电子束焊接(EBW)
高能束焊接技术的发展和应用
高能束焊接技术的发展和应用高能束焊接技术（EBW）是一种先进的焊接方法，它利用高速电子束来熔化和连接金属材料。
这种焊接技术具有高能量密度、高焊接速度、优质的焊接效果和适用于各种金属材料等优点，因此在航空航天、汽车制造、核工业和电子行业等领域得到了广泛的应用。
本文将从高能束焊接技术的发展历程和原理、应用领域、优势和挑战等方面进行介绍。
一、高能束焊接技术的发展历程和原理高能束焊接技术最早是在20世纪50年代发展起来的，最初是用于核工业和航天航空领域。
1958年，美国杜邦公司开发出了第一台商用的电子束焊接机，这标志着电子束焊接技术开始走向工业化生产。
高能束焊接技术通过电子枪产生高速电子束，电子束击中工件表面时，产生的能量将工件表面瞬间加热到熔化温度，然后通过电子束辐照区域产生高温熔池，从而实现熔化和连接金属材料的目的。
高能束焊接技术的原理是利用高速电子束的能量瞬间加热金属材料，使其熔化并形成熔池，然后利用合适的焊接工艺来实现金属材料的连接。
与传统的焊接方法相比，高能束焊接技术具有能量密度高、焊接速度快、热影响区小、热输入低等优点，因此可以实现高质量的焊接效果。
二、高能束焊接技术的应用领域高能束焊接技术在航空航天、汽车制造、核工业和电子行业等领域得到了广泛的应用。
在航空航天领域，高能束焊接技术被广泛应用于飞机结构件、发动机零部件、航天器壳体等关键部件的焊接，以提高焊接质量和生产效率。
在汽车制造领域，高能束焊接技术通常应用于汽车车身焊接、汽车零部件焊接等工艺环节，以提高焊接强度和减少成本。
在核工业领域，高能束焊接技术被用于核反应堆压力容器、核燃料元件等核设备的焊接，以保证核设备的安全可靠性。
在电子行业领域，高能束焊接技术通常应用于电子器件的微细焊接和包装，以提高器件的性能和可靠性。
高能束焊接技术相对传统焊接方法有很多优势，主要包括以下几点：1. 高能量密度：高能束焊接技术的能量密度很高，可以实现瞬间加热和快速熔化金属材料，从而提高焊接速度和效率。
电子束焊接
1.3.1 焊前准备
焊前清理：真空电子束焊前必须对焊件表面
进行严格清理，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。
1.3.1 焊前准备
观察窗口通常由三重玻璃组成，里层为普通玻璃；中层 的铅玻璃是防护X射线的作用；外层的钢化玻璃是承受 真空室内外压力差的。
采用工业电视可以使操作者能连续观察焊接过程，防止 肉眼受强烈光线刺激的危害。
1.2.2 电子束焊机的选用
选用电子束焊机通常考虑以下几个方面： 焊接化学性能活泼的金属（如W、Ta、Mo等）及其合金应
零件装配： 对于无锁底的对接接头，板厚δ＜1.5mm时，局部最
大间隙不应超过0.07 mm；随板厚增加，间隙略增。 板厚超过3.8mm时，局部最大间隙可到0.25 mm。
焊薄工件时，一般装配间隙不应大于0.13mm。
1.3.1 焊前准备
非真空电子束焊时，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。
1.1.2 电子束焊的特点及分类
2．电子束焊的缺点 设备比较复杂，投资大，费用较昂贵； 电子束焊要求接头位置准确，间隙小而且均匀，
焊前对接头加工、装配要求严格； 真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状常常受到
工作室的限制； 电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量； 电子束焊接时产生X射线，需要操作人员严加防护。
由电子枪、工作室（也 称真空室）、电源及电 气控制系统、真空系统、 工作台以及辅助装置等 几大部分组成。
1.2.1 电子束焊机的组成
电子束焊EBW
电子束焊EBW)电子束焊是从1950年晚些时候开始商业应用的，它已经赢得了业界的认可。
开始时，该工艺要求在一个高真空室内操作。
然而，该工艺迅速得到改进，只在电子束产生的部位需要高真空。
这就有了在中真空或非真空环境中焊接的选择。
这个进步使得该工艺被汽车和消费品制造商认可。
所以，EBW在世界范围的工业中得到广泛的应用(见图3.44-3.46)。
EBW是一种熔化连接工艺，它通过带有高能量的电子束撞击要焊接的接头来连接材料。
电子束焊的关键部位是电子束枪。
电子是通过加热与负极相连的发射阴极或“灯丝”，使它达到它的热电子发射温度范围，电子蒸发并被吸引到与正极相连的阳极上而产生的(见图3.47)。
在发射器周围有配置好的栅格或偏罩，以帮助加速和成型电子形成电子流。
电子束通过阳极上的开孔离开电子枪继续向工件运动(见图3.48)。
一但电子束离开电子枪，它会渐渐发散。
为了抵消这种发散，使用一个电磁镜系统来汇聚电子束，它将电子束在工件上汇聚成一个点。
电子束的发散和汇聚角度都很小，这可使聚焦的电子束得到一英寸的范围的有效聚焦或“景深”。
电子束焊有四个基本参数：加速电压，电子束电流，焦点尺寸和焊接速度。
基本设备包括真空室，控制和电子束枪(见图3.44-3.46)。
典型的功率是30-175kV和50-1000mA。
电子束产生比激光束更高的能量密度。
如激光束焊一样，电子束焊通常采用“小孔”模式，它产生非常深非常窄的焊缝(见图3.49)。
在大多数应用中，熔深比宽度大得多，而且产生的热影响区非常窄。
例如，在真空条件下，0.5英寸(13mm)板材对接，焊缝宽度会小至0.003英寸(0.8mm)。
这与弧焊和气焊的焊接接头有着明显不同的焊缝区，主要是通过导热熔化得到熔透。
通过电磁偏转可以很容易地移动电子束。
在大多数情况下，偏转是用于调整电子束和接头之间的偏移，或用于产生圆，椭圆或其它形状。
偏转会修订作用于接头的平均能量密度，这会改变焊道的形状。
电子束焊接工艺
焊件
电子枪 电子束流 真空室
真空电子束焊接示意图
阴极 聚束极 阳极 聚焦线圈 偏转线圈 焊件
灯丝电源 偏压电源 高压电源
电子束
阳极 聚束极 阴极
灯丝电源
静电部分示意图
• 小结： • （1）阴极发射电子束 （2）聚束极控制束流大小 • （3）阳极加速电子束流 • （4）阴极和阳极形成同心球静电场，从阴极发射束流形成锥束 • （5）聚焦线圈控制工作距离 （6）偏转线圈改变焦点的位置 • 二，真空电子束焊的特点 • 1，加热功率密度大 2，焊缝深宽比大 3，焊缝不易污染 • 4，规范参数调节范围宽，适应性强 • 三，应用 • 1，电子工业微型器件 2，航天真空密封件 3，原子能工业 • 4，汽车 5，机械工业
• §2真空电子束焊接工艺
• 一，焊缝形成过程 • 1，熔化成型方式 • 2，深穿入式成型方式 • 二，规范参数对焊缝成型的影响 • 三，接头形式与电子束焊的特异功能
• 1，对接
2，搭接
3，丁接
• 四，焊接缺陷及防止措施
• 1，焊缝成型不连续
2，咬边 3，下塌
• §3低真空，非真空电子束焊及电子束焊的分类
