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电子束焊接电子束焊（electrON beam welding）是运用电子束作为热源的焊接办法。电子束焊接因具有不必焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的长处而广泛使用于航空航天、原子能、国防及军工、轿车和电气电工仪表等众多行业。 电子束焊是运用会聚的高速电子流炮击工件接缝处所发生的热能，使金属熔合的一种焊接办法。电子炮击工件时，动能转变为热能。电子束作为焊接热源有两个显着的特色： 1、功率密度高 电子束焊接时常用的加快电压规模为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）和必定的负电荷（1.6×10-19C），电子的荷质比高达1.76×1011C/kg,经过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。电子束的这一特色显着地优于激光束，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色和焊接时的真空条件，电子束焊接具有下列主要优缺点。 1、长处： 1）电子束穿透才干强，焊缝深宽比大。现在，电子束焊缝的深宽比可到达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动力的消耗。 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衔接工序，焊后工件仍坚持满意高的精度。 3）真空电子束焊接不仅可以避免熔化金属受到氧、氮等有害气体的污染，并且有利于焊缝金属的除气和净化，因而特别适于生动金属的焊接。也常用电子束焊接真空密封元件，焊后元件内部坚持在真空状态。 4）电子束在真空中可以传到较远的方位上进行焊接，因而也可以焊接难以接近部位的接缝。 5）经过控制电子束的偏移，可以实现杂乱接缝的主动焊接。可以经过电子束扫描熔池来消除缺点，提高接头质量。 2、缺点： 1）设备比较杂乱、费用比较昂贵。 2）焊接前对接头加工、安装要求严格，以确保接头方位准确、空隙小并且均匀。 3）真空电子束焊接时，被焊工件尺度和形状常常受到作业室的限制。 4）电子束易受杂散电磁场的搅扰，影响焊接质量。 5）电子束焊接时发生的X射线需求严加防护以确保操作人员的健康和安全。 如图所示，热阴极（或灯丝）发射的电子，在真空中被高压静电场加快，经磁透镜发生的电磁场聚集成功率密度高达1.5×10(瓦／厘米(的电子束(束径为0.25～1毫米),炮击到工件外表上,释放的动能转变为热能,熔化金属，焊出既深又窄的焊缝（深／宽比可达10:1～30:1），焊接速度可达125～200米/时,工件的热影响区和变形量都很小。电子束的焊接作业室一般处于高真空状态，压力为10(～100帕，称为高真空电子束焊。处于低真空状态时压力为100～10000帕，称为低真空电子束焊。在大气中焊接的称为非真空电子束焊。真空作业室为焊接创造高纯洁的环境，因而不需求维护气体就能获得无氧化、无气孔和无夹渣的优质焊接接头。跟着作业室气压的增加，电子束散焦程度增大，焊缝的深／宽比减小。 电子束焊原理图: 1、薄板的焊接 板厚在0.03~2.5mm的零件多用于仪表、压力或真空密封接头、膜盒、封接结构、电接点等结构中。薄板导热性差，电子束焊接时部分加热激烈。为避免过热，应选用夹具。夹具材料为纯铜。对极薄工件可考虑运用脉冲电子束流。电子束功率密度高，易于实现厚度相差很大的接头的焊接。焊接时薄板应与厚板紧贴，适当调理电子束焦点方位，使接头两侧均匀熔化。 2、厚板的焊接 现在电子束可以一次焊透300mm的铜板。焊道的深宽比可以高达50：l。当被焊钢板厚度在60mm以上时，应将电子枪水平放置进行横焊，以利焊缝成形。电子束焦点方位对熔深影响很大，在给定的电子束功率下，将电子束焦点调理在工件外表以下。熔深的0.5~0.75处电子束的穿透才干最好。根据实践经验，焊前将电子束焦点调理在板材外表以下，板厚的三分之一处，可以发挥电子束的熔透效能并使焊缝成形杰出。 3、增加填充金属 只要在对接头有特殊要求或者因接头预备和焊接条件的限制不能得到满意的熔化金属时，才增加填充金属。 增加填充金属的办法是在接头处放置填充金属，箔状填充金属可夹在接缝的空隙处，丝状填充金属可用送丝机构送人或用定位焊固定。 送丝机构应确保焊丝准确地送入电子束的作用规模内。送丝嘴应尽或许靠近熔池，其外表应有涂层以防金属飞溅物的沾污。应选用耐热钢来制造送丝嘴。应能方便地对送丝机构进行调理。以改动送丝嘴到熔池的间隔、送丝方向以及与工件的夹角等。焊丝应从熔池前方送入。焊接时选用电子束扫描有助于焊丝的熔化和改善焊缝成形。 