电子束焊接优秀PPT
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(焊接课件先进连接技术)电子束焊接技术
15A型高压电子束焊机，此焊机是国内第一台自行设
计、自行制造的高压电子枪和大型真空室（9m3）
的高压电子束焊机，填补了国内空白，达到80年代
末世界先进水平。焊机功率为15kW，加速电压为
150kV。在此焊机上，完成了多种航空航天发动机零
部件的焊接工作，同时焊接了原子能射线发生器、
雷达慢波导、导弹壳体、汽车变截面轴、石油钻头
采用电子束焊焊接厚大件时，比其他焊接方法具有明 显的优势，为了克服大型真空电子束焊机造价高、抽真空 时间长的缺点，非真空电子束焊的研究及应用成为热点， 近年英国焊接研究所采用非真空电子束焊焊接铜制核废料 罐，取得了良好的社会和经济效益。图3所示是非真空电 子束焊机示意图。德国阿亨大学焊接研究所（iSF）也在 开展大功率非真空电子束焊焊接设备及工艺的研究
在我国其他工业中，采用电子束焊的主要有高压气 瓶、核电站反应堆内构件筒体、汽车齿轮、电子传 感器、雷达慢波导等；另外，炼钢炉的铜冷却风口、 汽轮机叶片等也有的采用电子束焊焊接。
在我国，电子束焊焊接技术在工业中将进一步应用， 但需解决的问题是：
① 焊接可靠性、稳定性及质量在线检测技术的发 展；
② 新产品设计与电子束焊技术的有机结合； ③ 焊缝自动对中与跟踪的自适应控制技术的发展； ④ 深穿透机理及电子束与材料交互作用等物理现
（4）大功率表面处理技术的开发
过去电子束表面处理应用的设备功率在 200kW以下，现在日本、前苏联等研究了 500kW的电子束热源，用于涂层处理工艺。 06:54
（5）复合式电子束加工设备的研制 随着工业用途的增加，要求电子束加工设备具有综合
功能。俄罗斯1994年制定了多功能综合型电子束加工设备 的研制计划，研制多功能综合型电子束加工设备，具有电 子束焊、钎焊、局部热处理、表面强化等功能，功率为 60kW，加速电压为60kV，配有两个以上电子枪，采用计 算机及CNC控制。 （6）非真空电子束焊焊接设备及工艺的研究和应用
特种焊接技术PPT课件2-13铝及铝合金的电子束焊
束流偏小
未焊透
束流偏大
下榻
焊缝正面凹陷
必须选择合适的焊接参数，控制焊缝成形。必要时， 采用在焊件表面下聚焦，并在接头一侧预留单边凸合， 以其作为填充金属，可获得良好的焊缝成形。
铝及铝合金的电子束焊
推荐使用的铝合金焊接条件
合金牌 号
5A07
7A04 2A08
厚度 /mm 0.6
5 100 300 10 18
3. 宜采用下聚焦和形成较窄的焊缝（抑制氢气泡的形成）
4. 焊接速度不宜过大
板厚 ≤40mm 焊速 60-120 cm/min
板厚 >40mm 焊速 60
cm/min以下
5. 电子束按照一定形状对熔池进行扫描（促进氢气泡逸出） 6. 在焊后再进行一次电子束重熔
铝及铝合金的电子束焊
厚度大于3mm的铝合金电子束焊时对束流十分敏感
电子束功 焊接速度/ 率/kW （cm/min）21
24
80
24
4.0
150
8.7
102
焊接位置
平焊，电子枪垂直 平焊，电子枪垂直 横焊，电子枪水平 横焊，电子枪水平 平焊，电子枪垂直 平焊，电子枪垂直
铝及铝合金的电子束焊
铝及铝合金的焊前呈变形强化或热处理强化状态
即使电子束焊热输入小，接头热影响区软化或有裂纹倾向
《特种焊接技术》系列微课之
铝及铝合金的电子束焊
铝及铝合金的电子束焊
1.铝及铝合金表面易氧化，生产难熔氧化膜，自然生长氧化膜不致密，易吸收水分
2.低沸点合金元素（Mg、Zn、Li等）的蒸发与烧损 3. 电子束焊时焊速大，凝固速度大
气孔
1. 高真空条件下施焊
2. 控制母材内氢含量(0.4mL/100g)，认真化学清理
特种焊接技术PPT课件2-5电子束焊的应用范围
Thank You
两个不锈钢环中的 铬镍膜片50 µm
薄壁不锈钢管
2.焊件的结构形状和尺寸
③ 真空电子束焊时，焊件的形状和尺寸必须控制在真空室容积允许的范围内； ④ 非真空电子束焊不受此限制，可以焊接大型焊接结构，但必须将电子枪底面
出口到焊件上表面的距离控制在12～50mm之间，单面焊可焊厚度一般很 少超过10mm。
电动机整流子片、双金属式整流子、汽轮机转子、汽轮机定子、汽轮机隔板、锅炉阀门体等 炼钢炉的铜冷却风口、压力容器、球形储罐、热交换器、环形传动带、管子与法兰的焊接等 厚板焊接、超厚板压力容器的焊接等 钛合金支架、人工关节、人工骨骼等 修补修复有缺陷的容器、裂纹补焊、补强焊、堆焊等
你能说出电子束焊可焊材料有哪些吗？
两个不锈钢环中的 铬镍膜片50 µm
薄壁不锈钢管
03 PART THREE
有特殊要求或特殊结构的焊件
3.有特殊要求或特殊结构的焊件
① 可以焊接内部需保持真空度的密封件，靠近热敏元件的焊件，形状复杂且 精密的零部件；
Heat Exchanger Welding 热交换器焊接
Vacuum Feedthrough 真空连接器 Connector Plate的应用范围
电子束焊 应用领域
CONTENT
1. 可焊的材料
2. 焊件的结构和尺寸
电子束焊的应用范围
3. 有特殊要求和特殊结构的焊件
01PART ONE
可焊的材料
1.可焊的材料
① 在真空室内进行电子束焊时，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；
