电子束焊接原理及设备PPT课件
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(焊接课件先进连接技术)电子束焊接技术
15A型高压电子束焊机，此焊机是国内第一台自行设
计、自行制造的高压电子枪和大型真空室（9m3）
的高压电子束焊机，填补了国内空白，达到80年代
末世界先进水平。焊机功率为15kW，加速电压为
150kV。在此焊机上，完成了多种航空航天发动机零
部件的焊接工作，同时焊接了原子能射线发生器、
雷达慢波导、导弹壳体、汽车变截面轴、石油钻头
采用电子束焊焊接厚大件时，比其他焊接方法具有明 显的优势，为了克服大型真空电子束焊机造价高、抽真空 时间长的缺点，非真空电子束焊的研究及应用成为热点， 近年英国焊接研究所采用非真空电子束焊焊接铜制核废料 罐，取得了良好的社会和经济效益。图3所示是非真空电 子束焊机示意图。德国阿亨大学焊接研究所（iSF）也在 开展大功率非真空电子束焊焊接设备及工艺的研究
在我国其他工业中，采用电子束焊的主要有高压气 瓶、核电站反应堆内构件筒体、汽车齿轮、电子传 感器、雷达慢波导等；另外，炼钢炉的铜冷却风口、 汽轮机叶片等也有的采用电子束焊焊接。
在我国，电子束焊焊接技术在工业中将进一步应用， 但需解决的问题是：
① 焊接可靠性、稳定性及质量在线检测技术的发 展；
② 新产品设计与电子束焊技术的有机结合； ③ 焊缝自动对中与跟踪的自适应控制技术的发展； ④ 深穿透机理及电子束与材料交互作用等物理现
（4）大功率表面处理技术的开发
过去电子束表面处理应用的设备功率在 200kW以下，现在日本、前苏联等研究了 500kW的电子束热源，用于涂层处理工艺。 06:54
（5）复合式电子束加工设备的研制 随着工业用途的增加，要求电子束加工设备具有综合
功能。俄罗斯1994年制定了多功能综合型电子束加工设备 的研制计划，研制多功能综合型电子束加工设备，具有电 子束焊、钎焊、局部热处理、表面强化等功能，功率为 60kW，加速电压为60kV，配有两个以上电子枪，采用计 算机及CNC控制。 （6）非真空电子束焊焊接设备及工艺的研究和应用
电子束焊接工艺
焊件
电子枪 电子束流 真空室
真空电子束焊接示意图
阴极 聚束极 阳极 聚焦线圈 偏转线圈 焊件
灯丝电源 偏压电源 高压电源
电子束
阳极 聚束极 阴极
灯丝电源
静电部分示意图
• 小结： • （1）阴极发射电子束 （2）聚束极控制束流大小 • （3）阳极加速电子束流 • （4）阴极和阳极形成同心球静电场，从阴极发射束流形成锥束 • （5）聚焦线圈控制工作距离 （6）偏转线圈改变焦点的位置 • 二，真空电子束焊的特点 • 1，加热功率密度大 2，焊缝深宽比大 3，焊缝不易污染 • 4，规范参数调节范围宽，适应性强 • 三，应用 • 1，电子工业微型器件 2，航天真空密封件 3，原子能工业 • 4，汽车 5，机械工业
• §2真空电子束焊接工艺
• 一，焊缝形成过程 • 1，熔化成型方式 • 2，深穿入式成型方式 • 二，规范参数对焊缝成型的影响 • 三，接头形式与电子束焊的特异功能
• 1，对接
2，搭接
3，丁接
• 四，焊接缺陷及防止措施
• 1，焊缝成型不连续
2，咬边 3，下塌
• §3低真空，非真空电子束焊及电子束焊的分类
• 一，低真空及非真空电子束焊的提出
• 二，电子束焊真空度对熔深的影响
• 三，电子束焊的分类方法
• 按其真空度分：
• 1，真空电子束（高真空） 2，低真空电子束 3，非真空电子束
• 按其加速电压分：
• 1，高压电子束焊 2，中压电子束焊 3，低压电子束焊
第三章电子束焊接
• 电子束焊接：EBW——Electron Beam Welding
• §1真空电子束焊接(图2)
• 一，原理(图3) • 电子枪分为两部分： • 1，静电部分(图4) • 静电部分的作用： • （1）发射电子束流 （2）控制束流的大小 • （3）加速电子束Байду номын сангаас （4）会聚电子束流 • 2，电磁部分 • 电磁部分分为聚焦线圈和偏转线圈
《电子束焊》课件
《电子束焊》PPT课件
本课件介绍了电子束焊的基本原理、应用领域、设备、焊接材料以及质量控 制等关键内容。通过详细讲解，并结合实际案例与图像展示，帮助大家全面 了解电子束焊技术。
电子束焊简介
电子束焊是一种高能束焊技术，利用高速运动的电子束对焊接部位进行加热和熔化，从而实现金属零件的连接。 它具有高能量密度、焊接速度快等优势。
用于焊接航空发动机、航天器和导弹等高精度结构件。
2
电子工业
适用于微观尺寸的器件和电子封装的焊接，具有高精度和高速度的优势。
3
生命科学
