电子束焊接工艺

第一单元电子束焊(EBW)一、教学目的和要求概括了解电子束焊的概念、原理、优缺点及发展情况。

二、教学学时安排4学时三、教学方法多媒体教学、讲授法、模拟演示法、案例分析法四、教学重点原理、优缺点。

五、教学内容知识模块一电子束焊概述电子束焊（Electronic Beam Welding，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，使被焊金属熔合的一种焊接方法。

1948年德国科学家发现电子束可以用来加工材料，1951年对红宝石打孔和图案刻蚀；1954年法国科学家探索了真空电子束法（焊接活泼金属），1958年第一台工业用电子束焊机出售给美国西屋公司。

几十年来，电子束焊创造了巨大的经济及社会效益。

应用领域:航空与航天：飞行器构件；喷气发动机构件。

动力与原子能：压力容器；气轮机喷管隔板；核反应堆的芯子与真空容器。

电子与医疗：继电器壳体；压力传感器；心脏起搏器壳体。

电机与仪表：电机定子、转子的叠片；膜盒。

汽车工业：变速齿轮；同步器与齿轮；点火分配器；短轴与车轴；后桥。

其他方面：双金属锯条、热敏元件、冷却器、轴承环、滚刀。

能力知识点1电子束焊接的基本原理能力知识点2 电子束焊的特点及分类一、电子束焊的特点1、优点功率密度高：Pmax=100kW, Pd= 106～108w/cm2焊缝深宽比大：60:1, t=0.1～300mm焊接速度快: HAZ小，变形小；焊缝组织性能好焊缝纯度高：真空适用性强：参数可调范围大，可以实现复杂接缝的自动焊接；焊接难以接近部位的焊缝。

可焊材料多：金属、非金属等再现性好：易于实现机械化、自动化控制，提高了产品质量的稳定性。

可简化加工工艺：可将复杂的或大型整体结构件分为易于加工、简单或小型部件，用电子束焊将其焊接为一个整体，减少加工难度，节省材料，简化工艺。

2．电子束焊的缺点（1）设备复杂，一次性投资大，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，焊前对接头加工、装配要求严格；（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X射线，需要操作人员严加防护。

特种焊接——电子束焊新技术和新工艺目录1.前言2.电子束焊的特点3.电子束焊焊接方法的分类4.电子束焊的主要优缺点5.电子束焊的应用范围6.电子束焊的设备与装备7.电子束焊的焊接工艺8. 电子束焊的工艺参数9.获得深熔焊的工艺方法10.总结1.前言在各种产品制造工业中，焊接与切割（热切割）是一种十分重要的加工工艺。

据工业发达国家统计,每年仅需要进行焊接加工后使用的钢材就占钢总产量的45%左右。

金属焊接是指通过适当的手段，使两个分离的金属物体（同种金属或异种金属）产生原子（分子）间结合而连接成一体的连接方法。

焊接不仅可以解决各种钢材的连接，而且还可以解决铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接，因而已广泛应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、石油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术及建筑等部门。

随着现代工业生产的需要和科学技术的蓬勃发展，焊接技术不断进步。

仅以新型焊接方法而言，到目前为止，已达数十种之多。

特种焊接技术是指除了焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等一些常规的焊接方法之外的一些先进的焊接方法，如激光焊、电子束焊、等离子弧焊、扩散焊等。

生产中选择焊接方法时，不但要了解各种焊接方法的特点和选用范围，而且要考虑产品的要求，然后还要根据所焊产品的结构、材料以及生产技术等条件做出初步选择。

电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。

电子束撞击工件时，其动能的96%可转化为焊接所需的热能，能量密度高达310～510KW/2cm ，而焦点处的最高温度达5953C 左右。

电子束焊是一种先进的焊接方法，在工业上的应用只有不到60年的历史，首先是用于原子能及宇航工业，继而扩大到航空、汽车、电子、电器、机械、医疗、石油化工、造船、能源等工业部门，创造了巨大的社会经济效益，并日益受到人们的关注。

