电子束焊工艺
电子束焊接的工作原理与焊缝性能研究
电子束焊接的工作原理与焊缝性能研究电子束焊接是一种高能束焊接技术,通过将电子束聚焦到焊缝上,利用电子束的高能量将工件加热至熔化温度,从而实现焊接的目的。
与传统的焊接方法相比,电子束焊接具有焊接速度快、热影响区小、焊缝质量高等优点,在航空航天、核工业等领域被广泛应用。
电子束焊接的工作原理非常讲究。
首先,电子束是由加速电子所组成的高能束流,可以通过电子枪产生。
电子枪中的阴极会释放出大量的自由电子,这些自由电子会经过加速电场的作用加快速度。
接着,电子束通过一系列的聚焦装置,使其能量更加集中并聚焦到一个小点上。
最后,电子束束流进入焊接区域,在焊接区域内产生高热,并将工件加热至熔化温度,形成焊缝。
在焊接过程中,电子束的高能量对焊接区域的影响是非常显著的。
首先,电子束的高能密度可以使焊接区域的温度迅速升高,达到熔点以上的温度,从而实现焊接。
其次,电子束的高能量可以提供足够的热量,使得金属在短时间内熔化并形成稳定的焊接池。
同时,电子束焊接还能够有效地抑制热影响区的扩散,减少对材料性能的影响。
电子束焊接的焊缝性能研究也是非常重要的。
焊缝性能的好坏直接影响到焊接件的质量和可靠性。
在焊接过程中,电子束焊接产生的焊缝通常具有较小的宽度和较少的缺陷,如气孔、夹杂物等。
焊缝的熔深度和熔宽度可以通过控制电子束的能量和焦距来调节。
此外,焊接区域的温度分布、凝固过程和晶粒尺寸等也会对焊缝性能产生影响。
因此,研究焊接参数对焊缝性能的影响,可以进一步改进电子束焊接工艺,提高焊接质量。
此外,电子束焊接还可以实现材料的高速熔化和快速凝固,从而改变材料的组织结构和性能。
通过电子束焊接,可以实现材料的晶粒细化、晶界清晰化、共晶相平衡等效果,从而提高材料的力学性能、疲劳性能和耐腐蚀性能。
总之,电子束焊接是一种高能束焊接技术,具有焊接速度快、热影响区小、焊缝质量高等优点。
电子束焊接的工作原理是通过将电子束聚焦到焊缝上,利用电子束的高能量将工件加热至熔化温度,实现焊接。
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
新型焊接接头电子束焊工艺研究
新型焊接接头电子束焊工艺研究摘要:真空电子束焊是在真空状态下利用空间会聚的高速电子流,在撞击工件后将部分动能转化为热能,从而使被焊工件熔化实现焊接。
具有焊缝深宽比大、焊接速度高,热影响区小,焊接变形小等优点。
航天器产品焊缝一般采用电子束焊连接方式,焊缝结构通常采用锁底接头和对接接头。
本文主要分析新型焊接接头电子束焊工艺研究。
关键词:真空电子束焊;焊接接头;焊接工艺引言真空电子束焊接过程中的焊接变形过大问题,摸索出一套通过焊接参数优化、焊接胎具改进、焊接顺序和起弧位置优化控制多段型工件焊接变形的方法,显著减小了焊接变形进而提高了焊后工件的同轴度,保证了后续加工成品率。
因采用一次装卡焊接多条焊缝的方法,减少了抽真空与装卡时间,单件工件焊接时间减少一半,显著提高了生产效率。
1、焊接接头简介1.1常用焊接接头航天器产品焊接常用锁底接头,优点是便于装配对齐;锁口较小时,焊后可避免留下未焊合的缝隙;由于焊缝根部有锁底,可以起到避免焊穿和多余物的作用。