常用于医疗器械、人工关节以及医疗器械的生产制造。
4
其他应用领域
还广泛应用于船舶、汽车、机械制造等领域的焊接和制造工艺。
焊接设备
电子枪
电子束产生的关键设备，产生高速电子束并控制束 流。
束流控制装置
通过磁场和电场控制束流的方向和位置。
聚焦镜系统
利用透镜等设备将束流聚焦成细小的束斑。
抽真空系统
保证焊接区域的真空环境，减少气体干扰。
焊接材料
焊接材料的要求和选型
根据焊接工艺的要求，选择合适的金属材料和 焊接材料，保证焊接质量。
涂层焊接的特殊要求和处理
对于涂层材料，需要特殊的处理和焊接工艺， 确保涂层品质。
2 未来的发展方向
随着技术的不断发展，电子束焊将实现更高的焊接速度和更广泛的应用领域。
参考文献
相关研究论文
详细介绍了电子束焊技术的 研究成果和应用案例。
相关标准和规范
列出适用于电子束焊的相关 标准和规范。
相关书籍和资料
推荐一些电子束焊技术方面 的经典书籍和实用资料。
电子束焊的基本原理
Байду номын сангаас电子束产生与控制
本课件介绍了电子束焊的基本原理、应用领域、设备、焊接材料以及质量控 制等关键内容。通过详细讲解，并结合实际案例与图像展示，帮助大家全面 了解电子束焊技术。
电子束焊简介
电子束焊是一种高能束焊技术，利用高速运动的电子束对焊接部位进行加热和熔化，从而实现金属零件的连接。 它具有高能量密度、焊接速度快等优势。
用于焊接航空发动机、航天器和导弹等高精度结构件。
2
电子工业
适用于微观尺寸的器件和电子封装的焊接，具有高精度和高速度的优势。
3
生命科学
常用于医疗器械、人工关节以及医疗器械的生产制造。
4
其他应用领域
还广泛应用于船舶、汽车、机械制造等领域的焊接和制造工艺。
焊接设备
电子枪
电子束产生的关键设备，产生高速电子束并控制束 流。
束流控制装置
通过磁场和电场控制束流的方向和位置。
聚焦镜系统
利用透镜等设备将束流聚焦成细小的束斑。
抽真空系统
保证焊接区域的真空环境，减少气体干扰。
焊接材料
焊接材料的要求和选型
根据焊接工艺的要求，选择合适的金属材料和 焊接材料，保证焊接质量。
涂层焊接的特殊要求和处理
对于涂层材料，需要特殊的处理和焊接工艺， 确保涂层品质。
2 未来的发展方向
随着技术的不断发展，电子束焊将实现更高的焊接速度和更广泛的应用领域。
参考文献
相关研究论文
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相关标准和规范
列出适用于电子束焊的相关 标准和规范。
相关书籍和资料
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电子束焊的基本原理
Байду номын сангаас电子束产生与控制
第九章-电子束焊
第二节 电子束焊的焊接设备一、电来自枪图9-1 三极电子枪
(1)直接加热式阴极 加热电流的类型和大小是影响阴
第二节 电子束焊的焊接设备
极寿命、电子束稳定的主要因素。 (2)间接加热式阴极 在加热灯丝和阴极之间应加几千伏的电压，使 阴极受到热电子的撞击而升温，这种电极的热惯性大、寿命长、形状 稳定。
2.按被焊材料所处环境的真空度分类
(1)高真空电子束焊 焊接是在10-4~10-1Pa的压强下进行的，良好的 真空条件，可以很好地保护焊缝熔池，防止金属元素的氧化和烧损。
第一节 电子束焊概述
(2)低真空电子束焊 焊接是在10-1~10Pa的压强下进行的，虽然真空 度不高，但是，在10-1~10Pa的压强下，束流密度及其相应的功率密 度的最大值，与高真空的最大值相差很小。 (3)非真空电子束焊 成本低、效率高，在汽车生产线上可连续进行 焊接。
第二节 电子束焊的焊接设备
二、供电电源
(1)高压电源 直流高压电源是用来建立阴极-阳级之间的高压电场， 对于保证电子束斑点的质量、参数的稳定、聚焦和偏转等起到很重要 的作用。 (2)阴极加热电源 直热式阴极加热电源应采用具有良好滤波的直流 电源，要求不高的专用电子束焊机也可以采用交流电供电。 (3)偏压电源 为了使电子束流在允许的范围内稳定，偏压电源及其 控制系统应具有良好的调节特性(一般能在100~2000V之间调节)。
焊工（技师、 高级技师）
第九章 电子束焊
了解电子束焊的特点，能够针对特殊 材料和结构选择电子束焊焊接方法。
第一节 电子束焊概述
一、电子束焊的原理 二、电子束焊的特点
1.电子束焊的优点
(1)功率密度高 电子束焊常用的加速电压为30~150kV，电子束电流 为20~1000mA，聚焦后的电子束焦点直径约为0.1~1mm，所以，电子束 的功率密度可达104~109W/cm2。 (2)快速、精确地控制 通过电场、磁场可对电子束作快速、精确的 控制，而激光只能通过透镜和反射镜控制，速度较电子束慢。 (3)穿透能力强 电子束斑点尺寸极小，功率密度大，穿透能力强， 焊缝深宽比(深度与宽度比)达50∶1，可一次焊透的不锈钢。