2.电子束焊的特点电子束焊（electronic beam welding ）是高能量密度的焊接方法，它利用空间定向高速运动的电子束，撞击工件表面并将动能转化为热能，使被焊金属迅速融化和蒸发。

2mm板厚304L真空电子束焊焊接工艺一、母材技术状况1、材料化学成分,见表1：表1 304L钢板的化学成分w(%)2、材料的力学性能，见表2：表2 304L钢板的力学性能3、母材数量：2块二、焊前准备1、关于坡口和填充金属：电子束焊时可不开坡口和填充金属2、工件尺寸：300mm×100mm×2mm3、接头形式：无坡口对接形式4、坡口区域油、锈、水的处理：常用丙酮溶剂。

强力去油时，可先用氯化烃类溶剂，随后须将工件放在丙酮内彻底清洗。

5、焊件装配：焊件装配时力求紧密接触，接缝间隙应尽可能小而均匀，并使接合面保持平行。

装配间隙为0.10mm。

6、抽真空：电子束焊机的抽真空程序通常自行进行，可以保证各种真空机组和阀门正确地按顺序进行避免由于人为的误操作而发生事故。

7、焊前预热：对2mm板厚304L加热引起的变形不会影响工件质量，可在真空室内用散焦电子束来进行预热。

304L不锈钢的焊前预热温度为100℃～150℃8、焊接要求：单面焊双面成形三、焊接设备与工具1、真空电子束焊机:型号EZ-60/100，如图1所示：2、工具（1）夹具：薄板导热性差，电子数焊接时局部加热强烈，为防止过热，可采用夹具。

（2）焊接防护工具：耐高压的绝缘手套、绝缘鞋，防护眼镜。

四、焊接工艺参数1、电子束焊的主要焊接参数：包括加速电压、电子束电流、焊接速度、聚焦电流和工作距离等。

这些参数直接影响到焊缝的熔深和几何形状。

2、主要焊接参数的选择，见表3:表3 2mm板厚304L电子束焊工艺参数六、安全与防护3、焊接参数的影响（1）提高加速电压可增加焊缝的熔深（2）电子书电流与加速电压一起决定着电子束焊的功率（3）焊接速度主要影响焊缝的熔深、熔宽以及熔池的冷却、凝固等（4）聚焦状态对焊缝的熔深及成形影响较大（5）工作距离适当变小可增加电子束功率密度五、焊接缺陷及控制措施1、电子束焊缺陷种类：未熔合、咬边、塌陷、气孔、裂纹以及熔深不均、长空洞、中部裂纹和由于剩磁或干扰磁场造成的焊道偏离接合线等2电子束焊接缺陷的控制：（2）适当的散焦可以加宽焊缝，有利于消除和减小熔深不均六、安全事项1、防止高压电机的措施：（1）高压电源和电子枪应保证有足够的绝缘，绝缘试验电压应为额定电压的1.5倍（2）设备应装置专用地线，外壳用截面积大于12㎜²的粗铜线接地，并保证接地良好，接地电阻应小于3欧（3）更换阴极组件或维修时，应切断高压电源，并用接地良好的放电棒接触准备更换的零件或需要维修的地方，以防点击（4）电子束焊机应安装点击警报或电子联动装置，以便在出现故障时自动断电（5）操作时应戴耐高压的绝缘手套，穿绝缘鞋，无论是高压或是低压电子束系统都使用铅玻璃窗口。

