---------电子束加工的特点及其应用

电子束加工的应用

1. 电子束加工的主要应用

1.1 电子束焊接

电子束焊接是利用电子束作为热源的一种焊接工艺。电子束焊接的焊缝位置精确可控、焊接质量高、速度快，在核、航空、火箭、电子、汽车等工业中可用作精密焊接。在重工业中，电子束焊机的功率已达100千瓦，可平焊厚度为200毫米的不锈钢板。对大工件焊接时须采用大体积真空室，或在焊接处形成可移动的局部真空。

1. 电子束焊接在航空航天工业的应用[2]

作为一种现代先进的焊接技术，电子束焊接首先进入的就是航空航天领域。小到微型压力传感器，大到航天器外壳，航空航天零部件所用材料的独特性及焊接要求的特殊性, 使得电子束焊接迅速成为这些重要零部件加工所必须采用的工艺，大量应用于飞机重要承力件和发动机转子部件的焊接上。

美国的F-22战斗机机身段上,由电子束焊接的钛合金焊缝长度达87.6mm，厚度为6.4-25mm。另外，电子束焊接技术还用来焊接汽轮机喷管隔板、高温蒸汽机转轴、汽轮机定子、燃气涡轮叶片、航空发动机转子、摇臂组件、机匣、功率轴、飞机梁、起落架, 导弹壳体、航弹尾翼等。

2.电子束焊接在汽车工业的应用[3]

20世纪60年代，日本富士重工和美国通用汽车公司率先采用电子束焊接变速箱齿轮和飞轮，此后电子束焊接便吹响了进军汽车工业的号角。目前，几乎所有的国际汽车制造公司都引入了电子束焊接设备。德国大众汽车公司仅一个齿轮加工车间内, 就装有20余台电子束焊机。

汽车生产中，电子束焊接多用来加工发动机、变速器、行走系等处的零件，这些零件的机械加工量相对较少，符合电子束焊接的经济性要求。比如[]，汽车发动机中的配电盘凸轮必须是渗氮后焊接，因其对接材料不同（低碳渗氮钢-SAE1144），采用其它接合方法比较困难，故采用电子束焊接较为合适；柴油机的预燃室过去采用钎焊（对接材料不锈钢-耐热钢），改用电子束焊后提高了质

量, 也降低了成本；起动马达整流子铜环采用电子束焊后，可同时高速焊接数十个，生产率大大提高，成本大幅度下降；转向车轮部分的球窝接头采用电子束焊接，施焊速度非常快, 热影响很小，能很好地防止球接头中封装的黄油受热变质；转向柱管的焊接要求变形小、焊接表面光滑，故也适宜采用电子束焊接。

另外，从生产成本考虑，汽车工业比航天工业更多地开发和利用非真空电子束焊接。美国最早把非真空电子束焊接引入到批量汽车零件的生产中，欧洲和日本汽车制造商也相继开始采用该技术。非真空电子束焊接突破了“真空”的局限，可以在汽车生产线上连续进行，对于现在汽车上广泛使用的铝合金零件,非真空电子束焊接依然可以获得质量良好的焊接接头。

由此可见，电子束焊接热影响小、变形小，可以在工件精加工后进行焊接，又能够实现异种金属焊接。因此，复杂的工件就可以分成几个简单的零件, 每个零件可以单独使用合适的材料和方法加工制造，最后利用电子束焊接成一个完整的工件, 从而可以获得理想的技术性能和显著的经济效益，这就有利于达到汽车生产降低成本和轻量化的要求

3. 电子束焊接在电子仪表工业的应用[4]

在这一领域里，利用电子束焊接精密可控的独特性能，更容易实现微细精密焊接，同时又能保证焊缝纯净、无污染、不氧化。

电子管阴极是发射电子的心脏部件，性能要求高，一般由钨、钼、钽等高熔点金属或其合金材料组成。采用真空电子束焊接可获得光滑牢固的焊接，接头不氧化、无夹渣、不脆不裂。

光电管壳由纤维玻璃屏、高铬钢盘、可伐合金筒等组成，内部光电阴极是一种非常敏感的材料，封口焊接作为制管工艺的最后一道工序,不得使粘接的玻璃焊料与纤维屏受伤, 而且不能出现氧化层。采用真空电子束焊接可获得高质量的焊缝, 光滑平整、无氧化、而且气密性好。

传感器封装焊接。某种遥测压力传感器似一个金属电子管, 内部装有一组敏感元件和电子元件,为了使该传感器工作稳定可靠, 采用腔体内部具有一定真空度的结构。该传感器不锈钢外壳上留有一个出气孔。焊接时将传感器置于焊机真空室内, 当达到一定真空度时, 先焊接电极盘与外壳, 再封焊出气孔。电子束焊接成品率很高, 性能测试表明各项指标均达到设计标准, 并且未发现

漂移现象,说明缝焊与孔焊的气密性均良好, 内腔具有了一定真空度, 内部元件完好无损。

电子束焊接的稳定性很高, 可用于薄件或超薄件的穿透焊或半穿透焊, 焊接规范可以恰到好处。

应变传感器的半穿透焊接。某种应变传感器采取薄片与薄壁圆管在外侧相焊的结构, 圆管内充有MgO粉和应变丝。片与管壁的厚度仅0.1-0.15mm，在外侧焊接时只能半透, 不能全透, 不然薄壁圆管出洞造成管内的MgO溅散而报废。电子束焊接工艺规范临界, 稳定性好, 获得了满意的焊缝。 4. 电子束焊接在汽轮机制造业的应用[5]

采用电子束焊接汽轮机通用定子,能较好地解决隔板处异种材料焊接、磁性材料焊接的问题，简化工艺流程，提高接头质量和工作效率。因为隔板由叶栅分别和围带、隔板体组焊成，以前的工艺是采用埋弧焊、气体保护焊，往往热变形和热应力较难控制，需要进一步的后续处理，工艺参数繁琐。

对于汽轮机调速级叶片，为了解决加工困难并提高生产效率,将两个或三个单只叶片组合在一起进行电子束焊接,组成两联、三联调速级叶片，这种方法已取得理想的结果，同时还成功地应用在叶片的修复焊接上。

大型汽轮机所用的重型齿轮，相对通用定子和叶片来说，存在着劳动生产率低、焊接变形大、接头质量不易保证、消耗大、劳动条件恶劣等问题。常规焊接工艺始终无法突破这一瓶颈，采用大型、大功率电子束焊机焊接重型齿轮才能较好地解决上述问题。

1.2 电子束蚀刻和电子束钻孔

用聚焦方法得到很细的、功率密度为 106～108W/cm²的电子束周期地轰击材料表面的固定点，适当控制电子束轰击时间和休止时间的比例，可使被轰击处的材料迅速蒸发而避免周围材料的熔化，这样就可以实现电子束刻蚀、钻孔或切割。.电子束可在厚度为0.1～6毫米的任何材料的薄片上钻直径为1至几百微米的孔，能获得很大的深度－孔径比。

1.3 电子束曝光