• 一，低真空及非真空电子束焊的提出
• 二，电子束焊真空度对熔深的影响
• 三，电子束焊的分类方法
• 按其真空度分：
• 1，真空电子束（高真空） 2，低真空电子束 3，非真空电子束
• 按其加速电压分：
• 1，高压电子束焊 2，中压电子束焊 3，低压电子束焊
第三章电子束焊接
• 电子束焊接：EBW——Electron Beam Welding
• §1真空电子束焊接(图2)
• 一，原理(图3) • 电子枪分为两部分： • 1，静电部分(图4) • 静电部分的作用： • （1）发射电子束流 （2）控制束流的大小 • （3）加速电子束Байду номын сангаас （4）会聚电子束流 • 2，电磁部分 • 电磁部分分为聚焦线圈和偏转线圈
高能束焊接
两种高能束焊接各自特点和应用及其发展前景对于现代社会，效率对于工业生产是很重要的。
因此对于其应用的科学技术也要求很高。
为此，在焊接领域提出了利用高能密度束流作为热源的焊接方法，这就是高能束焊接。
目前狗啊能输焊接主要有两种：电子束焊接（EBW）和激光焊接（LBW）。
其能量密度必TIG或MIG等弧焊方法高一个数量级以上，通常高于5*105W/cm2。
一、电子束焊接（EBW）EBW焊接是以汇聚的高能电子束流轰击工件接缝处而产生的热能是材料融合的一种焊接方法。
这种焊接方法具有以下优点：⒈电子束功率密度高，其功率密度可达105-107W/cm2。
⒉焊缝深宽比大。
焊缝熔区很深很窄，其深宽比最高可达50：1，焊件变形可以忽略，不少零件可在精加工后焊接，不必进行后续精加工。
即使精度要求特别高的零件，焊后精加工留量可以很少，比用常规焊接方法可节省大量精加工工时。
可将原整体结构件分解成二件或二件以上工件焊接起来，可以变革原加工工艺，省时、省料、甚至可变革原零、部件的结构的设计使其更合理。
⒊电子束不仅能量密度高而且精确可调、被焊零件的厚度可以薄至0.05mm，厚至300mm（钢）或550mm（铝），不开破口，一次焊透。
⒋焊接在真空中进行，排除了大气中有害气体(如氢和氧等)的影响。
可高质量地焊一些活动性材料如钼、铍、铀、铌、钛等及其合金。
⒌可焊接物理常数差别大的材料，如非常薄的与非常厚的零件焊接或二者性质差别大的异种金属焊接，如钢与铜的焊接。
⒍由于电子束能量密度高，焊接速度可以很高，如焊O．8ram 薄钢板，焊接速度可迭200mm／s，焊接2'0 0mm 熔深锰钢，焊速可达300mmlmin。
在多工位电子束焊机上焊接汽车配电器(犒一平板焊列配电器凸轮上)其生产率可迭1440件／小时。
⒎由于焊接熔区小，焊接速度高，输入能量比常规焊接方法小得多，因此其热影响区小，有利提高焊接性能。
焊接区域邻近温度低，对封装热敏器件如集成电路组件，各类传感器探头的封装极为有利。
焊接工艺英文缩写
以下是《焊接工艺英文缩写》：AW——ARC WELDING——电弧焊AHW——atomic hydrogen welding——原子氢焊BMAW——bare metal arc welding——无保护金属丝电弧焊CAW——carbon arc welding——碳弧焊CAW-G——gas carbon arc welding——气保护碳弧焊CAW-S——shielded carbon arc welding——有保护碳弧焊CAW-T——twin carbon arc welding——双碳极间电弧焊EGW——electrogas welding——气电立焊FCAW——flux cored arc welding——药芯焊丝电弧焊FCW-G——gas-shielded flux cored arc welding——气保护药芯焊丝电弧焊FCW-S——self-shielded flux cored arc welding——自保护药芯焊丝电弧焊GMAW——gas metal arc welding——熔化极气体保护电弧焊GMAW-P——pulsed arc——熔化极气体保护脉冲电弧焊GMAW-S——short circuiting arc——熔化极气体保护短路过度电弧焊GTAW——gas tungsten arc welding——钨极气体保护电弧焊GTAW-P——pulsed arc——钨极气体保护脉冲电弧焊MIAW——magnetically impelled arc welding——磁推力电弧焊PAW——plasma arc welding——等离子弧焊SMAW——shielded metal arc welding——焊条电弧焊SW——stud arc welding——螺栓电弧焊SAW——submerged arc welding——埋弧焊SAW-S——series——横列双丝埋弧焊RW——RWSISTANCE WELDING——电阻焊FW——flash welding——闪光焊RW-PC——pressure controlled resistance welding——压力控制电阻焊PW——projection welding——凸焊RSEW——resistance seam welding——电阻缝焊RSEW-HF——high-frequency seam welding——高频电阻缝焊RSEW-I——induction seam welding——感应电阻缝焊RSEW-MS——mash seam welding——压平缝焊RSW——resistance spot welding——点焊UW——upset welding——电阻对焊UW-HF——high-frequency ——高频电阻对焊UW-I——induction——感应电阻对焊SSW——SOLID STATE WELDING——固态焊CEW——co-extrusion welding——CW——cold welding——冷压焊DFW——diffusion welding——扩散焊HIPW——hot isostatic pressure diffusion welding——热等静压扩散焊EXW——explosion welding——爆炸焊FOW——forge welding——锻焊FRW——friction welding——摩擦焊FRW-DD——direct drive friction welding——径向摩擦焊FSW——friction stir welding——搅拌摩擦焊FRW-I——inertia friction welding——惯性摩擦焊HPW——hot pressure welding——热压焊ROW——roll welding——热轧焊USW——ultrasonic welding——超声波焊S——SOLDERING——软钎焊DS——dip soldering——浸沾钎焊FS——furnace soldering——炉中钎焊IS——induction soldering——感应钎焊IRS——infrared soldering——红外钎焊INS——iron