 来源：《电力设备》2018年第12期作者：苑文广 [导读] 摘要：电子束焊接(ElectronBeamWelding,EBW)是利用热发射或场发射阴极来产生电子，并在阴极和阳极间的高压(25~300kV)电场作用下加速到很高的速度(0.3c~0.7c)，经一级或二级磁透镜聚焦后，形成密集的高速电子流，当其撞击工件表面时，高速运动的电子与工件内部原子或分子相互作用，在介质原子的电离与激发作用下，将电子的动能转化为试件的内能，使被轰击工件迅速升温、熔化并汽化， （中国电子科技集团公司第四十九研究所黑龙江哈尔滨 150001） 摘要：电子束焊接(ElectronBeamWelding,EBW)是利用热发射或场发射阴极来产生电子，并在阴极和阳极间的高压(25~300kV)电场作用下加速到很高的速度(0.3c~0.7c)，经一级或二级磁透镜聚焦后，形成密集的高速电子流，当其撞击工件表面时，高速运动的电子与工件内部原子或分子相互作用，在介质原子的电离与激发作用下，将电子的动能转化为试件的内能，使被轰击工件迅速升温、熔化并汽化，从而达到焊接的目的。真空电子束焊接借助于独特的传热机制以及纯净的焊接环境，使之与其他的熔化焊方法相比具有热输入量低、焊接变形小、能量密度大、穿透能力强、焊缝深宽比大、焊缝纯洁度高、工艺适应性强、重复性和再现性好等特点，在航空航天、微纳制造、生物医学等诸多工程领域有着广泛的应用。 关键词：真空电子束；焊接技术；应用 1铝合金电子束焊接 电子束焊接方法对铝合金的焊接具有独特的适应性，特别是中厚板铝合金的焊接，电子束焊接具有明显的优势。焊接方法自熔焊发展出了扫描焊、偏束焊以及多池焊等电子束焊接方法。厚板铝合金焊接存在困难，有学者研究了加速电压、工作距离和焊接速度对焊缝深宽比和金相组织的影响。采用加速电压为60kV，电子束流为120mA，焊接速度为800mm/min等工艺参数，对20mm厚7A52铝合金进行焊接，可得到良好的焊缝成形。铝/钢异种材料焊接性较差，添加Ag中间层可实现铝/钢的电子束焊接。接头中在银中间层和铝合金界面处会存在一个由Ag2Al和铝的共晶物组成的过渡层，过渡层的厚度随着偏向银的距离的增加而减小。当偏束距离较大时，接头中会存在两个分别由FeAl和FeAl3组成的金属间化合物层。接头最大抗拉强度为193MPa。铝合金焊接的主要缺陷为气孔和裂纹，铝合金焊接的气孔来源有主要有两个：一个是氢气孔，一个是Mg,Al2O3和MgO氧化膜的部分汽化形成的气孔，其中后者的影响较大。采用较大的电子束斑、较低的焊接速度和复杂的扫描波形可以消除接头的气孔缺陷。彻底清除氧化膜、实施焊后重熔均可有效减少焊缝气孔的产生，焊后重熔和增加搅拌同样对焊缝内的根部缩孔有一定的改善作用。对电子束扫描焊接参数（扫描图形、扫描频率、聚焦、焊接速度）对气孔率的影响进行研究，结果表明采用圆形扫描、高扫描频率、较小焊接速度等参数，可显著降低气孔率。铝合金电子束焊接头中的裂纹为结晶裂纹，增加电子束流搅拌以减少成分偏析，细化组织可减少裂纹的产生。哈尔滨工业大学对25mm厚2A12铝合金电子束对接焊进行研究，发现直接焊时焊缝中存在较多气孔，而采用扫描焊接等方式，可以显著降低焊缝中的气孔数量。利用数值模拟技术可以计算出铝合金电子束焊接过程中瞬态流场分布，进而可以从理论上解释匙孔的形成过程及气孔和钉尖缺陷的产生机理。在较大的束流下，熔池的不稳定性增加，匙孔底部会形成蒸汽空腔，冷却时液态金属来不及填充，最终形成钉尖缺陷。哈尔滨工业大学对电子束焊接时匙孔穿透过程进行了研究，计算结果表明，匙孔并非一下形成，而是存在一个热量积累过程。电子束焊接起始阶段大部分能量用以熔化金属，熔池表面在表面张力及Marangoni 剪切力共同作用下微微凹陷。当熔池温度超过材料沸点2730K时，液态金属发生强烈蒸发，从而对熔池液态金属产生较大的金属蒸汽反作用力，伴随着金属汽化损失及金属蒸汽反作用力同时作用，使匙孔不断深穿，最终形成穿透型匙孔。 2铜及铜合金电子束焊接 铜及铜合金同种材料电子束焊接在国内外的研究较少，而铜/钢及铜/钛的电子束焊接研究较多。铜和钢虽然不会产生金属间化合物，但其物化性能差异较大，焊接存在困难，特别是铜与奥氏体不锈钢焊接，接头中的渗透裂纹很难避免。铜和钛焊接时焊缝中会生成较多的金属间化合物，严重降低了接头的力学性能。采用偏束焊的方式可以有效减少焊缝中的缺陷，获得良好的焊接接头，接头的抗拉强度高达250MPa，接近铜母材的抗拉强度。采用扫描焊接的方法也可获得性能较好的铜/钢电子束焊接接头，并且电子束扫描焊接对接头冲击强度和伸长率的提高具有很大的帮助。