电真空馈通 (Kovar+不锈钢，60 µm)
《电子束焊》课件
《电子束焊》PPT课件
本课件介绍了电子束焊的基本原理、应用领域、设备、焊接材料以及质量控 制等关键内容。通过详细讲解，并结合实际案例与图像展示，帮助大家全面 了解电子束焊技术。
电子束焊简介
电子束焊是一种高能束焊技术，利用高速运动的电子束对焊接部位进行加热和熔化，从而实现金属零件的连接。 它具有高能量密度、焊接速度快等优势。
用于焊接航空发动机、航天器和导弹等高精度结构件。
2
电子工业
适用于微观尺寸的器件和电子封装的焊接，具有高精度和高速度的优势。
3
生命科学
常用于医疗器械、人工关节以及医疗器械的生产制造。
4
其他应用领域
还广泛应用于船舶、汽车、机械制造等领域的焊接和制造工艺。
焊接设备
电子枪
电子束产生的关键设备，产生高速电子束并控制束 流。
束流控制装置
通过磁场和电场控制束流的方向和位置。
聚焦镜系统
利用透镜等设备将束流聚焦成细小的束斑。
抽真空系统
保证焊接区域的真空环境，减少气体干扰。
焊接材料
焊接材料的要求和选型
根据焊接工艺的要求，选择合适的金属材料和 焊接材料，保证焊接质量。
涂层焊接的特殊要求和处理
对于涂层材料，需要特殊的处理和焊接工艺， 确保涂层品质。
2 未来的发展方向
随着技术的不断发展，电子束焊将实现更高的焊接速度和更广泛的应用领域。
参考文献
相关研究论文
详细介绍了电子束焊技术的 研究成果和应用案例。
相关标准和规范
列出适用于电子束焊的相关 标准和规范。
相关书籍和资料
推荐一些电子束焊技术方面 的经典书籍和实用资料。
电子束焊的基本原理
Байду номын сангаас电子束产生与控制
本课件介绍了电子束焊的基本原理、应用领域、设备、焊接材料以及质量控 制等关键内容。通过详细讲解，并结合实际案例与图像展示，帮助大家全面 了解电子束焊技术。
电子束焊简介
电子束焊是一种高能束焊技术，利用高速运动的电子束对焊接部位进行加热和熔化，从而实现金属零件的连接。 它具有高能量密度、焊接速度快等优势。
用于焊接航空发动机、航天器和导弹等高精度结构件。
2
电子工业
适用于微观尺寸的器件和电子封装的焊接，具有高精度和高速度的优势。
3
生命科学
常用于医疗器械、人工关节以及医疗器械的生产制造。
4
其他应用领域
还广泛应用于船舶、汽车、机械制造等领域的焊接和制造工艺。
焊接设备
电子枪
电子束产生的关键设备，产生高速电子束并控制束 流。
束流控制装置
通过磁场和电场控制束流的方向和位置。
聚焦镜系统
利用透镜等设备将束流聚焦成细小的束斑。
抽真空系统
保证焊接区域的真空环境，减少气体干扰。
焊接材料
焊接材料的要求和选型
根据焊接工艺的要求，选择合适的金属材料和 焊接材料，保证焊接质量。
涂层焊接的特殊要求和处理
对于涂层材料，需要特殊的处理和焊接工艺， 确保涂层品质。
2 未来的发展方向
随着技术的不断发展，电子束焊将实现更高的焊接速度和更广泛的应用领域。
参考文献
相关研究论文
详细介绍了电子束焊技术的 研究成果和应用案例。
相关标准和规范
列出适用于电子束焊的相关 标准和规范。
相关书籍和资料
推荐一些电子束焊技术方面 的经典书籍和实用资料。
电子束焊的基本原理
Байду номын сангаас电子束产生与控制
《电子束焊》PPT课件
2.电子束焊接的缺点
1)设备比较复杂，价格昂贵。
精选PPT
6
第一节 电子束焊概述
2)电子束焊接时，焊件的尺寸常受到真空室尺寸的限制。 3)焊前对焊件的加工、装配要求比较严格，准备工作比较仔细。 4)电子束容易受杂散的电磁场的干扰，影响焊接质量。 5)电子束焊接过程中，将产生X射线，需要严加防护，以保证操作人 员的健康和安全。
19
第四节 常用材料的电子束焊
பைடு நூலகம்
五、钛及钛合金的电子束焊
1)焊前用化学方法，仔细清洗待焊处及对接边缘的油、污、锈、垢及
氧化膜。
2)填充焊丝或填片在焊前要进行真空退火除氢。
3)薄板焊接时，应采用卷边接头形式。
4)为防止焊缝金属晶粒长大，应选用高电压、小束流的焊接参数进行
焊接。
5)对于高温条件下使用的钛合金焊件，其工艺流程是：退焊接固熔处
精选PPT
5
第一节 电子束焊概述
(8)电子束容易受控 焊接参数易于精确调节，通过控制电子束的偏 移，可以实现对复杂焊缝的自动焊接，在焊接过程中可以通过电子束 扫描熔池来消除缺陷，从而提高焊接接头质量。 (9)可焊接材料多 不仅能焊接金属和异种金属材料的接头，还能焊 接非金属材料，如陶瓷、石英玻璃等。 (10)自动化程度高 电子束焊焊接参数容易实现机械化、自动化控制， 在焊接过程中，重复性、再现性好，确保产品质量的稳定性。
6焊缝性能好电子束焊时高温作用时间短合金元素烧损少能避免焊接接头晶粒长大使焊接接头力学性能好焊缝抗腐蚀性能7焊接金属质量高在真空环境中焊接不仅可以防止熔化金属受到氢氧氮等有害气体的污染而且还有利于焊缝金属的除气和净第一节第一节电子束焊概述电子束焊概述精选ppt8电子束容易受控焊接参数易于精确调节通过控制电子束的偏移可以实现对复杂焊缝的自动焊接在焊接过程中可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷从而提高焊接接头质量
1)设备比较复杂，价格昂贵。
精选PPT
6
第一节 电子束焊概述