soldering——烙铁钎焊RS——resistance soldering——电阻钎焊TS——torch soldering——火焰钎焊UUS——ultrasonic soldering——超声波钎焊WS——wave soldering——波峰钎焊B——BRAZING——软钎焊BB——block brazing——块钎焊DFB——diffusion brazing——扩散焊DB——dip brazing——浸沾钎焊EXB——exothermic brazing——反应钎焊FB——furnace brazing——炉中钎焊IB——induction brazing——感应钎焊IRB——infrared brazing——红外钎焊RB——resistance brazing——电阻钎焊TB——torch brazing——火焰钎焊TCAB——twin carbon arc brazing——双碳弧钎焊OFW——OXYFUEL GAS WELDING——气焊AAW——air-acetylene welding——空气乙炔焊OAW——oxy-acetylene welding——氧乙炔焊OHW——oxy-hydrogen welding——氢氧焊PGW——pressure gas welding——气压焊OTHER WELDING AND JOINING——其他焊接与连接方法AB——adhesive bonding——粘接BW——braze welding——钎接焊ABW——arc braze welding——电弧钎焊CABW——carbon arc braze welding——碳弧钎焊EBBW——electron beam braze welding——电子束钎焊EXBW——exothermic braze welding——热反应钎焊FLB——flow brazing——波峰钎焊FLOW——flow welding——波峰焊LBBW——laser beam braze welding——激光钎焊EBW——electron beam welding——电子束焊EBW-HV——high vacuum——高真空电子束焊EBW-MV——medium vacuum——中真空电子束焊EBW-NV——non vacuum——非真空电子束焊ESW——electroslag welding——电渣焊ESW-CG——consumable guide eletroslag welding——熔嘴电渣焊IW——induction welding——感应焊LBW——laser beam welding——激光焊PEW——percussion welding——冲击电阻焊TW——thermit welding——热剂焊THSP——THERMAL SPRAYING——热喷涂ASP——arc spraying——电弧喷涂FLSP——flame spraying——火焰喷涂FLSP-W——wire flame spraying——丝材火焰喷涂HVOF——high velocity oxyfuel spraying——高速氧燃气喷涂PSP——plasma spraying——等离子喷涂VPSP-W——vacuum plasma spraying——真空等离子喷涂TC——THERMAL CUTTING——热切割OC——OXYGEN CUTTING——气割OC-F——flux cutting——熔剂切割OC-P——metal powder cutting——金属熔剂切割OFC——oxyfuel gas cutting——氧燃气切割CFC-A——oxyacetylene cutting——氧乙炔切割CFC-H——oxyhydrogen cutting——氢氧切割CFC-N——oxynatural gas cutting——氧天然气切割CFC-P——oxypropanne cutting——氧丙酮切割OAC——oxygen arc cutting——氧气电弧切割OG——oxygen gouging——气刨OLC——oxygen lance cutting——氧矛切割AC——ARC CUTTING——电弧切割CAC——carbon arc cutting——碳弧切割CAC-A——air carbon arc cutting——空气碳弧切割GMAC——gas metal arc cutting——熔化极气体保护电弧切割GTAC——gas tungsten arc cutting——钨极气体保护电弧切割PAC——plasma arc cutting——等离子弧切割SMAC——shielded metal arc cutting——焊条电弧切割HIGH ENERGY BEAM CUTTING——高能束切割EBC——electron beam cutting——电子束切割LBC——laser beam cutting——激光切割LBC-A——air——空气激光切割LBC-EV——evaporative——蒸气激光切割LBC-IG——inert gas——惰性气体激光切割LBC-O——oxygen——氧气激光切割(end)。
2mm板厚304l真空电子束焊焊接工艺 (4)
2mm板厚304L真空电子束焊焊接工艺电子束焊接是利用空间定向高速电子束焊（EBW）是指在真空或非真空环境中，利用汇聚的高速电子流轰击焊件接缝处所产生的热能，使被焊金属融合的一种焊接方法。
电子束焊接是一种高能束流焊接方法,可以焊接熔点、热导率、溶解度相差很大的异种金属。
可以焊接热处理强化或冷作硬化的材料，而对接头的力学性能没有太大的影响。
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，焊接速度快、焊缝组织性能好，焊接变形小，焊缝纯度高、接头质量好，工艺适应性强，可焊材料多，再现性好，可简化加工工艺。
一、设计题目及要求2mm板厚304L真空电子束焊焊接工艺母材尺寸：300mmX100mmX2mm的304L试件二块。
二、母材性能介绍304L不锈钢是一种通用性的不锈钢材料，它广泛地用于制作要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件。
304L是碳含量较低的304不锈钢的变种，较低的碳含量使得在靠近焊缝的热影响去中所析出的碳化物减少至最少，而碳化物的析出可能导致不锈钢在某些环境中产生晶间腐蚀。
1、母材化学成份见表1：表1304L化学成分w（%）2、母材的物理、力学性能见表2：表2304L物理、力学性能性屈服强度（MPa）抗拉强度物理、力学性能熔点延伸率硬度厶匕三205 三520 三40 HB<187HRB<90 1398~1420冃分HV<20类三、焊接设备的选择及特性选择高真空电子束焊。
1、高真空电子束焊机型号EZ-60/100如图1图1、EZ-60/100焊机选用电子束焊设备时，应综合考虑被焊材料、板厚、形状、产品批量等因素。