对接接头也常用于电子束焊接,具有受力好,强度大,应力集中较小和节省金属材料等优点。
由于每两个零件间都需配合紧密,致使3个零件加工比较繁琐,其次3个零件两两相互焊接产生2条焊缝,分别焊接的效率低,焊后累加变形大,并增加了焊缝探伤和检漏成本。
1.2新型焊接接头针对上述问题,我们设计了一种新型焊接接头,即在两个对接零件之间加一个有小凸台带托底结构。
此焊接接头可以实现上述两种接头优点,装配简单,应力集中小,强度大,三个零件两条焊缝通过调节凸台尺寸和焊接熔合宽度进行一次点焊,一次圆周焊接使与凸台相连的两个零件形成的焊缝熔合成型。
2、焊接技术常见的缺陷2.1在焊接后出现裂纹缺陷焊接中所出现的裂纹根据不同的条件以及不同的原因可能会产生冷裂纹、热裂纹以及再生裂纹等几种不同的裂纹。
在两百摄氏度以下所产生的裂纹叫做冷裂纹,冷裂纹的产生与氢元素有密不可分的关系。
如果对大的具有一定厚度的工件选用不适合的预热温度,或者焊接后的冷缓措施做的不够好,将可能会产生冷裂纹。
电子行业电子束焊接
电子行业电子束焊接简介电子束焊接是一种常用于电子行业的高精度焊接技术。
它利用电子束的高能量特性,将焊接材料加热至高温,快速融化并连接在一起。
电子束焊接具有精度高、焊接速度快和热影响区小等优点,广泛应用于半导体、电子元件和电路板的制造过程中。
工艺流程电子束焊接的工艺流程包括以下几个步骤:1.准备工作:对焊接材料进行清洁处理,确保表面不含杂质和氧化物。
同时,需要根据焊接要求确定焊接参数,包括电子束功率、聚焦电压和聚焦电流等。
2.对焊接材料进行定位和夹持:将待焊接的材料放置在焊接台上,并使用夹具进行固定,以确保焊接过程中的稳定性和准确性。
3.开始焊接:启动电子束装置,将电子束聚焦并瞄准焊接位置。
电子束穿过电子枪并聚焦在工件上,加热焊接材料达到融化温度并实现焊接。
4.焊接结束:完成焊接后,关闭电子束装置,等待焊接区域冷却。
同时,对焊接区域进行检查,确保焊接质量符合要求。
特点和优势电子束焊接在电子行业中得到广泛应用,主要受益于以下几个特点和优势:•高精度:电子束焊接能够提供非常精确的焊接结果,焊接位置和焊缝的尺寸控制非常准确,有助于保证电子产品的稳定性和可靠性。
•焊接速度快:电子束焊接的加热速度非常快,因为电子束本身具有高能量,能够迅速将焊接材料加热至融化温度。
相比传统焊接方法,电子束焊接能够大大缩短焊接时间,提高生产效率。
•热影响区小:电子束焊接时,焊接区域受热的时间非常短,因此在焊接过程中产生的热量对材料周围的影响非常小。
这意味着电子束焊接可以避免或减少由于热应力引起的变形和损坏,提高焊接质量。
•适用范围广:电子束焊接可以应用于各种材料的焊接,包括金属、陶瓷和非金属材料。
它在不同类型的电子元件、半导体和电路板的制造过程中都有重要的应用价值。
•自动化程度高:电子束焊接可以与自动化设备相结合,实现工艺的自动化和智能化。
通过编程和机器控制,可以实现焊接参数的精确控制和焊接过程的自动化控制。
应用案例LED封装在LED封装过程中,电子束焊接被广泛应用于焊接LED芯片和良好导热性能的基座之间的连接。
电子束焊工艺.