2)电子束焊接时，焊件的尺寸常受到真空室尺寸的限制。 3)焊前对焊件的加工、装配要求比较严格，准备工作比较仔细。 4)电子束容易受杂散的电磁场的干扰，影响焊接质量。 5)电子束焊接过程中，将产生X射线，需要严加防护，以保证操作人 员的健康和安全。
19
第四节 常用材料的电子束焊
பைடு நூலகம்
五、钛及钛合金的电子束焊
1)焊前用化学方法，仔细清洗待焊处及对接边缘的油、污、锈、垢及
氧化膜。
2)填充焊丝或填片在焊前要进行真空退火除氢。
3)薄板焊接时，应采用卷边接头形式。
4)为防止焊缝金属晶粒长大，应选用高电压、小束流的焊接参数进行
焊接。
5)对于高温条件下使用的钛合金焊件，其工艺流程是：退焊接固熔处
精选PPT
5
第一节 电子束焊概述
(8)电子束容易受控 焊接参数易于精确调节，通过控制电子束的偏 移，可以实现对复杂焊缝的自动焊接，在焊接过程中可以通过电子束 扫描熔池来消除缺陷，从而提高焊接接头质量。 (9)可焊接材料多 不仅能焊接金属和异种金属材料的接头，还能焊 接非金属材料，如陶瓷、石英玻璃等。 (10)自动化程度高 电子束焊焊接参数容易实现机械化、自动化控制， 在焊接过程中，重复性、再现性好，确保产品质量的稳定性。
6焊缝性能好电子束焊时高温作用时间短合金元素烧损少能避免焊接接头晶粒长大使焊接接头力学性能好焊缝抗腐蚀性能7焊接金属质量高在真空环境中焊接不仅可以防止熔化金属受到氢氧氮等有害气体的污染而且还有利于焊缝金属的除气和净第一节第一节电子束焊概述电子束焊概述精选ppt8电子束容易受控焊接参数易于精确调节通过控制电子束的偏移可以实现对复杂焊缝的自动焊接在焊接过程中可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷从而提高焊接接头质量
特种焊接技术PPT课件2-12电子束焊的安全与防护
⑤ 操作时应戴耐高压的绝缘手套、穿绝缘鞋，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。
02PART TWO
X射线的防护
2.X射线的防护
电子束焊接时，产生X射线来源： ① 高速运动的电子束与焊件撞击产生X射线； ② 在枪体和工作室内，电子束与气体分子或金属蒸气相撞时，也会产生相当
压的1.5倍。 ② 设备应装置专用地线，外壳用截面积大于12mm2的粗铜线接地，保证接
地良好，接地电阻应小于3Ω。
1.防止高压电击的措施
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 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 动断电。
数量的X射线； ③ 焊接时，约有1%的射线能量转变为X射线辐射。
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。
2.X射线的防护
加强对X射线的防护措施 ① 对于加速电压低于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； ② 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。 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40m2，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。
2.X射线的防护
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废气、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标准以下，设备周围应通风良好。
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，必须配戴防护眼镜。
02PART TWO
X射线的防护
2.X射线的防护
电子束焊接时，产生X射线来源： ① 高速运动的电子束与焊件撞击产生X射线； ② 在枪体和工作室内，电子束与气体分子或金属蒸气相撞时，也会产生相当
压的1.5倍。 ② 设备应装置专用地线，外壳用截面积大于12mm2的粗铜线接地，保证接
地良好，接地电阻应小于3Ω。
1.防止高压电击的措施
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 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 动断电。
数量的X射线； ③ 焊接时，约有1%的射线能量转变为X射线辐射。
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。
2.X射线的防护
加强对X射线的防护措施 ① 对于加速电压低于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； ② 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。 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40m2，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。