一般来说，焊接化学性能活泼的金属（如w、Ta、Mo、Nb、Ti）及其合金应选用高真空焊机；焊接易蒸发的金属及其合金应选用低真空焊机；厚大焊件应选用高压型焊机，中等厚度工件选用中压焊机；成批量生产时应选用专用焊机，品种多、批量小或单件生产选用通用型焊机。
电子束焊接(EBW)
电子束焊接经济性与结构合理性分析
（1）经济性：
不重要的非主承力焊缝，一般的碳钢及低合金结构钢焊缝，接 头结构复杂，有遮挡，需做复杂工装的焊缝不采用电子束焊。
（2）结构合理性：
密闭容器要有放气工艺孔；工件之间配合紧密； 尽量采用简单结构；考虑工作室的尺寸； 考虑电子束的可达性。
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焊接规范参数的选择确定
25
电子束焊接缺点
电子束焊接成套设备价格昂贵 焊缝对中精度要求高 焊接前接头设计，清理及装配要求高 电子束易受磁场干扰 工件尺寸受真空室大小限制 焊接质量受真空条件限制 焊接时产生X射线需严加防护
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电子束焊接独有的两种缺陷
（1）钉尖
产生部位： 常发生在部分熔透焊缝的根部。
形成原因： 电子束功率的脉动，液态金属表面张力和冷却速度过大
而液相金属来不及流入所致。 解决措施:
接头采用垫板，将缺陷引出；偏转扫描电子束；
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电子束焊接独有的两种缺陷
（2）冷隔
产生部位： 厚件焊缝根部和稍高处会出现较大的空洞，
把上下熔化金属分隔来。
形成原因： 厚件中气孔的一种特殊表现形式，与电子束焊缝形
成机制有关。厚板焊接时，金属蒸汽和其它气体逸出 受阻，在较快冷却速度下留在焊缝中。 解决措施：
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电子束焊分类
（5）按照电子枪特征分类
定枪式和动枪式 直热式和间热式 二级枪和三级枪
（6）按照深穿加热特点分类
普通电子束焊接 脉冲电子束焊接
9
电子束焊接的接头
（1）对接接头：电子束焊接最适应的一种接头形式
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电子束焊接的接头
（2）T型接头
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电子束焊接的接头
（3）搭接接头
EBW-MGGE系列电子束焊机使用维护手册
EBW-MG/GE系列电子束焊机使用维护手册前言目录安全指南 1EBW-MG/GE系列电子束焊机介绍 2操作指南 3日常维护与维修 4焊接工艺及要求 5保修维修条例目录前言---------------------------------------------------------------------1 目录---------------------------------------------------------------------2 第一章安全指南----------------------------------------------------------41.1 使用环境条件 -----------------------------------------------------51.2 操作法规---------------------------------------------------------61.3 维护法规---------------------------------------------------------8 第二章EBW－MG/GE系列电子束焊机介绍----------------------------------102.1 特点 ------------------------------------------------------------112.2 技术规格参数----------------------------------------------------122.3 基本结构--------------------------------------------------------13 第三章操作指南---------------------------------------------------------263.1 真空控制--------------------------------------------------------273.2 焊接操作--------------------------------------------------------313.3 参数调整--------------------------------------------------------363.4 调试------------------------------------------------------------443.5 报警信息--------------------------------------------------------483.6 系统设置--------------------------------------------------------493.7 更换灯丝--------------------------------------------------------543.8 工装------------------------------------------------------------573.9 安全防护--------------------------------------------------------583.10 紧急情况的处置-------------------------------------------------60 第四章日常维护与维修--------------------------------------------------634.1 焊机日常维护----------------------------------------------------644.2 真空系统维护及故障处理------------------------------------------654.3 放电故障处理----------------------------------------------------674.4 工装卡具维护与故障处理------------------------------------------69第五章焊接工艺及要求--------------------------------------------------705.1 