当扫描路径为圆形，扫描幅值为1mm时接头性能最佳，相比于直接焊接，室温力学性能相差不大，但是400℃时，伸长率提升100%，冲击强度提升67%。由于铜/钢电子束直接焊接存在元素烧损问题，表面下塌较为严重，采用电子束填丝焊接可以有效解决表面下塌缺陷，获得成形和性能均较好的铜/钢电子束焊接接头。利用大束流(395mA)、小电压(15kV)的方式可实现大厚度(25mm)铜/钢异种材料的电子束焊接，焊缝中无气孔和裂纹等缺陷，但焊缝内部组织很不均匀。铜/钛电子束焊接时，电子束斑点偏向铜侧可以提高接头的抗拉强度，此时焊缝包括熔合区及TC4侧反应层两部分。熔合区主要由铜基固溶体组成，硬度较TC4母材有所降低；反应层成分过渡较大，含有多种金属间化合物相。利用二次毗邻电子束焊接方法，也可实现铜/钛异种金属的有效连接，接头的最高抗拉强度高达Cu母材的89%。该方法的原理是第一次电子束偏置焊接形成熔钎焊接头，然后第二次在另一侧母材进行焊接，通过热传导的作用使第一次熔钎焊形成的IMCs层低熔点组分重熔，金属间化合物减少，从而提高接头的抗拉强度。 3难熔金属电子束焊接 3.1钨及钨合金 钨的熔点为3410℃，是熔点最高的难熔金属。由于钨的熔点较高，焊接时需要较高的热输入，焊缝氧化严重。对于钨/钨同种材料的焊接，钨母材被电子束熔化后，由于钨的导热性能较好，熔池在很短的时间内凝固，熔池存在时间很短，最终会导致焊缝的孔隙较高。钨焊接时需要进行焊前预热，焊后也需要消应力处理。采用扫描方式焊接，有助于细化晶粒，最终使焊缝性能提高。由于电子束的真空环境，所以利用电子束焊接钨时孔隙问题相比于其他焊接方式会稍有降低，但焊接接头依然存在脆性大、孔隙率高等问题。钨和其他材料焊接时由于材料热物理性能的差异，需采用偏束焊来实现有效的连接。钨/铜异种材料焊接时，电子束向钨侧偏移0.2mm，采用低速焊接，可以形成有效熔池。拉伸结果表明断裂发生与钨侧热影响区，表明Cu的加入会使焊缝的性能提高。钨/铜焊接时也可采用偏铜焊接，形成熔钎焊接头。 3.2钽及钽合金 钽具有较好的耐腐蚀性，较高的高温强度和特殊的介电性能等优异的性能，在热交换器、热偶套管、穿甲弹中起到关键作用。纯钽的焊接性好，但由于自然界中钽的含量较少，如果单独使用钽材料，会大大提高成本，目前解决办法是将钽和其他金属材料连接，在保证使用性能的条件下尽量减少钽的使用量。哈尔滨工业大学利用电子束焊接方法，采用锁底结构焊接0.5mm厚钽薄片和1mm厚1Cr18Ni9Ti不锈
国内外电子束焊接技术研究现状 摘要综述了电子束焊接技术的国内外研究发展动态。简述了电子束焊接基本原理及国内外研究者已取得的部分研究成果,并展望了异种材料电子束焊接技术的研究方向。 关键词电子束焊接 0引言 随着全球工业化步伐的加快及现代科学技术的突飞猛进,焊接这门古老而现代的技术也在不断地完善和发展,可以说焊接已在现代的生产生活中占有极为重要的地位。近代焊接技术,自1882 年出现碳弧焊开始,迄今已经历了100 多年的发展历程,为了适应工业发展及技术进步的需要,先后产生了埋弧焊、电阻焊、电渣焊及各种气体保护焊等一系列新的焊接方法。进入20 世纪60 年代后,随着焊接新能源的开发和焊接新工艺的研究,等离子弧切割与焊接、真空电子束焊接及激光焊接等高能束技术也陆续应用到各工业部门,使焊接技术达到了一个新的水平。特别是近年来,航空、航天、原子能等尖端工业的发展需求,不断提出了具有特殊性能材料的焊接问题,如高强钢、超高强钢、特种耐热耐腐蚀钢、高强不锈钢、特种合金及金属间化合物、复合材料、难熔金属及异种材料焊接问题。而电子束焊接技术以其与其它熔化焊相比独具的功率密度大、深宽比大、焊接区变形小、能耗低、易于控制实现自动化等优点,在航空、航天及原子能工业和其它军用、民用制造业中得到了高度重视及应用发展。为此,较系统、全面地了解当今电子束焊接技术的国内外的研究发展现状,以及电子束焊接技术及相关工艺应用的成果,对于电子束焊接技术领域研究发展方向的准确把握及其开展进一步研究工作有着极大的指导意义。 1 电子束焊接方法 电子束焊接( EBW) 是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压(25～300 kV) 加速电场作用下被拉出,并加速到很高的速度(0. 3～0. 7 倍光速) ,经一级或二级磁透镜聚焦后,形成密集的高速电子流,当其撞击在工件接缝处时,其动能转换为热能,使材料迅速熔化而达到焊接的目的,见图1 。
