科技创新与应用ｌ ２０１５年第２８期 工业技术
有色合金的电子束焊接工艺分析
薛庆增
（海军驻沈阳地区发动机专业军事代表室，辽宁沈阳１１００４３）
摘 要：随着科技进步和航空航天事业的发展，对材料的需求越来越高，提高飞行器性能的同时也要减轻自重，节约能源。铝、镁、 钛有色合金材料应运而生，使用范围越来越广，随着有色合金的广泛使用，其焊接方法也凸显出了重要地位，其中电子束焊４￣．ｘ－ 艺与其他焊接工艺相比，有着不和替代的优势，是国内外学者的研究热点，文章介绍了电子束焊接的原理，特点及铝、镁、钛合金 的电子束焊接研究现状。 关键词：电子束焊；航空；航天
铝、镁、钛等这些轻金属把航空航天器推上了天，没有这些轻金
属就没有现在的航空航天业，轻金属对航空航天业的发展至关重
要，然而，随着科技的进步，航空航天事业的发展，对材料的要求也
越来越高，不但要提高飞行器的性能，还要减轻自重以节约能源降
低费用，铝、镁、钛这些轻金属的合金材料应运而生，在航空航天领
域得到了广泛应用。随着航空航天工业中有色合金较大范围的使
用，对合金构件的需求也不段提高，电子束焊接工艺是适用于有色
合金的焊接工艺之一。
１电子束焊的原理
电子束焊的电子束是从电子枪中产生的，电子枪中的阴极受热
发射电子，该电子被高压电场加速以及电磁透镜聚焦后，就会形成
具有极高能量密度的电子束，电子束撞击到工件表面，电子巨大的
动能就会转变为热能，使金属迅速熔化，实现对工件的焊接【ｌｌ 。
２电子束焊的特点Ｉ
（１）功率密度高，电子束功率可从几十千瓦到一百千瓦以上。电
子束束斑的功率密度可达１０６～１０８Ｗ／ｅｍ ，比电弧功率密度约高
１００～１０００倍。 （２）焊接速度快，焊接热影响区小，焊接变形小。
（３）电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。
（４）焊接过程中不行引入焊接材料，焊缝的纯洁度高。
３有色合金的电子束焊接工艺
３．１钛合金 钛及钛合金具有比强度高、抗腐蚀性好、温度适应范围广等一
常见的六种金属材料
有色金属，狭义的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。
1、锌
锌闪着银光又略带蓝灰色，它是继铝和铜之后第三种应用最广泛的有色金属。美国矿产局的一项统计显示——一个普通人在其一生要消耗总共要消耗掉331千克的锌。锌的熔点很低，所以它也是一种非常理想的浇注材料。
锌质铸件在我们日常生活中十分常见：门把手表层表层下面的材料、水龙头、电子元件等，锌具有极高的防腐蚀性，这一特性使它具备了另外最基本的一项功能，即作为钢的表面镀层材料。除此之外，锌还是与铜一起合成青铜的合金材料。
材料特性：卫生保健、防腐蚀、优良的可铸性、出色的防腐蚀性、高强度、高硬度、原材料廉价、低熔点、抗蠕变、易与其他金属形成合金、具有保健性、常温下易碎、100摄氏度左右具有延展性。
典型用途：电子产品元件。锌是形成青铜的合金材料之一。锌也有着清洁卫生以及抗腐蚀的特性。另外，锌也被应用在屋顶材料，照片雕刻盘、移动电话天线以及照相机中的快门装置。
2、铝
相对于已经有9000年使用历史的黄金而言，铝，这种略带蓝光的白色金属，实在只能算是金属材料中的婴儿。铝于18世纪初问世并被命名。与其他金属元素不同，铝并不是以直接的金属元素的形式存在于自然界中，而是从含50%氧化铝(亦称矾土)的铝土矿中提炼出来的。以这种形态存在于矿物中的铝也是我们地球上产量量最丰富的金属元素之一。
当铝这种金属最早出现的时候，它并没有被立刻应用到人们的生活当中。后来，针对其独特功能和特性的一批新产品逐渐问世，这种高科技材料也逐渐拥有越来越宽阔的市场。虽然铝的应用历史相对较短，但现在市面上铝产品的产量已经远远超过了其他有色金属产品的总和。
材料特性：柔韧可塑、易于制成合金、高强度-重量比、出色的防腐蚀性、易导电导热、可回收。
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铸造技术路线图：铸造有色合金
第一节概述
铸造有色合金是用以浇注铸件的有色合金，主要
有铸造铝合金、铸造镁合金、铸造钛合金、铸造铜合