2.X射线的防护
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废气、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标准以下，设备周围应通风良好。
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，必须配戴防护眼镜。
电子束焊课堂PPT
8
缺点
▪ 需要高真空环境以防止电子散射，设备复杂，焊件尺寸和 形状受到真空室的限制（非真空环境的电子束焊，是重要的 研究方向）；
▪ 由于真空室的存在，抽真空成为影响循环时间的主要障碍 （目前用于齿轮焊接的单台电子束设备循环时间很难做到 60s以内）；
▪ 有磁偏移：由于电子带电，会受磁场偏转影响，故要求电子 束焊工件焊前去磁处理；
b．焊缝深宽比(H/B)大。通常电弧焊的深宽比很难超 过2，电子束焊的深度比在50以上。电子束焊比电弧 焊可节约大量填充金属和电能，可实现高深宽比的 焊接，深宽比达60：1，可依次焊透0.1~300mm厚度 的不锈钢板。
7
c. 焊接速度快，焊缝热物理性能好。焊接速度快，能量集 中、熔化和凝固过程快．热影响区小，焊接变形小。对精加 工的工件可用作最后的连接工序，焊后工件仍能保持足够的 精度。能避免晶粒长大，使焊接接头性能改善，高温作用时 间短，合金元素烧损少，焊缝抗蚀性好。
33
Fe + Fa Fs + Fg
简化为：
Fa Fs + Fg
Fe Fa
Fs
Fs
Fg
Fg
34
35
1.3.4 应用前景及发展前景 1 应用前景
质量或生产率要求高的产品。核工业、航空 航天。核燃料密封罐、特种合金的喷气发动机部 件、火箭推进系统压力容器；
大批量生产中。汽车转动齿轮、焊管等； 修复领域； 将成为实现空间结构焊接的强有力的工具。
42
▪ 静电部分由阴极、聚束极和阳 极(又名加速极) 组成，称为静 电透镜。
▪ 电子枪的电磁部分主要由聚焦 线圈与偏转线圈组成，一般称 聚焦线圈为磁透镜。
1－阴极； 2－偏压电极； 3－阳极； 4－聚焦线圈； 5－偏转线圈； 6－工件； 7－电子束； Ub－加速电压； UB－偏压；
缺点
▪ 需要高真空环境以防止电子散射，设备复杂，焊件尺寸和 形状受到真空室的限制（非真空环境的电子束焊，是重要的 研究方向）；
▪ 由于真空室的存在，抽真空成为影响循环时间的主要障碍 （目前用于齿轮焊接的单台电子束设备循环时间很难做到 60s以内）；
▪ 有磁偏移：由于电子带电，会受磁场偏转影响，故要求电子 束焊工件焊前去磁处理；
b．焊缝深宽比(H/B)大。通常电弧焊的深宽比很难超 过2，电子束焊的深度比在50以上。电子束焊比电弧 焊可节约大量填充金属和电能，可实现高深宽比的 焊接，深宽比达60：1，可依次焊透0.1~300mm厚度 的不锈钢板。
7
c. 焊接速度快，焊缝热物理性能好。焊接速度快，能量集 中、熔化和凝固过程快．热影响区小，焊接变形小。对精加 工的工件可用作最后的连接工序，焊后工件仍能保持足够的 精度。能避免晶粒长大，使焊接接头性能改善，高温作用时 间短，合金元素烧损少，焊缝抗蚀性好。
33
Fe + Fa Fs + Fg
简化为：
Fa Fs + Fg
Fe Fa
Fs
Fs
Fg
Fg
34
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1.3.4 应用前景及发展前景 1 应用前景
质量或生产率要求高的产品。核工业、航空 航天。核燃料密封罐、特种合金的喷气发动机部 件、火箭推进系统压力容器；
大批量生产中。汽车转动齿轮、焊管等； 修复领域； 将成为实现空间结构焊接的强有力的工具。
42
▪ 静电部分由阴极、聚束极和阳 极(又名加速极) 组成，称为静 电透镜。
▪ 电子枪的电磁部分主要由聚焦 线圈与偏转线圈组成，一般称 聚焦线圈为磁透镜。
1－阴极； 2－偏压电极； 3－阳极； 4－聚焦线圈； 5－偏转线圈； 6－工件； 7－电子束； Ub－加速电压； UB－偏压；
电子束焊ppt课件
12
法国TECHMETA公司
MEDARD 43型: Chamber dimensions: 500 ×500×500; Operating voltage:60KV; Power:6KW
LARA 52型: Chamber dimensions: 350×600×800; Operating voltage:60KV; Power:30KW
b．焊缝深宽比(H/B)大。通常电弧焊的深宽比很难超 过2，电子束焊的深度比在50以上。电子束焊比电弧 焊可节约大量填充金属和电能，可实现高深宽比的 焊接，深宽比达60：1，可依次焊透0.1~300mm厚度 的不锈钢板。
8
c. 焊接速度快，焊缝热物理性能好。焊接速度快，能量集 中、熔化和凝固过程快．热影响区小，焊接变形小。对精加 工的工件可用作最后的连接工序，焊后工件仍能保持足够的 精度。能避免晶粒长大，使焊接接头性能改善，高温作用时 间短，合金元素烧损少，焊缝抗蚀性好。
▪ X射线问题：X射线在高压下特别强，需对操作人员实施保护； ▪ 对工件装配质量要求严格，同时工件表面清洁的要求也较高。
10
1.2 电子束焊机及应用
目前全世界约有8000台电子束焊机在工业 部门及实验室中应用。
11
