第一章 电子束焊.pptVIP

§1-1 电子束焊概述 电子束焊是指在真空或非真空环境中，利用汇聚的高速电子流轰击焊件接缝处所产生的热能，使被焊金属熔合的一种焊接方法。 电子束焊是一种高能束流焊接方法，也是一种高效、高质量、无污染的焊接方法。主要用于不锈钢、钛、锆和其它易氧化金属。目前已转向民用产品，应用较多的有飞机起落架、发动机机座、转子座环，核电工业中各种管接口、热交换器，汽车的齿轮组合体、传动箱体，锅炉汽包等。据统计全世界拥有电子束焊机 4000 多台，其中美国占 1/3，法国500 多台，原苏联 500台，日本和德国各200台，英国150台中国100台左右。 一、电子束焊的基本原理 （一）电子束的产生 电子束焊中的核心装置是电子枪，其作用是发射电子，并使其加速和聚焦。电子束从电子枪中产生。一定功率的电子束经透镜聚焦后，电子束电流为 20 ~ 1000 mA，焦点直径约为0.1~1mm，功率密度可达106 W / cm2 以上，比普通电弧功率密度要高100~1000倍，在25~300KW 加速电压下，可达0.3~0.7倍光速，具有很高的动能，所以属于高能束流。 ……基本原理 当电子束撞击到焊件表面，电子的动能就转变为热能，使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸气的作用下熔化的金属被排开，电子束就能继续撞击深处的固态金属，同时很快在被焊焊件上“钻”出一个匙孔（见图），小孔的周围被液态金属包围。 随着子束与焊件的相对移动，液态金属沿小孔周围流向熔池后部，逐渐冷却、凝固形成了焊缝。 公认的理论是电子束焊中存在着小孔效应。 液态金属的表面张力和流体静压力力图拉平液面，在达到力平衡状态时，通道发展停止并形成小孔。小孔及熔池形状与焊接参数有关。 深熔焊主要原因是金属蒸气的反作用力，当功率密度小于105W/cm2时，不产生大量蒸发现象，穿透能力很小。当功率密度达到106~108W/cm2时，可获得很深的穿透效应和大的深宽比，两侧边缘基本平行，温度的横向传导几乎不存在。 较低真空度或轰击路途中与蒸气及二次发射粒子碰撞，会使功率密度下降。同时，液态金属在重力及表面张力作用下对通道有浸灌和封口作用，变窄或切断，焊接过程就是不断切断与恢复的过程。 ……基本原理 电子束焊接过程中，焊接熔池始终存在一个匙孔。由于匙孔的存在，从根本上改变了焊接熔池的传质、传热规律，由一般熔焊方法的 “热导焊” 转变为 “穿孔焊”。 二、电子束焊的特点及分类 （一）电子束焊的优点 1、电子束穿透能力强，焊缝深宽比大 焊缝深宽比可达 50∶1。焊厚板时可以只开 I 形坡口，因此与电弧焊相比可以节省辅助材料和降低能源消耗。可依次焊透0.1~300mm不锈钢板。 2、焊接速度快，热影响区小，焊接变形小 对精加工的焊件可用作最后连接工序，焊后焊件仍保持足够高的精度。由于热输入低，控制了焊接区的晶粒长大和变形，接头性能得到改善；高温作用时间短，合金元素烧损少，焊缝抗蚀性好。 3、焊缝纯度高 可以防止熔化金属受到氧、氮等有害气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和净化，因而特别适合于活泼金属的焊接。 4、工艺适应性强 电子束在真空中可以传到较远的位置上进行焊接，因而可以焊接难以接近部位的焊缝。通过控制电子束的偏移，可以实现复杂接缝的自动焊接。 5、焊接参数调节范围广，再现性好 在焊接过程中对焊缝形状进行控制，参数可在很宽范围独立调节，控制灵活，再现性好，容易实现机械化自动化控制，提高产品质量。 6、可焊材料多 除金属与金属的同种或异种材料的焊接外，也可焊接非金属材料，如陶瓷、石英玻璃等。尤其适合焊接钛及钛合金等活泼金属，也常用于真空密封件，焊后元件保持在真空状态。 （二）电子束焊的缺点 1、设备比较复杂，投资大，费用较昂贵； 2、电子束焊要求接头位置准确，间隙小而且均匀，焊前对接头加工、装配要求严格； 3、真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状