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电子束焊
图1-16 给出了各种金属在保证完全 熔透焊缝情况下,电子束焊热输入、 电子束功率、焊接速度与被焊材料、 板厚的关系。利用这个关系就可以 按被焊材料的种类和焊件厚度,初 步确定所需焊接功率,然后在选用 的设备上进行试焊修正。因为电子 束斑点的品质和电子枪的特性密切 相关,而不同设备的电子枪特性是 不同的,初步选定的参数必须经过 试验修正。此外,还应考虑焊缝横 断面、焊缝外形及防止产生焊缝缺 陷等因素,综合选择和试验后最终 确定实际使用的焊接参数。
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。
熔深不均出现在未穿透焊缝中,它与 电子束焊接时熔池的形成和金属的流动 有密切的关系。加大小孔直径可防止出 现这种缺陷。改变电子束焦点在工件内 的位置也会影响到熔深的大小和均匀程 度。适当地散焦可以加宽焊缝,有利于 消除和减小熔深不均的缺陷。
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不穿透焊缝中的熔深不均
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电子束焊
4.焊前预热
对需要预热的工件,根据一定的形状、尺寸及所需 要的预热温度,选择适宜的加热方法,如气焊枪、加 热炉、感应加热、红外线辐射加热等,在工件装入真 空室前进行预热。如果工件较小,加热引起的变形不 会影响工件质量时,可在真空室内用散焦电子束来进 行预热。
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电子束焊新技术和新工艺讲解
特种焊接——电子束焊新技术和新工艺目录1.前言2.电子束焊的特点3.电子束焊焊接方法的分类4.电子束焊的主要优缺点5.电子束焊的应用范围6.电子束焊的设备与装备7.电子束焊的焊接工艺8. 电子束焊的工艺参数9.获得深熔焊的工艺方法10.总结1.前言在各种产品制造工业中,焊接与切割(热切割)是一种十分重要的加工工艺。
据工业发达国家统计,每年仅需要进行焊接加工后使用的钢材就占钢总产量的45%左右。
金属焊接是指通过适当的手段,使两个分离的金属物体(同种金属或异种金属)产生原子(分子)间结合而连接成一体的连接方法。
焊接不仅可以解决各种钢材的连接,而且还可以解决铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接,因而已广泛应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、石油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术及建筑等部门。
随着现代工业生产的需要和科学技术的蓬勃发展,焊接技术不断进步。
仅以新型焊接方法而言,到目前为止,已达数十种之多。
特种焊接技术是指除了焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等一些常规的焊接方法之外的一些先进的焊接方法,如激光焊、电子束焊、等离子弧焊、扩散焊等。
生产中选择焊接方法时,不但要了解各种焊接方法的特点和选用范围,而且要考虑产品的要求,然后还要根据所焊产品的结构、材料以及生产技术等条件做出初步选择。
电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。
电子束撞击工件时,其动能的96%可转化为焊接所需的热能,能量密度高达310~510KW/2cm ,而焦点处的最高温度达5953C 左右。
电子束焊是一种先进的焊接方法,在工业上的应用只有不到60年的历史,首先是用于原子能及宇航工业,继而扩大到航空、汽车、电子、电器、机械、医疗、石油化工、造船、能源等工业部门,创造了巨大的社会经济效益,并日益受到人们的关注。
2.电子束焊的特点电子束焊(electronic beam welding )是高能量密度的焊接方法,它利用空间定向高速运动的电子束,撞击工件表面并将动能转化为热能,使被焊金属迅速融化和蒸发。
《电子束焊》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
焊接工艺的电子束焊接技术要点
