电子束焊接技术研究及进展

糖者按：电子柬焊接是一种先进、成熟的高能束焊接技术，在国外航空、航天、核能、动力、机械、ｉ气车、电子医疗器械等众多制造技术领域发挥了重要作用，产生了巨大效益。

在我国实现工业化的进程中，先进的电子束焊接技术在我置射造韭中诬蕴藏着巨大的应甩潜力和广阔的开发空同。

作者通过对大量资料的分析研究，撰写此文，旨在宣传、推动、发展我国的电子束焊接技术。

本ｆ！Ｉ将分期连载。

以飨读者。

电子束焊接技术发展历史、现状及展望（Ｖ）首都航天机械公司刘春飞张益坤诸斗８文摘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４我国电子束焊接技术发晨概况４．１早期研发我国是世界上最早开发电子束焊机的国家之一。

早在１９５８年便开始了电子束焊机的研究和试制Ｉ作．１９６０年上海电焊机厂在已试制成功真空系统及高压整流电源的基础上．与清华大学合作．进一步提高电子枪的发射电流和电子束的聚焦质量．研制成功我国第一台真空电子束焊机。

型号ｚＤ一３０。

电压１５ｋｖ，束流２００ｍＡ。

焦点直径２—５ｍｍ。

采用直热式阴极的定枪结构。

阴极系用直径Ｏ．５ｍｍ钨丝绕成直径６ｍｍ的盘香状。

该焊机于当年通过国家鉴定．定型为ｚＤ一６．先后生产了十余台。

后来．该型焊机又进行改进．电压升为２２ｋｖ最高可达３０ｋｖ。

阴极改为钽片。

并为我国核Ｉ业生产了第一台专用型电子束焊机．型号定为ｚＤ一６—１型。

１９６５年又研制成功Ｅｓ一３０／２５０型（即ｚＤ一７．５型ｊ真空电子束焊机（３０ｋｖ，２５０ｍＡ，７．５ｋｗ）。

采用间热式阴极，移动式电子枪结构．到１９７５年陆续生产了２０台左右。

后来还研制了Ｅｓ一３—１型大真空室电子束焊机。

在此期间．我国的高等院校和研究所也纷纷开展电子束焊接设备和Ｉ艺的研究Ｉ作．取得收稿日期：２００３．０９—３０４８了许多成果。

新型焊接接头电子束焊工艺研究摘要：真空电子束焊是在真空状态下利用空间会聚的高速电子流，在撞击工件后将部分动能转化为热能，从而使被焊工件熔化实现焊接。

具有焊缝深宽比大、焊接速度高，热影响区小，焊接变形小等优点。

航天器产品焊缝一般采用电子束焊连接方式，焊缝结构通常采用锁底接头和对接接头。

本文主要分析新型焊接接头电子束焊工艺研究。

关键词：真空电子束焊；焊接接头；焊接工艺引言真空电子束焊接过程中的焊接变形过大问题，摸索出一套通过焊接参数优化、焊接胎具改进、焊接顺序和起弧位置优化控制多段型工件焊接变形的方法，显著减小了焊接变形进而提高了焊后工件的同轴度，保证了后续加工成品率。

因采用一次装卡焊接多条焊缝的方法，减少了抽真空与装卡时间，单件工件焊接时间减少一半，显著提高了生产效率。

1、焊接接头简介1.1常用焊接接头航天器产品焊接常用锁底接头，优点是便于装配对齐；锁口较小时，焊后可避免留下未焊合的缝隙；由于焊缝根部有锁底，可以起到避免焊穿和多余物的作用。

对接接头也常用于电子束焊接，具有受力好，强度大，应力集中较小和节省金属材料等优点。

由于每两个零件间都需配合紧密，致使3个零件加工比较繁琐，其次3个零件两两相互焊接产生2条焊缝，分别焊接的效率低，焊后累加变形大，并增加了焊缝探伤和检漏成本。

1.2新型焊接接头针对上述问题，我们设计了一种新型焊接接头，即在两个对接零件之间加一个有小凸台带托底结构。

此焊接接头可以实现上述两种接头优点，装配简单，应力集中小，强度大，三个零件两条焊缝通过调节凸台尺寸和焊接熔合宽度进行一次点焊，一次圆周焊接使与凸台相连的两个零件形成的焊缝熔合成型。

2、焊接技术常见的缺陷2.1在焊接后出现裂纹缺陷焊接中所出现的裂纹根据不同的条件以及不同的原因可能会产生冷裂纹、热裂纹以及再生裂纹等几种不同的裂纹。

在两百摄氏度以下所产生的裂纹叫做冷裂纹，冷裂纹的产生与氢元素有密不可分的关系。

如果对大的具有一定厚度的工件选用不适合的预热温度，或者焊接后的冷缓措施做的不够好，将可能会产生冷裂纹。

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abstract:the electron beam welding(ebw) and its main characteristics are introduced,and the recent applications of electron beam welding on various industries including aviation and aerospace,electron and instrument,automobile are concluded. the progress trend of ebw also is prospected. key words:electron beam welding;recentapplication;development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。