德国PTR公司生产的ebw3000/15-150CNC型电子束焊机 真空室:1.7m×1.25m× 1.45m ; 额定功率:15KW;额定电压:150KV
9
缺点
▪ 需要高真空环境以防止电子散射，设备复杂，焊件尺寸和 形状受到真空室的限制（非真空环境的电子束焊，是重要的 研究方向）；
▪ 由于真空室的存在，抽真空成为影响循环时间的主要障碍 （目前用于齿轮焊接的单台电子束设备循环时间很难做到 60s以内）；
法国TECHMETA公司
MEDARD 43型: Chamber dimensions: 500 ×500×500; Operating voltage:60KV; Power:6KW
LARA 52型: Chamber dimensions: 350×600×800; Operating voltage:60KV; Power:30KW
b．焊缝深宽比(H/B)大。通常电弧焊的深宽比很难超 过2，电子束焊的深度比在50以上。电子束焊比电弧 焊可节约大量填充金属和电能，可实现高深宽比的 焊接，深宽比达60：1，可依次焊透0.1~300mm厚度 的不锈钢板。
8
c. 焊接速度快，焊缝热物理性能好。焊接速度快，能量集 中、熔化和凝固过程快．热影响区小，焊接变形小。对精加 工的工件可用作最后的连接工序，焊后工件仍能保持足够的 精度。能避免晶粒长大，使焊接接头性能改善，高温作用时 间短，合金元素烧损少，焊缝抗蚀性好。
▪ X射线问题：X射线在高压下特别强，需对操作人员实施保护； ▪ 对工件装配质量要求严格，同时工件表面清洁的要求也较高。
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1.2 电子束焊机及应用
目前全世界约有8000台电子束焊机在工业 部门及实验室中应用。
11
德国PTR公司生产的ebw3000/15-150CNC型电子束焊机 真空室:1.7m×1.25m× 1.45m ; 额定功率:15KW;额定电压:150KV
9
缺点
▪ 需要高真空环境以防止电子散射，设备复杂，焊件尺寸和 形状受到真空室的限制（非真空环境的电子束焊，是重要的 研究方向）；
▪ 由于真空室的存在，抽真空成为影响循环时间的主要障碍 （目前用于齿轮焊接的单台电子束设备循环时间很难做到 60s以内）；
电子束焊接PPT课件
第一章 绪 论
§一.一电子束焊接技术概述
一.一.一电子束焊接发展简史
– 电子束的发现迄今已有一00多年的历史； – 电子束焊接技术起源于德国一九四八年前西德物理
学家K.H.Steigerwald首次提出用电子束焊接的设想； – 一九五四年法国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； – 一九五七年一一月在法国巴黎召开的国际原子能燃
第二章 电子束焊接原理及设备
二 分类
按照真空室压力:
– 高真空电子束焊机 – 低真空电子束焊机 – 非真空电子束焊机
按照加速电压:
– 高压型电子束焊机 – 中压型电子束焊机 – 低压型电子束焊机
按照电子枪固定方式:
– 动枪式电子束焊机 – 定枪式电子束焊机
第二章 电子束焊接原理及设备
二.二.二真空电子束焊机构造及工作原理 一 真空电子束焊机基本构成
电子束焊接技术 用于汽车制造
汽车变速器齿轮加工
航天产品的 电子束焊接
推力室身部与头部的铌钛 异种金属电子束焊接
推力室身部铜钢 异种金属电子束焊接
电子束焊接新技术
电子束焊接能量控制技 术—多焦点、多束
德国PTR公司生产的ebw三000/一五-一五0CNC型电子束焊机 真空室:一.七m×一.二五m× 一.四五m ; 额定功率:一五KW;额定电压:一五0KV
第三章 真空电子束焊接工艺
§三.二电子束焊接接头设计
• 三.二.一接头设计原则
• 三.二.二接头型式
– 对接接头 – 角接接头 – T型接头 – 搭接接头 – 边接接头 – 圆柱体对接接头 – 特殊接头
第三章 真空电子束焊接工艺
§三.三 真空电子束焊接工艺过程 §三.四电子束焊缝常见缺陷及防止措施
电子束和离子束加工ppt课件
该方法不受温度及注入何种元素及粒量限制，可根据不同需求注入 不同离子（如磷、氮、碳等）。
注入表面元素的均匀性好，纯度高，其注入的粒量及深度可控制， 但设备费用大、成本高、生产率较低。
27
3、特点
加工精度高。离子束加工是目前最精密、最微细的加 工工艺。离子刻蚀可达纳米级精度，离子镀膜可控制 在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度亦可精确地 控制。
（2）真空系统
保证电子加工时所需要
的真空度。一般电子束加工
的 的 真 空 度 维 持 在 1.33×102~ 1.33×10-4 Pa。
（3）控制系统和电源。
控制系统包括束流聚焦
控制、束流位置控制、束流 强度控制以及工作台位移控 制。
图6-2 电子束加工装置示意图
1-工作台系统；2-偏转线圈；3-电磁透镜；4-光阑； 5-加速阳极；6-发射电子的阴极；7-控制栅极； 8-光学观察系统；9-带窗真空室门；10-工件 7
A-电子束曝光；B-显影；C-蒸镀；D—离子刻蚀；E、F-去掉抗蚀剂，留下图形 1-电子束；2-电致抗蚀剂；3-基板；4-金属蒸汽；5-离子束；6-金属
17
电子束刻蚀
18
（5）电子束表面改性 特点：