焊接工艺的电子束焊接技术要点电子束焊接是一种常用的高能焊接方法,它利用电子束瞬间加热和熔化焊缝两侧的金属材料,实现焊接连接。
电子束焊接技术具有独特的优势,例如焊接速度快、熔化区热影响小、焊缝质量高等。
下面将介绍电子束焊接技术的要点。
一、电子束焊接工艺电子束焊接工艺主要包括焊接设备、焊接参数选择、焊接前的准备工作以及焊接后的处理等方面。
1. 焊接设备电子束焊接设备由电子枪、真空室及真空系统、电控系统和辅助设备组成。
其中,电子枪是电子束焊接的核心部件,它由电子发射器、聚焦装置和偏转装置等组成。
2. 焊接参数选择焊接参数的选择对焊接质量至关重要。
常见的焊接参数包括加速电压、聚焦电流、聚焦电压和扫描速度等。
这些参数的选择要根据具体焊接材料和工艺要求来确定,以实现最佳的焊接效果。
3. 焊接前的准备工作焊接前的准备工作包括清洁焊接表面、安装和对齐工件以及确定焊接位置等。
为了保证焊接质量,工件表面必须彻底清洁去除杂质。
此外,工件的安装和对齐对焊接结果也有重要影响,需要严格按照工艺要求进行操作。
4. 焊接后的处理焊接完成后,需要对焊接接头进行检查和处理。
可以采用非破坏性检测方法,例如X射线检测和超声波检测等,来评估焊接接头的质量。
同时,还可以对焊接接头进行后续处理,例如涂敷防腐剂、热处理和机械加工等,以提高焊缝的性能和外观。
二、电子束焊接技术的要点1. 选择合适的焊接参数电子束焊接的焊接参数选择十分重要。
加速电压和聚焦电流的组合将决定电子束的能量密度,从而影响着焊缝的形态和质量。
同时,聚焦电压和扫描速度的设置也会影响焊接接头的宽度和深度。
因此,在实际操作中,需要根据具体要求进行合理的参数选择。
2. 确保较好的真空环境在电子束焊接过程中,要保持较好的真空环境,以确保电子束的稳定和焊接质量的提高。
真空度的要求根据具体工艺和焊接材料而变化,但通常要求真空度在10^-4至10^-5 Pa之间。
3. 控制焊接速度和扫描模式焊接速度的选择需要综合考虑焊接材料的熔化温度、热导率以及焊缝的质量要求等因素。
JB/T11062-2010《电子束焊接工艺指南》介绍
陆续在 焊 接质 量保 证 的各 个 关键 环节 ( 焊接 如
质 量 体 系 要 求 、 焊 接 人 员考 核 、焊 接 工 艺 评 定 、焊 接 工艺 规程 等 )上开展 了较大 规 模 的标 准 化 工 作 。 如 19 9 4年 lO _ 4颁 布 了 lO S /C 4 r S 95 9 6系 列 标 准 .与之 对 应 一 致 的欧 洲 标 准 是
规格 、材 料牌 号 、工件 去磁 、接头 设 计 、接头
1 0 2 2 1 中还 补 充 规 定 了 加 速 电 压 、 束 6— 00 1 流 、束 流摆 动 、修 饰 焊道 、离 焦 量 、焦距 、工
作 距离 、透 镜 电流 、斜 坡 下 降 、斜 坡 上 升 、钉 尖 、排 气孔 、工作 压 力 、夹层 材 料 、过 渡材 料 等术 语 。
国 制 定 了 J / 6 — 2 1 。 B _ 1 0 2 0 0 r 1
2 适 用 范 围
J , 10 2 2 1 B1 6 — 0 0规 定 了 电 子 束 焊 接 的 推 _1
单位 起草 。
1 制 定 J T 10 2 2 1 B/ 1 6 - 0 0标 准 的 背 景
材 料 和 方 法 的 焊 接 工 艺 规 程 和 评 定 标 准体 系
( O 1 6 7 10 1 6 4标 准 )逐 步 形 成 ,并 1 5 0 -S 5 1 S 取代 了原 有 的 I0 9 5 S 9 6系列 标 准。
为 了适应 国际上 对 电子 束 焊 接工 艺 要 求的 变化 ,加速 我 国焊 接 质量体 系与 国际 接轨 ,我
荐工艺 方法 ,适 用于金属材料 的 电子 束焊接。
电子束焊接新工艺介绍
电子束焊接新工艺介绍电子束焊接是一种高能束焊接工艺,利用高速电子束来熔化和连接金属材料。
它具有高效、高精度和无污染等优点,因此在航空航天、能源、电子和汽车制造等领域得到了广泛的应用。
本文将介绍电子束焊接的原理、应用以及其在新工艺中的创新。
1. 电子束焊接原理电子束焊接利用高速电子束的热能将焊件加热到熔点,并通过材料的自身表面张力形成液态金属池,从而实现焊接。
电子束产生器通过热发射电子枪发射高速电子束,通过电子光学系统将电子束聚焦到焊接点上。
在焊接过程中,焊件表面与电子束相互作用,将大部分电子能量转化为热能,使焊接点迅速升温并熔化。
