高能束焊接技术在电真空器件制造工艺中的应用与发展

国外高能束增材制造技术应用现状与发展一、本文概述随着科技的不断进步和工业需求的日益增长，高能束增材制造技术，作为一种先进的制造技术，正在全球范围内受到广泛的关注和研究。

本文旨在全面概述国外高能束增材制造技术的应用现状与发展趋势，以期为我国在这一领域的研发和应用提供有益的参考和启示。

高能束增材制造技术，主要包括激光束增材制造、电子束增材制造等离子束增材制造等，这些技术以其高精度、高效率和高质量的特性，在航空航天、汽车制造、生物医学、能源等领域具有广泛的应用前景。

本文将首先介绍高能束增材制造技术的基本原理和特点，然后重点分析国外在这一领域的研究现状，包括主要的研究机构、研究成果、技术应用案例等。

在此基础上，本文将进一步探讨高能束增材制造技术的发展趋势和未来的发展方向，包括技术创新、应用领域拓展、市场前景等。

通过本文的综述，我们希望能够为国内外的研究者和从业者提供一个全面、深入的了解高能束增材制造技术的平台，推动这一领域的技术进步和应用发展。

二、国外高能束增材制造技术应用现状随着科技的快速发展，国外在高能束增材制造技术领域的研究和应用已取得了显著进展。

高能束增材制造技术以其独特的优势，如高精度、高效率、高质量以及广泛的应用范围，正逐渐受到全球工业界的关注和青睐。

目前，国外在高能束增材制造技术领域的应用主要集中在航空航天、汽车制造、医疗器械、能源设备等领域。

以航空航天领域为例，高能束增材制造技术被广泛应用于制造复杂结构、高精度零部件以及高性能复合材料等。

通过高能束增材制造技术，可以实现复杂结构的一体化制造，大幅度提高制造效率和产品质量。

在汽车制造领域，高能束增材制造技术被用于制造轻量化、高强度的汽车零部件，如发动机支架、底盘结构等。

该技术可以实现材料的精确堆积，从而优化零件的结构设计，提高整车的性能和安全性。

在医疗器械领域，高能束增材制造技术被用于制造高精度、高可靠性的医疗器械零部件，如牙科植入物、骨科植入物等。

电子束焊接技术在航空制造中的应用挑战与解决方案引言：航空制造是高度复杂的工程领域，需要在各种压力和极端环境下确保飞行安全。

在这个过程中，焊接技术起着至关重要的作用。

近年来，电子束焊接技术逐渐成为航空制造中的首选方法。

然而，电子束焊接技术在航空制造中的应用也面临着一些挑战。

本文将探讨电子束焊接技术在航空制造中的应用挑战，并提出相应的解决方案。

1. 应用挑战：1.1 高规格焊接：航空制造中的焊接通常需要满足高强度、高质量和高可靠性的要求。

传统的焊接方法，如氩弧焊接，往往无法满足这些要求。

而电子束焊接技术具有较高的能量密度和焊接速度，能够实现高规格焊接。

然而，由于航空部件的复杂形状和结构，电子束焊接面临着焊接质量不稳定、存在缺陷和变形等挑战。

1.2 材料兼容性：航空制造中使用的材料通常包括高强度的合金和复合材料等。

这些材料在焊接过程中容易产生热裂纹和变形等问题。

电子束焊接技术在应用于这些材料时，需要克服材料兼容性挑战，以确保焊接质量。

1.3 控制复杂度：电子束焊接技术需要精确控制束流参数、焊接速度和焊接路径等。

在航空制造中，焊接要求通常是多变的，可能需要在不同的焊接条件下进行，对控制系统的稳定性和可靠性提出了更高的要求。

2. 解决方案：2.1 优化焊接工艺参数：为了实现高质量的焊接，需要对电子束焊接工艺参数进行优化。

通过优化束流功率密度、焦斑直径、焊接速度和焊接路径等参数，可以改善焊接质量和稳定性。

同时，借助模拟软件和先进的控制算法，可以预测和优化焊接时的温度场分布，以减少变形和缺陷。

2.2 选用合适的焊接材料：为了克服材料兼容性问题，需要选择合适的焊接材料。

可以通过研究材料的组织结构和性能，选择与航空部件材料相似的焊接材料，以确保焊接接头具有足够的强度和韧性。