A）快速加热淬火，可得到超微细组织，提高材料的 强韧性； B）处理过程在真空中进行，减少了氧化等影响，可 以获得纯净的表面强化层； C）电子束功率参数可控，可以控制材料表面改性的 位置、深度和性能指标。
19
应用：表面淬火、表面熔凝、表面合金化、表面熔覆 和制造表面非晶态层。经表面改性的表层一般具有较 高的硬度、强度以及优良的耐腐蚀和耐磨性能。
电子束表面改性技术分类
20
离子束加工
1、加工原理
在真空条件下，将 离子源产生的离子束经 过加速、聚焦后投射到 工件表面。由于离子带 正电荷，其质量数比电 子大数千倍甚至上万倍， 它撞击工件时具有很大 撞击动能，通过微观的 机械撞击作用从而实现 对工件的加工。
注入表面元素的均匀性好，纯度高，其注入的粒量及深度可控制， 但设备费用大、成本高、生产率较低。
27
3、特点
加工精度高。离子束加工是目前最精密、最微细的加 工工艺。离子刻蚀可达纳米级精度，离子镀膜可控制 在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度亦可精确地 控制。
（2）真空系统
保证电子加工时所需要
的真空度。一般电子束加工
的 的 真 空 度 维 持 在 1.33×102~ 1.33×10-4 Pa。
（3）控制系统和电源。
控制系统包括束流聚焦
控制、束流位置控制、束流 强度控制以及工作台位移控 制。
图6-2 电子束加工装置示意图
1-工作台系统；2-偏转线圈；3-电磁透镜；4-光阑； 5-加速阳极；6-发射电子的阴极；7-控制栅极； 8-光学观察系统；9-带窗真空室门；10-工件 7
A-电子束曝光；B-显影；C-蒸镀；D—离子刻蚀；E、F-去掉抗蚀剂，留下图形 1-电子束；2-电致抗蚀剂；3-基板；4-金属蒸汽；5-离子束；6-金属
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电子束刻蚀
18
（5）电子束表面改性 特点：
A）快速加热淬火，可得到超微细组织，提高材料的 强韧性； B）处理过程在真空中进行，减少了氧化等影响，可 以获得纯净的表面强化层； C）电子束功率参数可控，可以控制材料表面改性的 位置、深度和性能指标。
19
应用：表面淬火、表面熔凝、表面合金化、表面熔覆 和制造表面非晶态层。经表面改性的表层一般具有较 高的硬度、强度以及优良的耐腐蚀和耐磨性能。
电子束表面改性技术分类
20
离子束加工
1、加工原理
在真空条件下，将 离子源产生的离子束经 过加速、聚焦后投射到 工件表面。由于离子带 正电荷，其质量数比电 子大数千倍甚至上万倍， 它撞击工件时具有很大 撞击动能，通过微观的 机械撞击作用从而实现 对工件的加工。
电子束焊工艺 PPT
4.复杂结构件的焊接
用电子束进行定位焊是装配焊件的有效措施，其优点是节约装夹 时间和费用。生产中常采用焊接束流或弱束流进行定位焊，对于搭 接接头可用熔透法定位，也可先用弱束流定位，再用焊接束流完成 焊接。
由于电子束很细，工作距离长和易于控制，电子束可以焊接狭窄 间隙的底部接头。这不仅可以用于加工制造新产品，在修复报废零 件时也非常有效，复杂形状的昂贵铸件常用电子束焊来修复。
。其他几种接头都易 于装配对齐。
3.T形接头
电子束焊接也常采用T形接头。熔透焊缝在接头区有未焊合缝 隙，接头强度差。推荐采用单面T形接头，焊接时焊缝易于收 缩，残余应力较低。图1-l3C所示方案多用于板厚超过25mm的双 面焊场合。焊接第二面时，先焊的第一面焊缝起拘束作用，有开 裂倾向。
4.搭接接头
4.聚焦电流
电子束聚焦状态对焊缝的熔深及其成形影响较大。 焦点变小可使焊缝变窄，熔深增加。根据被焊材料的 焊接速度、接头间隙等决定聚焦位置，进而确定电子 束斑点大小。薄板焊接时，应使焦点位于工件表面。 当被焊工件厚度大于10mm时，通常采用下焦点焊，即 焦点处于焊件表面的下部，且焦点在焊缝熔深的30％ 处。厚板焊接时，应使焦点位于工件表面以下0.5～ 0.75mm的熔深处。
5.工作距离
工作距离应在设备最佳范围内。工作距离变小 时，电子束斑点直径变小，电子束的压缩比增大， 使电子束斑点直径变小，增加了电子束功率密度。 但工作距离过小会使过多的金属蒸气进人枪体中造 成放电现象，因而在不影响电子枪稳定工作的前题 下，可以采用尽可能短的工作距离。
四、电子束焊技术要点
1.薄板的焊接 板厚：0.03～2.5mm， 用途：多用于仪表、压力或真空密
电子束直径细，能量集中，焊接时一般不加填充焊丝，所以电子束 焊接头的设计应按无间隙接头考虑。不同类型的接头有各自特有的接 合面设计、接缝的准备和施焊的方位。设计的原则是便于接头的准备、 装配和对中，减少收缩应力，保证获得所需熔透深度。如果电子束的 功率不足以一次穿透焊件，也可采用正反两面焊的方法来完成。对 重要承力结构，焊缝位置最好应避开应力集中区。
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§2.2 电子束焊接设备 • 2.2.1 电子束焊接设备分类
(1) 主要生产研制机构
– 德国PTR和IGM公司 – 法国TECHMETA（泰克米特）公司 – 英国的CVE公司 – 德国的PROBEAM公司 – 乌克兰巴东焊接研究所 – 北京航空工艺研究所 – 中科院沈阳金属所 – 桂林电器科学研究所
(1) 什么是电子束焊接
(2) 电子束焊接能量转换特点
• 能量传递 • 热量析出部位 • 能量转换机理