送丝速度和焊丝直径的选择原则是使填充金属量为接头洼陷体积的1.25倍。 4、定位焊 用电子束进行定位焊是装夹工件的有用办法，其长处是节约装夹时间和经费。 可以选用焊接束流或弱束流进行定位焊，关于搭接接头可用熔透法定位，有时先用弱束流定位，再用焊接束流完结焊接。 5、焊接可达性差的接头 电子束很细、作业间隔长、易于控制，所以电子束可以焊接狭隘空隙的底部接头。这不仅可以用于出产过程，并且在修正作废零件时也非常有用。杂乱形状的昂贵铸铁件常用电子束来修正。 对可达性差的接头只要满意以下条件才干进行电子束焊接： （1）焊缝必须在电子枪答应的作业间隔上； （2）必须有满意宽的空隙答应电子束经过，避免焊接时误伤工件； （3）在电子束的途径上应无搅扰磁场。 6、电子束扫描和偏转 在焊接过程中选用电子束扫描可以加宽焊缝下降熔池冷却速度，消除熔透不平等缺点，下降对接头预备的要求。 电子束扫描是经过改动偏转线圈的激磁电流，从而使横向磁场变化来实现的。常用的电子束扫描图形有正弦形、圆形、矩形、锯齿形等。一般电子束扫描频率为100~1000Hz。电子束偏转角度为2°~5°。 电子束扫描还可用来检测接缝的方位和实现焊缝盯梢，此时电子束的扫描速度可以高达50~100m/s，扫描频率可达20kHz。 在焊接大厚度工件时为了避免焊接所发生的许多金属蒸气和离子直接侵入电子枪可设置电子束偏转设备。使电子枪轴线与工件外表的垂直方向成5°~90°夹角，这关于许多出产中确保电子枪作业稳定是非常有利的。 7、焊接缺点及其防治 和其它熔化焊一样，电子束焊接接头也会呈现未熔合、咬边、焊缝下陷、气孔、裂纹等缺点。此外电子束焊缝特有的缺点有熔深不均、长空泛、中部裂纹和因为剩磁或搅扰磁场构成的焊道偏离接缝等。 熔深不均呈现在不穿透焊缝中，这种缺点是高能束流焊接所特有的。它与电子束焊接时熔池的构成和金属的流动有密切关系。加大小孔直径可以消除这种缺点。 长空泛及焊缝中部裂纹都是电子束深熔透焊接时所特有的缺点。下降焊接速度，改善材质有利于消除此类缺点。 电子束焊的分类办法许多。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。杰出的真空条件，可以确保对熔池的“维护”避免金属元素的氧化和烧损，适用于活性金属、难熔金属和质量要求高的工件的焊接。 低真空电子束焊是在10-1～10Pa的压强下进行的。压强为4Pa时束流密度及其相应的功率密度的最大值与高真空的最大值相差很小。因而，低真空电子束焊也具有束流密度和功率密度高的特色。因为只需抽到低真空，显着地缩短了抽真空时间，提高了出产率，适用于批量大的零件的焊接和在出产线上运用。 在非真空电子束焊机中，电子束仍是在高真空条件下发生的，然后穿过一组光阑、气阻和若干级预真空小室，射到处于大气压力下的工件上。在压强增加到7～15Pa时，因为散射，电子束功率密度显着下降。在大气压下，电子束散射更加激烈。即便将电子枪的作业间隔限制在20～50mm，焊缝深宽比最大也只能到达5：1。现在，非真空电子束焊接可以到达的最大熔深为30mm。这种办法的长处是不需真空室，因而可以焊接尺度大的工件，出产率较高。 电子束焊机有两类：低压电子束焊机的加快电压为30～60千伏；高压电子束焊机的加快电压可达175千伏。 电子束焊可焊接所有的金属材料和某些异种金属接头,从箔片至板材均可一道焊成，钢板可焊厚度达100毫米,铝板达150毫米，铜板可达25毫米。碳钢在真空中焊接时，因为钢华夏含有的气领会释放出来，焊缝金属容易发生微气孔。 电子束焊机本钱高。工件安装、接缝与电子束对正，都要求有较高的精度。但电子束焊的多能性和高精度，往往能补偿其高本钱，因而在轿车、原子能、航空、航天等许多工业中已成为重要的焊接办法之一。 1.在大批量出产中将有较大的开展。例如：在轿车工业中，选用电子束焊技能焊接轿车的齿轮和后桥，可以提高工效、下降本钱、减轻零件的质量。 2.在航空航天工业中，电子束焊技能将继续扩展其使用，并开展电子束焊在线检测技能。 3.因为电子束在厚大件焊接中独树一帜，所以在动力、重工业中大有用武之地。 4.在修正领域，电子束焊技能将是有价值的工艺办法之一。 5.电子束焊的焊接设备将趋向多功能及柔性化。电子束焊已属老练技能，跟着使用领域的扩展，出于经济方面的考虑，多功能电子束焊的焊接设备和集成工艺以及电子束焊机的柔性化将越来越显得重要。 6.电子束焊将是实现空间结构焊接的强有力东西。 宇航技能中所用的各类火箭、卫星、飞船、星球车、空间站、太阳能电站等的结构件、发动机以及各种仪器均需用焊接技能，而电子束焊是满意其需求的强有力的东西。 宇航零部件所用电子束焊的焊接设备可分为两类：一类是惯例的电子束焊机，用来焊接可以在地面进行安装的零部件；另一类是在太空条件下所用的电子束焊机，需求宇航员到太空进行焊接操作，因而要习惯太空的特殊环境。 |
