12mm板厚Q345真空电子束焊焊接工艺

12mm板厚Q345真空电子束焊焊接工艺

一、目的

为了巩固所学常用特种焊接方法与设备的知识，熟悉有关资料，掌握焊接参数的选择和焊接设备的使用与维护，安排了为期一周的课程设计。通过本次焊接工艺设计，锻炼学生们的分析问题的能力，提高焊接操作技能。

二、母材技术状况

1、Q345的简介

Q345钢是一种钢材的材质。综合力学性能良好，低温性能尚好，塑性和焊接性能良好，可用于-40℃下寒冷地区的各种结构。(Q235钢的化学成分见表1）

2、焊接材料及尺寸

Q345 300mm×100mm×12mm

三、焊接设备

1、电子束焊简介

电子束焊是指在真空或者非真空环境下，利用汇聚的高能电子流轰击焊件接缝处产生的热能，使被焊金属熔合的一种焊接方法。电子束焊在工业上的已有50余年的历史，其技术的诞生和最初应用主要为了满足核能工业及宇航工业的焊接要求，目前，电子束焊应用范围已经扩大到航天、航空、造船、汽车、电机、电子、电器、机械、医疗器械、石油化工、能源领域。几十年来，电子束焊创造了巨大的经济效益及社会效益。

电子质量小，仅为9.1×10-31㎏，其核质比高达1.76×10-11c／㎏，通过电场、磁场均可对电子快速而精确地控制，因而电子束作为焊接热源，除了具有高能量密度外，还能精确的控制快速反应，在这方面电子束焊明显优于激光焊，后者只能用透镜和反射镜控制，反应速度慢，因而在真空条件下利用电子束进行焊接。具有以下特点：

与传统电弧焊方法相比较，电子束焊具有功率密度大，穿透力强，可实现不开坡口单道大厚度材料的焊接，节约大量填充材料，降低能源消耗，但电子束焊

成本巨大，焊接时有时不少限制，而且产生X射线，而操作人员严加防护。

特点：①穿透力强，焊缝深宽比大。

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，接头质量好。

⑤再现性好，工艺适应性强。

⑥可焊材料多，可简化工艺。

2、焊接设备及参数

（焊接设备参数见表2）

表2 焊接设备

（焊接参数见表3）

五、焊前准备

1、接合面的加工与清理：

⑴、电子束焊接头属于无坡口对接形式，装配时力求零件紧密接触，电子束焊要求接合面经过机械加工，其表面粗糙度由被焊材料、接头设计而定，在

1.5-25um间选定。

⑵、工件表面的氧化物、油污应用化学或者机械方法清除。煤油、汽油可用于去除油腻、丙酮是清洗电子枪零件和焊件工件最常用的的溶剂。若强力去油，则可使用含有氯化烃类的溶剂，随后需将工件放在丙酮彻底清除。清理完毕后不能再用手或者工具触及接头区，以面再次污染，非真空电子束焊对焊件的清理的要求可降低。

2、零件装配

零件装配时力求接触，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δ＜1.5mm，局部最大间隙不应超过0.07mm，随着板厚增加，间隙略增;板厚超过3.8mm时，局部最大间隙不应超过0.25mm。焊薄工件时，一般装配间隙增加不应大于0.13mm。焊铝合金时接头间隙可比焊钢时大。

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的按照顺序进行，避免由于人为的误操作而发生事故。真空室需要经常清洁，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。

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，选择适合的加热方法，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。

六、焊机组成示意图

（见图1）

图1

七、操作要点及安全注意事项

在操作电子束焊机时要防止高压电击、X射线、可见光辐射以及烟气等对身体的危害。

1、防止高压点击的措施：无论是低压型或高压型的电子束焊机，在运行时都带有足以致命的高电压。因此，焊机中一切带有高电压的系统，都必须采取有效的安全防护措施。电子束焊接设备应装置专用地线；设备外壳应用粗铜线接地。在更换阴极组件和维修时，应切断高压电源，并用放电棒接触准备更换的零件，

以防电击。高压电源和电子枪应保证有足够的绝缘和良好的接地，绝缘试验电压应为额定电压的1.5倍。

2、电子束焊接时会产生有害的金属蒸气、烟雾、臭氧及氧化氮等。应采用抽气装置将真空室排出的抽气、烟尘等及时排出，以保证真空室内和工作场所的有害气体。含量降低到安全水准以下，使设备周围应易于通风。

3、直接观察熔化金属发射的可见光对视力和皮肤有害，因此焊接过程中不允许用肉眼直接观察熔池，必要时应配戴防护眼镜。

4、我国规定对无监护的工作人员允许的X射线剂量不应大于0.25mR/h，对于60kV以下电子束焊机的真空室采用足够厚度的钢板就能起防护X射线的作用，加速电压为60kV以上的焊机应附加铅板进行防护。无论是高压或是低压电子束系统都使用铅玻璃窗口。焊机则安装在用高密度混凝土建造的X射线屏蔽室内。

获得深熔焊的工艺方法

5、电子束焊的最大优点是具有深熔透效应。为了保证获得深熔透效果，除了选择合适的电子束焊工艺参数外，还可以采取如下的一些工艺措施。

（1）电子束水平入射焊

当焊接熔深超过100mm时，可以采用电子束水平入射焊，从侧向进行焊接。

（2）脉冲电子束焊

在同样的功率下，采用脉冲电子束焊可有效地增加熔深。

（3）变焦电子束焊

极高的功率密度是获得深熔焊的基本条件。电子束功率密度最高的区域在其焦点上。焊接大厚度焊件时，可使焦点位置随着焊件的溶化速度变化而改变，始终以最大功率密度的电子束轰击待焊金属。

（4）焊前预热或预置坡口

焊前预热被焊件，可减少焊接时热量沿焊缝横向的热传导损失，有利于增加熔深。高强度钢焊前预热还可以减少裂纹倾向。在深熔焊时，往往有一定量的金八、探伤检测

根据GB/T3323—2005标准中规定，由缺陷性质、数量和大小将焊接接头质量分为四等级，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，质量依次降低。

九、参考文献

1、曹长霞主编. 特种焊接技术. 北京：机械工业出版社，2009