电子束深熔焊过程地研究现状.pdfVIP

beam Highenergydensityprocessing 々譬羹萋冀嚣嚣嚣器萋鼗雾妻冀嚣l饕i冀嚣萋§蠹鼍j毫鼗麓寨蠹蠹萋囊篓篝篝囊囊羹蘩羹冀羹霎羹冀溪蒸篓辩鏊羹赣察塞蓁霎羹冀墓鏊冀鏊襄粪冀嚣蕊黎爨霞霆雾羹鹱璧饕馨鬻簸鬻翡鹱醒羁疆馨囊簟曩皤舅嚣鞠囊搿曩I黼 电子束深熔焊过程的研究现状术 清华大学机械工程系 张斌赵海燕蔡志鹏 北京航空制造工程研究所 王西昌 毛智勇 【摘要】 简述了电子束焊接，尤其是深熔焊领域的研究成果；在归纳前人对焊接热源模型和匙孔动 力学等方面研究的基础上分析了不同热源模型和研究方法的特点；提出了对电子束焊接过程进一步研 究3-．作的展望。 关键词：电子束焊接匙孔动力学 电子束焊接的优点包括：焊接功率密度高，焊缝深 断地快速熔化和蒸发。熔化的金属在蒸气作用下沿着 宽比较大(10：1～50：1)，热影响区及变形小，组织性能 匙孔两侧壁向后流动，在后壁形成熔池，随着热源的远 好，焊接参数重复性及稳定性好，适应能力强，可焊件 离，熔池结晶凝固，形成电子束焊缝。一般认为，在一定 厚度为0．05～300ram，可焊难熔、热敏感性金属和异种的输人参数和焊件条件下，电子束焊接过程的匙孔基 金属，易于实现计算机控制等【1]。研究人员分别从试验 本保持稳定，处于一种近似准稳态状态。 观测和数值模拟等方面对电子束焊接过程进行了大量 2电子束焊接的热源模型 的研究，并取得了不少成果。但由于其熔池形成时间极 短、匙孑LDLI热形式特殊、匙孔内部的能量分布难于测 如前所述，电子束焊接过程中会形成匙孔，匙孔中 量、熔池的动态行为复杂等原因．给研究带来了很大的 充满了金属蒸气，电子束穿过匙孔时必然使金属蒸气 困难(2】，对电子束焊接的机理仍没有统一的认识。本课 电离形成复杂的离子体。同时，电子束的一部分能量被 题从电子束焊接的热源模型和匙孔动力学的试验研究 小孑L壁直接吸收；其余部分发生镜面反射和漫反射，反 等方面，归纳了前人的研究进展。 射的能量可以再次或者多次地与4,TL壁发生碰撞；同 样伴随着能量的吸收与反射，最终还有一部分能量从 l 电子束焊接过程简述[1-21 4,TL的开口处逃逸到外部环境。因此匙孔的形成使电 电子束焊接的热源是电子在60～600kV电场中加子束焊接的加热方式和热源的能量分布都不同于常规 速并经静电聚焦和电磁聚焦形成的高速电子流。其速 焊接方法。 度可达到光速的0．3～0．7倍，功率密度可达105—107W／ 早期的研究者把热源简化为点、线的理想热源M， cm2。电子束作用在金属表面的能量转换方式与常规加 可以近似地预测出温度场的分布，但有着固有缺陷：在 热方式不同，主要由电子束流碰撞晶格电子直接完成 热源附近温度无限高，未考虑入射束流的能量分布，忽 能量的输入。高速电子流碰撞在金属上，金属表面层晶 略了垂直方向上的热传导。未考虑熔池中的力平衡，未 格电子的振动加剧，并部分传送振动能量到全部晶格， 考虑液体的流场分布和对流效应等。 引起晶格振动幅度增加；表面温度瞬时升高，表面金属 为提高模拟的准确性。研究者们对原有的热源模 直接蒸发或升华形成强烈的金属蒸气流，蒸气流的反 冲作用将液态金属排向四周，熔池下凹形成空腔：电子 圆柱热源模型，克服了线热源模型中在近热源区计算 束蒸气空腔碰撞熔池底部，进行反复的碰撞、熔化、蒸 发、凹