《电子束焊》PPT课件
2.电子束焊接的缺点
1)设备比较复杂，价格昂贵。
精选PPT
6
第一节 电子束焊概述
2)电子束焊接时，焊件的尺寸常受到真空室尺寸的限制。 3)焊前对焊件的加工、装配要求比较严格，准备工作比较仔细。 4)电子束容易受杂散的电磁场的干扰，影响焊接质量。 5)电子束焊接过程中，将产生X射线，需要严加防护，以保证操作人 员的健康和安全。
19
第四节 常用材料的电子束焊
பைடு நூலகம்
五、钛及钛合金的电子束焊
1)焊前用化学方法，仔细清洗待焊处及对接边缘的油、污、锈、垢及
氧化膜。
2)填充焊丝或填片在焊前要进行真空退火除氢。
3)薄板焊接时，应采用卷边接头形式。
4)为防止焊缝金属晶粒长大，应选用高电压、小束流的焊接参数进行
焊接。
5)对于高温条件下使用的钛合金焊件，其工艺流程是：退焊接固熔处
精选PPT
5
第一节 电子束焊概述
(8)电子束容易受控 焊接参数易于精确调节，通过控制电子束的偏 移，可以实现对复杂焊缝的自动焊接，在焊接过程中可以通过电子束 扫描熔池来消除缺陷，从而提高焊接接头质量。 (9)可焊接材料多 不仅能焊接金属和异种金属材料的接头，还能焊 接非金属材料，如陶瓷、石英玻璃等。 (10)自动化程度高 电子束焊焊接参数容易实现机械化、自动化控制， 在焊接过程中，重复性、再现性好，确保产品质量的稳定性。
6焊缝性能好电子束焊时高温作用时间短合金元素烧损少能避免焊接接头晶粒长大使焊接接头力学性能好焊缝抗腐蚀性能7焊接金属质量高在真空环境中焊接不仅可以防止熔化金属受到氢氧氮等有害气体的污染而且还有利于焊缝金属的除气和净第一节第一节电子束焊概述电子束焊概述精选ppt8电子束容易受控焊接参数易于精确调节通过控制电子束的偏移可以实现对复杂焊缝的自动焊接在焊接过程中可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷从而提高焊接接头质量
1)设备比较复杂，价格昂贵。
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6
第一节 电子束焊概述
2)电子束焊接时，焊件的尺寸常受到真空室尺寸的限制。 3)焊前对焊件的加工、装配要求比较严格，准备工作比较仔细。 4)电子束容易受杂散的电磁场的干扰，影响焊接质量。 5)电子束焊接过程中，将产生X射线，需要严加防护，以保证操作人 员的健康和安全。
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第四节 常用材料的电子束焊
பைடு நூலகம்
五、钛及钛合金的电子束焊
1)焊前用化学方法，仔细清洗待焊处及对接边缘的油、污、锈、垢及
氧化膜。
2)填充焊丝或填片在焊前要进行真空退火除氢。
3)薄板焊接时，应采用卷边接头形式。
4)为防止焊缝金属晶粒长大，应选用高电压、小束流的焊接参数进行
焊接。
5)对于高温条件下使用的钛合金焊件，其工艺流程是：退焊接固熔处
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第一节 电子束焊概述
(8)电子束容易受控 焊接参数易于精确调节，通过控制电子束的偏 移，可以实现对复杂焊缝的自动焊接，在焊接过程中可以通过电子束 扫描熔池来消除缺陷，从而提高焊接接头质量。 (9)可焊接材料多 不仅能焊接金属和异种金属材料的接头，还能焊 接非金属材料，如陶瓷、石英玻璃等。 (10)自动化程度高 电子束焊焊接参数容易实现机械化、自动化控制， 在焊接过程中，重复性、再现性好，确保产品质量的稳定性。
6焊缝性能好电子束焊时高温作用时间短合金元素烧损少能避免焊接接头晶粒长大使焊接接头力学性能好焊缝抗腐蚀性能7焊接金属质量高在真空环境中焊接不仅可以防止熔化金属受到氢氧氮等有害气体的污染而且还有利于焊缝金属的除气和净第一节第一节电子束焊概述电子束焊概述精选ppt8电子束容易受控焊接参数易于精确调节通过控制电子束的偏移可以实现对复杂焊缝的自动焊接在焊接过程中可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷从而提高焊接接头质量
电子束焊接 3.1.12
电子束焊接（EB）电子束焊是利用会聚的高速电子流轰击工件表面，使电子运动的动能转变为热能，熔化金属的一种焊接方法。
一、工作原理、特点及分类1. 工作原理电子束是从电子枪中产生的。