电子束焊接新工艺介绍电子束焊接是一种高能束焊接工艺，利用高速电子束来熔化和连接金属材料。

它具有高效、高精度和无污染等优点，因此在航空航天、能源、电子和汽车制造等领域得到了广泛的应用。

本文将介绍电子束焊接的原理、应用以及其在新工艺中的创新。

1. 电子束焊接原理电子束焊接利用高速电子束的热能将焊件加热到熔点，并通过材料的自身表面张力形成液态金属池，从而实现焊接。

电子束产生器通过热发射电子枪发射高速电子束，通过电子光学系统将电子束聚焦到焊接点上。

在焊接过程中，焊件表面与电子束相互作用，将大部分电子能量转化为热能，使焊接点迅速升温并熔化。

2. 电子束焊接的应用电子束焊接广泛应用于如下领域：2.1 航空航天领域航空航天领域对焊接接头的质量和可靠性要求非常高。

电子束焊接由于其高能量聚焦和熔池稳定性的特点，成为航空航天部件的首选焊接工艺，能够确保接头的强度和密封性。

2.2 能源领域电子束焊接广泛应用于核电站中的管道和容器的焊接，能够保证焊缝的强度和耐高温性能。

同时，在太阳能光伏领域，电子束焊接可以高效地连接光伏电池片和电池组件，提高太阳能电池的转换效率。

2.3 电子领域电子束焊接可以用于连接微电子器件和半导体材料。

其高能量聚焦和熔池稳定性使得焊缝的尺寸控制精度高，适用于微尺寸器件的焊接，如微芯片、集成电路和MEMS。

2.4 汽车制造领域电子束焊接在汽车制造中常用于焊接车身结构和发动机部件。

电子束焊接可以实现高强度焊缝和减少变形，提高汽车的结构强度和安全性能。

3. 电子束焊接新工艺创新近年来，电子束焊接工艺在不断创新发展中引入了一些新的技术和方法。

以下是一些典型的创新应用：3.1 多束电子束焊接多束电子束焊接利用多个电子束同时对焊件进行加热，可以提高焊接速度和效率，同时减少焊接变形。

这种方法广泛应用于大批量零件的快速焊接，如汽车车身焊接和飞行器结构焊接。

3.2 电子束熔覆电子束熔覆是一种利用电子束加热将金属粉末加热到熔点，并喷射到基体表面形成涂层的工艺。

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 。

其实,高速电子在金属中的穿透能力非常弱,如在100 kV 加速电压下仅能穿透0. 025 mm。

焊接新技术-电⼦束焊电⼦束焊⼀、电⼦束焊的基本原理电⼦束焊是⼀种⾼能束流焊接⽅法。

⼀定功率的电⼦束经电⼦透镜聚焦后，其功率密度可以提⾼到106 W/cm2以上，是⽬前已实际应⽤的各种焊接热源之⾸。

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热物理性能等因素有密切的关系。

⼆、电⼦束焊的特点1．电⼦束焊的优点（1）电⼦束穿透能⼒强，焊缝深宽⽐⼤。

通常电弧焊的深宽⽐很难超过2：1，⽽电⼦束焊的深宽⽐可达到60：1以上，可⼀次焊透0.1~300mm厚度的不锈钢板。

（2）焊接速度快，热影响区⼩，焊接变形⼩。

电⼦束焊速度⼀般在1m/mm 以上。

电⼦束焊缝热影响区很⼩。

由于热输⼈低，控制了焊接区晶粒长⼤和变形，使焊接接头性能得到改善。

由于焊接变形⼩，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尺⼨精度。

（3）焊缝纯度⾼，接头质量好。

真空电⼦束焊接不仅可以防⽌熔化⾦属受氢、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，也常⽤于焊接真空密封元件，焊后元件内部保持在真空状态。

