上世纪八十年代国外电子束焊接发展

第五章电子束焊接设备

电子束焊接是一种高能量密度的焊接法，其功率密度：脉冲时为107～109瓦/厘米2，连续时为106～109瓦/厘米2。1938年M.V on.Ardenne提出利用电子束作加工热源的论述，1948年K. H. Steigerwald制出长焦距电子枪并用于金属穿孔与切割加工；1954年法国原子能研究所采用电子束焊接，并于1957年首次发表了应用电子束焊机焊接的报告；1958年美国西屋公司制成15万伏高压、高真空电子束焊机。电子束焊接设备的发展极为迅速。

国外100千瓦级的电子束焊机，可焊接厚达100～200毫米的工件。据日本称，按加速电压分，电子束焊接设备有超高压型（500千伏～1000千伏）、高压型（100千伏～500千伏）、低压型（10千伏～100千伏）和极低压型（10千伏以下）。按操作室气压分，有真空型和非真空型；真空型又分为高真空型（10-4～10-5乇）、低真空型（10-1～10-2乇）和局部真空型；非真空型包括大气压型和高气压型（大气压以上）。按电子枪使用形式分，有固定式、移动式和手提式等。

过去，产品以高压（如150千伏）、低压（如60千伏）、高真空或低真空、功率5～30/千瓦、固定电子枪的型式为主，在美、法、西德、日本等国的产品已经系列化。其它型式的电子束焊机，如专用的和数控的电子束焊接设备，品种逐渐增多。特别是把电子束焊接设备引入生产自动线与其他工序联合运行，更有优越性和发展前景。

电子束焊接设备的应用，已跨出了原来的原子能、宇宙航空、电子、仪表等工业应用范围，在一般机械制造工业、尤其是大批量生产的工业，诸如汽车制造、轴承制造以及动力工程等方面，也获得了大量的应用。从所焊接的材料看，不仅焊接象锆、钨、钼、钛及其它难熔和活泼金属方面，有显著优点。（苏联巴顿指出)就所需费用的核算来说，抽真空的费用，仅为利用惰性气体作为保护介质的 1 / 35 ，在苏联，每应用一台电子束焊接设备的平均经济效果每年达4万5千卢布。）而且从1970年以来已扩大到焊接厚壁钢结构。巴顿认为，在制造厚壁结构中，电子束焊可与电渣焊、气体保护焊及窄间隙电弧焊相竞争。因为电子束焊熔深大，熔宽小，热影响区小；高残余应力区不大，焊接变形也小；能提高厚壁结构的焊接速度达10～15倍，降低结构材料消耗10%～15%，焊接材料消耗减少60%～100%，电能耗量减少30%～80%，焊接过程的机械化、自动化可达70%～80%，而且，可实现特大结构件的现场装配焊。（这种特大结构件，由于尺寸太庞大，不可能以组装焊的型式运到安装地点，若采用别的焊接法，还必须要求进行机械加工和热处理）。由于焊接对象，已不再局限于小型另部件，而已扩大到大型构造物的焊接，其应用领域进一步扩大；这是与电子束焊接设备的发展分不开的。日本1974年估计，全世界拥有电子束焊接设备近2000台，其中美国800台，苏联400台（注：苏联资料，1975年为600台），英、法、西德各约100～200台，日本70～100台（注日本1977年统计有141台)。日本1978年估计，全世界拥有台数已近3000台。

日本1977年拥有141台电子束焊设备的分布如下，机械及重工业(包括飞机及原子能)54台，占38.3%；汽车工业35台，占24.8%；电气及电子机械工业21台，占14.9%；大学及非民间企业研究机关13台。占9.2%；委托加工业12台，占8.5%；钢材、焊接材料、焊机制造厂6台，占4.3%。苏联1976年统计。苏联所用的电子束焊接设备60%用于实验室。全国平均来说，电子束焊接设备负荷量实验室占48%，生产中占44%。按所完成的工作性质来分。电子束焊接设