基本概念--------------------------------------------------------715.2 电子束焊缝的形成机理--------------------------------------------725.3 影响焊缝成形的因素----------------------------------------------735.4 常见焊缝缺陷的产生原因及其防治措施------------------------------755.5 辅助工艺--------------------------------------------------------785.6 焊接工艺--------------------------------------------------------79 附件保修维修条例-----------------------------------------------------84安全指南11.1使用环境条件1.2操作法规1.3维护法规EBW-MG/GE系列电子束焊机在设计时把使用者的安全放在首位，但任何设备，包括设计得非常完美的设备都有危险性。
电子束焊接
电子束焊接原理电子束焊接(EBW)是利用电子枪所产生的电子在阴阳极间的高电场作用下被拉出，并加速到很高速度，经一级或二级磁透镜聚焦后，形成密集的高速电子流，当其撞击在工件接缝处，其动能转化为热能，使材料迅速熔化而达到焊接的目的。
高速电子在金属中的穿透能力非常弱，如在100kV加速电压下仅能穿透1/40mm，但电子束焊接所以能一次焊透甚至达数百毫米，这是因焊接过程中一部分材料迅速蒸发，其气流强大的反作用力迫使底面液体向四周排开，让出新的底面，电子束继续作用，过程连续不断进行，最后形成一又深又窄的焊缝。
电子束焊接特点电子束焊接是一种先进的焊接方法,其特点和要求主要表现在如下几方面：(1)由于电子束的能量密度很高,焊接速度快,焊件的热影响区和焊接变形极小,可作为零件的终加工工序。
(2)电子束焊缝的深宽比大,可达10∶1~40∶1,而一般电弧焊的深宽比约为1∶1. 5,因此,可以实现大厚度、不开坡口的焊接场合。
(3)可控性好。
电子束焊接参数(电压、电流、焊接速度等)能够被精确控制,焊接时参数的重复性及稳定性好,能确保焊件的焊接质量。
(4)可将难于整体加工的零件分解为容易加工的几部分,再用电子束焊的方法将其焊成整体,使复杂工序变得简单。
(5)可用于不加填充焊丝的对接、角接、T形接等多种焊接场合。
(6)因电子束焊焦点小而能量集中,对组焊件配合处的机械加工精度及装配质量有严格要求,对接焊缝的两边缘要求平整、贴紧,一般不留间隙。
(7)为防止出现焊接裂纹等缺陷,对采用电子束焊接的零件材料,一般要求其碳当量小于0. 4%, 当材料的碳当量大于0. 6%时,裂纹就很难避免,且对焊接工艺的要求也特别高。
电子束焊接的应用日本电子束焊接在压力容器中的实际应用电子束焊接具有焊接热输入量小，焊缝非常窄，几乎没有热影响区，因此焊接接头的性能很好，在焊接过程中工件几乎没有收缩与变形;在真空中焊接，避免了氮、氢、氧的有害作用，可防止低合金高强度钢产生延迟裂纹，同时，由于在真空中避免了氮与氧的有害作用，使较活泼的金属也易于焊接等优点。
电子束焊接(EBW)
电子技术飞跃促进了焊接自动化，出现弧焊机器人； 焊接工艺研究方向和应用领域进一步拓宽
§1.1 焊接技术回顾
1.1.2 焊接方法分类
– 熔化焊： 将被焊金属的结合处局部加热到熔 化状态，互相融合，冷却凝固彼此结合在一 起。 如：气焊、电弧焊、埋弧焊、电渣焊、 各种 气体保护焊、等离子弧焊等。
1.4.2 电子束焊接特点及应用 • (1)电子束焊接的优点 • (2)电子束焊接的不足 • (3)电子束焊接应用
深宽比通常在20：1以上
用于齿轮加工的 电子束焊接技术
T形齿轮零件结构简图
焊前分体部分
焊后整体部分
电子束焊接在电子和 仪表工业中的应用
电子束焊接技术 用于汽车制造
汽车变速器齿轮加工
§1.4 电子束焊接分类、特点及应用
(2) 按照真空度不同
– 高真空电子束焊接(10-3-10-6 torr) – 低真空电子束焊接(10-2-0.5 torr) – 非真空电子束焊接(大气中)
(3) 按照焊件在真空室中位置 – 全真空电子束焊接 – 局部真空电子束焊接
§1.4 电子束焊接分类、特点及应用
(4) 按照功率不同 – 大功率电子束焊接(60KW以上) – 中功率电子束焊接(30-60KW) – 小功率电子束焊接(30KW以下) (5) 按照电子枪特征 – 定枪式和动枪式 – 直热式和间热式 – 二级枪和三极枪 (6) 按照深穿加热特点 – 普通电子束焊接 – 脉冲电子束焊接
§1.4 电子束焊接分类、特点及应用
电子束焊接属于高能束焊接方法之一，归 属与熔化焊范畴。
§1.2 电子束焊接起源与发展
– 电子束的发现迄今已有100多年的历史； – 电子束焊接技术起源于德国，1948年前西德物理学 家K.H.Steigerwald首次提出用电子束焊接的设想； – 1954年法国J.A.Stohr博士成功焊接了核反应堆燃料 包壳，标志电子束焊接金属获得成功； – 1957年11月，在法国巴黎召开的国际原子能燃料元 件技术大会上公布了该技术，电子束焊接被确认为 一种新的焊接方法； – 1958年开始，美国、英国、日本及前苏联开始进行 电子束焊接方面的研究； – 上世纪60年代后，我国开始从事电子束焊接研究；
电子束焊接技术
电子束焊接技术电子束焊接技术（Electron Beam Welding，EBW）是一种高能束焊接技术，采用电子束作为能量源进行焊接。
它具有高能量密度、深焊能力和小热影响区等优势，广泛应用于航空航天、汽车制造和核工程等领域。
本文将介绍电子束焊接技术的原理、应用及未来发展趋势。
一、电子束焊接技术的原理电子束焊接技术利用带电粒子束（即电子束）的动能进行焊接。
它通过加速器将电子加速到非常高的速度，然后通过电场或磁场控制电子束的方向进行聚焦。
当电子束聚焦到极小的直径时，电子与被焊接材料碰撞并转化为热能。
这种高能量密度的热能可瞬间将工件局部区域加热至熔化状态，形成焊缝。
二、电子束焊接技术的应用1. 航空航天领域：电子束焊接技术在航空航天领域具有广泛的应用。
它能够焊接高强度、高温合金材料，满足飞机发动机、燃气轮机和航天器的要求。
电子束焊接技术还能实现长轴件的自动化焊接，提高生产效率。
2. 汽车制造：汽车制造行业对焊接质量和效率有着严格的要求。
电子束焊接技术能够焊接汽车车身、发动机和底盘等关键部件，确保焊缝的强度和密封性。
此外，电子束焊接技术还可以减少零件的变形，提高整体车身结构的稳定性。
3. 核工程：核工程领域要求焊接材料具有高强度和较低的辐射损伤。
电子束焊接技术能够实现高纯度材料的焊接，避免杂质引入。
电子束焊接技术还可以焊接厚度较大的核材料，保证核反应堆等设备的可靠性和安全性。