此外，还可以采用过渡材料和填充材料等方式，改善焊接接头的性能。

2.3 引入先进的控制系统：为了应对焊接过程中的多变要求，需要引入先进的控制系统。

大型真空高压电子束焊机的焊接适用性研究高　峰，常荣辉，刘艳梅，都　强（航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司，沈阳 110850）[摘要] 针对大型高压电子束焊机在多种材料、多种结构上的应用展开论述。

从工艺、机械性能及微观组织方面进行系统性的分析。

试验结果表明：高压电子束焊接在多种材料和结构上的应用有着明显优势；改变热处理机制可以有效调节电子束焊缝的性能。

关键词：高压电子束焊；机械性能；微观组织 DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2017.12.048高　峰工程师，主要从事焊接及相关热加工工艺技术工作，主要研究方向为电子束焊接、自动氩弧焊接及潜弧焊接等焊接加工工艺。

在现代航空航天领域内，越来越多的新材料、新结构被采用，尤其是更多的大厚度、新材料、复杂结构焊接件的设计应用，促进了焊接科学技术的快速发展。

近几年，国际上在焊接大尺寸、大厚度或尺寸较精密的复杂结构件时，采用了先进的真空电子束等高能束流焊接方法。

这种先进的高能束流焊接工艺以其可达性好、焊缝的化学成分稳定且纯净、接头强度高、焊接热变形小等优点[1-2]广泛应用于航空航天、电子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业，以及多种材料零件的生产之中，特别是在飞机结构件的制造中有着广泛的应用前景[3-7]。

电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子，该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以在工件上形成能量密度极高的电子束斑，动能转化为热能，形成“匙孔效应”[8-10]，使焊接处工件熔化。

随着电子束的移动，形成新的小孔，熔化的金属将原有的小孔填满，就好像小孔在工件上移动，从而实现对工件的焊接。

试验设备本研究试验设备为高压电子束焊机ZD150-30C CV65M。

（高压70~150kV、束流1~200 mA、功率30kW、真空室体积65m 2）高压电子束焊接设备，基本构成为电子枪系统、真空泵系统、计算机操作平台和焊接室。

高能束流焊接技术的最新进展(一)高能束流焊接的功率密度（PowerDensity）达到105W/cm2以上。

束流由单一的电子、光子、电子和离子或二种以上的粒子组合而成。

属于高功率密度的热源有：等离子弧、电子束、激光束及复合热源激光束+Arc（TIG、MIG、Plasma）。

当前高能束流焊接被关注的主要领域是：①高能束流设备的大型化—功率大型化及可加工零件（乃至零件集成）的大型化。

②新型设备的研制，诸如，脉冲工作方式以及短波长激光器等。

③设备的智能化以及加工的柔性化。

④束流品质的提高及诊断。

⑤束流、工件、工艺介质相互作用机制的研究。

⑥束流的复合。

⑦新材料的焊接。

⑧应用领域的扩展。

1、激光焊接的最新进展1.1新型激光器（1）直流板条式（DCSlab）CO2激光器、（2）二极管泵浦的YAG激光器、（3）CO激光器、（4）半导体激光器、（5）准分子激光器。

1.2激光器功率的大型化、脉冲方式以及高质量的光束模式以美国PRC公司为例，几年前，用于切割的CO2激光器功率主要是1500~2000W，而近期的主导产品是4000~6000W，6000W可切割的不锈钢厚度、碳钢厚度分别为35mm和40mm.1.3设备的智能化及加工的柔性化尤其是对YAG激光，由于可用光纤传输，给加工带来了极大的方便。

