电子束焊接技术在工业领域应用及发展趋势

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电子束焊接技术在工业领域应用及发展趋势

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摘要：本文概述了电子束焊接技术的定义以及一些特点和不足，并简要阐述了电子束焊接技术在航空航天、汽车制造、电子等工业技术中的应用，并分析了其未来的发展前景与趋势。

关键词：电子束焊接技术工业特点发展

1.前言

电子束焊接技术是将高能电子束作为加工热源,用高能量密度的电子束轰击焊件接头处的金属 ,使其快速熔融 ,然后迅速冷却来达到焊接的目的。

在当今时代，电子束焊接术的每一个进步的积累使人类的航空制造技术更加的完善和强健。电子束技术的高稳定和高强度的特性使飞行器冶金有了更加先进科学和结构精密的设计。目前存在的重要的技术实际上是在减少分解，加热，和残余应力的同时来减少氢脆变，限制氧气和氢污染物。电子束焊接技术作为焊接整合领域的重要技术，目前已经越来越深地影响到航空飞行器的制造和设计领域。这其中重要的原因是它有着先进的自动焊缝跟踪，射束偏转，多溶池焊接。

2．电子束焊接特点：

1 )电子束焊接的能量密度高 ,可焊接一般电弧焊难以实现的焊缝;

2)电子束焊接是在真空中进行 ,焊缝的化学成分稳定且纯净 ,接头强度高 ,焊缝质量高;

3)电子束焊接速度快 ,热影响区小 ,焊接热变形小;

4)电子束焊接适用于焊接几乎所有的金属材料，尤其适合铝材焊接;

5)电子束焊接可获得深宽比大的焊缝 (20∶ 1～50∶ 1) ,焊接厚件时可以不开坡口一次成形;

6)电子束焊接结合计算机技术 ,实现了工艺参数的精确控制 ,使焊接过程完全自动化。

电子束焊接技术是目前发展最快 ,应用最为广泛的电子束技术。[1] 同时，电子束焊接方法也有一些不足,如：电子束焊机结构复杂,控制设备精度高,所需费用高；冷却过程中

快速凝固,引起焊接缺陷,如气孔、焊接脆性等；工件大小受真空室尺寸的限制,每次装卸工件要求重新抽真空等。

3.电子束焊接的应用范围

电子束焊接相对于传统焊接方式的突出优点，使其的应用范围十分广泛，从可焊接的材料来看有以下几个方面：

（1）适合焊接各种金属材料

电子束可以焊接难熔金属钽、铌、钼，化学性质活泼的金属如钛、锆、铀等以及工业生产中大量使用的碳钢、不锈钢、合金钢、铜、铝等。

（2）可焊工件种类多

电子束焊接薄件、厚件及大厚件。薄件焊接厚度可以为0.1mm，厚件一次焊接厚度可达300mm，解决一些大厚件的焊接如汽轮机隔板的焊接。

（3）能实现异种焊接

目前，工业中电子束已经较好地完成异种金属的焊接，如铜-钨焊接、钢-不锈钢焊接、钢-硬质合金焊接、半导体材料及陶瓷材料的焊接等。

4.电子束焊接在工业领域的应用

4.1电子束焊接在航空航天工业的应用[2]

电子束已被用来将钛锻件焊接成新型直升机的转翼,现代战斗机的机翼箱等。发动机上一些其他部件如透平罩、压缩机箱体以及飞机的燃料驱动系统和着陆起落架等也都采用了电子束焊接。

由于电子束焊接的变形和热影响区小,已被用于航天飞机发动机的装配焊接,如主燃

烧室、热气歧管、高(低)压燃料涡轮泵、高(低)压氧化剂涡轮泵、燃料预燃烧室、氧化剂预燃烧器等间的焊接。

空间电子束焊接技术作为一种空间焊接技术的优势，已经成为了航空专家们的研究热点，目前，世界各主要航天大国均开展了空间电子束焊接技术的研究，同时，空间焊接装置、微重力下的焊缝形成机理以及空间焊接结构也将成为主要研发方向。

空间技术中所使用的各类火箭、卫星、飞船、星球车、空间站以及太阳能电站等装置，其结构件、发动机以及相关的各种仪器的零部件质量必须极为可靠，能经受如强力振动、因日照变化引起的高低温度交替冲击、失重、宇宙射线辐射和在超高真空环境中工作等各种恶劣环境的考验，此外，这些零件还必须具有尺寸小、重量轻以及气密性好等特点，因

此，宇航零部件的结构设计、材料选择及加工工艺都必须严格要求。实践证明，电子束焊接技术可以满足上述所有要求。

我国即将建设的空间站以及正在规划的太阳能电站都需要使用航天飞机或运载火箭将其分成小块后再运送到空间进行装配，如果采用铆接和螺栓联接就会大大增加结构重量，采用电子束焊接则无需焊条，不会额外增加结构重量。在宇宙空间采用电子束焊接的另一优点是无需真空系统，大大简化了焊接装置。与其他焊接方法需要大量的辅助装置相比，电子束焊接装置大大降低了对地天之间的运输要求。

此外，由于电子束能量密度高（大于107W/cm2)，热效率超过90%，大大节约了空间站中来自于太阳能电池的电能，对于空间焊接来说具有十分明显的优势。

4.2电子束焊接在汽车工业的应用[3]

使用电子束焊接方法焊接汽车后桥,省去了坡口的制作的准备。由于在真空条件下施焊,电子束焊接大大地清除了产生气孔、裂纹、夹渣等这些缺陷的可能,强度得到了保证,获得了极佳的经济效益。此外,真空电子束焊接还用来焊接汽车驱动轮、扭矩变换器、行星齿轮支座、飞轮、滑叉等,都取得了前所未有的效果.电子束焊接热影响小、变形小，可以在工件精加工后进行焊接，又能够实现异种金属焊接。因此，复杂的工件就可以分成几个简单的零件, 每个零件可以单独使用合适的材料和方法加工制造，最后利用电子束焊接成一个完整的工件, 从而可以获得理想的技术性能和显著的经济效益，这就有利于达到汽车生产降低成本和轻量化的要求。

4.3电子束焊接在电子工业的应用[4]

随着现代工业对电子线路和元器件的要求越来越高,电子束焊在电子行业发挥着越来

越重要的作用。真空电子束用来焊接密封晶体管已取代钎代焊焊接晶体管连接接头。有些电子线路和元器件要求其焊缝在焊完后继续保持在真空密封装置内,焊缝不得有腐蚀性杂质,电子束焊接正是满足这种要求的最有效方法。

在这一领域里，利用电子束焊接精密可控的独特性能，更容易实现微细精密焊接，同时又能保证焊缝纯净、无污染、不氧化。

电子管阴极是发射电子的心脏部件，性能要求高，一般由钨、钼、钽等高熔点金属或其合金材料组成。采用真空电子束焊接可获得光滑牢固的焊接，接头不氧化、无夹渣、不脆不裂。