三、电子束焊接技术的未来发展趋势随着科学技术的不断进步，电子束焊接技术也将迎来更广阔的应用前景。
以下是未来电子束焊接技术的发展趋势：1. 自动化与智能化：随着自动化技术的不断发展，电子束焊接技术将越来越多地应用于自动化生产线。
通过与机器人和控制系统的集成，实现焊接过程的自动控制和监测。
2. 优化设计与模拟：利用计算机辅助设计和数值模拟软件，对电子束焊接过程进行优化设计和模拟预测。
通过模拟分析，优化焊接参数和工艺，提高焊接质量和效率。
电子束焊EBW介绍及优缺点
电子束焊EBW介绍及优缺点电子束焊是从1950年晚些时候开始商业应用的，它已经赢得了业界的认可。
开始时，该工艺要求在一个高真空室内操作。
然而，该工艺迅速得到改进，只在电子束产生的部位需要高真空。
这就有了在中真空或非真空环境中焊接的选择。
这个进步使得该工艺被汽车和消费品制造商认可。
所以，EBW在世界范围的工业中得到广泛的应用(见图3.44-3.46)。
EBW是一种熔化连接工艺，它通过带有高能量的电子束撞击要焊接的接头来连接材料。
电子束焊的关键部位是电子束枪。
电子是通过加热与负极相连的发射阴极或“灯丝”，使它达到它的热电子发射温度范围，电子蒸发并被吸引到与正极相连的阳极上而产生的(见图3.47)。
在发射器周围有配置好的栅格或偏罩，以帮助加速和成型电子形成电子流。
电子束通过阳极上的开孔离开电子枪继续向工件运动(见图3.48)。
一但电子束离开电子枪，它会渐渐发散。
为了抵消这种发散，使用一个电磁镜系统来汇聚电子束，它将电子束在工件上汇聚成一个点。
电子束的发散和汇聚角度都很小，这可使聚焦的电子束得到一英寸的范围的有效聚焦或“景深”。
电子束焊有四个基本参数：加速电压，电子束电流，焦点尺寸和焊接速度。
基本设备包括真空室，控制和电子束枪(见图3.44-3.46)。
典型的功率是30-175kV和50-1000mA。
电子束产生比激光束更高的能量密度。
如激光束焊一样，电子束焊通常采用“小孔”模式，它产生非常深非常窄的焊缝(见图3.49)。
在大多数应用中，熔深比宽度大得多，而且产生的热影响区非常窄。
例如，在真空条件下，0.5英寸(13mm)板材对接，焊缝宽度会小至0.003英寸(0.8mm)。
这与弧焊和气焊的焊接接头有着明显不同的焊缝区，主要是通过导热熔化得到熔透。
通过电磁偏转可以很容易地移动电子束。
在大多数情况下，偏转是用于调整电子束和接头之间的偏移，或用于产生圆，椭圆或其它形状。
偏转会修订作用于接头的平均能量密度，这会改变焊道的形状。
非真空电子束焊接技术
非真空电子束焊接技术——新型高科技焊接的奇葩作者：郑晓冰文章来源：德国AWT集团中国总代理 / CNK欣安发展有限公司点击数：828 更新时间：2009-7-24非真空电子束焊接技术实现了大气状态下的电子束焊接，在汽车制造领域一直备受重视。
目前，在铝合金结构件、多支管件和其他汽车零件中得到了广泛应用，并具有其他焊接方法不可替代的优势。
自1958年 Mr.Steigerwald,K.H（德国AWT集团下属SST公司创始人）研制出世界上第一台电子束焊机以来，电子束焊接技术经历了近50年的发展历程。
电子束焊接工艺技术在工业生产的各个领域中发展迅速、应用广泛，并且有着不可估量的发展前景。
非真空电子束焊接（EBW-NV）在汽车制造领域一直备受重视，德国已经实现了非真空电子束填丝焊接。
德国AWT集团所开发的工业化非真空电子束焊接设备，已成功在各个工业领域应用了数十年。
非真空电子束焊接原理非真空电子束焊接是指在大气状态中进行电子束焊接。
在非真空电子束焊接中，电子束仍是在高真空条件下产生的，然后通过一组光阑、气阻通道和若干级真空室，最终到达大气压力下的环境中来对工件进行施焊。
非真空电子束焊与真空电子束焊接的比较与在真空状态下不同，在大气条件下，电子束会快速发散，即使将电子枪的工作距离限制在20-50mm，焊缝深宽比最大也只能达到5:1（如图1）。
目前，非真空电子束焊接能够达到的最大熔深为30mm，远远低于真空焊接的标准。
然而，非真空电子束焊有着其他焊接方法不可替代的优势，它摆脱了真空室的限制，可以焊接大尺寸工件，生产效率高。
从而扩大了电子束焊接技术的应用范围，使其更适合向大批量、低成本、高自动化的方向发展。
另外，对于非真空冶炼的金属，采用真空电子束焊时，易从熔化金属中溢出剩余气体并形成气孔；而采用非真空电子束焊，则不会因此产生气孔缺陷。
非真空电子束焊与激光焊接的比较电子束焊接问世10年后，世界上第一台激光加工设备研制成功。
电子束焊接EBW
在线跟踪
扫描电子束熔炼
电子束扫描轨迹
电子束钎焊
非真空电子束焊接
电子束的焊接过程控制参数
真空度 高压（加速电压） 束流 焊接速度 焦点位置 ：活性区 工作距离
电子束材料加工
电子束熔焊过程
EB 熔焊过程
电子束焊接焊缝深宽比高达 40/1,HAZ 窄 不开坡口，无需填充金属 铝合金焊接厚度可达400mm; 碳钢焊接厚度可达150mm; 几乎可焊接所有金属材料
电子束接头设计
电子束焊接
上海交通大学焊接研究所 姚舜
电子束焊机系统
电子束焊机结构原理
电子束焊接原理
1.热阴极发射的电子在阳极－阴极间高压（60KV－150 KV）电场作用下， 被加速至极高的速度（0.3-0.7倍光速），经电子透镜（静电透镜、聚 焦透镜）汇聚成细束穿越真空室空间向工件以运动，高速电子冲击工 件表面将动能转换成热能，加热工件。 2.参数
S——电子束功率 P=IS×UB U IS：电子束电流强度 UB：阴阳极之间加速电压 ——电子束燃烧点（活性斑点）直径（0.1mm至1mm） ——功率密度可达108W/cm2，当电子聚焦束的直径为0.1～0.2mm 时功率密 度将＞106 W/cm2 ——电子束发生器内真空度约为10-8巴，在工作仓内可达10-7巴 ——在电子束与工件的结合处有X光线，必须采用铅玻璃或铅板屏蔽 ——焊缝为不开坡口的I型焊缝，通常不需要加填充材料 ——电子束的无惯性偏转将使熔化及结晶过程受到影响
对接接头 搭接接头 T型接头 角接接头
电子束接头形式
电子束焊接接头形式
焊接接头制备
电子束焊接应用
铝合金焊接
铝合金焊接
铝焊缝硬度HV0.3 HV0.3分布 HV0.3
焊接及切割英文缩写(学习材料)