其主要特点是：①一机多用。

②采用一台激光机可进行多工位（可达6个）加工。

③光纤长度最长可达60m.④开放式的控制接口。

⑤具有远距离诊断功能。

1.4束流的复合最主要的是激光－电弧复合。

深熔焊接时，熔池上方产生等离子体，复合加工时，激光产生的等离子体有利于电弧的稳定；复合加工可提高加工效率；可提高焊接性差的材料诸如铝合金、双相钢等的焊接性；可增加焊接的稳定性和可靠性；通常，激光加丝焊是很敏感的，通过与电弧的复合，则变的容易而可靠。

激光－电弧复合主要是激光与TIG、Plasma以及GMA.通过激光与电弧的相互影响，可克服每一种方法自身的不足，进而产生良好的复合效应。

真空电子束焊接技术应用研究及现状分析摘要：焊接技术应用广泛，焊接作业效果直接影响材料的使用，近年来对技术的要求越来越高，本次研究工作主要以真空电子束焊接技术为研究对象，其作为一种较为新颖的焊接技术，在多种材料的焊接作业中有着普遍应用，文章在分析真空电子束焊接技术在不同材料的应用现状的基础上，对其发展动态进行进一步分析，力求为技术的进一步拓展应用提供一定的理论数据参考。

关键词：真空电子束焊接技术、应用现状、发展动态前言从工作原理的角度进行分析，所谓电子束焊接，在实际应用的过程中，主要是利用到了热发射或场发射阴极来产生电子，以此为基础，在电场的加速作用下，将电子速度提升到一个很高的量级，之后再利用磁透镜的聚焦作用，控制电子流动方向，将其聚集成具有高速运动状态的电子流，在作业时，该高速运动的电子流会与工件表面的原子或分子产生相互作用，继而实现电子动能与工件内能的能源转换，使是工件在短时间内发生升温、融化、气化的物理变化，达到工件焊接目的。

真空电子束焊接是在电子束基础上进行的进一步技术升级，相对于传统技术而言，其能够借助独特的生产机制及纯净的焊接环境，使得焊接效果得到大幅度提升，相对于其他熔化焊接方法而言，其具有很多独特优势，如热输入量低、能量密度大、焊接变形小等。

1、铝合金电子束焊接1.1应用现状分析经过较长时间的理论探究及实践探索，于铝合金焊接而言，真空电子束焊接技术已然达到了较高的适用性，不仅能够普遍应对较为常见的行业环境，更是对中厚板铝合金的焊接能够提到较好效果，解决了传统焊接方法在应用时所面临的一些突出问题。

且经过长时间的应用探索相应焊接方法，针对不同的焊接环境，电子束焊接方法也进行了进一步的细化分类，发展出了具有针对性的焊接方法，如扫描焊、偏束焊及多池焊等。

针对厚板铝合金材料进行焊接时，相关研究学者在电子束焊接方法应用的基础上，进行了进一步的参数调整，实现了较为理想的焊接效果提升，主要的研究方面包括以下几个方面，即加速电压、工作距离、焊接速度等，在焊接过程中研究人员通过相应参数的变化探究不同。