2. 电子束焊接的应用电子束焊接广泛应用于如下领域:2.1 航空航天领域航空航天领域对焊接接头的质量和可靠性要求非常高。
电子束焊接由于其高能量聚焦和熔池稳定性的特点,成为航空航天部件的首选焊接工艺,能够确保接头的强度和密封性。
2.2 能源领域电子束焊接广泛应用于核电站中的管道和容器的焊接,能够保证焊缝的强度和耐高温性能。
同时,在太阳能光伏领域,电子束焊接可以高效地连接光伏电池片和电池组件,提高太阳能电池的转换效率。
2.3 电子领域电子束焊接可以用于连接微电子器件和半导体材料。
其高能量聚焦和熔池稳定性使得焊缝的尺寸控制精度高,适用于微尺寸器件的焊接,如微芯片、集成电路和MEMS。
2.4 汽车制造领域电子束焊接在汽车制造中常用于焊接车身结构和发动机部件。
电子束焊接可以实现高强度焊缝和减少变形,提高汽车的结构强度和安全性能。
3. 电子束焊接新工艺创新近年来,电子束焊接工艺在不断创新发展中引入了一些新的技术和方法。
以下是一些典型的创新应用:3.1 多束电子束焊接多束电子束焊接利用多个电子束同时对焊件进行加热,可以提高焊接速度和效率,同时减少焊接变形。
这种方法广泛应用于大批量零件的快速焊接,如汽车车身焊接和飞行器结构焊接。
3.2 电子束熔覆电子束熔覆是一种利用电子束加热将金属粉末加热到熔点,并喷射到基体表面形成涂层的工艺。
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。
电子束焊工艺
电子束焊接焊接工艺收藏此信息打印该信息添加:用户投稿来源:未知(1)薄板的焊接板厚在0.03~2.5mm的零件多用于仪表、压力或真空密封接头、膜盒、封接结构、电接点等构件中。
薄板导热性差,电子束焊接时局部加热强烈。
为防止过热,应采用夹具。
图8示出薄板膜盒零件及其装配焊接夹具,夹具材料为纯铜,对极薄厂件可考虑使用脉冲电子束流。
图8膜盒及其焊接夹具1-顶尖2-膜盒3-电子束4-纯铜夹具电子束功率密度高,易于实现厚度相差很大的接头的焊接。
焊接时薄板应与厚度紧贴,适当调节电子束焦点位置,使接头两侧均匀熔化。
(2)厚板的焊接电子束可以一次焊透300mm的钢板,焊道的深宽比可以高达50:1。
当被焊钢板厚度在60mm以上时,应将电子枪水平放置进行横焊,以利焊缝成形。
电子束焦点位置对熔深影响很大,在给定的电子束功率下,将电子束焦点调节在工件表面以下,熔深的0.5—0.75mm处电子束的穿透能力最强。
根据实践经验,焊前将电子束焦点调节在板材表面以下,板厚的1/3处,可以发挥电子束的熔透效力并使焊缝成形良好。
焊接厚板时,保持良好的真空度有利于增大电子束焊缝的熔深。
(3)添加填充金属只有在对接头有特殊要求或者因接头准备和焊接条件的限制不能得到足够的熔化金属时,才添加填充金属,其主要作用是:1)在接头装配间隙过大时可防止焊缝凹陷。
2)在焊接裂纹敏感材料或异种金属接头时可防止裂纹的产生。
3)在焊接沸腾钢时,加入少量含脱氧剂(铝、锰、硅等)的焊丝,或在焊接铜时加入镍,均有助于消除气孔。
添加填充金属的方法是在接头处放置填充金属。
箔状填充金属可夹在接缝的间隙处,丝状填充金属可用送丝机构送入或用定位焊固定。
送丝机构应保证焊丝准确地送入电子束的作用范围内。
送丝嘴应尽可能靠近熔池,其表面应有涂层以防金属飞溅物的沾污。
应选用耐热钢来制造送丝嘴。
应能方便地对送丝机构进行调节,以改变送丝嘴到熔池的距离、送丝方向以及与工件的夹角等。
焊丝应从熔池前方送入。
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
电子束焊是什么焊接方法
电子束焊是什么焊接方法电子束焊是一种高能量密度焊接方法,它利用电子束的高速运动和高能量来实现材料的熔化和连接。
电子束焊接是一种非常精密的焊接工艺,通常用于对焊接质量要求非常高的工件,如航空航天领域的零部件、精密仪器仪表等。
电子束焊接的原理是利用电子枪产生的高速电子束,通过对工件表面进行扫描,将电子束的能量转化为热能,使工件表面迅速升温并熔化,然后通过控制电子束的位置和功率来实现对工件的精确焊接。
电子束焊接的特点是焊接速度快、热影响区小、焊接变形小、焊缝质量高等优点,因此在一些对焊接质量要求极高的领域得到广泛应用。
电子束焊接的工艺过程中,首先需要将工件的表面清洁干净,以保证焊接质量。
然后通过控制电子束的聚焦和偏转,使其精确地照射到焊接位置,产生高温熔化工件表面,形成熔池。
在熔池形成的同时,还需要通过控制电子束的功率和速度,使熔池得到合适的温度和流动性,以保证焊接质量。
