第十六章电子束焊

3 激光焊接的特点 （1） 能准确聚焦为很小的光束，焊缝极为窄小， 变形极小，热影响区极窄。
（2） 功率密度高，加热集中，可获得熔宽比大 的焊缝，不开破口单道焊接碳钢的厚度已达 50mm。
（3） 焊接过程非常快，焊件不易氧化。
（4） 设备的一次性投资大，设备比较复杂，对 高反射率的金属直接进行焊接困难。
4 电子束焊的应用
适用于焊接难熔金属、活泼金属和高纯度金属。
适用于通常熔化焊方法无法焊接的异种金属材 料的焊接。
可焊接经淬火或加工硬化的金属。
由于焊缝的热影响区小，可焊接紧靠热敏感性 材料的零件 。
可对已经精加工到最后尺寸的零件进行焊接。
在电子束焊接中，电子束可射出几百毫米的距 离，往往可以对其他焊接方法无法接近的部位进 行焊接。
二 激光的安全与防护
激光安全防护应从激光焊设备做起。
1 在激光加工设备上应设有明显的危险警告标 志和信号，设备应有各种安全保护装置。
2 激光光路系统应尽可能全封闭。
3 激光加工场地也应设有安全标志，并采用预 防栅栏、隔墙、屏风等，防止无关人员误入危险 区。
4 激光器现场操作和加工工作人员必须配备激 光眼睛，穿白色工作服，以减少漫反射的影响。
第十六章 电子束焊与激光焊
第一节 电子束焊与激光焊的原理、分类、 特点和应用
一 电子束焊 1 电子束焊的基本原理
电子束焊：是利用加速和聚焦的电子束轰击置 于真空或非真空的焊件所产生的热能进行焊接的。 是一种高能束流焊接方法。
电子束焊由一般熔焊方法的“热导焊”转变为 “穿孔焊”，这是包括激光焊、等离子弧焊在内 的高能束流焊接的共同特点。
1 加速电压高于60kv以上的焊机，外壳应附加足够厚度的 铅板进行防护。
2 加速电压低于60kv的电子束焊机，真空室采用足够厚度 的钢板就能起防护X射线的作用。
3 电子束焊机在高电压下运行，观察窗应选用铅玻璃。
4 工作场所的面积一般不应小于40㎡，高度不小于3.5m。
对于高压电子束焊设备，可将高压电源设备和抽气装置与 操作人员的工作室分开。
5 只允许有经验的工作人员对激光器进行操作 和进行激光加工。
应用中以真空电子束焊机居多。
2 电子束焊设备的选用 选用时应综合考虑被焊材料、板厚、形状、
产品批量等因素。
a 焊接化学性质活泼的金属及其合金应选用高 真空焊机。
b 焊接已蒸发的金属及其合金应选用低真空焊 机
c 厚大焊件选用高压型焊机。 d 中等厚工件应选用中压型焊机。 e 成批量生产时选用专用焊机，品种多、批量 小或单件生产则选通用型焊接设备。
适用范围：适用于大批量生产，如电子元件、 精密仪器零件、轴承内外圈、汽轮机隔板、变速 箱、组合齿轮等的焊接。
（3） 非真空电子束焊（真空度为大气压）
技术特点：不需真空工作室，焊接在正常大 气压下进行，加速电压为150~200kv，最大工作 距离为30mm左右。可焊接大尺寸焊件，生产效 率高、成本低。但功率密度较低，散射严重，焊 缝熔宽比小于5:1，某些材料需用惰性气体保护。
汽车传动部分的电子束焊
二 激光焊
1 激光焊的基本原理
激光活性物质或工作活性物质受到激励，产 生辐射，通过光放大而产生一种单色性好、方向 性强、光亮度高的光束，经透射或反射镜聚焦可 获得直径小于0.01mm、功率密度高达 106~1012w/cm2的能束，可用于焊接、切割、材料 表面处理的热源。
适用范围：大型焊件的焊接如大型容器，导 弹壳体、锅炉热交换器等，但一次焊透深度不超 过30mm。