两种高能束焊接各自特点和应用及其发展前景对于现代社会，效率对于工业生产是很重要的。

因此对于其应用的科学技术也要求很高。

为此，在焊接领域提出了利用高能密度束流作为热源的焊接方法，这就是高能束焊接。

目前狗啊能输焊接主要有两种：电子束焊接（EBW）和激光焊接（LBW）。

其能量密度必TIG或MIG等弧焊方法高一个数量级以上，通常高于5*105W/cm2。

一、电子束焊接（EBW）EBW焊接是以汇聚的高能电子束流轰击工件接缝处而产生的热能是材料融合的一种焊接方法。

这种焊接方法具有以下优点：⒈电子束功率密度高，其功率密度可达105-107W/cm2。

⒉焊缝深宽比大。

焊缝熔区很深很窄，其深宽比最高可达50：1，焊件变形可以忽略，不少零件可在精加工后焊接，不必进行后续精加工。

即使精度要求特别高的零件，焊后精加工留量可以很少，比用常规焊接方法可节省大量精加工工时。

可将原整体结构件分解成二件或二件以上工件焊接起来，可以变革原加工工艺，省时、省料、甚至可变革原零、部件的结构的设计使其更合理。

⒊电子束不仅能量密度高而且精确可调、被焊零件的厚度可以薄至0.05mm，厚至300mm（钢）或550mm（铝），不开破口，一次焊透。

⒋焊接在真空中进行，排除了大气中有害气体(如氢和氧等)的影响。

可高质量地焊一些活动性材料如钼、铍、铀、铌、钛等及其合金。

⒌可焊接物理常数差别大的材料，如非常薄的与非常厚的零件焊接或二者性质差别大的异种金属焊接，如钢与铜的焊接。

⒍由于电子束能量密度高，焊接速度可以很高，如焊O．8ram 薄钢板，焊接速度可迭200mm／s，焊接2'0 0mm 熔深锰钢，焊速可达300mmlmin。

在多工位电子束焊机上焊接汽车配电器(犒一平板焊列配电器凸轮上)其生产率可迭1440件／小时。

⒎由于焊接熔区小，焊接速度高，输入能量比常规焊接方法小得多，因此其热影响区小，有利提高焊接性能。

焊接区域邻近温度低，对封装热敏器件如集成电路组件，各类传感器探头的封装极为有利。

高能聚焦束焊接技术在火箭发动机制造中的应用研究近年来，随着航天技术的飞速发展，火箭发动机作为推动航天事业发展的核心装置，其制造技术也在不断创新和突破。

高能聚焦束焊接技术作为一种先进的焊接技术，正逐渐在火箭发动机制造领域得到广泛应用，并取得了显著的成果。

高能聚焦束焊接技术是一种利用高能密度的激光束或电子束对焊接材料进行加热和熔化的技术。

相比传统的焊接技术，高能聚焦束焊接技术具有能量密度高、焊缝热影响区小、焊接速度快等优点，能够实现高强度、高质量的焊接效果。

在火箭发动机制造中，高能聚焦束焊接技术的应用主要体现在以下几个方面。

首先，高能聚焦束焊接技术在火箭发动机燃烧室的制造中发挥了重要作用。

燃烧室是火箭发动机的关键部件，其结构复杂，要求焊接质量高。

传统的焊接方法往往会导致焊缝区域的变形和热裂纹等问题，而高能聚焦束焊接技术能够通过精确控制焊接参数和热输入，有效地解决了这些问题，提高了焊接质量和可靠性。

其次，高能聚焦束焊接技术在火箭发动机燃烧室冷却结构的制造中也发挥了重要作用。

燃烧室冷却结构是为了保证燃烧室能够承受高温和高压的工作环境而设计的，其制造要求高温区域的焊接质量和密封性能。

高能聚焦束焊接技术能够实现燃烧室冷却结构的高效焊接，避免了传统焊接方法中可能出现的气孔、裂纹等缺陷，提高了冷却结构的可靠性和工作寿命。

此外，高能聚焦束焊接技术还可以应用于火箭发动机喷管的制造中。

喷管是火箭发动机的重要部件，其焊接质量直接影响到火箭的推力和运行稳定性。

高能聚焦束焊接技术能够实现对喷管的高精度焊接，提高了焊接接头的强度和密封性能，同时减少了焊接变形和残余应力，提高了喷管的使用寿命和可靠性。

综上所述，高能聚焦束焊接技术在火箭发动机制造中的应用研究具有重要意义。

通过对燃烧室、冷却结构和喷管等关键部件的高效焊接，可以提高火箭发动机的性能和可靠性，推动航天事业的发展。

未来，随着高能聚焦束焊接技术的不断创新和完善，相信在火箭发动机制造领域将会有更广泛的应用，为航天事业的进一步发展做出更大的贡献。

高能束焊接技术的发展和应用高能束焊接技术是一类利用高能量且作用范围集中的束流作为热源，作用于材料以达到使材料焊接目的的新型技术，目前已成为发展极为迅速、最具重要性的前沿的制造技术之一。