电子束焊接与激光焊接的比较 一、前言 电子束技术起源于20世纪50年代，10年后激光器诞生，激光加工技术的研究与应用随即展开。电子束与激光加工的应用领域大体相同，这是因为他们同属于高能密度束流加工技术，其能量密度在同一段数量级，远高于其他热源。同时，他们与材料的作用原理也极其相近。 二、电子束与激光加工的原理 电子束加工（electron beam machining，EBM）是在真空条件下，利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦后能量密度为106～109W/cm2的极细束流，高速（光速的60%~70%）冲击到工件表面，并在极短的时间内，将电子的动能大部分转换为热能，形成“小孔”效应，使工件被冲击部位的材料达到几千摄氏度，致使材料局部熔化或蒸发，达到焊接目的。激光器利用原子受激辐射的原理，使物质受激而产生波长均一，方向一致和强度非常高的光束。通过光学系统将激光束聚焦成尺寸与光波波长相近的极小光斑，其功率密度可达105～1011W/cm2，温度可达一万摄氏度，将材料在瞬间熔化和蒸发。 激光焊接分为热导焊和深熔焊，在深熔焊中，巨大的能量同样可以形成“小孔”效应，并随着工件的移动，“小孔”身后的材料迅速冷却凝固成为焊缝。 与传统焊接技术比较，激光焊接与电子束焊接都具有更多优异的特性。能量密度高（大于105W/cm2）； 焊接速度高（一般可以达到5~10米/分钟）； 热影响区窄（仅为焊缝宽度的10%~20%）； 热流输入少、工件变形小； 易实现自动控制、可在线检测焊缝质量； 非接触加工、无后续加工。 三、电子束与激光焊的性能比较 至今，电子束焊经过不断发展已经成为一种成熟的加工技术，无论是汽车制造，还是航空航天，都起着举足轻重的作用。而40多年来，激光加工已从实验室走向了实用化阶段，并进入了原来由电子束加工的各个领域，大有取代电子束加工的势头。但实践证明，激光和电子束作为高能量密度热源，除了具有很多相同技术特点外，在技术和经济性能上，针对不同的应用场合，仍有各自不同的特点。 焊接工艺精度变形热影响焊缝质量深宽比使用条件 电子束焊精密小小好 20:1 需要真空 激光焊精密小很小好 10:1 可选保护气体 电子束焊接的优点是相当突出的： 电子束的能量转换效率非常高（80%~90%），可以研制出很高功率的大
12mm板厚Q345真空电子束焊焊接工艺 一、目的 为了巩固所学常用特种焊接方法与设备的知识，熟悉有关资料，掌握焊接参数的选择和焊接设备的使用与维护，安排了为期一周的课程设计。通过本次焊接工艺设计，锻炼学生们的分析问题的能力，提高焊接操作技能。 二、母材技术状况 1、Q345的简介 Q345钢是一种钢材的材质。综合力学性能良好，低温性能尚好，塑性和焊接性能良好，可用于-40℃下寒冷地区的各种结构。(Q235钢的化学成分见表1） 表1 Q235钢的化学成分 C Si P S V Mn Q235A ≤0.20 ≤0.55 ≤0.045 ≤0.045 0.02~0.15 ≤1.7 Q235B ≤0.20 ≤0.55 ≤0.040 ≤0.040 0.02~0.15 ≤1.7 Q235C ≤0.20 ≤0.55 ≤0.035 ≤0.035 0.02~0.15 ≤1.7 Q235D ≤0.20 ≤0.55 ≤0.030 ≤0.030 0.02~0.15 ≤1.7 Q235E ≤0.20 ≤0.55 ≤0.025 ≤0.025 0.02~0.15 ≤1.7 2、焊接材料及尺寸 Q345 300mm×100mm×12mm 三、焊接设备 1、电子束焊简介 电子束焊是指在真空或者非真空环境下，利用汇聚的高能电子流轰击焊件接缝处产生的热能，使被焊金属熔合的一种焊接方法。电子束焊在工业上的已有50余年的历史，其技术的诞生和最初应用主要为了满足核能工业及宇航工业的焊接要求，目前，电子束焊应用范围已经扩大到航天、航空、造船、汽车、电机、电子、电器、机械、医疗器械、石油化工、能源领域。几十年来，电子束焊创造了巨大的经济效益及社会效益。 电子质量小，仅为9.1×10-31㎏，其核质比高达1.76×10-11c／㎏，通过电场、磁场均可对电子快速而精确地控制，因而电子束作为焊接热源，除了具有高能量密度外，还能精确的控制快速反应，在这方面电子束焊明显优于激光焊，后者只能用透镜和反射镜控制，反应速度慢，因而在真空条件下利用电子束进行焊接。具有以下特点： 与传统电弧焊方法相比较，电子束焊具有功率密度大，穿透力强，可实现不开坡口单道大厚度材料的焊接，节约大量填充材料，降低能源消耗，但电子束焊
