材料加工新技术 电子束焊.pdf

电子束焊及其他电子束加工技术 上课时间：第九周-第十周 学时数：4 个学时 重点： 1. 电子束焊接原理 2. 电子束焊接工艺 难点： 1. 电子束焊原理 2. 电子束焊的特点 课堂讨论： 1. 电子如何产生？电子怎么用于材料加工，特别是焊接？ 2. 相对于电弧焊接和激光焊接，电子束焊接方法有什么特点？ 3. 电子束焊接有哪些可以控制的工艺参数？适用于哪些场合？ 1. 电子束焊接原理 1.1 电子束的产生过程 电子枪是电子束的发生装置。 电子束的产生过程如下：加热阴极产生热发射效应，电子飞离阴极表面，并 在阴阳极强电场作用下，沿着电场强度相反方向运动，形成高速电子束流。电子 束的产生过程如图 1 所示。当加速电压为 150kV 时，电子速度可达光速的0.6 8 倍，约1.8 ×10 m/s，并通过聚焦会聚形成高能电子束流。 图 1 电子束的产生过程 1.2 电子束焊的焊接原理 电子束焊接原理如下：电子枪产生的高速电子束流撞击金属材料，将电子的 动能转换为热能，在瞬间使表层金属熔化，气化和蒸发达到一定的压力后爆破溢 出形成束孔，在工件或电子束移动的同时形成了焊缝，如图 2 和图 3 所示。在 电子束焊接过程中，具有两个显著的特点：采用电子的动能加热和金属发生汽化 （形成小孔效应），如图 3 所示。 采用电子束的动能进行加热具有以下特点：  能量密度高，电子的运动速度可达光速的0.6 倍，穿透力强；电子的动 能可大部分为金属材料吸收；  电子的加速、聚焦和散焦可采用电磁场进行方便的控制；  由于电子和气体分子碰撞时，其动能容易被气体分子吸收，因此电子束 焊一般需要在真空环境下进行。 电子质量9 x 10-31 kg -19 电子电荷10 C 电子束 动能转化成热能 图 2 电子束焊的过程 电子束 金属蒸气 工件表面层 图 3 电子束的热加工工程 1.3 电子束焊的特点 4 9 2 a. 电子束的能量密度高达10 ～10 W/cm ，热效率高达80～90%，能一次焊 透大厚度零件，表 1 为不同热源的能量密度和热源直径比较，图 4 为不同焊接 方法焊接同样厚度材料所需的线能量比较，图 5 为不同参数作用下电子束焊缝 的形状对比。由此可见，电子束焊的能量密度最高，能量最集中，在焊接同样厚 度的