由于其焊接速度快、不易使材料变形、焊接质量极佳、适应能力强等诸多优点，这种技术不仅可以满足大量生产、高自动化程度生产的需要，亦可在要求少量、多品种乃至个性化定制生产的领域得到广泛的应用。

在视现代化制造技术如至宝的今天，高能束焊接技术自然成为国际间科技竞争的焦点之一，它是生产高科技国防武器装备的必需技术之一，同时也是度量一个国家工业水平及制造能力的最具代表性的指标之一。

如今，高能束焊接及制造技术已渗入到民用工业及军工业的多个领域，并在其中不断发光发热，为现代化工业生产做出了较大的贡献。

本文将从高能束焊接的三个具体方面：激光、电子束及等离子激光焊接技术切入，分析并总结了三类高能束焊接技术的机理、发展历程和应用、以及未来的发展趋势，从而指导工业生产和科学研究。

1 激光焊接技术的发展和应用激光焊接技术是一种利用高能量密度的激光为热源的高效材料加工方法，主要优点是焊接深度较大、速度较快、操作简便。

目前，常见的激光焊接所使用的激光器主要为CO2激光器及Nd：YAG激光器两种，它们的研发时间相对其他类型的激光器更长，技术更加完善，应用的领域也十分广泛。

前者是一种可连续工作的气体激光器，激光活性介质是CO2、碳酸气及氮气等混合气体，发射波长为10.6μm的光，电光转化效率介于10-30%之间，输出功率最低为0.5kW，最高可达50kW;后者利用掺有Nd杂质的YAG晶体为激光活性介质，与CO2激光器发射的激光相比，Nd：YAG激光器发射出的激光波长更短，电光转化效率及输出功率均低于前者。

而且它不仅可连续输出，还可以进行脉冲输出;且因发射光波长较短，激光束更易被焊接材料所吸收，故在高反射率材料的焊接上有更大的性能优势。

此外，Nd：YAG 激光器支持光纤传输，可匹配机器人加工系统，因此支持远程控制，利于进行自动化深入高产。

高能束流焊接技术的最新进展高能束流焊接的功率密度（Power Density）达到105W/cm2以上。

束流由单一的电子、光子、电子和离子或二种以上的粒子组合而成。

属于高功率密度的热源有：等离子弧、电子束、激光束及复合热源激光束+Arc（TIG、MIG、Plasma）。

当前高能束流焊接被关注的主要领域是：①高能束流设备的大型化—功率大型化及可加工零件（乃至零件集成）的大型化。

②新型设备的研制，诸如，脉冲工作方式以及短波长激光器等。

③设备的智能化以及加工的柔性化。

④束流品质的提高及诊断。

⑤束流、工件、工艺介质相互作用机制的研究。

⑥束流的复合。

⑦新材料的焊接。

⑧应用领域的扩展。

1、激光焊接的最新进展1.1 新型激光器（1）直流板条式（DC Slab）CO2激光器、（2）二极管泵浦的YAG激光器、（3）CO激光器、（4）半导体激光器、（5）准分子激光器。

1.2 激光器功率的大型化、脉冲方式以及高质量的光束模式以美国PRC公司为例，几年前，用于切割的CO2激光器功率主要是1500~2000W，而近期的主导产品是4000~6000W，6000W可切割的不锈钢厚度、碳钢厚度分别为35 mm和40 mm.1.3 设备的智能化及加工的柔性化尤其是对YAG激光，由于可用光纤传输，给加工带来了极大的方便。