阴极（钨钽等）被加热发射电子，在25～300KV 的加速电压的作用下，电子被加速到0.3～0.7倍的光速，具有一定的动能。
经电子枪中的静电透镜（偏压电极）和电磁透镜（聚焦极）的作用，电子会聚成功率密度很高的电子束。
2. .特点：优点1）功率密度高，加速电压25～300 KV电子束电流20～1000mA电子束焦点直径0.1～1mm电子束功率密度106 W/cm²2）电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。
深宽比可达50：1；3）焊接速度快，热影响区小，焊接变形小；4）可焊接难以接近部位的接缝；5）具有精确、快速的可控性。
缺点：1）设备比较复杂，费用比较昂贵；2）工件加工、装配的精度要求高；3）易受到外界电磁场的干扰；4）焊接时产生X射线，需要采用铅玻璃或铅板屏蔽。
3.分类按被焊工件所处环境的真空镀来可分为三种。
1）高真空电子束焊；真空度10-4～10-1 Pa（适用于活性金属焊接）2）低真空电子束焊；真空度10-1～10 Pa （提高了生产率） 3）非真空电子束焊；但电子束仍在高真空条件下产生。
二、电子束焊接设备由电子枪、工作室（真空室）、真空系统、电源、控制系统等组成。
图1 电子束焊接设备结构简图1. 电子枪：阴极（钨、钽）——发射电子，高的负电位，与阳极之间形成电子束的加速电场。
偏压电极（栅极）——相对于阴极呈负电位，通过调节其负电位的大小和偏压电极的形状及位置，可调节电子束流的大小和形状，起静电透镜的作用。
聚焦极——使发散的电子束聚焦，起电磁透镜的作用。
偏转极——使电子束作重复性摆动或偏移。
注：偏压电极和聚焦极应保持同心。
2. 工作室：用低碳钢板制成，以屏蔽外部磁场对电子束轨迹的干扰，内表面应镀镍或作其它处理，减小表面吸附气体、飞溅及油污等。
电子束焊接
1.1.3 电子束焊的适用范围
应用领域：由于电子束焊接具有焊接深度大、
焊缝性能好、焊接变形小、焊接精度高、并 有较高的生产率等特点。因此，在航空航天、 汽车制造、压力容器、电力及电子等工业领 域中得到了广泛地应用，能够实现特殊难焊 材料的焊接。
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，
观察窗口通常由三重玻璃组成，里层为普通玻璃；中层 的铅玻璃是防护X射线的作用；外层的钢化玻璃是承受 真空室内外压力差的。
采用工业电视可以使操作者能连续观察焊接过程，防止 肉眼受强烈光线刺激的危害。
1.2.2 电子束焊机的选用
选用电子束焊机通常考虑以下几个方面： 焊接化学性能活泼的金属（如W、Ta、Mo等）及其合金应
清理方法：工件表面的氧化物、油污应用化学或机
械方法清除。煤油、汽油可用于去除油渍，丙酮是 清洗电子枪零件和被焊工件最常用的溶剂。
注意：使用含有氯化烃类溶剂，随后须将工件放在
丙酮内彻底清洗。清理完毕后不能再用手或工具触 及接头区，以免污染。 非真空电子束焊对焊件清理的要求可降低。
1.3.1 焊前准备
子枪提供加速电 压、控制电压和 灯丝加热电流。 高压电源控制原 理如图所示。
1.2.1 电子束焊机的组成
控制系统：早期电子束焊机的控制系统仅限于控制
束流的递减、电子束流的扫描及真空泵阀的开关； 目前可编程控制器及计算机数控系统等已在电子束
焊机上得到应用，使控制范围和精度大大提高； 计算机数控系统除了控制焊机的真空系统和焊接程
序外，还可实时控制电子参数、工作台的运动轨迹 和速度，实现电子束扫描和焊缝自动跟踪。
1.2.1 电子束焊机的组成
真空系统：对电子枪和真空室抽真空用的。
电子束焊的工作原理
电子束焊的工作原理
电子束焊是利用高速电子束的冲击力和热能将金属材料加热至熔点，达到焊接效果的一种焊接技术。
其工作原理如下：
1.电子束产生：在电子束焊设备中，通过电子枪或加速器向钨丝施加高压电流，使其产生极高的热能。
热能会使钨丝进入高温状态，并释放出大量的自由电子。
2.电子束聚焦：利用磁铁或电磁场将自由电子束聚焦为一束高速电子流，从而形成电子束。
3.电子束加速：通过加速器施加电场，将电子束加速至一定的速度。
速度越高，电子束的穿透力和热能也越强。
4.电子束照射：将加速后的电子束照射到需要焊接的金属材料上。
由于电子束的高速冲击力和热能，金属材料的表层会被加热至熔点。
5.金属熔化和焊接：由于金属材料表层被高速电子束加热至熔点，金属原子开始进入高度活跃的状态。
金属原子在熔化状态下，会发生相互扩散和融合，从而实现焊接的效果。
6.焊接完成：电子束焊接完成后，焊接区域会快速冷却，形成牢固的焊缝。
电子束焊技术由于其高能量、高速度和高密度的特点，具有焊
