最新电子束焊工艺

电子束焊工艺

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一、电子束焊的特点电子束焊是利用会聚的高速电子流轰击工3

件接缝处所产生的热能，使金属熔合的一种焊接方法。电子轰击工件4

时，动能转变为热能。电子束作为焊接热源有两个明显的特点：

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（1）功率密度高电子束焊接时常用的加速电压范围为30～

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150kV，电子束电流20～1000mA，电子束焦点直径约为0.1～7

1mm，这样，电子束功率密度可达106W/cm2以上。（2）8

精确、快速的可控性作为物质基本粒子的电子具有极小的质量（9.1 9

×10-31kg）和一定的负电荷（1.6×10-19C），电子的荷质比高达10

1.76×1011C/kg,通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。

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电子束的这一特点明显地优于激光束，后者只能用透境和反射镜控12

制，速度慢。基于电子束的上述特点和焊接时的真空条件，电子13

束焊接具有下列主要优缺点。优点：1）电子束穿透能力强，14

焊缝深宽比大。目前，电子束焊缝的深宽比可达到60:1。焊接厚板15

时可以不开坡口实现单道焊，比电弧焊可以节省辅助材料和能源的消16

耗。2）焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。对精加工的工17

件可用作最后连接工序，焊后工件仍保持足够高的精度。3）真18

空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受到氧、氮等有害气体的污染，19

而且有利于焊缝金属的除气和净化，因而特别适于活泼金属的焊接。

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也常用电子束焊接真空密封元件，焊后元件内部保持在真空状态。

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4）电子束在真空中可以传到较远的位置上进行焊接，因而也可以焊

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接难以接近部位的接缝。5）通过控制电子束的偏移，可以实现23

复杂接缝的自动焊接。可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷，提高接24

头质量。缺点：1）设备比较复杂、费用比较昂贵。2）25

焊接前对接头加工、装配要求严格，以保证接头位置准确、间隙小而26

且均匀。3）真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状常常受到27

工作室的限制。4）电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质28

量。5）电子束焊接时产生的X射线需要严加防护以保证操作人29

员的健康和安全。二、工作原理和分类（1）工作原理电30

子束是从电子枪中产生的。通常电子是以热发射或场致发射的方式从31

发射体（阴极）逸出。在25～300kV的加速电压的作用下，电子被32

加速到0.3～0.7倍的光速，具有一定的动能，经电子枪中静电透镜33

和电磁透镜的作用，电子会聚成功率密度很高的电子束。

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这种电子束撞击到工作表面，电子的动能就转变为热能，使金属迅速35

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36

能继续撞击深处的固态金属，很快在被焊工件上“钻”出一个锁形小37

孔，小孔的周围被液态金属包围。随着电子束与工件的相对移动，液38

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。电39

子束传送到焊接接头的热量和其熔化金属的效果与束流强度、加速电40

压、焊接速度、电子束斑点质量以及被焊材料的性能等因素有密切的41

关系。（2）分类电子束焊的分类方法很多。按被焊工件所42

处的环境的真空度可分为三种：高真空电子束焊，低真空电子束焊和43

非真空电子束焊。高真空电子束焊是在10-4～10-1Pa的压强

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下进行的。良好的真空条件，可以保证对熔池的“保护”防止金属元45

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的46

焊接。低真空电子束焊是在10-1～10Pa的压强下进行的。压47

强为4Pa时束流密度及其相应的功率密度的最大值与高真空的最大48

值相差很小。因此，低真空电子束焊也具有束流密度和功率密度高的49

特点。由于只需抽到低真空，明显地缩短了抽真空时间，提高了生产50

率，适用于批量大的零件的焊接和在生产线上使用。例如：变速器组51

合齿轮多采用低真空电子束焊接。在非真空电子束焊机中，电子52

束仍是在高真空条件下产生的，然后穿过一组光阑、气阻和若干级预53

真空小室，射到处于大气压力下的工件上。在压强增加到7～15Pa 54

时，由于散射，电子束功率密度明显下降。在大气压下，电子束散射55

更加强烈。即使将电子枪的工作距离限制在20～50mm，焊缝深宽56

比最大也只能达到5:1。目前，非真空电子束焊接能够达到的最大熔57

深为30mm。这种方法的优点是不需真空室，因而可以焊接尺寸大58

的工件,生产率较高。近年来，移动式真空室或局部真空电子束焊接59

方法，既保留了真空电子束高功率密度的优点，又不需要真空室，因60

而在大型工件的焊接工程上有应用前景

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