其主要特点是：①一机多用。

②采用一台激光机可进行多工位（可达6个）加工。

③光纤长度最长可达60m.④开放式的控制接口。

⑤具有远距离诊断功能。

1.4 束流的复合最主要的是激光－电弧复合。

深熔焊接时，熔池上方产生等离子体，复合加工时，激光产生的等离子体有利于电弧的稳定；复合加工可提高加工效率；可提高焊接性差的材料诸如铝合金、双相钢等的焊接性；可增加焊接的稳定性和可靠性；通常，激光加丝焊是很敏感的，通过与电弧的复合，则变的容易而可靠。

激光－电弧复合主要是激光与TIG、Plasma以及GMA.通过激光与电弧的相互影响，可克服每一种方法自身的不足，进而产生良好的复合效应。

高能束流加工技术的应用与发展高能束流(High Energy Density Beam)加工是利用高能量密度的束流(激光束、电子束、等离子束)作为热源,对材料或构件进行特种加工的技术. 20世纪以来，航空科学技术迅速发展，为保证在高温、高压、高速、重载和强腐蚀等苛刻条件下的工作可靠性，在飞机、发动机和机载设备上大量采用了新结构、新材料和复杂形状的精密零件，这就使产品的制造性日趋恶化，对制造技术不断提出新的挑战。

鉴于对有特殊要求的零件用传统机械加工方法很难完成，难于达到经济性要求。

现在，工艺师们独辟蹊径，借助各种能量形式，探寻新的工艺途径，各种异于传统切削加工方法的新型特种加工方法应运而生，如高能束流加工、电火花加工、电解加工、化学加工、物料切蚀加工以及复合加工。

目前，特种加工技术已成为航空产品制造技术群中不可缺少的分支，在难切削材料、复杂型面、精细表面、低刚度零件及模具加工等领域中已成为重要的工艺方法。

1.现代特种加工技术的特点及发展趋势1.1特种加工技术的特点现代特种加工（SP,Special Machining）技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能及特殊机械能等多种能量或其复合以实现材料切除的加工方法。

与常规机械加工方法相比它具有许多独到之处。

① 以柔克刚。

因为工具与工件不直接接触，加工时无明显的强大机械作用力，故加工脆性材料和精密微细零件、薄壁零件、弹性元件时，工具硬度可低于被加工材料的硬度。

② 用简单运动加工复杂型面。

特种加工技术只需简单的进给运动即可加工出三维复杂型面。

特种加工技术已成为复杂型面的主要加工手段。

③ 不受材料硬度限制。

因为特种加工技术主要不依靠机械力和机械能切除材料，而是直接用电、热、声、光、化学和电化学能去除金属和非金属材料。

它们瞬时能量密度高，可以直接有效地利用各种能量，造成瞬时或局部熔化，以强力、高速爆炸、冲击去除材料。

其加工性能与工件材料的强度或硬度力学性能无关，故可以加工各种超硬超强材料、高脆性和热敏材料以及特殊的金属和非金属材料，因此， 特别适用于航空产品结构材料的加工。

电子束焊接技术的发展电子束是一种先进、成熟的焊接技术，在国外航空、航天、核能、动力、机械、汽车等众多制造技术领域发挥了重要作用，取得了巨大的经济效益。

目前，成飞公司焊接多采用手工焊接或半自动化焊接技术，全自动化和数控焊接设备较少。

为了提高焊接水平，公司引进了由北京航空制造工程研究所研制的真空电子束焊机。

电子束焊接的引入提高了公司焊接的科研和生产实力。

电子束焊接技术历史及发展电子束焊接技术起源于德国。

1948年，德国物理学家Steigarwald博士在研究高功率密度束流源在电子显微镜上的应用时，发现电子束可用于热加工，尤其适用于机械表上宝石的打孔，以及真空条件下金属的熔化和焊接。