机械工艺师∞００．１０５１电子束焊接技术的应用 口尹夕兵 近几年，我厂开发出日本五十铃系列ＭＳＡ、ＭＳＢ数种汽车变速器及ＴＣＭ叉车变速器，其产品的技术水平在国内处于领先地位。在齿轴零件的制造过程中，有些零件考虑其结构及加工工艺性，大胆采用了国内先进的电子柬焊接技术，应用效果较为显著，既提高了产品质量，又降低了生产成本。 一、设备概况 １．我厂现采用的电子束焊机是北京中科电气高技术公司生产的低真空齿轮焊接专用设备，型号为ＥＢＷ－－－４ＧＣ，焊接具有可靠的自动运行程序系统，操作方便、焊缝质量优良、重复精度高。 ２．设备的电子束加工原理，是由灼热阴极所发射的电子流在阴、阳极高压作用下加速，经过磁透镜汇聚到工件上，并冲击工件，将动能转化为热能。在功率密度高达１盯一１妒Ｗ／ｍＦ的条件下，使金属快速地加热、熔化完成焊接加工。 ３．加工特点 １）因为电子束的能量密度高，在加速高压作用下，电子被加速至１／２—１／３倍光速。使被轰击的工件焊缝处温度瞬间可达ｌＯ＇℃以上，几乎可熔化各种金属如黑色、有色、耐熔、活性金属及其合金，实现其焊接的目的。 ２）热影响区域小，焊缝的深宽比可达５０：ｌ，焊接变形较小（能量集中，产生高温时间短），当焊缝深度为３．４ｍｍ时，变形可控制在０．０１。０．０２ｒａｍ，可实施精加工后的焊接，即焊接后无需再进行加工。 ３）由于焊接过程是在真空中进行，排除了大气中的有害气体（如氢、氧等）的影响，焊接缺陷少。 ４）由于电子束能量密度高，焊接速度可以很高，生产率水平较高可达６０件／ｄ，时。 ５）焊接完成后可采用着色探伤或采用超声波探伤仪进行探伤检查，我厂现采用ｕＦ眦Ａ型智能超声波齿轮焊缝探伤机。 二、影响焊接质量的因素 １．材料的可焊性 根据钢的化学成份与焊接热影响区淬硬性的关系，把钢中的合金元素（包括Ｃ）的含量，按其作用折算成碳当量作为粗略地评定钢材焊接性的一种参考指 标。碳当量计算公式如下： ｎｎ．Ｍｎ．Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ．Ｎｉ＋Ｃｕ Ｌ冒２。＋百＋——『＿＋—话一 当岛≥０．３５时，可焊性较差。因为碳当量越高，淬硬性越大，形成马氏体焊接时极易产生裂纹，导致焊接无效。 ２．电子束焊缝处不需开坡口也不需大的倒角，且焊缝与凸起边缘应保持有０．７—１．５ｍｍ的距离。避免边缘被电子柬熔化，使工件报废。 ３．焊缝处配合间隙选用过渡配合Ｈ６，ｒ６或ＨＳ／ｒ７，以最大间隙≤０．０３ａｒｅａ，最大过盈≤０．０３Ⅻ为宜。焊后变形要求高时，应选择过盈较为合适。?４．压嵌深度相等，保持被焊面平整，以防焊偏或焊深减少。 ５．焊接夹具的定位及焊件与夹具的配合精度应合适。主要目的在于保证电子束准确地打在焊缝上。 ６．焊接前应进行清洗，需去除焊接表面的油污、杂屑等，而后进行烘干，并在６ｈ内实施焊接。 三、电子束焊接土艺实例 １．３ｔ液力叉车输入轴总成零件的加工 该零件系叉车变速器中较为复杂的零件之一，从工艺上分析其最大直径≠１３８与最小直径处≯３０差值很大，台阶长度较长，并且具有Ｉ／，１２６空腔。从材料利用或从毛坯锻造角度出发，不宜采用整体设计，否则，既浪费材料，又浪费机加工工时；另外输入轴外圆上多环形槽，且轴体一端有细长深孔，另一端又有渐开线花键内齿，离台器壳内腔壁薄，两端均有８等分槽，不宜采用整体设计，否则将造成机加工困难，甚至影响加工质量（见图１）。焊接部分进行防渗处理，输Ａ轴热处 图２翰Ａ轴总虞
电子束加工的发展与应用 摘要；电子束加工技术是近年发展起来的一种先进制造技术。利用高能量的会聚电子束的热效应或电离效应对材料进行的加工。电子束加工它在精密微细方面，尤其是在微电子学领域中得到较多的应用机械加工等方面的应用已受到广泛关注。主要介绍电子束的原理，发展与应用。 关键词：电子束电离效应材料加工 0 引言 电子束加工利用电子束的热效应可以对材料进行表面热处理、焊接、刻蚀、钻孔、熔炼，或直接使材料升华。电子束加工的特点是功率密度大，能在瞬间将能量传给工件，而且电子束的能量和位置可以用电磁场精确和迅速地调节，实现计算机控制。所以电子束加工应用方面非常广泛，是一种不可或缺的加工方法。 1 电子束加工的原理 1.1电子束原理 电子束是在真空条件下，利用聚焦后能量极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化，被真空系统抽走。