大型电子束焊接设备(EBW)真空抽气系统设计

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电子束焊和激光焊 教案

电子束焊和激光焊 教案

第一单元电子束焊(EBW)一、教学目的和要求概括了解电子束焊的概念、原理、优缺点及发展情况。

二、教学学时安排4学时三、教学方法多媒体教学、讲授法、模拟演示法、案例分析法四、教学重点原理、优缺点。

五、教学内容知识模块一电子束焊概述电子束焊(Electronic Beam Welding,EBW)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。

1948年德国科学家发现电子束可以用来加工材料,1951年对红宝石打孔和图案刻蚀;1954年法国科学家探索了真空电子束法(焊接活泼金属),1958年第一台工业用电子束焊机出售给美国西屋公司。

几十年来,电子束焊创造了巨大的经济及社会效益。

应用领域:航空与航天:飞行器构件;喷气发动机构件。

动力与原子能:压力容器;气轮机喷管隔板;核反应堆的芯子与真空容器。

电子与医疗:继电器壳体;压力传感器;心脏起搏器壳体。

电机与仪表:电机定子、转子的叠片;膜盒。

汽车工业:变速齿轮;同步器与齿轮;点火分配器;短轴与车轴;后桥。

其他方面:双金属锯条、热敏元件、冷却器、轴承环、滚刀。

能力知识点1电子束焊接的基本原理能力知识点2 电子束焊的特点及分类一、电子束焊的特点1、优点功率密度高:Pmax=100kW, Pd= 106~108w/cm2焊缝深宽比大:60:1, t=0.1~300mm焊接速度快: HAZ小,变形小;焊缝组织性能好焊缝纯度高:真空适用性强:参数可调范围大,可以实现复杂接缝的自动焊接;焊接难以接近部位的焊缝。

可焊材料多:金属、非金属等再现性好:易于实现机械化、自动化控制,提高了产品质量的稳定性。

可简化加工工艺:可将复杂的或大型整体结构件分为易于加工、简单或小型部件,用电子束焊将其焊接为一个整体,减少加工难度,节省材料,简化工艺。

2.电子束焊的缺点(1)设备复杂,一次性投资大,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常常受到工作室的限制;(4)电子束易受杂散电磁场的干扰,影响焊接质量;(5)电子束焊接时产生X射线,需要操作人员严加防护。

半导体工厂大宗气体系统的设计-图文(精)

半导体工厂大宗气体系统的设计-图文(精)

半导体工厂大宗气体系统的设计搞要本文对集成电路芯片厂中的大宗气体系统的设计过程作了概括性的描述,对当前气体设计技术及其发展方向作了探讨,同时结合自己对多个FAB厂房的设计经验提出了设计中值得注意的问题和解决方案。

This paper introduces a general design process for Bulk Gas System in FAB。

Current gas design technology and its development direction are also discussed.Based on the author抯 experience in FAB design,several potential problems in design and relevant solutions are issued. 1995年,美国半导体工业协会(SIA)在一份报告中预言:"中国将在10—15年内成为世界最大的半导体市场"。

随着中国经济的增长和信息产业的发展,进入21世纪的中国半导体产业市场仍将保持20%以上的高速增长态势,中国有望在下一个十年成为仅次于美国的全球第二大半导体市场。

而目前的发展态势也正印证了这一点。

作为半导体生产过程中必不可少的系统,高纯气体系统直接影响全厂生产的运行和产品的质量。

相比较而言,集成电路芯片制造厂由于工艺技术难度更高、生产过程更为复杂,因而所需的气体种类更多、品质要求更高、用量更大,也就更具代表性。

因此本文重点以集成电路芯片制造厂为背景来阐述。

集成电路芯片厂中所使用的气体按用量的大小可分为二种,用量较大的称为大宗气体(Bulk gas),用量较小的称为特种气体(Specialty gas).大宗气体有:氮气、氧气、氢气、氩气和氦气。