焊接工艺有哪些焊接工艺是将工件通过加热和熔化金属材料，然后冷却形成连接的一种方法。

常见的焊接工艺包括电弧焊、氩弧焊、氩弧焊、激光焊、电阻焊等。

下面将详细介绍这些焊接工艺。

一、电弧焊电弧焊是利用电弧将工件熔化并形成连接的一种焊接工艺。

常见的电弧焊有手工电弧焊、埋弧焊、自动焊、气体保护焊等。

手工电弧焊是一种简单、灵活的焊接方法，适用于各种材料和工件的焊接。

埋弧焊是一种高效、高质量的焊接方法，主要用于厚板、大型结构的焊接。

自动焊可在定制焊接机器人或自动焊接设备配合下进行自动焊接。

气体保护焊是利用惰性气体（如氩气）来保护焊接过程中的电弧和熔池，以提高焊接质量。

二、氩弧焊氩弧焊是利用氩气作为保护气体的一种焊接工艺，主要用于焊接不锈钢、铝和镍合金等材料。

氩弧焊有钨极氩弧焊和氩弧焊两种形式。

钨极氩弧焊使用钨极作为电极，通常通过手工进行。

氩弧焊使用金属电极作为电极，可通过手工或自动焊接。

三、激光焊激光焊是利用高能激光束熔化工件并形成连接的一种焊接工艺。

其特点是焊接速度快、焊接热影响区小、焊缝质量高。

激光焊可以分为传统激光焊和激光深熔焊。

传统激光焊适用于较薄的金属板材，激光深熔焊适用于较厚的金属板材。

四、电阻焊电阻焊是利用通过工件中通电产生的电阻热将工件加热熔化并形成连接的一种焊接工艺。

电阻焊可分为点焊和缝焊两种形式。

点焊主要用于焊接薄板的接头，缝焊主要用于焊接较厚工件或接头。

五、等离子焊等离子焊是利用等离子体产生的高温熔化工件并形成连接的一种焊接工艺。

等离子焊具有高焊接速度、大焊接深度、无需熔化电极等优点，适用于焊接各种材料。

六、摩擦焊摩擦焊是利用摩擦热将工件表面熔化并形成连接的一种焊接工艺。

摩擦焊可分为摩擦搅拌焊和摩擦熔焊两种形式。

摩擦搅拌焊适用于焊接铝合金等材料，摩擦熔焊适用于焊接不锈钢等材料。

七、爆炸焊爆炸焊是利用爆炸产生的高温和压力将工件形成连接的一种焊接工艺。

爆炸焊主要用于焊接铝和铜等材料。

八、电子束焊电子束焊是利用电子束将工件熔化并形成连接的一种焊接工艺。

国际标准 ISO 15609-32004金属材料焊接工艺规程及评定——焊接工艺规程——第3部分：电子束焊标准号ISO15609-3：2004（E）© ISO目录1 范围 (3)2 规范性引用文件 (3)3 术语和定义 (3)4 焊接工艺规程（WPS）的技术内容 (5)金属材料焊接工艺规程及评定——焊接工艺规程——第3部分：气焊1 范围本标准规定了电子束焊焊接工艺规程的内容要求。

本标准是一套系列标准的组成部分，ISO15607：2003的附录A提供了该系列标准的详细说明。

本标准所列出的参数对焊接接头的质量有影响。

2 规范性引用文件下列标准所包含的条文，通过在本国国际标准中引用而构成本国际标准的条文。

标准出版时，所示标准均为有效。

所有的标准都可能被修订，因此使用本国际标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

IEC及ISO的成员保持着现行有效国际标准的目录。

ISO4063:1998,金属的焊接、硬钎焊、软钎焊及钎接焊－用于图样上符号表示的工艺术语及参照代号ISO6947，焊缝—焊接工作位置—倾角和转角的定义ISO15607，金属材料焊接工艺规程及评定—一般原则3 术语和定义出于本标准的目的，采用了ISO15607中的术语和定义。

3.1 上升 slope up焊接开始时，电子束功率的控制增加。

3.2 下降 slope down焊接结束时，电子束功率的控制减少。

电子束功率下降的区域就是工件上有束流减少现象发生的区域。

该区域在不同焊接状态下，可能由一或两部分区域组成。

a）全熔透焊接：——焊缝完全熔透的区域；——焊缝布完全熔透的区域或者是熔深减少的区域。

b）部分熔透的焊接：——熔深持续减少的区域。

3.3工作距离 working distance工件表面与设备标准基准面（在实际聚焦镜中心处）之间的距离。

注：这仅是实际参照距离。

3.4 定位焊道 tacking pass为将被焊部件固定在合适位置，而在最终焊接之间焊制的焊道。