电子束加工的基本原理是：在真空中从灼热的灯丝阴极发射出的电子，在高电压作用下被加速到很高的速度，通过电磁透镜会聚成一束高功率密度的电子束。当冲击到工件时，电子束的动能立即转变成为热能，产生出极高的温度，足以使任何材料瞬时熔化、气化，从而可进行焊接、穿孔、刻槽和切割等加工。由于电子束和气体分子碰撞时会产生能量损失和散射，因此，加工一般在真空中进行。电子束加工是以高能电子束流作为热源,对工件或材料实施特殊的加工,是一种完全不同于传统机械加工的新工艺。 2 电子束加工的发展 2.1电子束世界发展 电子束加工技术起源于德国。德国物理学家1948年发明了第一台电子束加工设备(主要用于焊、接)．1949年,德国首次利用电子束在厚度为0.5mm的不锈钢板上加工出直径为小于0.2mm的小孔。从而开辟了电子束在材料加工领域的新天地。1957年法国原子能委员会萨克莱核子研究中心研制成功世界上第一台用于生产的电子束焊接机,其优良的焊接质量引起人们广泛重视。20世纪60年代初期,人们已经成功地将电子束打孔、铣切、焊接、镀膜和熔炼等工艺技术应用到各工业部门中,促进了尖端技术的发展。微电子学的发展对集成电路元件的集成度要求不断提高,因而对光刻工艺提出了更高的要求,扫描电子束曝光机研制成功。经过几十年的发展，目前全世界已有几千台设备在核工、业，航空宇航工业及重型机械等工业部门应用。世界上电子束加工技术较先进的国家是德国、日母、美国、独联体以及法国等。 2.2 电子束我国发展 我国自20世纪60年代初期开始研究电子束加工工艺,经过多年的实践,在该领域也取得了一定成果。大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,采用电子束对材料表面进行照射,研究其对材料表面的改性。郝胜志等以纯铝材为基础研究材料,深入研究不同参数的脉冲电子束轰击处理对试样显微结构和力学性能的影响规律,进而获得强流脉冲电子束表面改性的一些微观物理机制,通过载能电子与固体表面的相互作
电子束焊接是一种利用电子束作为热源的焊接工艺。电子束发生器中的阴极加热到一定的温度时逸出电子，电子在高压电场中被加速，通过电磁透镜聚焦后，形成能量密集度极高的电子束，当电子束轰击焊接表面时，电子的动能大部分转变为热能，使焊接件的结合处的金属熔融，当焊件移动时，在焊件结合处形成一条连续的焊缝。对于真空电子束焊机，要焊接的工件置于真空室中，一般装夹在可直线移动或旋转的工作台上。焊接过程可通过观察系统观察。 电子束焊接技术因其高能量密度和优良的焊缝质量，率先在国内航空工业得到应用。先进发动机和飞机工业中已广泛应用了电子束焊接技术，取得了很大的经济效益和社会效益，该项技术从上世纪八十年代开始逐步在向民用工业转化。汽车工业、机械工业等已广泛应用该技术。 我国自行研制电子束焊机始于60年代，至今已研制生产出不同类型和功能的电子束焊机上百台，并形成了一支研制生产的技术队伍，能为国内市场提供小功率的电子束焊机。 近年来，出现了关键部件（电子枪，高压电源等）引进、其它部件国内配套的引进方式，这种方式的优点是：设备既保持了较高的技术水平，又能大大降低成本，同时还能对用户提供较完善的售后服务。北京航空工艺研究所以此方式为某航空厂实施设备的总体设计和总成，实现了某重要构件的真空电子束焊接；桂林电器科学研究所也通过这种方式开发了HDG(Z)-6型双金属带材高压电子束连续自动焊接生产线，该机加速电压120kV、束流0～50mA、电子束功率6kW，带材运行速度0～15m/min，从而使我国挤身于世界上能生产这种生产线的几个国家之一。北京中科电气高技术公司近期为上海通用汽车公司研制成功自动变速车液力扭变器涡轮组件电子束焊机，70 s内可完成两条端面圆焊缝的焊接，并已投入商业化生产。 目前，以科学院电工所的EBW系列为代表的汽车齿轮专用电子束焊机占据了国内汽车齿轮电子束焊接的主要市场份额；我国的中小功率电子束焊机已接近或赶上国外同类产品的先进水平，而价格