其中氮气在整个工厂中用量最大,依据不同的质量需求,又分为普通氮气和工艺氮气。

由于篇幅所限,本文仅涉及大宗气体系统的设计。

电子束焊EBW

电子束焊EBW

电子束焊EBW)电子束焊是从1950年晚些时候开始商业应用的,它已经赢得了业界的认可。

开始时,该工艺要求在一个高真空室内操作。

然而,该工艺迅速得到改进,只在电子束产生的部位需要高真空。

这就有了在中真空或非真空环境中焊接的选择。

这个进步使得该工艺被汽车和消费品制造商认可。

所以,EBW在世界范围的工业中得到广泛的应用(见图3.44-3.46)。

EBW是一种熔化连接工艺,它通过带有高能量的电子束撞击要焊接的接头来连接材料。

电子束焊的关键部位是电子束枪。

电子是通过加热与负极相连的发射阴极或“灯丝”,使它达到它的热电子发射温度范围,电子蒸发并被吸引到与正极相连的阳极上而产生的(见图3.47)。

在发射器周围有配置好的栅格或偏罩,以帮助加速和成型电子形成电子流。

电子束通过阳极上的开孔离开电子枪继续向工件运动(见图3.48)。

一但电子束离开电子枪,它会渐渐发散。

为了抵消这种发散,使用一个电磁镜系统来汇聚电子束,它将电子束在工件上汇聚成一个点。

电子束的发散和汇聚角度都很小,这可使聚焦的电子束得到一英寸的范围的有效聚焦或“景深”。

电子束焊有四个基本参数:加速电压,电子束电流,焦点尺寸和焊接速度。

基本设备包括真空室,控制和电子束枪(见图3.44-3.46)。

典型的功率是30-175kV和50-1000mA。

电子束产生比激光束更高的能量密度。

如激光束焊一样,电子束焊通常采用“小孔”模式,它产生非常深非常窄的焊缝(见图3.49)。

在大多数应用中,熔深比宽度大得多,而且产生的热影响区非常窄。

例如,在真空条件下,0.5英寸(13mm)板材对接,焊缝宽度会小至0.003英寸(0.8mm)。

这与弧焊和气焊的焊接接头有着明显不同的焊缝区,主要是通过导热熔化得到熔透。

通过电磁偏转可以很容易地移动电子束。

在大多数情况下,偏转是用于调整电子束和接头之间的偏移,或用于产生圆,椭圆或其它形状。

偏转会修订作用于接头的平均能量密度,这会改变焊道的形状。

高能束焊接

高能束焊接

两种高能束焊接各自特点和应用及其发展前景对于现代社会,效率对于工业生产是很重要的。

因此对于其应用的科学技术也要求很高。

为此,在焊接领域提出了利用高能密度束流作为热源的焊接方法,这就是高能束焊接。

目前狗啊能输焊接主要有两种:电子束焊接(EBW)和激光焊接(LBW)。

其能量密度必TIG或MIG等弧焊方法高一个数量级以上,通常高于5*105W/cm2。

一、电子束焊接(EBW)EBW焊接是以汇聚的高能电子束流轰击工件接缝处而产生的热能是材料融合的一种焊接方法。

这种焊接方法具有以下优点:⒈电子束功率密度高,其功率密度可达105-107W/cm2。

⒉焊缝深宽比大。

焊缝熔区很深很窄,其深宽比最高可达50:1,焊件变形可以忽略,不少零件可在精加工后焊接,不必进行后续精加工。

即使精度要求特别高的零件,焊后精加工留量可以很少,比用常规焊接方法可节省大量精加工工时。

可将原整体结构件分解成二件或二件以上工件焊接起来,可以变革原加工工艺,省时、省料、甚至可变革原零、部件的结构的设计使其更合理。

⒊电子束不仅能量密度高而且精确可调、被焊零件的厚度可以薄至0.05mm,厚至300mm(钢)或550mm(铝),不开破口,一次焊透。

⒋焊接在真空中进行,排除了大气中有害气体(如氢和氧等)的影响。

可高质量地焊一些活动性材料如钼、铍、铀、铌、钛等及其合金。

⒌可焊接物理常数差别大的材料,如非常薄的与非常厚的零件焊接或二者性质差别大的异种金属焊接,如钢与铜的焊接。

⒍由于电子束能量密度高,焊接速度可以很高,如焊O.8ram 薄钢板,焊接速度可迭200mm/s,焊接2'0 0mm 熔深锰钢,焊速可达300mmlmin。

在多工位电子束焊机上焊接汽车配电器(犒一平板焊列配电器凸轮上)其生产率可迭1440件/小时。

⒎由于焊接熔区小,焊接速度高,输入能量比常规焊接方法小得多,因此其热影响区小,有利提高焊接性能。

焊接区域邻近温度低,对封装热敏器件如集成电路组件,各类传感器探头的封装极为有利。

真空电子束焊机工作原理及典型故障分析

真空电子束焊机工作原理及典型故障分析

特点 。运动方 式有手动控制和 自动控制两种 ,方便操作者使 用 。当运动 系统出现故 障时通常在 电脑 屏幕上有 相应 的报 警 ,但驱动器也有指示灯提示相关的原因,其含义见表 1 。
表1
符号 S V 意义 零速指令 提示颜色 符号 绿色 D1 意义 电缆故障
测 速机
提示颜 色 红色
翻转阀又突 然 自动关闭 ,如不处理 又可 自动打开恢复 正常
运行 。有一次甚 至故障发生 在焊接过 程 中,造 成加工件 报
废 。经初步观察故障发生时翻转阀确实接到 了来 自P C L 的关 闭信号 ,由于故障发生 时间及周期不 确定 ,在排除故 障过
程 中使用 了SE N 公司 的编程器 ,将其 连接在S 型可编 IME S 5
3 真空 系统 .
5 .数控系统 采用德 国I M公 司研 制 的E C N 制系 统 ( G BO 控 工业 控制
电子束焊机 的真空系统如图3 所示 。分别 由电子枪真空
系统 和焊接室真空 系统两部分组成 。电子枪 真空 系统 由机 械泵和蜗轮分子泵构成 ,在抽真空时 ,机械泵先开始工作 ,
表 厅 P c 作 正 常 ;U E 5 CC N R L ÷L 工 S R :N 0 T 0 表示 N 系 统 工作 C
正 常 ;U E 4 H U AU T S R :V E B SF L 表示 V E H 总线 错误 故 障 ;
U E 3 N N O T O 表示N 控制启 动 ;U E 2 D Y S R :O C C N R L C SR : R
4 坐 标 运 动 系统 .