焊接过程 焊缝形状
4
第一章 绪 论
§1.2 电子束焊接分类、特点及应用 • 1.2.1 电子束焊接分类
(1) 按照电子束加速电压不同 – 低压电子束焊接(U=15-30Kv) – 中压电子束焊接(U=40-60Kv) – 高压电子束焊接(U=100-150Kv) – 超高压电子束焊接(U300Kv)
《高能束焊接》课程 之
电子束焊接
张秉刚
材料楼对面KH205室 86412911-601
哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室
1
目录
❖第一章 绪 论
❖第二章 电子束焊接原理及设备
• 电子束焊接基本原理 • 电子束焊接设备
❖第三章 真空电子束焊接工艺
• 焊接规范参数及其对焊缝成形的影响 • 电子束焊接接头设计 • 真空电子束焊接工艺过程 • 电子束焊缝常见缺陷及防止措施 • 安全防护 • 现场讲解及焊接演示（实验室）
• 3.1.2 主要参数对成形的影响
– 加速电压 – 电子束束流 – 焊接速度 – 工作距离 – 焦点位置
18
第三章 真空电子束焊接工艺
§3.2 电子束焊接接头设计
• 3.2.1 接头设计原则
• 3.2.2 接头型式
– 对接接头 – 角接接头 – T型接头 – 搭接接头 – 边接接头 – 圆柱体对接接头 – 特殊接头
2.1.3 电子束输入功率分配
We=W1+W2+W3+W4
简化为：
W1 W3
We
W4
x 材料表面
WeW1+W2
电子射程
We-W4
热能发生区
W2
电子束直径 12
第二章 电子束焊接原理及设备
2.1.4 电子束焊接熔池受力分析
Fe + Fa Fs + Fg
简化为：
Fa Fs + Fg
13
第二章 电子束焊接原理及设备
2
第一章 绪 论
§1.1 电子束焊接技术概述
1.1.1 电子束焊接发展简史
– 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
T形齿轮零件结构简图
焊前分体部分
焊后整体部分
28
航空发动机 部件的电子 束焊接
某型号发动机功率轴的焊接
某型号发动机压气机机匣结构
29
电子束焊接在电子和 仪表工业中的应用
30
电子束焊接技术 用于汽车制造
汽车变速器齿轮加工
31
航天产品的 电子束焊接
推力室身部与头部的铌钛 异种金属电子束焊接
推力室身部铜钢 异种金属电子束焊接
14
第二章 电子束焊接原理及设备
(2) 分类
按照真空室压力:
– 高真空电子束焊机 – 低真空电子束焊机 – 非真空电子束焊机
按照加速电压:
– 高压型电子束焊机 – 中压型电子束焊机 – 低压型电子束焊机
按照电子枪固定方式:
– 动枪式电子束焊机 – 定枪式电子束焊机
15
第二章 电子束焊接原理及设备
19
第三章 真空电子束焊接工艺
§3.3 真空电子束焊接工艺过程 §3.4 电子束焊缝常见缺陷及防止措施
（1）钉尖 （2）冷隔（空洞） （3）气孔 （4）裂纹
20
第三章 真空电子束焊接工艺
§3.5 安全防护 §3.6 现场讲解及焊接演示
21
22
23
24
25
26
27
用于齿轮加工的 电子束焊接技术
三级电子枪结构示意图
9
第二章 电子束焊接原理及设备
2.1.2 电子束焊缝形成 (1) 电子束焊接加热特点
功率密度高和束精确快速可控性
(2) 电子束焊缝形成方式
熔化和深穿入式成形
(3) 电子束焊接深穿入式焊缝形成机制
10
第二章 电子束焊接原理及设备
电子束深穿入过程示意图
11
第二章 电子束焊接原理及设备
5
第一章 绪 论
1.2.1 电子束焊接分类
(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
6
第一章 绪 论
7
第一章 绪 论
1.2.2 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
8
第二章 电子束焊接原理及设备
§2.1 电子束焊接基本原3－阳极； 4－聚焦线圈； 5－偏转线圈； 6－工件； 7－电子束； Ub－加速电压； UB－偏压；
1.2.1 电子束焊接分类
(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
2.2.2 真空电子束焊机构造及工作原理 (1) 真空电子束焊机基本构成
16
第二章 电子束焊接原理及设备
(2) 电子枪构成、作用及基本原理
1）电子枪构成及作用 2） 阴极材料的选择 3） 阴极加热方式
17
第三章 真空电子束焊接工艺
§3.1 焊接规范参数及其对焊缝成形的影 响
• 3.1.1 功率密度的影响
32
电子束焊接新技术
电子束焊接输入能量控制 技术——多焦点、多束
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；
3
第一章 绪 论
1.1.2 电子束焊接基本概念及其能量转换特点
(1) 主要生产研制机构
– 德国PTR和IGM公司 – 法国TECHMETA（泰克米特）公司 – 英国的CVE公司 – 德国的PROBEAM公司 – 乌克兰巴东焊接研究所 – 北京航空工艺研究所 – 中科院沈阳金属所 – 桂林电器科学研究所
(1) 什么是电子束焊接
(2) 电子束焊接能量转换特点
• 能量传递 • 热量析出部位 • 能量转换机理
焊接过程 焊缝形状