电子束焊接技术的诞生和最初应用都是和当时核能工业技术的需求紧密联系着的。

1954年法国的J.A.Stohr博士用自行研制的一台电子束焊接装置, 为法国原子能委员会成功焊接了核反应堆的燃料包壳。

这标志着用电子束焊接金属获得了成功，使得电子束焊接技术受到世界的普遍关注，尤其受到英国、美国、德国、法国和前苏联等先进工业国家的高度重视，争相开发。

在20世纪60年代初期，我国紧随世界电子束加工技术的发展，开始设备及工艺的研究工作。

20世纪70年代，随着电子束焊接技术日益成熟，电子束焊接设备的稳定性和操作过程自动化程度的提高，以及当时机械制造领域技术改造的需要，使电子束焊接技术不仅牢固立足于尖端工业中，而且以其精密化焊接的特点迅速普及到一般机械制造业。

从20世纪80年代末开始，电子束焊接又充分发挥其深穿透的特点向大型、大厚度、重型零件的焊接领域进军。

同时，在研发超大型真空室、开发高功率电子枪和电源、实现大厚度非真空电子束焊接的工程应用等方面都取得很大进展。

进入21世纪，随着人类活动空间向太空的进一步扩展，电子束焊接技术的应用也从地面扩展到太空。

电子束技术在空间结构焊接和加工中的作用将为人们进一步认识和发展发挥重要作用。

电子束焊接技术的原理和优点1 电子束焊接技术原理电子束焊接是利用会聚的高速电子轰击工件接缝处所产生的热能,使材料熔合的一种焊接方法, 电子轰击工件时, 动能转变为热能, 从而可作为焊接的热源。

0引言随着科学技术的高速发展,大多数的元器件都要进行超高精度的加工,其数量级可达到纳米级,而电子束加工则在其中起了举足轻重的作用。

电子束加工属于特种加工方法的一种,在工业上的应用已有差不多半个世纪的历史,现已被许多部门完全接受。

最近几年,电子束加工技术日益成熟,应用也是更加广泛。

打孔、焊接、切割、刻蚀、热处理等各个领域都有电子束加工发挥的空间。

其中电子束加工在焊接方面应用最为广泛,也最具竞争力。

1电子束加工的的定义及原理1.1电子束加工的定义电子束加工是利用能量密度非常高的高速电子流,在一定真空度的加工舱中使不同的金属、非金属材料熔化,蒸发和汽化而去除的高能束加工。

1.2电子束加工的原理电子束加工是在真空的环境下,利用加热的阴极发射电子流,使带负电荷的电子流高速飞向阳极,中途通过加速极加速,并经电磁透镜聚焦,使得能量密度高度集中,能够把能量聚集到直径为0.1至10μm的斑点里面,从而获得106至109W/cm2能量密度,在非常短的时间里,将其中的能量转变为热能,使被冲击的材料温度达到数千摄氏度,从而引起被冲击材料的熔化和气化,冲击过程中产生的废弃物质将被真空系统抽出。

简而言之,电子束加工是一种以高能量密度的电子流作为热源,对各种工件材料进行区别于传统机械加工的特殊加工工艺。

2电子束加工的工艺特点因为电子束加工特殊的工作原理,所以使其具有独特的工艺特点。

电子束加工具有许多其他加工方式所不具备的优点,同时它也有一定的缺陷。

2.1电子束加工的优点2.1.1电子束直径很小电子束可以非常微细地聚焦,电子束直径甚至能聚焦到0.01μm。

电子束长度可以达到直径的数十倍以上,因此完全可以进行深孔加工和微细加工。

2.1.2电子束能量密度高电子束集束在直径为几个微米的斑点上时,能量可达到109W/ cm2,足以熔化和气化任何材料。

2.1.3生产效率高因为电子束能量密度很高,并且能量利用率可达90%,所以虽然加工材料、孔的大小有所不同,但总的来说,加工5mm左右厚的工件也就数十秒,非常之短。