路 正常 的情况 下更换一个新 的 电阻通 电试运行 ,在初 次加 压 时从 一0 V 3 k 开始逐 步缓 慢地将 电压 升高 到一 5 k 1 0V。经过 这一系列的工作 和调试 ,高压 电源可正常工作。 2 扩散泵温度传感器故障 .

EBW-MGGE系列电子束焊机使用维护手册

EBW-MGGE系列电子束焊机使用维护手册

EBW-MG/GE系列电子束焊机使用维护手册前言目录安全指南 1EBW-MG/GE系列电子束焊机介绍 2操作指南 3日常维护与维修 4焊接工艺及要求 5保修维修条例目录前言---------------------------------------------------------------------1 目录---------------------------------------------------------------------2 第一章安全指南----------------------------------------------------------41.1 使用环境条件 -----------------------------------------------------51.2 操作法规---------------------------------------------------------61.3 维护法规---------------------------------------------------------8 第二章EBW-MG/GE系列电子束焊机介绍----------------------------------102.1 特点 ------------------------------------------------------------112.2 技术规格参数----------------------------------------------------122.3 基本结构--------------------------------------------------------13 第三章操作指南---------------------------------------------------------263.1 真空控制--------------------------------------------------------273.2 焊接操作--------------------------------------------------------313.3 参数调整--------------------------------------------------------363.4 调试------------------------------------------------------------443.5 报警信息--------------------------------------------------------483.6 系统设置--------------------------------------------------------493.7 更换灯丝--------------------------------------------------------543.8 工装------------------------------------------------------------573.9 安全防护--------------------------------------------------------583.10 紧急情况的处置-------------------------------------------------60 第四章日常维护与维修--------------------------------------------------634.1 焊机日常维护----------------------------------------------------644.2 真空系统维护及故障处理------------------------------------------654.3 放电故障处理----------------------------------------------------674.4 工装卡具维护与故障处理------------------------------------------69第五章焊接工艺及要求--------------------------------------------------705.1 基本概念--------------------------------------------------------715.2 电子束焊缝的形成机理--------------------------------------------725.3 影响焊缝成形的因素----------------------------------------------735.4 常见焊缝缺陷的产生原因及其防治措施------------------------------755.5 辅助工艺--------------------------------------------------------785.6 焊接工艺--------------------------------------------------------79 附件保修维修条例-----------------------------------------------------84安全指南11.1使用环境条件1.2操作法规1.3维护法规EBW-MG/GE系列电子束焊机在设计时把使用者的安全放在首位,但任何设备,包括设计得非常完美的设备都有危险性。