最后,通过控制电子束的扫描路径,完成整个焊接过程,形成均匀、牢固的焊缝。
电子束焊接的优点之一是焊接速度快,这使得它在大批量生产中具有明显的优势。
另外,由于电子束焊接过程中几乎没有热输入到工件周围,因此可以减少或避免焊接变形和残余应力,从而提高了焊接质量。
此外,电子束焊接还可以实现对材料的深度焊接,适用于对焊接深度要求较高的工件。
然而,电子束焊接也存在一些局限性,首先是设备成本较高,需要专门的电子束焊接设备和配套的真空系统,这增加了焊接成本。
另外,电子束焊接对工件的形状和尺寸有一定的限制,不适用于过大或过厚的工件。
此外,电子束焊接需要在真空环境下进行,这增加了工艺复杂性和操作难度。
总的来说,电子束焊接作为一种高能量密度焊接方法,具有焊接速度快、热影响区小、焊接变形小、焊缝质量高等优点,适用于对焊接质量要求非常高的工件。
然而,由于设备成本较高、对工件形状和尺寸有限制、需要在真空环境下进行等局限性,因此在实际应用中需要根据具体情况进行选择。
电子束焊接
电子束焊接电子束焊接是一种利用电子束作为热源的焊接工艺。
电子束发生器中的阴极加热到一定的温度时逸出电子,电子在高压电场中被加速,通过电磁透镜聚焦后,形成能量密集度极高的电子束,当电子束轰击焊接表面时,电子的动能大部分转变为热能,使焊接件的结合处的金属熔融,当焊件移动时,在焊件结合处形成一条连续的焊缝。
对于真空电子束焊机,要焊接的工件置于真空室中,一般装夹在可直线移动或旋转的工作台上。
焊接过程可通过观察系统观察。
电子束焊接技术因其高能量密度和优良的焊缝质量,率先在国内航空工业得到应用。
先进发动机和飞机工业中已广泛应用了电子束焊接技术,取得了很大的经济效益和社会效益,该项技术从上世纪八十年代开始逐步在向民用工业转化。
汽车工业、机械工业等已广泛应用该技术。
我国自行研制电子束焊机始于60年代,至今已研制生产出不同类型和功能的电子束焊机上百台,并形成了一支研制生产的技术队伍,能为国内市场提供小功率的电子束焊机。
近年来,出现了关键部件(电子枪,高压电源等)引进、其它部件国内配套的引进方式,这种方式的优点是:设备既保持了较高的技术水平,又能大大降低成本,同时还能对用户提供较完善的售后服务。
北京航空工艺研究所以此方式为某航空厂实施设备的总体设计和总成,实现了某重要构件的真空电子束焊接;桂林电器科学研究所也通过这种方式开发了HDG(Z)-6型双金属带材高压电子束连续自动焊接生产线,该机加速电压120kV、束流0~50mA、电子束功率6kW,带材运行速度0~15m/min,从而使我国挤身于世界上能生产这种生产线的几个国家之一。
北京中科电气高技术公司近期为上海通用汽车公司研制成功自动变速车液力扭变器涡轮组件电子束焊机,70 s内可完成两条端面圆焊缝的焊接,并已投入商业化生产。
目前,以科学院电工所的EBW系列为代表的汽车齿轮专用电子束焊机占据了国内汽车齿轮电子束焊接的主要市场份额;我国的中小功率电子束焊机已接近或赶上国外同类产品的先进水平,而价格仅为国外同类产品的1/4左右,有明显的性能价格比优势。
电子束焊接工艺简介
电子束焊接工艺简介电子束焊接是一种高效、精密的焊接技术,由于其在电子工业、航空航天等领域的广泛应用,成为热门研究和关注的焦点。
本文将对电子束焊接的工艺流程、特点以及应用进行简要介绍。
一、电子束焊接的工艺流程电子束焊接是一种高能量密度激光焊接方法,通过电子束束流的聚焦,将热能集中在焊缝上,使焊缝迅速熔化并形成牢固的焊接接头。
其工艺流程如下:1. 设定焊接参数:包括功率、电流、加速电压等,根据工件材料和所需焊接强度确定最佳参数。
2. 准备工件:将待焊接的工件进行清洁处理,确保表面没有灰尘、油污等杂质。
3. 定位工件:将工件安装在焊接平台上并进行精确定位,确保焊缝位置准确。
4. 开启真空系统:电子束焊接需要在真空环境下进行,确保焊接过程没有气体干扰。
5. 聚焦电子束:打开电子束发射装置,聚焦束流到焊缝上,形成高能量密度。
6. 进行焊接:启动电子束焊接机,控制焊接速度和焊接时间,实现焊缝的熔化和焊接。
7. 冷却焊接接头:焊接完成后,对焊接接头进行冷却处理,使焊缝达到最佳的强度和连接性。
二、电子束焊接的特点电子束焊接具有许多独特的特点,使其在高精度焊接领域具有广泛的应用前景。
1. 高能量密度:电子束焊接采用高能量密度的电子束进行焦点聚焦,能够在瞬间将焊接区域加热到极高温度,实现快速熔化和焊接。
