电子束焊接技术研究及进展

ａ 局 部 出 现熔 化 、蒸 发
ｂ 金 属 蒸汽 排 开 液 体 金属 ， 电子 束 深 入 “母材 ”
电子束 钎 焊 的热 作 用控 制 研究 逐 渐 引 起 了人 们 的 重视 ，成 为 电子束 钎 焊技术 研究 中的 热点之 一 。
２．２ 活 性 剂 电子 束 焊 接
一
将 活 性剂 应 用 于 电子 束 焊也 是 目前 活性 焊 接 研 究 的重 要领 域之 一 。在一 定条 件 下 ，活性 剂 对 电 子 束焊 的熔深 影响 很大 ，现 已逐 步形 成 了活性 电子
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 焊缝网。
接 领域 的优 越性 ，上 海 交 通大 学 、北 京 航 空 制 造工 程 研究 所 和 哈尔 滨 工业 大 学 等都 在 这 方 面做 了大
一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一
量 的研究 工作 。围绕 电子束钎 焊所 开展 的研究 主要 为 钎 接机 理 和针 对具 体 材 料 与结 构 的实 用工 艺 两 方 面 ，焊 接机理 方 面 的研 究 为实 用工 艺技 术 的形成 奠 定 了基 础 。目前 ，随着 计算 机技术 的不 断进 步 ，对
三 孔皇由 液妻态窦金 属包围 ，小 ｄ电 …子束 一后 …方…形…成…焊缝 一
图 １ 电子 束 焊 接焊 缝 成 形 原 理嘲
束 焊 的新 技术 。 与传统 电子束焊相 比 ，活性 电子束焊 的特 点为凹： （１）使用 活性 剂可 明显减 小熔 池上 部 宽度 ，改 变
２ 电子束 焊 接 新 技 术
钎 焊 研究 【Ａ】．第 九 次 全 国 焊 接会 议 论 文 集 （第 １册）【Ｃ］．黑 龙 江 ：黑 龙 江人 民 出版 社 ，１９９９：５６１—５６４． ［８】 李 少 青 ，张 毓 新 ，芦 凤 桂 ，等 ．不 锈 钢 管 板 接 头 电 子 柬 钎 焊【Ｊ］．焊接学报 ，２００５，２６（４）：７３—７６． ｆ９】 ＯｄａｗａｒＯ，Ｉｋｅｕｃｈｉ Ｊ．Ｃｅｒａｍｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｉｐｅｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ａ ｃｅｎｌｒｉｆｕｇａｌ－ｔｈｅｎｎｉｔ ｐｒｏｃｅ￣Ｊ］Ｊ Ａｍ ｃｅｒａｍ ｓｏｃ．，１９８６，６９（４）：８２． ［１０】樊 丁 ，樊 清 华 ，黄 勇 ．活 性 剂 对铝 合 金 电子 束 焊 的 影 响［Ｊ】．兰 州理 工 大 学 学 报 ，２００５，３１（６）：５－８． ［１１】张 瑞 华 ，樊 丁．活性 电子束 焊接 法研 究叨．机 械工 程 学报 ， ２０（ 。２（３０）：１３２—１３５．
柴 国 明等 人 对 用 电子 束 活 性 剂 焊 接 ＴＡ１５板 材 进 行 堆 焊 实验 。结果 表 明 ，活 性 剂 对 熔 池 形 状 有 很 大 影 响 ，通 过 添 加活 性 剂 改变 表 面 张力 梯 度 ，改 善 了 焊 缝 咬 边 。
樊 丁等 人 ［１０－１１ 分 别 对 ６ ｍｍ 厚 ＬＦ２１铝 合 金 和
加 的作 用不 明显 。电子束 焊接不 锈钢 使用 活性 剂可
李 少 青等人 罔分别采 用 电子束 钎 焊对 不锈 钢管 增 加 电子束 焊 的熔 深 ，使用 活 性 剂后 ，聚 焦 电 流 和
板进行 连接 。结果 表 明 ，接头部 位 的钎缝 均匀 圆滑 ， 束流 对 电子束焊 熔深增 加有 较大 影 响 。
以及 换热 器管板 结构１７１的连接 。在 国 内 ，电子束 复合 １０ｍｍ 厚 不锈 钢 进 行 实 验 ，结 果表 明 ，用 电 子束 焊
加工 技术 应用 尚未 普及 ，仅 某航 空研 究所 对 飞机换 接 铝合金 ，表 面张力 梯度 改变 理论 对 铝合 金熔 深增
热器管 板结 构进 行过 初步研 究 。
钎 焊透 率 １００％，满足 技术 规范要 求 ，如 图 ２所示 。
随着 对活性 焊 接机 理 的进一 步研 究 ，新 的高 效
近 年来 更 多 的研 究 者认 识 到 电子 束钎 焊在 焊 活性 焊接 法将得 到应 用 。
‘ ９４ ·
ｇ
焊接工艺
雹珲梭
第４２卷
ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｏｏｌｓ［Ｊ］．Ｖａｃｕｕｍ，２００１（６２）：１７１—１８０． ［７】 刘 方 军 ，毛 智 勇 ，陈 刚 ，等 不 锈 钢 管 板 接 头 的 电 子束
２．１ 电 子 束钎 焊 真 空 电子束 钎 焊 作 为一 种 高 质量 、高 效率 、精
确控 制 的 制造 技 术 ，对 各种 精 密 、复 杂 部件 的连 接 制 造具 有非 常重 要 的意义 。用 电子束 作 为加热 源进 行 真空 钎 焊 ，就 是用 电子束 高 速 扫描 ，使 电 子束 由 点 热 源 转 化 为 面热 源 ，实 现 零 件 的局 部 高 速 均 匀 加热。该 工艺具有普通 真空钎焊无法 比拟的优越性 ， 如高温停 留时 间短 、大大减少 钎料对母 材的溶蚀 、输 入能 量精 密可控 、能 量输 入路径 可任 意编辑 等［３］。近 年来 国 内外 已通 过 电 子束 钎 焊 技术 实 现 了 陶 瓷零 件 、碳 一碳 复合 材 料［５１、立 方 氮化 硼 与 碳化 钨 基体 ［６１
熔 池 形 状 。 （２）ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｃｒ２０。单组 元活性 剂对 电子束 焊 接
熔深增加 有 影响 。 （３）由 ＳｉＯ 、ＴｉＯ 、ＣｒｚＯ 等组 成 的多 组 元 不 锈 钢
电子束 焊 活性剂 ，可使 聚焦 电子束 焊接 熔深 增加 两 倍 多 。
（４）使 用 活性剂 后 ，聚焦 电流和 束流 对 电子束 焊 熔 深增 加有 影响 。
焊接工艺
重珲梭
第４２卷
金 属熔 化 ，冷却 凝 固后形 成焊缝 。 这 种经 过 电子枪产 生 ，并 由高压 加速 和 电子 光
毛细管＼ 一 屯ｌ
学 系 统 汇 聚成 的功 率 密 度很 高 的电子 束 撞 击 到 工
件 表 面 ，电子 的动 能 转换 为 热 能 ，使金 属 迅 速 熔 化
和蒸 发 。在 高压 金 属蒸 汽 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 焊工件 上钻 出一 个锁性 小孔（见 图 １），小孔
ｒ ＼ ＼ 钎料
：
的周 围被液态 金属 包 围。随着 电子束 与工件 的相对
图 ２ 钎 焊接 头示 意 嘲