电子束焊接(EBW)

电子束焊接(EBW)
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基本原理
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电子束焊接结构原理示意图
(1) 阴极 (2) 聚束极 (3) 阳极 (4) 聚焦线圈 (5) 偏转线圈 (6) 光学观察系统 (7) 真空工作室 (8) 工作台及传动系统 (9) 高压电源 (10)电气控制系统 (11)电子枪真空系统 (12)工作室真空系统 (13)真空控制及监测系统 (14)阴极加热控制器 (15)束流控制器 (16)聚焦电源 (17)偏转电源
目录
背景知识
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1
基本原理
定义:
电子束焊接是利用会聚的高能电子束轰击工件 接缝处产生热能使工件融合的一种焊接方法。通常 束斑直径小<1mm(0.1~0.75mm)。
综合影响为:束流增加,熔深增加,熔宽也略微增加。
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焊接速度的影响
焊接速度的增加,将使焊接输入能量减少,从而使 熔深,熔宽均减少。
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电子束焊接优点
能量密度高,焊缝深宽比大 能量低,热影响区窄 焊速快,焊接效率高 焊接参数再现性好,易于控制实现自动化 真空焊接可实现高质量的焊缝 工艺适用性好,可焊材料范围宽
3
电子束焊接机实物图
4
基本原理
电子与材料的相互作用
5
基本原理
电子束
金属蒸汽
液态金属 反冲力f

电子束焊接

电子束焊接

电子束焊接原理电子束焊接(EBW)是利用电子枪所产生的电子在阴阳极间的高电场作用下被拉出,并加速到很高速度,经一级或二级磁透镜聚焦后,形成密集的高速电子流,当其撞击在工件接缝处,其动能转化为热能,使材料迅速熔化而达到焊接的目的。

高速电子在金属中的穿透能力非常弱,如在100kV加速电压下仅能穿透1/40mm,但电子束焊接所以能一次焊透甚至达数百毫米,这是因焊接过程中一部分材料迅速蒸发,其气流强大的反作用力迫使底面液体向四周排开,让出新的底面,电子束继续作用,过程连续不断进行,最后形成一又深又窄的焊缝。

电子束焊接特点电子束焊接是一种先进的焊接方法,其特点和要求主要表现在如下几方面:(1)由于电子束的能量密度很高,焊接速度快,焊件的热影响区和焊接变形极小,可作为零件的终加工工序。

(2)电子束焊缝的深宽比大,可达10∶1~40∶1,而一般电弧焊的深宽比约为1∶1. 5,因此,可以实现大厚度、不开坡口的焊接场合。

(3)可控性好。

电子束焊接参数(电压、电流、焊接速度等)能够被精确控制,焊接时参数的重复性及稳定性好,能确保焊件的焊接质量。

(4)可将难于整体加工的零件分解为容易加工的几部分,再用电子束焊的方法将其焊成整体,使复杂工序变得简单。

(5)可用于不加填充焊丝的对接、角接、T形接等多种焊接场合。

(6)因电子束焊焦点小而能量集中,对组焊件配合处的机械加工精度及装配质量有严格要求,对接焊缝的两边缘要求平整、贴紧,一般不留间隙。

(7)为防止出现焊接裂纹等缺陷,对采用电子束焊接的零件材料,一般要求其碳当量小于0. 4%, 当材料的碳当量大于0. 6%时,裂纹就很难避免,且对焊接工艺的要求也特别高。

电子束焊接的应用日本电子束焊接在压力容器中的实际应用电子束焊接具有焊接热输入量小,焊缝非常窄,几乎没有热影响区,因此焊接接头的性能很好,在焊接过程中工件几乎没有收缩与变形;在真空中焊接,避免了氮、氢、氧的有害作用,可防止低合金高强度钢产生延迟裂纹,同时,由于在真空中避免了氮与氧的有害作用,使较活泼的金属也易于焊接等优点。

电子束焊接(EBW)

电子束焊接(EBW)