2. 焊缝精度高:电子束焊接具有非常小的焊缝宽度和热影响区,焊缝几乎没有变形和气孔等缺陷,保证了焊接接头的精密度和可靠性。
3. 适用于多种材料:电子束焊接适用于各种金属材料的焊接,包括不锈钢、铝合金、镍合金等,广泛应用于汽车、航空航天等行业。
4. 环境友好:电子束焊接不需要使用焊接剂和填充材料,避免了焊接过程中的气体污染和材料浪费问题,对环境更加友好。
5. 自动化程度高:电子束焊接可以实现自动化和机器人化操作,提高生产效率,降低人工成本。
三、电子束焊接的应用电子束焊接广泛应用于电子元件、航空航天、汽车制造等领域。
以下为部分应用案例:1. 电子元件焊接:电子束焊接适用于焊接微小尺寸的电子元件,如电子芯片、连接器等,确保接头的高精密度和稳定性。
HR4钢电子束焊接工艺
HR4钢电子束焊接工艺
含J75和J90两个钢种的HR4钢,其sb、ss为1000、690MPa,ak为78.6J/cm2, 经锻造、焊接及热处理后,要求焊缝强度均不得低于基体90%。对该材料电子束焊接工艺进行研究,找出适宜的焊接工艺参数和工艺措施,并对焊后热处理规范对焊缝强度影响作出评价。
J75、J90均为含镍较高的单相奥氏体钢,其导热系数小,线膨胀系数大,自由状态下易产生较大的焊接变形,故选择了能量集中,并较易实现快速焊接的电子束焊接方法。通过试验发现,焊接速度对焊缝表面质量影响较大,选择不当易出现凹陷、塌方、裂纹等缺陷,对焊缝内部质量也有一定影响,适宜的焊接速度为20~30mm/s;电子束焦点位置不同将获得不同的焊缝断面形态,即上聚焦、表面聚焦、下聚焦、过下聚焦对应着U型、中凸形、平行、V型断面;偏转函数应选择“¥”或“0”图形搅拌方式,频率为1.5~2.5kHz,此外,还应关注束高压、工作距离、聚焦、阴极电流的相互匹配。
表1 焊接接头强度
材料
状态
σb/MPa
σs/MPa
J75
固溶+焊接
731.01
564.5
J75
固溶+焊接+时效
1057.25
753.5
J90
固溶+焊接
703.93
391.1
J90
固溶+焊接+时效
95
814.2
焊后时效对于焊缝接头性能有重要影响,实验数据如表1所示,这是12组式样的平均值。焊缝经X光探伤参照国标GB3323-87评定为1级焊缝,J75焊缝组织为奥氏体,焊缝内有氧化物,如:MnO、Al2O3、SiO2、FeC、CrC等析出物,在光学显微镜下,未见明显偏析及其它金相缺陷;J90焊缝组织为胞状晶,也有少量氧化物存在,金相组织纯净,未见明显偏析及其它金相缺陷。对拉伸试样断口分析,所有断裂均为韧性断裂。J90焊缝的ak值为132 J/ cm2。此外,焊缝区组织化学成分与基体成分无明显差异,表明在焊接过程中元素烧损很小。
脉冲电子束焊接工艺优化
加强脉冲电子束焊接工艺与其他先进制造技术的集成应用,推动制造 业的高质量发展。
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感谢观看
国外在脉冲电子束焊接技术的研究和应用方面相对成熟,涉及材料范围广泛,工艺控制精 度较高。
发展趋势
随着高端制造领域对焊接质量和效率的要求不断提高,脉冲电子束焊接技术将朝着高精度 、高效率、高自动化的方向发展。同时,新工艺方法和控制策略的探索将成为研究热点。
02
脉冲电子束焊接原理及特点
脉冲电子束焊接原理
06
工艺优化方案与验证
工艺优化方案制定
焊接参数优化
01
通过调整脉冲电子束的能量、频率、脉宽等参数,优化焊接过
程中的热输入和熔池行为,提高焊缝质量和接头性能。
焊接路径规划
02
针对复杂结构件,制定合理的焊接路径和顺序,减少热影响区
和变形,提高焊接精度和效率。
材料选择与预处理
03
选用合适的焊接材料和填充金属,对母材进行必要的预处理,
如清洗、除锈、预热等,以提高焊接质量和接头性能。
优化方案验证实验设计
实验材料准备
选用具有代表性的实验材料,按照实际生产要求进行切割、打磨 和装配,确保实验条件与实际生产条件一致。
实验设备调试
对脉冲电子束焊接设备进行调试和校准,确保设备状态良好,满 足实验要求。
实验参数设置
根据优化方案,设置合理的焊接参数,如能量、频率、脉宽等, 并记录实验过程中的各项数据。
性能。
材料改性
采用合金元素或特殊工艺对母材进 行预处理,以提高焊接接头的性能 。
工艺创新
开发新的脉冲电子束焊接工艺,如 双脉冲、复合脉冲等,以满足特定 应用需求。
实验设计
对比实验