特种焊接技术试题 一、选择题（单选每题2分，多选每题4分，共40分） （ B ）1. 激光加工一般利用激光的。 A、高亮度 B、热效应 C、相干性 D、高方向性 （A）2.“氟、氢原子反应时，能形成处于激发态的氟化氢离子从而产生激光”，描述的是那种激光器。 A、气体激光器 B、液体激光器 C、半导体激光器 D、化学激光器 （D）3.下面选项中那种焊接方法是不受使用条件限制的。 A、等离子束焊 B、电子束焊 C、氩弧焊 D、激光焊 （C）4、YGA晶体激光器中的晶体是综合性能最优异的激光晶体，它的激光波长是。 A、1微米 B、1024微米 C、106微米 D、1.64微米 （ ABC）5、激焊光的优点包括（）。 A、能量密度高 B、穿透力强 C、精度高 D、装配简单 （ BCD ）6、激光产生的三要素包括()。 A、反光镜子 B、激励源 C、介质 D、谐振腔 （ABD）7、下列属于高能束流焊的是（） A、等离子弧焊 B、电子束焊 C、氩弧焊 D、激光焊接 8、电子的质量为（） A、9.1×10-31kg B、9.1×10-30kg C、8.1×-31kg D、8.1×10-30kg 9、电子束焊的可以一次焊透300mm的厚板，焊道的深宽比高达（） A、10:1 B、30:1 C、40:1 D、60:1 10、激光焊时要防止的危害有（） A、高压 B、X射线 C、激光照射 D、有毒烟气二、填空题（每空1分，共25分） 1、高能束流焊有（）、（）、（）等。 2、激光焊设备主要由（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）等组成。 3、电子束焊的主要焊接参数包括（）、（）、（）、（）、（）等。 4、自20世纪（）年代第一台激光器问世以来，激光的研究机器在各个领域的应用得到迅速发展。 5、电子束焊的接头形式有（）、（）、（）、（）、（）等。 6、按激光对工件的作用方式，激光焊分为（）激光焊和（）激光焊；按功率密度，激光焊分为（）激光焊和（）激光焊。 三、简答题（35分） 1、请简单叙述一下电子束焊接的概念？（10分） 2、试述激光焊接的实质？（10分） 3、激光焊的危害有哪些？如何做好防护？（15分） 精选
2mm 板厚304L 真空电子束焊焊接工艺 电子束焊接是利用空间定向高速电子束焊（EBW ）是指在真空或非真空环境中，利用汇聚的高速电子流轰击焊件接缝处所产生的热能，使被焊金属融合的一种焊接方法。电子束焊接是一种高能束流焊接方法,可以焊接熔点、热导率、溶解度相差很大的异种金属。可以焊接热处理强化或冷作硬化的材料，而对接头的力学性能没有太大的影响。可实现不开坡口单道大厚度材料的焊接，节约大量填充材料，降低能源消耗，焊接速度快、焊缝组织性能好，焊接变形小，焊缝纯度高、接头质量好，工艺适应性强，可焊材料多，再现性好，可简化加工工艺。 一、设计题目及要求 2mm 板厚304L 真空电子束焊焊接工艺 母材尺寸：300mm ×100mm ×2mm 的304L 试件二块。 二、母材性能介绍 304L 不锈钢是一种通用性的不锈钢材料，它广泛地用于制作要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件。 304L 是碳含量较低的304不锈钢的变种，较低的碳含量使得在靠近焊缝的热影响去中所析出的碳化物减少至最少，而碳化物的析出可能导致不锈钢在某些环境中产生晶间腐蚀。 1、母材化学成份见表1： 2、母材的物理、力学性能见表2 ： 表2 304L 物理、力学性能
三、焊接设备的选择及特性 选择高真空电子束焊。 1、高真空电子束焊机型号EZ-60/100 如图1 图1、 EZ-60/100焊机 选用电子束焊设备时，应综合考虑被焊材料、板厚、形状、产品批量等因素。一般来说，焊接化学性能活泼的金属（如W、Ta、Mo、Nb、Ti）及其合金应选用高真空焊机；焊接易蒸发的金属及其合金应选用低真空焊机；厚大焊件应选用高压型焊机，中等厚度工件选用中压焊机；成批量生产时应选用专用焊机，品种多、批量小或单件生产选用通用型焊机。所以选用EZ-60/100型号电子束焊机,制造商是桂林师达，特性是焊接时不需要填充焊丝或其他材料；超精密焊接，焊接深度可在0.05～100mm范围内精确控制；焊缝深宽比大，中压焊机可达25:1以上，高压焊机可达到60:1以上；热影响区小，使焊后工件变形小；可进行数控精密焊接，能焊接复杂几何形状；焊后不需要进行焊缝表面处理和加工，大大减少机加工工作量；焊接速度快，效率高，特别适合大批量生产；可焊接各种金属，包括不同种金属和难熔金属；由于焊接是在真空中进行，还可采用扫描搅拌焊接，因而有利于焊接过程中气体杂质的排出，且焊缝表面光亮美观、无氧化现象。电子束焊机结构原理如图2所示。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/0414021457.html, 电子束焊接技术的应用 作者：张川 来源：《硅谷》2012年第05期 摘要：电子束焊接有自己的优势，在各行各业当中应用十分广泛，焊接技术要想获得高质量的焊缝，需要注意很多问题。