真空电子束焊接技术应用研究现状苑文广摘要：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。

高能束加工及其前景张炳生中恒数控设备制造有限公司高能束加工的概念高能束加工出现于上世纪60 ～70 年代，以解决复杂形状、薄壁、小孔、窄缝等特殊加工问题以及高强度、高硬度、高韧性和高脆性材料的加工。

利用以光量子、电子、等离子体为能量载体的高能量密度束流对材料和构件进行加工，将光、电、磁、水等物理能及化学能或其组合直接施加在工件被加工的部位上，从而使材料被去除、累加、变形或改变性能。

高能束加工去除材料的机理主要不是依靠机械能，工件和工具都不承受明显的切削力，从而使得工件的加工变形和加工应力小，整体发热少、热变形小，易于获得好的加工质量。

在机械制造领域，应用比较广泛而有发展前景的高能束加工主要有两种：激光加工和离子束加工。

图1 LaserTec 80 系列激光加工机床的外观激光是一种受激辐射而得到的加强光。

由于其强度高、亮度大，波长频率确定、单色性好，相干性好、相干长度长，方向性好、几乎是一束平行光，聚焦后能够将能量集中在一点。

当激光束照射到工件表面时，光能被吸收，转化成热能，使照射斑点处温度迅速升高、熔化、气化而形成小坑，由于热扩散，使斑点周围金属熔化，小坑内金属蒸气迅速膨胀，产生微型爆炸，将熔融物高速喷出并产生一个方向性很强的反冲击波，于是在被加工表面上打出一个锥孔。

将激光束聚焦于工件的不同深度就形成不同的激光加工工艺，如热处理、标记和纹理等表面加工、焊接、切割、打孔和铣削等。

离子束加工是在真空条件下，先由电子枪产生电子束，再引入已抽成真空且充满隋性气体（氩气）的电离室中，使隋性气体离子化，由负极引出阳离子，又经加速、集束等步骤，将获得具有一定速度的离子投射到材料表面（或被导入的高硬度金属粉末）上，产生溅射效应和注入效应。

由于离子带正电荷，其质量比电子大数千到数万倍，所以离子束比电子束具有更大的撞击动能，产生非常高的温度效应（30 000?K）。

因此，离子束加工的实质是靠微观撞击能量来实现的。

激光加工设备和工艺激光加工包括激光板材切割、复杂零件的打孔和铣削。

摘要：本文主要论述了电子束焊接技术的原理、特点及其工艺参数确定。

并且，叙述了电子束焊接技术在工业领域——难熔金属行业、航空行业、核电厂、汽车行业和船舶行业等中的应用.依据电子束焊接的特点以及工业领域对焊接技术提出的要求,展望电子束焊接的发展前景。

关键词：电子束焊接；工业领域；电子束电子束的发现迄今已有 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，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。

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。

在过去的半个世纪里，电子束焊接技术走出了实验室，发展成为一种成熟、可靠的先进制造技术，牢固立足于制造业的众多领域,在核工业、航空、航天、汽车、压力容器以及工具制造等工业中发挥了重要作用。

特别是在大批量生产、大厚度焊接,以及复杂、特殊构件的焊接中,显示了其独特的优越性。

我国作为最早研发电子束焊机的国家之一，一直跟踪国际技术发展方向，在电子束焊接基础理论和应用研究方面开展了大量的工作,使该项技术成为我国高科技发展不可或缺的一项特种加工手段。

1 电子束焊接技术1.1 电子束焊接技术原理电子束焊是利用空间定向高速运动的电子束撞击工件表面后，将部分动能转化成热能,使被焊金属熔化，冷却凝固后形成焊缝。

这种经过电子枪产生，并由高压加速和电子光学系统汇聚成的功率密度很高的电子束撞击到工件表面，电子的动能转换为热能，使金属迅速熔化和蒸发。