电子技术飞跃促进了焊接自动化,出现弧焊机器人; 焊接工艺研究方向和应用领域进一步拓宽

§1.1 焊接技术回顾

1.1.2 焊接方法分类
– 熔化焊: 将被焊金属的结合处局部加热到熔 化状态,互相融合,冷却凝固彼此结合在一 起。 如:气焊、电弧焊、埋弧焊、电渣焊、 各种 气体保护焊、等离子弧焊等。

1.4.2 电子束焊接特点及应用 • (1)电子束焊接的优点 • (2)电子束焊接的不足 • (3)电子束焊接应用
深宽比通常在20:1以上
用于齿轮加工的 电子束焊接技术
T形齿轮零件结构简图
焊前分体部分
焊后整体部分
电子束焊接在电子和 仪表工业中的应用
电子束焊接技术 用于汽车制造
汽车变速器齿轮加工

§1.4 电子束焊接分类、特点及应用
(2) 按照真空度不同
– 高真空电子束焊接(10-3-10-6 torr) – 低真空电子束焊接(10-2-0.5 torr) – 非真空电子束焊接(大气中)
(3) 按照焊件在真空室中位置 – 全真空电子束焊接 – 局部真空电子束焊接

§1.4 电子束焊接分类、特点及应用
(4) 按照功率不同 – 大功率电子束焊接(60KW以上) – 中功率电子束焊接(30-60KW) – 小功率电子束焊接(30KW以下) (5) 按照电子枪特征 – 定枪式和动枪式 – 直热式和间热式 – 二级枪和三极枪 (6) 按照深穿加热特点 – 普通电子束焊接 – 脉冲电子束焊接

§1.4 电子束焊接分类、特点及应用
电子束焊接属于高能束焊接方法之一,归 属与熔化焊范畴。

§1.2 电子束焊接起源与发展
– 电子束的发现迄今已有100多年的历史; – 电子束焊接技术起源于德国,1948年前西德物理学 家K.H.Steigerwald首次提出用电子束焊接的设想; – 1954年法国J.A.Stohr博士成功焊接了核反应堆燃料 包壳,标志电子束焊接金属获得成功; – 1957年11月,在法国巴黎召开的国际原子能燃料元 件技术大会上公布了该技术,电子束焊接被确认为 一种新的焊接方法; – 1958年开始,美国、英国、日本及前苏联开始进行 电子束焊接方面的研究; – 上世纪60年代后,我国开始从事电子束焊接研究;

超高真空系统的设计与组装

超高真空系统的设计与组装

超高真空系统的设计与组装1.1 超高真空靶室及管道的设计真空系统的结构设计主要考虑密封可靠,结构合理,材料对真空度影响要小在设计的时候我们考虑到了真空部件气密性质量,所以我们尽量选择用国家标准中的无缝钢管和板材,但是许多的系统元件又离不开焊接结构,所以我们尽量选择了焊接性能较好的钢材。

而为了保证焊接后焊缝不透气,保证后期的气源固定,也为了清洗简单在设计焊接结构的时候也要注意避免处于真空中的焊缝中有积存污物的空隙在选材的时候要尽量选择一些表面粗糙度较大的,这样也会减少表面放气。