可以通过电⼦束扫描熔池来消除缺陷，提⾼接头质量。

（4）再现性好，⼯艺适应性强。

电⼦束焊的焊接参数可独⽴地在很宽的范围内调节，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。

通过控制电⼦束的偏移，可以实现复杂接缝的⾃动焊接；电⼦束在真空中可以传到较远（约500mm）的位置上进⾏焊接，因⽽也可以焊接难以接近部位的接缝。

对焊接结构具有⼴泛的适应性。

（5）可焊材料多。

电⼦束焊不仅能焊接⾦属和异种⾦属材料的接头，也可焊⾮⾦属材料，如陶瓷、⽯英玻璃等。

真空电⼦束焊的真空度⼀般为5×10-4Pa，尤其适合焊接钛及钛合⾦等活性材料。

2．电⼦束焊的缺点：（1）设备⽐较复杂，投资⼤，费⽤较昂贵。

（2）电⼦束焊要求接头位置准确，间隙⼩⽽且均匀，因⽽，焊接前对接头加⼯、装配要求严格。

航空发动机制造的电子束焊接技术分析航空发动机制造是航空工业中的重要一环，而电子束焊接技术则是航空发动机制造中不可或缺的关键工艺之一。

本文将对航空发动机制造中电子束焊接技术的应用进行深入分析，对该技术的原理、优势和发展趋势进行探讨。

一、电子束焊接技术的原理电子束焊接是一种利用电子束的高速能量来熔化焊缝，并实现焊接的工艺。

其原理是在真空或几乎真空的环境中，利用电子枪产生高速电子束，通过控制电子束的运动轨迹和能量大小，将其瞄准焊接部位，使焊接部位受到电子束的瞬间高温熔化，从而实现焊接。

电子束焊接技术的主要特点包括焊接温度高、焊缝较窄、热影响区小、焊接速度快、热变形小等。

这些特点使得电子束焊接技术在航空发动机制造中具有得天独厚的优势，成为航空发动机关键零部件焊接的首选技术之一。

1. 高温合金零部件的焊接航空发动机中使用的大部分零部件都是由高温合金材料制成的，而这些高温合金材料往往难以进行常规的焊接。

而电子束焊接技术的高能量密度和局部加热能力，使其能够轻松应对这些高难度的焊接任务。

航空发动机中的涡轮叶片、轴承支座等关键零部件的焊接往往采用电子束焊接技术，确保了零部件的高质量和可靠性。

2. 不锈钢和钛合金的焊接航空发动机中有些零部件的结构非常复杂，包括内部空腔、壁厚不均匀、边缘形状复杂等特点。

这些零部件的焊接需要一定的工艺技术和装备保证。

而电子束焊接技术由于其焊接过程不受重力和惯性的影响，能够在复杂结构零部件的焊接工艺中发挥其独特优势，确保焊接质量。

1. 自动化程度提高随着航空发动机制造的数字化和智能化程度不断提高，电子束焊接技术也向着自动化方向不断发展。

自动化的焊接设备和控制系统能够实现焊接过程的智能化控制和监测，提高焊接效率和质量。

2. 材料范围扩大随着航空发动机制造中新材料的不断涌现，电子束焊接技术也在不断扩大其适用材料的范围。

除了传统的高温合金、不锈钢和钛合金，电子束焊接技术也逐渐应用于复合材料、高强度钢等新型材料的焊接工艺中。

电子束焊接技术的最新进展电子束焊接技术是一种新兴的焊接技术，其特点是焊接速度快、焊接质量高、对焊接物表面的准备要求低等特点，目前已经广泛应用于航空航天、电子、汽车等领域。

本文将会探讨电子束焊接技术的最新进展。

一、电子束焊接技术概述电子束焊接技术，是利用电子束的高速度和高能量进行焊接的一种方法。

该技术可以在高真空环境下进行，温度和气压几乎没有影响，因此可以保证焊接的质量和稳定性。

不仅如此，电子束焊接技术还可以对大型、复杂的结构进行精密焊接，如航空发动机燃烧室、火箭发动机臼板等。

电子束焊接技术的原理比较简单，就是利用电子束在焊接区域产生高热，使得焊接区域的金属融化，进而形成焊缝。

因为电子束可以比其他热源更容易地聚焦到极小的面积内，所以焊缝的宽度非常细，一般在0.1-0.2mm之间。

二、电子束焊接技术的最新进展1.高功率电子束焊接技术电子束焊接技术在航空航天、汽车、电子、船舶等领域得到了广泛应用，但是传统的电子束焊接技术存在焊接速度受限、焊接深度不够等一些局限性。

近年来，随着高功率电子束源的出现，电子束焊接技术的局限性得到了改进。

高功率电子束焊接技术可以提高焊接速度和焊缝深度，从而大大提高了电子束焊接的效率和质量。

2.复合材料电子束焊接技术复合材料在飞机、汽车、车辆、运动器材等领域应用广泛，传统的焊接方法会导致材料的损伤和热变形。

而电子束焊接技术可以减少这些负面影响，并进行更加精细的焊接。

利用电子束焊接技术，可以实现不同种类、不同厚度的复合材料之间的焊接，而且焊接效果非常好，焊缝强度高，且没有损伤。

3.自适应控制技术电子束焊接技术的焊接质量非常依赖于焊接过程的精密度和稳定性，如果焊接过程中出现一些变化，很可能会导致焊接效果的下降。

自适应控制技术可以通过对焊接过程中各个参数的实时监测和调整来确保焊接质量始终保持在最佳状态。

这种技术可以提高焊接的成功率和通过率，并且减少因焊接过程中出现问题而导致的损失。

4.数字焊接技术数字焊接技术基于数学模型和物理模型，采用数值计算方法对焊接过程进行模拟分析。