备用于科研、焊接工艺的占38.2%；用于焊接单一部件的占26.9%；用于小批量生产的占23.6%；用于批量生产的占11.3%。

日本1974年预测，电子束焊接设备拥有量会急剧增长，到1990年可能达到1万台。然而苏联巴顿（1976年）认为这种估计过高。

几个主要国家的电子束焊接设备的发展如下：

（1）美国自1978年西屋公司制成高真空电子束焊机、1959年联合飞机公司生产第一台焊机以来，到1964年已发展到200台，有七个企业生产十多种电子束焊机。1961年哈米尔顿公司引进西德蔡斯公司的技术。1963年又全部买进蔡斯公司的专利，在世界上取得了电子束焊机的制造权和销售权。随后，于1964年和1966年同英国的霍克西德利公司、德国赫劳斯公司、日本的日本电气公司签订技术协定，输出技术，垄断了国际市场。目前，这四家公司生产的电子束焊机属于标准型的都相类似，均为五个独立的组成部分，即电子枪、真空室、真空排气系统，电源和控制箱（而机械传动和工件夹持则随焊接对象的变化而附有各种标准胎具，如多轴回转台、在真空室内驱动的回转台、万能回转台、偏心台、引台（出入真空室用）和大型万能回转台。

（2）英国目前有七家厂商制造电子束焊机。据报导，在航空发动机制造业中使用的约26台电子束焊机中，高压型占多数。在电子工业中应用的约30台中，中压或低压型焊机占多数。在汽车工业中应用的约20台中，中压或高压型焊机占多数。英国氧气公司（B.O.C.）制成连续转台式电子束焊机，用于焊接轴承。据称，生产率不受抽真空时间的影响，最高可达每小时2000件。

（3）法国法国西雅基（Sciaky）公司以生产电子束焊机称著。1961年生产电子束焊机，到1973年共生产约400台。据介绍，该公司的电子束焊机已广泛用于航空、原子能、汽车、轴承制造等工业部门。例如，该公司为美国海军制造的几台大型数字控制的电子束焊机，其中一台用于焊接新型二倍音速的F14 型活动翼战斗机钛合金大梁，其真空室长9.6米，宽3.15米，高2.5米。用这台焊机，已生产数十架飞机，经3500飞行小时考验，证明性能良好。据报导，该公司为欧洲最大轴承厂的生产流水线，提供了焊接轴承内外环的电子束焊机。

法国SAF公司(La Soudure Autogene Francaise)，在埃森焊接博览会上，曾展出用于汽车零件生产自动线上的低真空电子束焊机。该公司为使电子束焊机的参数稳定，在阴极结构上作了某些改进。

（4）西德西德是最早制造电子束焊机的国家，然而蔡斯公司把专利权卖给美国后，已不生产了。1966年雷勃德——赫劳斯公司又和美国哈米尔顿签订技术协定，引进技术。目前西德的雷勃德——赫劳斯（Leybold-Heraus）公司和斯太格瓦尔德(Steigerwald)公司等，都是较大的生产电子束焊接设备的公司（斯太格瓦尔德生产的Steigerwald型高压电子枪，是国外两种典型的高压电子枪之一。西德应用高压电子束焊接技术较之日本要广泛。

（5）日本的电子束焊机本身的技术，多是依靠外国的，本国独特的技术较少。1960年才生产电子束焊机。1966年“日本电气”公司同美国的哈米尔顿签定技术协定又引进技术。目前“日本电气”生产的电子束焊机有高真空型、低真空型和非真空型，也有高低真空两用机。有1.5千瓦型的“微细加工”焊机，也有25千瓦、20万伏的高压型焊机，还生产用于齿轮焊接的连续式低真空型专用电子束焊机等十多种。据“日本电气”公司称，高压型电子束焊机比低压型优越，所以该公司多数生产高压型。此外“日本电子”还生产100千瓦（100千伏，1000毫安）高真空及低真空、抽气时间为7分钟的大功率电子束焊机。