接速度快、熔深浅可控、焊缝质量好等优点。
它在航天航空、汽车工业、电子工业等领域有着广泛的应用。
电子束焊接(EBW)
16
电子束焊接经济性与结构合理性分析
（1）经济性：
不重要的非主承力焊缝，一般的碳钢及低合金结构钢焊缝，接 头结构复杂，有遮挡，需做复杂工装的焊缝不采用电子束焊。
（2）结构合理性：
密闭容器要有放气工艺孔；工件之间配合紧密； 尽量采用简单结构；考虑工作室的尺寸； 考虑电子束的可达性。
17
焊接规范参数的选择确定
25
电子束焊接缺点
电子束焊接成套设备价格昂贵 焊缝对中精度要求高 焊接前接头设计，清理及装配要求高 电子束易受磁场干扰 工件尺寸受真空室大小限制 焊接质量受真空条件限制 焊接时产生X射线需严加防护
26
电子束焊接独有的两种缺陷
（1）钉尖
产生部位： 常发生在部分熔透焊缝的根部。
形成原因： 电子束功率的脉动，液态金属表面张力和冷却速度过大
而液相金属来不及流入所致。 解决措施:
接头采用垫板，将缺陷引出；偏转扫描电子束；
27
电子束焊接独有的两种缺陷
（2）冷隔
产生部位： 厚件焊缝根部和稍高处会出现较大的空洞，
把上下熔化金属分隔来。
形成原因： 厚件中气孔的一种特殊表现形式，与电子束焊缝形
成机制有关。厚板焊接时，金属蒸汽和其它气体逸出 受阻，在较快冷却速度下留在焊缝中。 解决措施：
8
电子束焊分类
（5）按照电子枪特征分类
定枪式和动枪式 直热式和间热式 二级枪和三级枪
（6）按照深穿加热特点分类
普通电子束焊接 脉冲电子束焊接
9
电子束焊接的接头
（1）对接接头：电子束焊接最适应的一种接头形式
10
电子束焊接的接头
（2）T型接头
11
电子束焊接的接头
（3）搭接接头
电子束焊接经济性与结构合理性分析
（1）经济性：
不重要的非主承力焊缝，一般的碳钢及低合金结构钢焊缝，接 头结构复杂，有遮挡，需做复杂工装的焊缝不采用电子束焊。
（2）结构合理性：
密闭容器要有放气工艺孔；工件之间配合紧密； 尽量采用简单结构；考虑工作室的尺寸； 考虑电子束的可达性。
17
焊接规范参数的选择确定
25
电子束焊接缺点
电子束焊接成套设备价格昂贵 焊缝对中精度要求高 焊接前接头设计，清理及装配要求高 电子束易受磁场干扰 工件尺寸受真空室大小限制 焊接质量受真空条件限制 焊接时产生X射线需严加防护
26
电子束焊接独有的两种缺陷
（1）钉尖
产生部位： 常发生在部分熔透焊缝的根部。
形成原因： 电子束功率的脉动，液态金属表面张力和冷却速度过大
而液相金属来不及流入所致。 解决措施:
接头采用垫板，将缺陷引出；偏转扫描电子束；
27
电子束焊接独有的两种缺陷
（2）冷隔
产生部位： 厚件焊缝根部和稍高处会出现较大的空洞，
把上下熔化金属分隔来。
形成原因： 厚件中气孔的一种特殊表现形式，与电子束焊缝形
成机制有关。厚板焊接时，金属蒸汽和其它气体逸出 受阻，在较快冷却速度下留在焊缝中。 解决措施：
8
电子束焊分类
（5）按照电子枪特征分类
定枪式和动枪式 直热式和间热式 二级枪和三级枪
（6）按照深穿加热特点分类
普通电子束焊接 脉冲电子束焊接
9
电子束焊接的接头
（1）对接接头：电子束焊接最适应的一种接头形式
10
电子束焊接的接头
（2）T型接头
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电子束焊接的接头
（3）搭接接头
电子束焊ppt课件
12
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
b．焊缝深宽比(H/B)大。通常电弧焊的深宽比很难超 过2，电子束焊的深度比在50以上。电子束焊比电弧 焊可节约大量填充金属和电能，可实现高深宽比的 焊接，深宽比达60：1，可依次焊透0.1~300mm厚度 的不锈钢板。
8
c. 焊接速度快，焊缝热物理性能好。焊接速度快，能量集 中、熔化和凝固过程快．热影响区小，焊接变形小。对精加 工的工件可用作最后的连接工序，焊后工件仍能保持足够的 精度。能避免晶粒长大，使焊接接头性能改善，高温作用时 间短，合金元素烧损少，焊缝抗蚀性好。
▪ X射线问题：X射线在高压下特别强，需对操作人员实施保护； ▪ 对工件装配质量要求严格，同时工件表面清洁的要求也较高。
10
1.2 电子束焊机及应用
目前全世界约有8000台电子束焊机在工业 部门及实验室中应用。
11
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
9
缺点
▪ 需要高真空环境以防止电子散射，设备复杂，焊件尺寸和 形状受到真空室的限制（非真空环境的电子束焊，是重要的 研究方向）；