介绍电子焊接技术的特点，总结它在电子、汽车以及航天等领域当中的应用现状；并且通过分析，探讨影响电子束焊接质量的因素和展望电子束焊接的未来发展。 关键词：电子束；焊接技术；应用 中图分类号：TG439.3 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0310123－01 电子束焊接是把高能密度电子束作为能量的载体来实现材料和构件焊接的工艺方法，在经过了五十多年的发展之后，电子束焊接技术不仅仅应用在高新的技术领域，已经成为了工业领域当中的一项重要的加工工艺。电子束焊接与激光焊接相比，各有各的优势，电子束焊接的特点有：加热面积小、焊接的速度很快、输入的能力密度很高、电子束的穿透深、控制起来很方便，而且真空焊接没有受到污染。电子束焊接适合用于高效、精密、穿透深度大或者是特殊的焊接。电子束焊接是一种很好的热加工手段，而且是比较成熟的技术，发展趋势也很好，电子束焊接技术的应用领域和质量控制等内容都在迅速发展当中。从上个世纪六十年代开始我们就开始使用电子焊接技术，所涉及到的材料包括有色金属、不锈钢、陶瓷、合金以及高熔点金属等等，所涉及到的工件结构很多，主要是精密的中小型的零件。 1 电子束焊接的特征和分类 1.1 电子束焊接的特征 电子束焊接所使用的是高能量密度的电子束，而且所有的电子束集中作用，这使得电子束焊接的形成机理与其它的焊接有很大的不同。电子束的焊接的程序是：经过高压加速装置，形成高功率的电子束流，之后使用磁透镜得到很小的焦点，之后经过焊接，电子的动能变为热能，实现焊接的目的。电子焊接的特点是：加热功率密度大，焊接速度快；可以得到合适的焊接；真空焊接的焊缝有很高的纯洁度；焊接工艺具有很强的适应性；可以焊接很多金属材料；热影响区域很小，变形小。当然，电子束焊接技术也有不足之处，焊接复杂，所需要的费用会比较高；对接头装配的要求比较严格；真空焊接的时候受到工作室的限制，每次都需要重新抽真空；冷却会快速凝固，很容易引起焊接的缺陷；容易受到磁场的干扰。 1.2 电子束焊接的分类
真空电子束焊质量控制与检验 文章主要介绍了传动轴真空电子束焊接过程中焊接质量控制与检验的重要性，通过控制电子束焊缝形成的全过程，检测结果焊缝质量和性能指标等方面都满足设计图纸的要求，说明焊接质量管理体系符合现代全面焊接质量管理的要求。 标签：真空电子束焊；质量管理；焊接质量控制；焊接缺陷 1 传动轴工艺路线制定 焊接结构制造工艺过程主要取决于焊接产品的结构形式和质量要求，动力传动轴结构复杂、质量要求高，其制造工艺也比较细化。根据焊接结构分析制定了下述的制造工艺，主要包括焊前清理、装配、焊接、焊后热处理、焊接检验等。 具体工艺路线如下： 配套—钳工清理—退磁—装配—电子束焊—消除应力—磁力探伤—CT检验—理化分析（焊前试件）—退磁—装配—电子束焊—消除应力—磁力探伤—X光检验—CT检验—理化分析（焊后试件）—动平衡—表面喷漆—终检 2 质量评定 对应零件结构分别加工出图1结构的焊接试验件，试件材料为9310钢，材料性能指标符合设计图纸规定，按照钳工清理—退磁—装配—电子束焊—消除应力—磁力探伤—CT检验—理化分析等工艺流程进行了工艺试验，确定了真空电子束焊接参数。 试验件焊接后进行无损探伤和理化分析。无损探伤包括磁粉检验、X光检验和CT检验；理化分析包括低倍金相检验、高倍金相检验和力学性能试验。 （1）磁力探伤。按验收标准对焊缝进行磁力探伤检验，先用连续法后用剩磁法，尺寸等于或大于0.2mm的夹渣、气孔等缺陷不允许存在，磁粉检验合格。 （2）X光检验。按HB5358.2进行X射线检验，焊缝等级1级，单个缺陷尺寸小于0.2mm，缺陷之间的最小距离为4D（D为最大缺陷尺寸），100mm长焊缝内部允许的气孔或夹渣数目少于2个。焊缝内部不得有裂纹、未焊透、未熔合、尖角型缩孔或夹渣等缺陷，X检验合格。 （3）CT检验。按GJB5312进行工业CT检验，检测单个缺陷尺寸小于0.25mm，增加一轮工业CT检验，第二轮检测的起始点比第一轮的起始点高0.125mm，CT检验合格。
电子束焊接技术在工业领域应用及发展趋势 姓名： 学号： 班号：