4
第一章 绪 论
§1.2 电子束焊接分类、特点及应用 • 1.2.1 电子束焊接分类
(1) 按照电子束加速电压不同 – 低压电子束焊接(U=15-30Kv) – 中压电子束焊接(U=40-60Kv) – 高压电子束焊接(U=100-150Kv) – 超高压电子束焊接(U300Kv)
《高能束焊接》课程 之
电子束焊接
张秉刚
材料楼对面KH205室 86412911-601
哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室
1
目录
❖第一章 绪 论
❖第二章 电子束焊接原理及设备
• 电子束焊接基本原理 • 电子束焊接设备
❖第三章 真空电子束焊接工艺
• 焊接规范参数及其对焊缝成形的影响 • 电子束焊接接头设计 • 真空电子束焊接工艺过程 • 电子束焊缝常见缺陷及防止措施 • 安全防护 • 现场讲解及焊接演示（实验室）
• 3.1.2 主要参数对成形的影响
– 加速电压 – 电子束束流 – 焊接速度 – 工作距离 – 焦点位置
18
第三章 真空电子束焊接工艺
§3.2 电子束焊接接头设计
• 3.2.1 接头设计原则
• 3.2.2 接头型式
– 对接接头 – 角接接头 – T型接头 – 搭接接头 – 边接接头 – 圆柱体对接接头 – 特殊接头
2.1.3 电子束输入功率分配
We=W1+W2+W3+W4
简化为：
W1 W3
We
W4
x 材料表面
WeW1+W2
电子射程
We-W4
热能发生区
W2
电子束直径 12
第二章 电子束焊接原理及设备
2.1.4 电子束焊接熔池受力分析
Fe + Fa Fs + Fg
简化为：
Fa Fs + Fg
13
第二章 电子束焊接原理及设备
2
第一章 绪 论
§1.1 电子束焊接技术概述
1.1.1 电子束焊接发展简史
– 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
T形齿轮零件结构简图
焊前分体部分
焊后整体部分
28
航空发动机 部件的电子 束焊接
某型号发动机功率轴的焊接
某型号发动机压气机机匣结构
29
电子束焊接在电子和 仪表工业中的应用
30
电子束焊接技术 用于汽车制造
汽车变速器齿轮加工
31
航天产品的 电子束焊接
推力室身部与头部的铌钛 异种金属电子束焊接
推力室身部铜钢 异种金属电子束焊接
14
第二章 电子束焊接原理及设备
(2) 分类
按照真空室压力:
– 高真空电子束焊机 – 低真空电子束焊机 – 非真空电子束焊机
按照加速电压:
– 高压型电子束焊机 – 中压型电子束焊机 – 低压型电子束焊机
按照电子枪固定方式:
– 动枪式电子束焊机 – 定枪式电子束焊机
15
第二章 电子束焊接原理及设备
19
第三章 真空电子束焊接工艺
§3.3 真空电子束焊接工艺过程 §3.4 电子束焊缝常见缺陷及防止措施
（1）钉尖 （2）冷隔（空洞） （3）气孔 （4）裂纹
20
第三章 真空电子束焊接工艺
§3.5 安全防护 §3.6 现场讲解及焊接演示
21
22
23
24
25
26
27
用于齿轮加工的 电子束焊接技术
三级电子枪结构示意图
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第二章 电子束焊接原理及设备
2.1.2 电子束焊缝形成 (1) 电子束焊接加热特点
功率密度高和束精确快速可控性
(2) 电子束焊缝形成方式
熔化和深穿入式成形
(3) 电子束焊接深穿入式焊缝形成机制
10
第二章 电子束焊接原理及设备
电子束深穿入过程示意图
11
第二章 电子束焊接原理及设备
5
第一章 绪 论
1.2.1 电子束焊接分类
(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
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第一章 绪 论
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第一章 绪 论
1.2.2 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
8
第二章 电子束焊接原理及设备
§2.1 电子束焊接基本原3－阳极； 4－聚焦线圈； 5－偏转线圈； 6－工件； 7－电子束； Ub－加速电压； UB－偏压；
1.2.1 电子束焊接分类
(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
2.2.2 真空电子束焊机构造及工作原理 (1) 真空电子束焊机基本构成
16
第二章 电子束焊接原理及设备
(2) 电子枪构成、作用及基本原理
1）电子枪构成及作用 2） 阴极材料的选择 3） 阴极加热方式
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第三章 真空电子束焊接工艺
§3.1 焊接规范参数及其对焊缝成形的影 响
• 3.1.1 功率密度的影响
32
电子束焊接新技术
电子束焊接输入能量控制 技术——多焦点、多束
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；
3
第一章 绪 论
1.1.2 电子束焊接基本概念及其能量转换特点