金、铸造高温合金等，近年来又发展出铸造金属间化
合物［ －２］和铸造高熵合金 。
铸造有色合金可适用于多种铸造成形技术，在基
础制造产业中占有重要地位，在航空、航天、船舶、
汽车、轨道交通、化工、能源、电子电器和运动休闲
等领域有着广泛的应用。
１．铸造铝合金
铝的化学性质很活泼，熔炼过程中易与水气反应
而氧化并吸氢，导致铝合金铸件易产生气孔和夹杂等
缺陷。而精炼处理是预防产生气孔和夹杂的主要技术
手段。旋转喷头吹气技术成为国外先进的铝液精炼技
术的重要发展方向之一 ，该技术用以替代现有的含
氯精炼剂，精炼过程更环保、更安全。该技术的运用，
能够使铝合金铸件的气孔、针孔缺陷得以控制，有效
提升冶金质量。由于稀土元素具有明显的化合脱氢作
用，并兼有变质作用，近来受到普遍重视 ”。在初生
Ａｌ细化方面研究主要体现在两方面：①通过细化剂细
化初生ＡＩ￣］Ｅ 。 ；②通过物理场细化初生相［ ６１，如超
声波场、磁场、电场等，而且通过物理场细化是今后
的主要发展趋势。
通过调整传统铝合金中的主要元素含量及各组元
的比值，添加微量过渡族元素或稀土元素，从而改变
合金中各种化合物的物理性能、尺寸和分布可开发出
对应各种不同需要的不同新合金。我国已开展ｓｃ、Ｃｅ、
Ｙ、Ｙｂ等元素用于铝合金的研究，对提高铝合金的强
韧性发挥了一定的作用。
在铸造铝合金新材料方面，铸铝的合金化国内开展
了很多研究，但应用及产业化成果仍偏少，最大的差距
体现在新的合金系研究，如高强韧铝合金的整体研发水
平与国外仍有差距。国内在铝精炼方面研究的深度、范
围及设备控制水平较国际先进水平仍有待于提高。
２．铸造镁合金
铸造镁合金具有比强度和比刚度高、震动阻尼容
有色金属的种类及应用
人类已发现蕴藏在自然界的103种天然元素中，凡具有良好导电、导热和可煅性的天然元素称金属，如铁、铜、铝、钛、镁等。通常把金属分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属包括铁、铬、锰和它们的合金。除铁、铬、锰以外的83种金属（包括13种人造超铀元素）都叫有色金属。
有色金属non-ferrous metal，狭义的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。有色金属是指铁、铬、锰三种金属以外所有的金属。中国在1958年，将铁、铬、锰列入黑色金属；并将铁、铬、锰以外的64种金属列入有色金属。
为了研究方便，根据有色金属的性质、矿石特性、用途和使用时间早晚的不同分为5大类。
一、轻有色金属
包括铝（Al）、镁（Mg）、钠（Na）、钾（K）、钙(Ca)、锶（Sr）、和钡（Ba）7种。这类金属的共同特点是：密度小（0.53-4.5），化学活性大，与氧、硫、碳和卤素的化合物都相当稳定。
二、重有色金属
包括铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、锡(Sn)、锑（Sb）、汞（Hg）镉(Cd)、铋(Bi)10种。其特点是密度大，如铅为11.34.每一种重有色金属根据其特性，在国民经济各部门中都具有其特殊的应用范围和用途。例如，铜是军工及电气设备的基本材料；铅在化工方面制耐酸管道、蓄电池等有着广泛应用；镀锌的钢材广泛应用于工业和生活方面；而镍和钴则是制定高温合金与不锈钢的重要合金元素。
三、贵金属
金（Au）、银（Ag）和铂族元素[铂（Pt）、铑（Rh）、钯（Pd）、锇（Os）、铱（lr）、钌（Ru）]称为贵金属。这类金属由于对氧及其他试剂的稳定性，且在地壳中含量少，开采和提取比较困难，故价格比一般金属贵。这类金属除金银铂有单独的矿物，可以从矿石中生产一部分外，大部分要从铜、铅、锌、镍等冶炼厂的副产品（阳极泥）中回收。它们的特点是密度大（10.4－22.4）其中铂、铱、锇是金属元素中最重的金属。熔点高（916－3000℃）；化学性质稳定，能抵抗酸碱的腐蚀。另外，金和银具有高度的可煅性和可塑性，钯和铂也有良好的可塑性，其他均为脆性金属。金银有良好的导电性和导热性，铂族元素却很低。贵金属广泛应用于电气、电子工业、空间技术以及高温仪表和接触剂等。
