电子束焊工艺.

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电子束焊
2.角接头
图l-12a为熔透焊 缝的角接头,留有未 焊合的间隙,接头承 载能力差。
图l-12h为卷边角 接,主要用于薄板,
其中一端须弯边90°
。其他几种接头都易 于装配对齐。
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3.T形接头
电子束焊接也常采用T形接头。熔透焊缝在接头区有未焊合缝 隙,接头强度差。推荐采用单面T形接头,焊接时焊缝易于收 缩,残余应力较低。图1-l3C所示方案多用于板厚超过25mm的双 面焊场合。焊接第二面时,先焊的第一面焊缝起拘束作用,有开 裂倾向。
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1.对接接头
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接合面简单,准备工作容易,但需要装配夹具。 不等厚的对接接头采用上表面对齐的设计优于台 阶接头,后者在焊接时要用宽而倾斜的电子束, 且焊接角度须精确控制,否则极易焊偏造成脱焊。
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锁口对中接 头,便于装
装夹方法
所有电子束焊都是机械或自动操作的,如果零件不是设计成自紧式的,必须 利用夹具进行定位与夹紧,然后移动工作台或电子枪体完成焊接。夹具要求制 造精确,因为电子束焊对零件的装配和对中的要求极为严格。非真空电子束焊 可用一般焊接变位机械,其定位、夹紧都较为简便,在某些情况下可用定位焊 缝代替夹具。
电子束焊夹具和工作台的零部件应使用非磁性材料来制造,避免电子束发生
化学清理
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。若强力去油,则可使用含有氯 化烃类溶剂,随后须将工件放在丙酮内彻底清洗。
机械方法清除
清理完毕后不能再用手或工具触及接头区,以免再 次污染。非真空电子束焊对焊件清理的要求可降低。
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2.零件装配
装配间隙
4.聚焦电流
电子束聚焦状态对焊缝的熔深及其成形影响较大。 焦点变小可使焊缝变窄,熔深增加。根据被焊材料的 焊接速度、接头间隙等决定聚焦位置,进而确定电子 束斑点大小。薄板焊接时,应使焦点位于工件表面。 当被焊工件厚度大于10mm时,通常采用下焦点焊,即 焦点处于焊件表面的下部,且焦点在焊缝熔深的30% 处。厚板焊接时,应使焦点位于工件表面以下0.5~ 0.75mm的熔深处。
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二、焊接接头设计
对接 角接
T形接 搭接 端接
电子束直径细,能量集中,焊接时一般不加填充焊丝,所以电子束 焊接头的设计应按无间隙接头考虑。不同类型的接头有各自特有的接 合面设计、接缝的准备和施焊的方位。设计的原则是便于接头的准备、 装配和对中,减少收缩应力,保证获得所需熔透深度。如果电子束的 功率不足以一次穿透焊件,也可采用正反两面焊的方法来完成。对 重要承力结构,焊缝位置最好应避开应力集中区。
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图1-16 给出了各种金属在保证完全 熔透焊缝情况下,电子束焊热输入、 电子束功率、焊接速度与被焊材料、 板厚的关系。利用这个关系就可以 按被焊材料的种类和焊件厚度,初 步确定所需焊接功率,然后在选用 的设备上进行试焊修正。因为电子 束斑点的品质和电子枪的特性密切 相关,而不同设备的电子枪特性是 不同的,初步选定的参数必须经过 试验修正。此外,还应考虑焊缝横 断面、焊缝外形及防止产生焊缝缺 陷等因素,综合选择和试验后最终 确定实际使用的焊接参数。
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2.电子速电流
电子束电流与加速电压一起决定着电子束焊的功率。增大电子束电 流值,热输入增大,熔深和熔宽都会增加。电子束焊时,由于加速电 压基本保持不变,所以为满足不同的焊接工艺需要,常常要调整电子 束电流值。这些调整包括以下几方面。
1)在焊接环缝时,要控制电子束电流的递增、递减,以获得良好的 起始、收尾搭接处的质量。
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3.填充金属
一般情况下不用填充金属。但在某些情况下,例如,为使焊缝成分满足 工件使用要求,改善焊缝冶金焊接性,弥补不良装配,修补焊缝缺陷或修 复磨损报废零件时,才使用填充金属防止出现缺陷。