▪ 由于真空室的存在，抽真空成为影响循环时间的主要障碍 （目前用于齿轮焊接的单台电子束设备循环时间很难做到 60s以内）；
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
b．焊缝深宽比(H/B)大。通常电弧焊的深宽比很难超 过2，电子束焊的深度比在50以上。电子束焊比电弧 焊可节约大量填充金属和电能，可实现高深宽比的 焊接，深宽比达60：1，可依次焊透0.1~300mm厚度 的不锈钢板。
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c. 焊接速度快，焊缝热物理性能好。焊接速度快，能量集 中、熔化和凝固过程快．热影响区小，焊接变形小。对精加 工的工件可用作最后的连接工序，焊后工件仍能保持足够的 精度。能避免晶粒长大，使焊接接头性能改善，高温作用时 间短，合金元素烧损少，焊缝抗蚀性好。
▪ X射线问题：X射线在高压下特别强，需对操作人员实施保护； ▪ 对工件装配质量要求严格，同时工件表面清洁的要求也较高。
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1.2 电子束焊机及应用
目前全世界约有8000台电子束焊机在工业 部门及实验室中应用。
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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
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缺点
▪ 需要高真空环境以防止电子散射，设备复杂，焊件尺寸和 形状受到真空室的限制（非真空环境的电子束焊，是重要的 研究方向）；
▪ 由于真空室的存在，抽真空成为影响循环时间的主要障碍 （目前用于齿轮焊接的单台电子束设备循环时间很难做到 60s以内）；
电子束焊接(EBW)
2
基本原理
9
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1
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5
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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
真促这空使些能加人元提速们素供电对对1比子高9氧保提熔5、0护供点年氮气能金前、体量属后氢更源及，的纯来稀核亲净融贵工和的化金业力环焊属发导境接需展致，金求在但属的保是的增护电加气弧 氛下不的能想接再法头真应质空运量中而不维生够持稳定
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。
23
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。
24
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
基本原理
9
14
15
11
1
2
10
3
13
6 4
5
12
16 17
7 8
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
真促这空使些能加人元提速们素供电对对1比子高9氧保提熔5、0护供点年氮气能金前、体量属后氢更源及，的纯来稀核亲净融贵工和的化金业力环焊属发导境接需展致，金求在但属的保是的增护电加气弧 氛下不的能想接再法头真应质空运量中而不维生够持稳定
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。
23
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。
24
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PPT课件
第一章 绪 论
§一.一电子束焊接技术概述
一.一.一电子束焊接发展简史
– 电子束的发现迄今已有一00多年的历史； – 电子束焊接技术起源于德国一九四八年前西德物理
学家K.H.Steigerwald首次提出用电子束焊接的设想； – 一九五四年法国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； – 一九五七年一一月在法国巴黎召开的国际原子能燃
第二章 电子束焊接原理及设备