而为了要保证抽气速度足够快,就要避免出现隔离空穴,因为如果出现了隔离空穴它就会成为一个缓慢放气的源泉。

真空系统上的各元件之间多是用法兰连接。

然而法兰与管子之间是用焊接结构。

因为焊接的时候容易引起法兰的变形,所以目前我们国内一般都采用焊接之后再对法兰进行加工处理,这样即可达到尺寸和粗糙度上的要求,又可以保证两个法兰连接的密封可靠。

而对于某些必须要处于较高温度工作的真空橡胶密封圈,因为橡胶的耐温有限,所以可以专门加一个水冷结构来加以保护。

又为了让真空系统元件壳体与真空室壳体有足够的强度,保证它们在内力和外力的作用下不会产生变形,其器壁要有一定的厚度。

而实验表明真空容器采用圆形的结构较好。

端盖采用凸形的结构为好尽量不要采用平盖,因为其抗压能力相差很大。

而壁厚已经有了标准尽寸,当然也可以计算出来。

设计的时候还要注意,在容器检漏的时候,如果是采用内部打压法,一般打入三个大气压力容器不应该变形。

水套检漏的时候也按照三个压力打压。

即有水套的壳体在外部或者内部打入三个大气压力下,都不应该变形。

而为了保证由外面进入真空室内的移动件或者转动件有可靠的动密封。

除了要选择好的密封结构之外,其中的轴或者杆也一定要满足粗糙度的要求。

更要防止在轴和杆上存在轴向的划痕,因为这种划痕会降低真空度,且不容易发现。

真空室的壳体上的水套结构,不仅要保证水流的畅通无阻。

电子束焊接

电子束焊接

电子束焊接[摘要]:电子束焊接广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业。

电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子,该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束,用此电子束去轰击工件,巨大的动能转化为热能,使焊接处工件熔化,形成熔池,从而实现对工件的焊接。

它具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点。

[关键词]:电子束焊接;应用发展;基本原理;1、电子束焊接的应用及发展电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。

电子束焊是一种先进的焊接方法,在工业上的应用只有不到60年的历史,首先是用于原子能及宇航工业,继而扩大到航空、汽车、电子、电器、机械、医疗、石油化工、造船、能源等工业部门,创造了巨大的社会经济效益,并日益受到人们的关注。

1.1电子束焊接的应用现状电子束焊在新型材料加工业中的应用非常广泛,新型材料加工业是一个新兴的具有很大发展前景的产业。

电子束焊在新型材料加工业中的应用如图1所示。

有些新兴材料热比较敏感,用普通的焊接方法进行焊接作业时很容易产生形变,而电子束焊接产生的电子束极细,且可以通过汇聚作用实现有效的控制,在焊接时能够将热量控制在极小部位,瞬间将材料融化并立即凝固,对焊缝周边材料几乎没有影响,从而实现了对热敏感材料的焊接。

随着新型材料加工业的发展壮大和新型材料类型的增加,电子束焊接也会在这个领域有更多的应用[1]。

图1 电子束焊接新技术航空航天领域对于各种零部件的精细化程度和耐受力要求到近乎苛刻的程度,要能够承受高空恶劣的环境、高低温度的变化、超重和失重等,确保万无一失。

电子焊接技术在航空航天领域有重要的应用,是促进航空航天事业发展的强有力工具之一。

电子焊接具有很好的柔性,在飞机重要承力件、发动机转子等部件的焊接上应用广泛。

比如。

美国生产的F-22战机(禽猛)的机身需要焊接一种钛合金,对焊缝长度和厚度要求很高,一般的焊接技术无能只能望洋兴叹,而采用电子束焊接技术成功实现了达87彻的焊缝长和20mm的厚度焊接,而且采用电子束焊接技术,不需要另附连接焊条,减少了战机的有效载重.提高了灵敏度和作战能力。