l)接头装配间隙过大时,填充金属可防止焊缝凹陷。 2)焊接裂纹敏感材料或异种金属接头时,填充金属可防止裂纹的产生。 3)焊接沸腾钢时加人少量含铝、锰、硅等脱氧剂的焊丝,或在焊接铜 时加入镍均有助于消除气孔。 填充金属可根据需要制成丝材、带材、颗粒或粉末状,可将其喷涂或堆 焊在接头处,也可利用在接头处加工预留凸边作为填充材料。目前应用较 多的是直径为0.8~1.6mm的丝材。丝状填充金属可用送丝机构送入或用定 位焊固定。送丝速度和焊丝直径的选择原则是使填充金属量为接头凹陷体 积的1.25倍。焊接时采用电子束扫描有助于焊丝的熔化和改善焊缝成形。
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2.厚板的焊接
可焊板厚:300mm厚的钢板。 深宽比:可达60:1. 板厚60mm以上时,采用横焊,以利于焊缝成形。电子束焦点调节在工
件表面以下熔深的50%~75%,焦点在板材表面以下板厚的1/3处,电子束 的溶透效力好,焊缝成形良好。厚板焊接时应保持良好的真空度。
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图1-15 为三种典型的 电子束焊端接接头。 厚板端接接头常采用 大功率深熔透焊接。 薄板及不等厚度的端 接接头常用小功率或 散焦电子束进行焊接。
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三、主要焊接参数及其选择
加速电压 电子束电流 焊接速度 聚焦电流 工作距离
这些参数直接影响到焊缝的熔深和几何形状。
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4.复杂结构件的焊接
用电子束进行定位焊是装配焊件的有效措施,其优点是节约装夹 时间和费用。生产中常采用焊接束流或弱束流进行定位焊,对于搭 接接头可用熔透法定位,也可先用弱束流定位,再用焊接束流完成 焊接。
由于电子束很细,工作距离长和易于控制,电子束可以焊接狭窄 间隙的底部接头。这不仅可以用于加工制造新产品,在修复报废零 件时也非常有效,复杂形状的昂贵铸件常用电子束焊来修复。
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1.加速电压
加速电压是电子束焊接的一个重要参数,提高 加速电压可增加焊缝的熔深。在大多数电子束焊 过程中,加速电压参数往往不变,但当电子枪的 工作距离较大或者要求获得深穿透的平行焊缝时, 应提高加速电压,即选用高压型设备,通常电子 束焊机工作在额定电压下,通过调节其他参数来 实现焊接参数的调整。
配定位。
具有锁边(自衬垫)作用,便 于装配对齐,但焊缝根处易形 成未焊透,锁口较小时焊后可 避免留下未焊合的缝隙。
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自动填充材料的接头,有 自动填充金属的作用,焊 缝成形得到改善。
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斜对接接头,可增大焊缝 金属面积,但装夹定位比 较困难,只用于受结构和 其他原因限制的特殊场合。
熔深不均出现在未穿透焊缝中,它与 电子束焊接时熔池的形成和金属的流动 有密切的关系。加大小孔直径可防止出 现这种缺陷。改变电子束焦点在工件内 的位置也会影响到熔深的大小和均匀程 度。适当地散焦可以加宽焊缝,有利于 消除和减小熔深不均的缺陷。
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不穿透焊缝中的熔深不均
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四、电子束焊技术要点
1.薄板的焊接 板厚:0.03~2.5mm, 用途:多用于仪表、压力或真空密
封接头、膜盒、封接结构等构 件。 特点:薄板导热性差,电子束焊接 时局部加热强烈,可采用夹具 防止过热。对极薄工件可考虑 使用脉冲电子束流。
电子束功率密度高,易于实 现厚度相着很大的接头焊接, 焊接时薄板应与厚板紧贴,适 当调节电子束焦点位置,使接 头两侧均匀熔化。
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5.工作距离
工作距离应在设备最佳范围内。工作距离变小 时,电子束斑点直径变小,电子束的压缩比增大, 使电子束斑点直径变小,增加了电子束功率密度。 但工作距离过小会使过多的金属蒸气进人枪体中造 成放电现象,因而在不影响电子枪稳定工作的前题 下,可以采用尽可能短的工作距离。
磁偏转。若工件和夹具是磁性材料时,焊前应去磁,并用磁强计测量工件剩
磁,一般剩磁强度应低于(0.5~3)×10-4T.