AW——ARC WELDING——电弧焊AHW——atomic hydrogen welding——原子氢焊BMAW——bare metal arc welding——无保护金属丝电弧焊CAW——carbon arc welding——碳弧焊CAW-G——gas carbon arc welding——气保护碳弧焊CAW-S——shielded carbon arc welding——有保护碳弧焊CAW-T——twin carbon arc welding——双碳极间电弧焊EGW——electrogas welding——气电立焊FCAW——flux cored arc welding——药芯焊丝电弧焊FCW-G——gas-shielded flux cored arc welding——气保护药芯焊丝电弧焊FCW-S——self-shielded flux cored arc welding——自保护药芯焊丝电弧焊GMAW——gas metal arc welding——熔化极气体保护电弧焊GMAW-P——pulsed arc——熔化极气体保护脉冲电弧焊GMAW-S——short circuiting arc——熔化极气体保护短路过度电弧焊GTAW——gas tungsten arc welding——钨极气体保护电弧焊GTAW-P——pulsed arc——钨极气体保护脉冲电弧焊MIAW——magnetically impelled arc welding——磁推力电弧焊PAW——plasma arc welding——等离子弧焊SMAW——shielded metal arc welding——焊条电弧焊SW——stud arc welding——螺栓电弧焊SAW——submerged arc welding——埋弧焊SAW-S——series——横列双丝埋弧焊RW——RWSISTANCE WELDING——电阻焊FW——flash welding——闪光焊RW-PC——pressure controlled resistance welding——压力控制电阻焊PW——projection welding——凸焊RSEW——resistance seam welding——电阻缝焊RSEW-HF——high-frequency seam welding——高频电阻缝焊RSEW-I——induction seam welding——感应电阻缝焊RSEW-MS——mash seam welding——压平缝焊RSW——resistance spot welding——点焊UW——upset welding——电阻对焊UW-HF——high-frequency ——高频电阻对焊UW-I——induction——感应电阻对焊SSW——SOLID STATE WELDING——固态焊CEW——co-extrusion welding——CW——cold welding——冷压焊DFW——diffusion welding——扩散焊HIPW——hot isostatic pressure diffusion welding——热等静压扩散焊EXW——explosion welding——爆炸焊FOW——forge welding——锻焊FRW——friction welding——摩擦焊FRW-DD——direct drive friction welding——径向摩擦焊FSW——friction stir welding——搅拌摩擦焊FRW-I——inertia friction welding——惯性摩擦焊HPW——hot pressure welding——热压焊ROW——roll welding——热轧焊USW——ultrasonic welding——超声波焊S——SOLDERING——软钎焊DS——dip soldering——浸沾钎焊FS——furnace soldering——炉中钎焊IS——induction soldering——感应钎焊IRS——infrared soldering——红外钎焊INS——iron soldering——烙铁钎焊RS——resistance soldering——电阻钎焊TS——torch soldering——火焰钎焊UUS——ultrasonic soldering——超声波钎焊WS——wave soldering——波峰钎焊B——BRAZING——软钎焊BB——block brazing——块钎焊DFB——diffusion brazing——扩散焊DB——dip brazing——浸沾钎焊EXB——exothermic brazing——反应钎焊FB——furnace brazing——炉中钎焊IB——induction brazing——感应钎焊IRB——infrared brazing——红外钎焊RB——resistance brazing——电阻钎焊TB——torch brazing——火焰钎焊TCAB——twin carbon arc brazing——双碳弧钎焊OFW——OXYFUEL GAS WELDING——气焊AAW——air-acetylene welding——空气乙炔焊OAW——oxy-acetylene welding——氧乙炔焊OHW——oxy-hydrogen welding——氢氧焊PGW——pressure gas welding——气压焊OTHER WELDING AND JOINING——其他焊接与连接方法AB——adhesive bonding——粘接BW——braze welding——钎接焊ABW——arc braze welding——电弧钎焊CABW——carbon arc braze welding——碳弧钎焊EBBW——electron beam braze welding——电子束钎焊EXBW——exothermic braze welding——热反应钎焊FLB——flow brazing——波峰钎焊FLOW——flow welding——波峰焊LBBW——laser beam braze welding——激光钎焊EBW——electron beam welding——电子束焊EBW-HV——high vacuum——高真空电子束焊EBW-MV——medium vacuum——中真空电子束焊EBW-NV——non vacuum——非真空电子束焊ESW——electroslag welding——电渣焊ESW-CG——consumable guide eletroslag welding——熔嘴电渣焊IW——induction welding——感应焊LBW——laser beam welding——激光焊PEW——percussion welding——冲击电阻焊TW——thermit welding——热剂焊THSP——THERMAL SPRAYING——热喷涂ASP——arc spraying——电弧喷涂FLSP——flame spraying——火焰喷涂FLSP-W——wire flame spraying——丝材火焰喷涂HVOF——high velocity oxyfuel spraying——高速氧燃气喷涂PSP——plasma spraying——等离子喷涂VPSP-W——vacuum plasma spraying——真空等离子喷涂TC——THERMAL CUTTING——热切割OC——OXYGEN CUTTING——气割OC-F——flux cutting——熔剂切割OC-P——metal powder cutting——金属熔剂切割OFC——oxyfuel gas