二 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
第二章 电子束焊接原理及设备
二.二.二真空电子束焊机构造及工作原理 一 真空电子束焊机基本构成
电子束焊接技术 用于汽车制造
汽车变速器齿轮加工
航天产品的 电子束焊接
推力室身部与头部的铌钛 异种金属电子束焊接
推力室身部铜钢 异种金属电子束焊接
电子束焊接新技术
电子束焊接能量控制技 术—多焦点、多束
德国PTR公司生产的ebw三000/一五-一五0CNC型电子束焊机 真空室:一.七m×一.二五m× 一.四五m ; 额定功率:一五KW;额定电压:一五0KV
第三章 真空电子束焊接工艺
§三.二电子束焊接接头设计
• 三.二.一接头设计原则
• 三.二.二接头型式
– 对接接头 – 角接接头 – T型接头 – 搭接接头 – 边接接头 – 圆柱体对接接头 – 特殊接头
第三章 真空电子束焊接工艺
§三.三 真空电子束焊接工艺过程 §三.四电子束焊缝常见缺陷及防止措施
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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
.
1
§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
§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
.
20
乌克兰巴东电焊研究所
KL110型： 2.5×2.5×5m/60KW/60KV
.
21
桂林电科所
HDZ－3B EB welder Power：3KW Accelerating voltage ：70KV Size of welding chamber：300x300x200mm
.
22
.
23
.
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
.
3
§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
.
4
§2.1 电子光学基础
.
13
§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
.
14
§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
（2）电子在磁场中的运动
.
7
§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
.
8
§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
.
15
§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
.
16
电子发射形式
.
17
.
18
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
24
.
25
WeW1+W2
电子射程
We-W4
热能发生区 .
W2
电子束直径 11
§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
.
12
§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
功率密度高和束精确快速可控性
(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
.
9
§2.2 电子束焊接原理
电子束深穿入过程示意图
.
10
§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
（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基础
2.1.2 电子的场致运动
（1）电子在电场中的运动
.
6
§2.1 电子光学基础
.
19
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
（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
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1
§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
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§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
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乌克兰巴东电焊研究所
KL110型： 2.5×2.5×5m/60KW/60KV
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21
桂林电科所
HDZ－3B EB welder Power：3KW Accelerating voltage ：70KV Size of welding chamber：300x300x200mm
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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
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§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
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§2.1 电子光学基础
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§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
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§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
（2）电子在磁场中的运动
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§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
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§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
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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
.
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电子发射形式
.
17
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18
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
24
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25
WeW1+W2
电子射程
We-W4
热能发生区 .
W2
电子束直径 11
§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
.
12
§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
功率密度高和束精确快速可控性
(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
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9
§2.2 电子束焊接原理
电子束深穿入过程示意图
.
10
§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
（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基础
2.1.2 电子的场致运动
（1）电子在电场中的运动
.
6
§2.1 电子光学基础
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19
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