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3.抽真空
电子束焊机的抽真空程序通常自动进行,可 以保证各种真空机组和阀门正确地按顺序进行, 避免由于人为的误操作而发生事故。真空室需经 常清洁,尽量减少真空室暴露在大气中的时间, 仔细清除被焊工件上的油污,并按期更换真空泵 油,保持真空室的清洁和干燥是保证抽真空速度 的重要环节。
对可达性差的接头只有满足以下条件才能进行电子束焊: l)焊缝必须在电子枪允许的工作距离上。 2)必须有足够宽的间隙允许电子束通过,以免焊接时误伤工件。 3)在电子束通过的路经上应无干扰磁场。
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5.电子束扫描和偏转
在焊接过程中采用电子束扫描可以加宽焊缝,降低熔 池冷却速度,消除熔透不均等缺陷,降低对接头准备的 要求。
2)在焊接各种不同厚度的材料时,要改变电子束电流值,以得到不 同的熔深。
3)在焊接厚大件时,由于焊接速度较低,随着焊件温度的增加,电 子束电流需逐渐减小。
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3.焊接速度
主要影响焊缝的熔深、熔宽以及熔池的冷却、凝固 等。通常随着焊接速度的增大,熔宽变窄,熔深减小。
电子束焊热输人的计算公式为:
紧密接触,接缝间隙应尽可能小而均匀,并使接合面保持平行。间隙的具体数值 与焊件厚度、接头形式和焊接方法有关。被焊材料越薄,则间隙越小。对于无锁 底的对接接头,板厚 8<1.5mm时,局部最大间隙不应超过 0.07mm,随板厚增 加,间隙略增;板厚超过3.8mm时,局部最大间隙可到0.25mm。焊薄工件时, 一般装配间隙不应大于0.13mm。焊铝合金时的接头间隙可比焊钢时大。填丝 电子束焊时,间隙要求可适当放宽。若采用偏转或摆动电子束使熔化区变宽时, 可以用较大的间隙。非真空臾子束焊时,装配间隙可以放宽到0.75mm。深熔 焊时,装配不良或间隙过大,会导致过量收缩、咬边、漏焊等缺陷。
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4.焊前预热
对需要预热的工件,根据一定的形状、尺寸及所需 要的预热温度,选择适宜的加热方法,如气焊枪、加 热炉、感应加热、红外线辐射加热等,在工件装入真 空室前进行预热。如果工件较小,加热引起的变形不 会影响工件质量时,可在真空室内用散焦电子束来进 行预热。
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4.搭接接头
搭接接头常用于厚度小于1.6mm的焊件。熔透焊缝主要用于板 厚小于0.2mm的场合,有时需要采用散焦或电子束扫描以增加熔 合区宽度。厚板搭接接头焊接时需添加焊丝以增加填角尺寸,有 时也采用散焦电子束以加宽焊缝并形成光滑的过渡。
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5.端接接头
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6.焊接缺陷及控制措施
与其他熔焊一样,电子束焊接头也会出现未熔合、咬边、塌陷、 气孔、裂纹等缺陷。此外电子束焊缝常见的缺陷包括:熔深不均、长 空洞、中部裂纹和由于剩磁或干扰磁场造成的焊道偏离接合线等。
长空洞及焊缝中部裂纹都是深熔透电子束焊接时所特有的缺陷, 降低焊接速度,改进材质有利于消除此类缺陷。
第三节Biblioteka Baidu电子束焊接工艺
一、 焊前准备 接合面的加工与清理 零件装配 抽真空 焊前预热
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第三节 电子束焊接工艺
1.接合面的加工与清理 坡口形式:I形坡口 接合面经过机械加工,装配时力求使零件紧密接触。 填充金属:一般不用填充金属, 只有在焊接异种金属或合金时,可根据使用 需要填充金属。 真空电子束焊前必须严格清理工件表面的氧化物、油污,否则将导致焊缝产生 缺陷,接头的力学性能降低,不清洁的表面还会延长抽真空时间,影响电子枪工 作的稳定性,降低真空泵的使用寿命。
电子束扫描是通过改变偏转线圈的激磁电流,从而使 横向磁场变化来实现的。常用的电子束扫描图形有正弦 形、圆形、矩形、锯齿形等。通常电子束扫描频率为100 ~1000Hz,电子束偏转角度为2°~5°。
电子束扫描还可用来检测焊缝的位置和实观焊缝跟 踪,此时电子束的扫描速度可以高达50~100m/s,扫描 频率可达20kHz。
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