电子束焊EBW介绍及优缺点

电子束焊EBW介绍及优缺点

电子束焊EBW介绍及优缺点电子束焊是从1950年晚些时候开始商业应用的,它已经赢得了业界的认可。

开始时,该工艺要求在一个高真空室内操作。

然而,该工艺迅速得到改进,只在电子束产生的部位需要高真空。

这就有了在中真空或非真空环境中焊接的选择。

这个进步使得该工艺被汽车和消费品制造商认可。

所以,EBW在世界范围的工业中得到广泛的应用(见图3.44-3.46)。

EBW是一种熔化连接工艺,它通过带有高能量的电子束撞击要焊接的接头来连接材料。

电子束焊的关键部位是电子束枪。

电子是通过加热与负极相连的发射阴极或“灯丝”,使它达到它的热电子发射温度范围,电子蒸发并被吸引到与正极相连的阳极上而产生的(见图3.47)。

在发射器周围有配置好的栅格或偏罩,以帮助加速和成型电子形成电子流。

电子束通过阳极上的开孔离开电子枪继续向工件运动(见图3.48)。

一但电子束离开电子枪,它会渐渐发散。

为了抵消这种发散,使用一个电磁镜系统来汇聚电子束,它将电子束在工件上汇聚成一个点。

电子束的发散和汇聚角度都很小,这可使聚焦的电子束得到一英寸的范围的有效聚焦或“景深”。

电子束焊有四个基本参数:加速电压,电子束电流,焦点尺寸和焊接速度。

基本设备包括真空室,控制和电子束枪(见图3.44-3.46)。

典型的功率是30-175kV和50-1000mA。

电子束产生比激光束更高的能量密度。

如激光束焊一样,电子束焊通常采用“小孔”模式,它产生非常深非常窄的焊缝(见图3.49)。

在大多数应用中,熔深比宽度大得多,而且产生的热影响区非常窄。

例如,在真空条件下,0.5英寸(13mm)板材对接,焊缝宽度会小至0.003英寸(0.8mm)。

这与弧焊和气焊的焊接接头有着明显不同的焊缝区,主要是通过导热熔化得到熔透。

通过电磁偏转可以很容易地移动电子束。

在大多数情况下,偏转是用于调整电子束和接头之间的偏移,或用于产生圆,椭圆或其它形状。

偏转会修订作用于接头的平均能量密度,这会改变焊道的形状。

电子束焊接解析

电子束焊接解析
1000mA,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高
100 ~ 1000倍,属于高能束流。
1.1.1 电子束焊的基本原理
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。
1.1.1 电子束焊的基本原理
在电子束焊接过程中,焊
接熔池始终存在一个匙孔。 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
高真空电子束焊接是在真空度为10-4~10-1Pa的环
境下进行,具有良好的真空条件,电子束很少发生 散射,可以保证对熔池的“保护”,防止金属元素 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焊 接,也适用于各种形状复杂零件的精密焊接。
1.1.2 电子束焊的特点及分类
低真空电子束焊:在真空度为10-1~10Pa
1.1.3 电子束焊的适用范围
可焊接的材料:除含有大量高蒸气压元素的材料外,
一般熔焊能焊的金属,都可以采用电子束焊,如铁、 铜、镍、铝、钛及其合金等。此外,还能焊接稀有 金属、活性金属、难熔金属和非金属陶瓷等;焊接 熔点、热导率、溶解度相差很大的异种金属。焊接 热处理强化或冷作硬化的材料,而接头的力学性能 不发生变化。
孔焊”。
1.1.2 电子束焊的特点及分类
1.电子束焊的优点
电子束穿透能力强,焊缝深宽比大。 焊接速度快,热影响区小,焊接变形小。 焊缝纯度高,接头质量好。

超高强度300M钢电子束深缝焊接力学性能及破坏机理研究

超高强度300M钢电子束深缝焊接力学性能及破坏机理研究

超高强度300M钢电子束深缝焊接力学性能及破坏机理研究刘星;刘斌;卢智先;赵桐【摘要】超高强度300M钢具有优异的力学性能,广泛应用于飞机起落架.通过静力拉伸、三点弯曲及动态Charpy冲击试验,揭示300M钢电子束深缝焊接的力学性能及破坏机理;对试验后的典型试样进行断口宏观与微观分析,并采用场发射扫描电镜(SEM)对断口形貌进行观察、分析.结果表明:母材与焊接件都出现明显的拉伸塑性段,二者的刚度和强度相差不大,但是焊接件的断裂应变较母材小,焊接件焊缝的韧性略低于母材;焊接件弯曲强度与母材相当,但是破坏时的弯曲变形较母材也有所下降,焊接件的延性较差;在冲击试验中焊接件吸收能量与断裂韧性均低于母材,冲击韧度降低.【期刊名称】《航空工程进展》【年(卷),期】2018(009)004【总页数】9页(P603-610,622)【关键词】超高强度300M钢;深焊缝;电子束焊接;拉伸强度;弯曲强度;冲击韧度【作者】刘星;刘斌;卢智先;赵桐【作者单位】西安航空学院飞行器学院,西安 710077;西北工业大学航空学院,西安710072;西北工业大学航空学院,西安 710072;北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室,北京 100024【正文语种】中文【中图分类】TG404;TG4070 引言300M合金钢(40CrNi2Si2MoVA)[1]是在4340钢基础上改进得到的超高强度钢[2]。

该材料采用精细的热处理工艺,然后在500 K进行低温回火制备得到,抗拉强度和弹性模量分别为2 000 MPa 和205 GPa,具有较高的强度、韧性、塑性和疲劳性能。

由于300M钢优异的力学性能,在航空航天中广泛用作较大尺寸结构材料,例如飞机起落架材料、超高强度螺栓、耳片和火箭发动机壳体[3-4]。

目前300M钢材料制成的较大尺寸的结构件(例如飞机起落架),都是在锻造毛坯上进行数控加工,其缺点为较浪费材料、利用率低,以及毛坯锻造纤维流线部分切断,深孔加工难度大、需要大型的锻压设备使得成本较高。

真空系统设计.