电子束焊接技术在工业领域应用及发展趋势 姓名：学号：班号： 摘要：本文概述了电子束焊接技术的定义以及一些特点和不足，并简要阐述了电子束焊接技术在航空航天、汽车制造、电子等工业技术中的应用，并分析了其未来的发展前景与趋势。 关键词：电子束焊接技术工业特点发展 1.前言 电子束焊接技术是将高能电子束作为加工热源,用高能量密度的电子束轰击焊件接头处的金属 ,使其快速熔融 ,然后迅速冷却来达到焊接的目的。 在当今时代，电子束焊接术的每一个进步的积累使人类的航空制造技术更加的完善和强健。电子束技术的高稳定和高强度的特性使飞行器冶金有了更加先进科学和结构精密的设计。目前存在的重要的技术实际上是在减少分解，加热，和残余应力的同时来减少氢脆变，限制氧气和氢污染物。电子束焊接技术作为焊接整合领域的重要技术，目前已经越来越深地影响到航空飞行器的制造和设计领域。这其中重要的原因是它有着先进的自动焊缝跟踪，射束偏转，多溶池焊接。 2．电子束焊接特点： 1 )电子束焊接的能量密度高 ,可焊接一般电弧焊难以实现的焊缝; 2)电子束焊接是在真空中进行 ,焊缝的化学成分稳定且纯净 ,接头强度高 ,焊缝质量高; 3)电子束焊接速度快 ,热影响区小 ,焊接热变形小; 4)电子束焊接适用于焊接几乎所有的金属材料，尤其适合铝材焊接; 5)电子束焊接可获得深宽比大的焊缝 (20∶ 1～50∶ 1) ,焊接厚件时可以不开坡口一次成形; 6)电子束焊接结合计算机技术 ,实现了工艺参数的精确控制 ,使焊接过程完全自动化。 电子束焊接技术是目前发展最快 ,应用最为广泛的电子束技术。[1] 同时，电子束焊接方法也有一些不足,如：电子束焊机结构复杂,控制设备精度高,所需费用高；冷却过程中
一、非真空电子束 电子束焊接是经精确聚焦的高速电子束对工件轰击的过程, 电子流冲击到工件上时, 动能就转变为热能。电子的质量很小, 它和质量较大的物体冲撞后就要减速或发生偏转。电子的速度主要取决于焊枪的加速电压, 而电子的飞行距离R , 取决于加速电压、工作气氛的密度和气体分子或原子的质量。因此, 非真空电子束焊接时, 必须做到:（1）电子束发生器仍处于真空中, 将电子束无损耗地引入大气中,（2）提高环境气氛的温度和降低气氛的原子量。 电子枪体的改进：1、用带孔的板把枪室分成几段分别抽气，在不大的距离内造成很大的真空梯度。2、（荒田吉明）将电子束引出孔道改成阶梯形，电子束通过时产生气流扰动，对防止气流进入枪室起到较好效果，圆锥形。3、通孔结构，可以在极短的长度上产生压降，从而使真空泵抽气量降低到最小。 保护气氛和工作距离：在电子束引出口和工件的下方各安装一个惰性气体喷嘴，焊接时保护气体保护焊缝金属不受大气污染和氧化。（工作距离：引出口到工件表面，D越大熔深越浅）（环境气氛的影响：分子量越小熔深越大，氦气>空气>氩气。）（气体的温度越高，熔深越深：） 二、电子枪的工作情况 目前非真空电子束焊机中所使用的是由灯丝(阴极)、栅极和阳极构成的自会聚和自加速的三极枪, 其发射电子束的方式与电视显象管中简单的二极枪非常类似, 即阴极加热后, 其表面的电子处于自由逸出状态,同时阴极对环状阳极又有非常高的直流负电位。为了控制电子束流, 在栅极上加有比阴极更负的直流栅偏压, 束流大小可通过改变栅偏压而加以调节。
电子束功率损耗： 它在电子枪内部通道上的动能损失很小。当穿过最下面的阻尼孔后, 由于和周围大气中气体原子或分子间的散射碰撞所造成的漂移, 使电子束立即发散而降低功率密度。不过, 其总功率并无明显损失。电子束与周围气体碰撞并使其电离后所摄得的照片, 但实际上使周围气体电离的电子乙束比照片中所显示的要细得多。电子束在离开最下面的阻尼孔后不同距离处的功率密度分布表明，其总功率在一个较大的距离范围内相当稳定, 但距离增加时, 束径随之增大, 功率密度相应降低。功率密度随距离增加而降低的量除与束散有关外, 并与周围大气的密度及其原子序数成正比。因此, 当其他条件相同时,非真空电子束焊接输入到工件上的功率密度将明显地取决子所使用工作气体的种类。 三、真空度概念 按照焊接熔池免遭大气作用的程度不同，电子束焊接可分为工作真空度在1.33×10-1～1.33×10-4Pa 之间的高真空电子束焊接，工作真空度在 1.33～66.65Pa 之间的低真空电子束焊接，以及在大气压下进行的非真空电子束焊接。然而这三类焊接装置的电子枪(或称电子束发生器)都必须工作在1.33×10-3Pa以上的高真空中。 四、应用 从材料上看，高真空设备适合焊接难熔金属、活性金属、耐热合金和精密合金等。从零件上看，高真空设备适用于电子工业、仪器制造、精密机械中的精密零件焊接，以及航空航天、核工业中的中、小型或大型零件的焊接，如核燃料元件、液体火箭发动机部组件、以及航空发动机构件。从生产的角度看，高真空设备适用于生产效率较低，尺寸大小可以装进真空室中焊接的单件或小批量生产。