cutting——氧燃气切割CFC-A——oxyacetylene cutting——氧乙炔切割CFC-H——oxyhydrogen cutting——氢氧切割CFC-N——oxynatural gas cutting——氧天然气切割CFC-P——oxypropanne cutting——氧丙酮切割OAC——oxygen arc cutting——氧气电弧切割OG——oxygen gouging——气刨OLC——oxygen lance cutting——氧矛切割AC——ARC CUTTING——电弧切割CAC——carbon arc cutting——碳弧切割CAC-A——air carbon arc cutting——空气碳弧切割GMAC——gas metal arc cutting——熔化极气体保护电弧切割GTAC——gas tungsten arc cutting——钨极气体保护电弧切割PAC——plasma arc cutting——等离子弧切割SMAC——shielded metal arc cutting——焊条电弧切割HIGH ENERGY BEAM CUTTING——高能束切割EBC——electron beam cutting——电子束切割LBC——laser beam cutting——激光切割LBC-A——air——空气激光切割LBC-EV——evaporative——蒸气激光切割LBC-IG——inert gas——惰性气体激光切割。
电子束焊接解析
以上，比普通电弧功率密度高
100 ~ 1000倍，属于高能束流。
1.1.1 电子束焊的基本原理
电子束撞击到焊件表面，电子的动能就转变为热能， 使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸气的作用下 熔化的金属被排开，电子束就能继续撞击深处的固
态金属，同时很快在被焊焊件上“钻”出一个匙孔
（见图），小孔的周围被液态金属包围。 随着子束与焊件的相对移动，液态金属沿小孔周围 流向熔池后部，逐渐冷却、凝固形成了焊缝。
1.1.1 电子束焊的基本原理
在电子束焊接过程中，焊
接熔池始终存在一个匙孔。 匙孔的存在，从根本上改 变了焊接熔池的传质、传 热规律，由一般熔焊方法 的“热导焊”转变为“穿
高真空电子束焊接是在真空度为10-4～10-1Pa的环
境下进行，具有良好的真空条件，电子束很少发生 散射，可以保证对熔池的“保护”，防止金属元素 的氧化和烧损。 适用于活性金属、难熔金属和质量要求高的工件焊 接，也适用于各种形状复杂零件的精密焊接。
1.1.2 电子束焊的特点及分类
低真空电子束焊：在真空度为10-1～10Pa
1.1.3 电子束焊的适用范围
可焊接的材料：除含有大量高蒸气压元素的材料外，
一般熔焊能焊的金属，都可以采用电子束焊，如铁、 铜、镍、铝、钛及其合金等。此外，还能焊接稀有 金属、活性金属、难熔金属和非金属陶瓷等；焊接 熔点、热导率、溶解度相差很大的异种金属。焊接 热处理强化或冷作硬化的材料，而接头的力学性能 不发生变化。
孔焊”。
1.1.2 电子束焊的特点及分类
1．电子束焊的优点
电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。 焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。 焊缝纯度高，接头质量好。
特种焊接技术电子束焊
图1-12 电子束焊接的角接头 a）熔透焊缝 b）正常角接头 c）锁口自对中接头 d）锁底自对中接头e）双边锁底接头 f）双边锁 底斜向熔透焊缝 g）双边锁底 h）卷边角
图1-13 电子束焊T形接头 a）熔透焊缝 b）单面焊 c）双面焊
图1-14 电子束焊搭接接头 a）熔透焊缝 b）单面角焊缝 c）双面角焊缝
复合式电子束加工设备的研制
俄罗斯研究了多功能电子束加工设备，既能实现电 子束焊，也能实现钎焊、局部热处理或表面强化等 功能
非真空电子束焊工艺 英国焊接研究所采用非真空电子束焊焊接铜制核废料 罐，德国阿亨焊接研究所也在开展大功率非真空电子 束焊设备及工艺的研究 美国波音公司正致力于将飞机制造生产线上的 电子束、超声波、激光和实时照相检测等技术进行
子束斑点质量以及被焊材料的热物理性能等因素有密切的
关系。
能力知识点2 电子束焊的特点及分类 一、电子束焊的特点 1、优点 功率密度高：Pmax=100kW, Pd= 106～108w/cm2 焊缝深宽比大：60:1, t=0.1～300mm
合金元素烧损少，能避 免晶粒长大，使接头性 能改善，焊缝抗蚀性好。
接缝或在焊缝区作有规律的周期性运动。偏转方向
和偏转量可通过改变偏转线圈中的电流方向及大小
来调节。
图1-7真空电子束焊设备的组成示意图 1-高压电源系统 2-控制系统
二、高压电源及控制系统
1．高压电源
高压电源为电子枪提供加速电压、控制电压和灯丝加热 电流。 2．控制系统 除了控制焊机的真空系统和焊接程序外，还可实时控制 电子参数、工作台的运动轨迹和速度，实现电子束 扫描和焊缝自动跟踪。
通道
凹度
增加
液面压凹
形成小孔和熔池的形貌与焊接工艺参数有关。
第五章 高能密度焊方法与原理
发，材料表面蒸发走的原子的反作用力力图使液
态金属表面压凹。随着电子束功率密度的增加， 金属蒸气量增多，液面被压凹的程度也增大，并 形成一个通道。电子束经过通道轰击底部的待熔 金属，使通道逐渐向纵深发展，液态金属的表面
张力和流体静压力是力图拉平液面的，在达到力
的平衡状态时，通道的发展才停止，并形成小孔。
激光器 按激光工作物质的状态，激光器可分为固体激光 器和气体激光器。激光器一般由激光工作物质、 激励源、谐振腔、电源、控制和冷却系统、聚光
器(固体激光器特有)组成。用于焊接、切割等工
业加工的激光器主要是002气体激光器及钇铝石 榴石(YAG)固体激光器。
5.2.2
激光焊机理
按激光器输出能量方式的不同，激光焊分为脉冲激光焊和连续激光焊
可见，形成深熔焊的主要原因是金属蒸气的反作用力。
它的增加与电子束的功率密度成正比。实验证明，电子束 功率密度低于105W/cm2时，金属表面不产生大量蒸发
的现象，电子束的穿透能力很小。在大功率焊接中，电子
束的功率密度可达108W/cm2以上，足以获得很深的穿 透效应和很大的深宽比。
但是，电子束在轰击路途上会与金属蒸气和二次发射
后的电磁透镜(聚焦线圈)会聚,得到很小的焦点(其功率密 度可达104～109W· cm-2)，轰击置于真空或非真空中
的焊件时，电子的动能迅速转变为热能，熔化金属，实现
焊接过程。为了控制电子束的运动轨迹，聚焦线圈后面还 设置一个偏转线圈。
2.电子束深熔焊机理
电子束焊时，在几十到几百千伏加速电压的作用下，
Ib、聚焦电流If 、焊接速度Vb及工作距离H。 (1)加速电压Ua 提高加速电压可增加焊缝的熔深，这是由于加速电压 升高时，除了电子束功率增大使功率密度增大外，还由于