真空系统设计.

真空系统设计(1第八讲:真空系统设计王继常(东北大学一、真空系统的组成真空应用设备种类繁多,但无论何种真空应用设备都有一套排除被抽容器内气体的抽气系统,以便在真空容器内获得所需要的真空条件。

举例来说:一个真空处理用的容器,用管道和阀门将它与真空泵连接起来,当真空泵对容器进行抽空时,容器上要有真空测量装置,这就构成了一个最简单的真空抽气系统(如图1。

图1所示的最简单的真空系统只能在被抽容器内获得低真空范围内的真空度,当需要获得高真空范围内的真空度时,通常在图1所示的真空系统中串联一个高真空泵。

当串联一个高真空泵之后,通常要在高真空泵的入口和出口分别加上阀门,以便高真空泵能单独保持真空。

如果所串联的高真空泵是一个油扩散泵,为了防止大量的油蒸气返流进入被抽容器,通常在油扩散泵的入口加一个捕集器——水冷障板(如图2所示。

根据要求,还可以在管路中加上除尘器、真空继电器规头、真空软连接管道、真空泵入口放气阀等等,这样就构成了一个较完善的高真空系统。

凡是由两个以上真空泵串联组成的真空系统,通常都把抽低真空的泵叫做它上一级高真空泵的前级泵(或称前置泵,而最高一级的真空泵叫做该真空系统的主泵,即它是最主要的泵,被抽容器中的极限真空度和工作真空度就由主泵确定。

被抽容器出口到主泵入口之间的管路称为高真空管路,主泵入口处的阀门称为主阀。

通常前级泵又兼作予真空抽气泵。

被抽容器到予抽泵之间的管路称为予真空管路,该管路上的阀门称为予真空管道阀。

主泵出口到前级泵入口之间的管路称为前级管道,该管路上的阀门称为前级管道阀,而软连接管道是为了隔离前级泵的振动而设置的。

总起来说,一个较完善的真空系统由下列元件组成:1.抽气设备:例如各种真空泵;2.真空阀门;3.连接管道;4.真空测量装置:例如真空压力表、各种规管;5.其它元件:例如捕集器、除尘器、真空继电器规头、储气罐等。

那么,究竟什么是真空系统?用一句话来概括,就是:用来获得有特定要求的真空度的抽气系统。

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书山有路勤为径,学海无涯苦作舟
大型电子束焊接设备(EBW)真空抽气系统设计
大抽速的真空抽气系统是大型电子束焊接设备(electron beam welding,EBW)中必不可少的组成部分。

本文介绍了一个大型电子束焊设备中真
空抽气系统的组成及其设计思路、方法,并对此真空抽气系统所能得到的本底真
空度、工况真空度以及各阶段的抽气时间进行了详细的计算。

为大型真空设备
的研制提供一个有益的思路和便捷的方法。

国际热核聚变实验反应堆
电子束焊是近三十年来新发展起来的一种熔化焊接方法, 它利用空间定向
运动的电子束以高速撞击到工件表面后产生的热能使工件熔化,形成焊缝。


子束焊接的质量一方面取决于电子束源以及加工工艺的优化,而从电子束的加
工工艺来说,很大程度上取决于真空的环境,真空度的提高可以减少高速电子
束的减速和阻尼现象,而抽真空速率对电子束的整个加工时间起着决定性的作用。

此大型电子束焊接设备的需抽容积较大,需要一个大抽速的真空系统,
现对此真空抽气系统进行设计。

设计要求
为了使电子束内的杂质微粒对真空的影响减至最小,延长阴极寿命,应
尽可能地提高电子束焊接室的真空度。

工作时焊接室需经常开启以更换焊接
件,因此要尽可能地减少真空抽气时间,以提高焊接效率。

此真空抽气系统的具体设计要求如下:
(1) 焊接室需抽容积为48 m3,材料为复合不锈钢。

在焊接前,焊接室的本底真空度要求达到1 乘以10- 2 Pa。

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