电子束焊接原理及设备

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W2
电子束直径
§2.2 电子束焊接原理 2.2.4 电子束焊接熔池受力分析
Fe + Fa Fs + Fg
简化为：
Fa Fs + Fg
§2.3 电子束焊接设备
• 2.3.1 电子束焊接设备分类
(1) 主要生产研制机构
– 德国PTR和IGM公司、PROBEAM公司 – 法国TECHMETA（泰克米特）公司 – 英国的CVE公司 – 乌克兰巴东焊接研究所 – 北京航空工艺研究所 – 中科院沈阳金属所 – 桂林电器科学研究所
电子束焊接（EBW）
（第二章 电子束焊接原理及设备）
张秉刚 哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室
§2.1 电子光学基础
2.1.1 电子的发射
（1）空间电荷限制发射 （2）温度限制发射 （3）肖特基发射
§2.1 电子光学基础
（1）空间电荷限制发射
查理——朗缪尔定律：
Jc
k1
V 3/2 d2
§2.2 电子束焊接原理
• 2.2.1电子束形成
1－阴极； 2－偏压电极； 3－阳极； 4－聚焦线圈； 5－偏转线圈； 6－工件； 7－电子束； Ub－加速电压； UB－偏压；
三级电子枪结构示意图
§2.2 电子束焊接原理
2.2.2 电子束焊缝形成 (1) 电子束焊接加热特点
功率密度高和束精确快速可控性
乌克兰巴东电焊研究所
KL110型： 2.5×2.5×5m/60KW/60KV
桂林电科所
Байду номын сангаас
HDZ－3B EB welder Power：3KW Accelerating voltage ：70KV Size of welding chamber：300x300x200mm
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§2.3 电子束焊接设备 (2)真空电子束焊机工作原理
1）电子枪构成及作用原理
电子枪有四个作用 工作原理 阴极材料的选择 阴极加热方式 阴极结构设计 2）真空电子束焊机工作过程
电子发射形式
德国PTR公司生产的ebw3000/15-150CNC型电子束焊机 真空室:1.7m×1.25m× 1.45m ; 额定功率:15KW;额定电压:150KV
V——加到A、C之间的电位 d——A和C之间距离 k1——由被拉出的粒子特性决定的常数
§2.1 电子光学基础
（2）温度限制发射 李查生——道斯曼公式:
Jsk2 T2ex ep 0/kT
k2——常数； φ0——阴极金属的逸出功 T——阴极温度 e——电子电荷 k——玻尔兹曼常数
§2.1 电子光学基础
§2.3 电子束焊接设备
(2) 分类
按照真空室压力:
– 高真空电子束焊机 – 低真空电子束焊机 – 非真空电子束焊机
按照加速电压:
– 高压型电子束焊机 – 中压型电子束焊机 – 低压型电子束焊机
按照电子枪固定方式:
– 动枪式电子束焊机 – 定枪式电子束焊机
§2.3 电子束焊接设备 2.3.2真空电子束焊机的组成及工作原理 (1) 真空电子束焊机基本构成
（3）肖特基发射 肖特基定律 :
J s cJ sex k 3 e /T p 1 /2
k3——常数； E——阴极前面的电场值
电子束由电子枪的阴极发射，通常是空间电荷限制发射 或温度限制发射。
§2.1 电子光学基础
2.1.2 电子的场致运动
（1）电子在电场中的运动
§2.1 电子光学基础
（2）电子在磁场中的运动
(2) 电子束焊缝形成方式
熔化和深穿入式成形
(3) 电子束焊接深穿入式焊缝形成机制
过程演示
§2.2 电子束焊接原理
电子束深穿入过程示意图
§2.2 电子束焊接原理
2.2.3 电子束输入功率分配
We=W1+W2+W3+W4
简化为：
W1 W3
We
W4
x 材料表面
WeW1+W2
电子射程
We-W4
热能发生区
法国TECHMETA公司
MEDARD 43型: Chamber dimensions: 500 ×500×500; Operating voltage:60KV; Power:6KW
LARA 52型: Chamber dimensions: 350×600×800; Operating voltage:60KV; Power:30KW