3 电子束焊的优点 （1） 焊缝熔宽比高。 （2） 焊接速度快，焊缝组织性能好。 （3） 焊件热变形小。 （4） 焊缝纯度高。 （5） 工艺适应性强。 （6） 可焊性材料多。 （7） 再现性好。 （8） 可简化加工工艺。
电子束焊原理图
2 电子束焊的分类 （1） 高真空电子束焊（真空度为10﹣4~10﹣1Pa）
技术特点：加速电压为15~175kv，最大工 作距离可达1000mm。电子束功率密度高，焦点 尺寸小，焊缝熔宽比大、质量高。可防止熔化金 属氧化，但真空系统较复杂，抽真空时间长，生 产效率低，焊件尺寸受真空限制。
三 有害因素的防护措施 抽风装置加通风装置
四 可见光的防护措施 必须佩戴防护眼镜
第四节 激光对人体健康的危害以及激光的 安全与防护
一 激光对人体健康的危害 1 对眼睛的伤害 （1） 受激光直接照射，会由于激光的加热效应引 起烧伤，可顺奸使人致盲，危险最大，后果严重。 （2） 激光加工时，由于工件表面对激光的反射， 也会造成伤害。 2 对皮肤的伤害 3 对其他方面的伤害
第三节 电子束焊的安全与防护
一 防止高压电击的措施
1 高压电源和电子枪应保证足够的绝缘，绝缘试验电压应 为额定电压的1.5倍。 2 设备应装置专用地线，外壳用截面积大于12mm 2的粗铜
线接地，保证接地良好，接地电阻应小于3Ω。
3 更换阴极组件或维修时，应切断高压电源，并用接地良 好的放电棒接触准备更换的零件或需要维修的地方，以防 电击。
4 激光焊的应用
汽车传动零件的激光焊接
空客380铝合金壳体激光焊接
飞机铝合金箱体的激光焊接
火箭燃料箱激光焊接
第三节 电子束焊与激光焊设备的组成与选 用
一 电子束焊设备 1 分类：按真空状态和加速电压分类 （1） 按真空状态分：真空型、局部真空型、非真 空型。
按电子枪加速电压的高低分：高压型 （60~150kv），中压型（40~60kv），低压型 （≤40kv）。
适用范围：活性金属、难熔金属、高纯度金 属、异种金属以及质量要求高的工件焊接。
（2） 低真空电子束焊（真空度为10-1~10Pa）
技术特点：加速电压为40~150kv，最大工 作距离小于700mm。不需要扩散泵，焦点尺寸小 抽真空时间短，生产效率高；可用局部真空室满 足大型焊件的焊接，工艺和设备得到简化。
4 电子束焊机应安装电压报警或其他电子联动装置，以便 在出现故障时自动报警。
5 操作时应戴耐高压的绝缘手套，穿绝缘鞋，无论是高压 还是低压低电子束系统都使用前玻璃窗口。焊机则安装在 高密度混凝土建造的X射线屏蔽室内。
二 X射线的防护措施
我国规定，工作人员允许的X射线剂量不应大于 0.25mR/h。因此必须加强对X射线的防护措施
激光焊示意图
2 激光焊的分类
（1）按激光对工件的作用方式不同
脉冲激光焊 连续激光焊
（2） 按实际作用在工件上的功率密度 传热焊 功率密度小于10 5w/cm2,熔深浅，
焊接速度慢。主要焊接微薄工件。 深熔焊 功率密度大于106w/cm2，焊接速
度快，深宽比大的特点。在机械领域除了微薄零 件以外一般用深熔焊。
低压型电子束焊机
二 激光焊设备的组成与选用 1 激光焊设备
2 激光焊设备的选用
根据工件尺寸、形状、材质和设备特点、技 术指标、适用范围以及经济效益等综合考虑。
a 微型件、精密件的焊接可选用小功率焊机。
b 点焊可选用脉冲激光焊机，直径0.5mm以下 金属丝、丝与板或板与薄膜之间的点焊，特别时 微米极细丝、箔膜的点焊等则应选择小功率脉冲 激光焊机。