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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。
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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 封接头、膜盒、封接结构等构 件。 特点:薄板导热性差,电子束焊接 时局部加热强烈,可采用夹具 防止过热。对极薄工件可考虑 使用脉冲电子束流。 电子束功率密度高,易于实 现厚度相着很大的接头焊接, 焊接时薄板应与厚板紧贴,适 当调节电子束焦点位置,使接 头两侧均匀熔化。
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4.焊前预热
对需要预热的工件,根据一定的形状、尺寸及所需 要的预热温度,选择适宜的加热方法,如气焊枪、加 热炉、感应加热、红外线辐射加热等,在工件装入真 空室前进行预热。如果工件较小,加热引起的变形不 会影响工件质量时,可在真空室内用散焦电子束来进 行预热。
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第三节 电子束焊接工艺
一、 焊前准备 接合面的加工与清理
零件装配 抽真空 焊前预热 四川工程职业技术学院
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第三节 电子束焊接工艺
1.接合面的加工与清理 坡口形式:I形坡口 接合面经过机械加工,装配时力求使零件紧密接触。 填充金属:一般不用填充金属, 只有在焊接异种金属或合金时,可根据使用 需要填充金属。 真空电子束焊前必须严格清理工件表面的氧化物、油污,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。
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5.电子束扫描和偏转
在焊接过程中采用电子束扫描可以加宽焊缝,降低熔 池冷却速度,消除熔透不均等缺陷,降低对接头准备的 要求。 电子束扫描是通过改变偏转线圈的激磁电流,从而使 横向磁场变化来实现的。常用的电子束扫描图形有正弦 形、圆形、矩形、锯齿形等。通常电子束扫描频率为100 ~1000Hz,电子束偏转角度为2°~5°。 电子束扫描还可用来检测焊缝的位置和实观焊缝跟 踪,此时电子束的扫描速度可以高达50~100m/s,扫描 频率可达20kHz。 四川工程职业技术学院
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2.角接头
图l-12a为熔透焊 缝的角接头,留有未 焊合的间隙,接头承 载能力差。 图l-12h为卷边角 接,主要用于薄板, 其中一端须弯边90° 。其他几种接头都易 于装配对齐。
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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。
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1.对接接头
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接合面简单,准备工作容易,但需要装配夹具。 不等厚的对接接头采用上表面对齐的设计优于台 阶接头,后者在焊接时要用宽而倾斜的电子束, 且焊接角度须精确控制,否则极易焊偏造成脱焊。
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锁口对中接 头,便于装 配定位。
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3.焊接速度
主要影响焊缝的熔深、熔宽以及熔池的冷却、凝固 等。通常随着焊接速度的增大,熔宽变窄,熔深减小。
电子束焊热输人的计算公式为:
60U b I b q v
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图1-16 给出了各种金属在保证完全 熔透焊缝情况下,电子束焊热输入、 电子束功率、焊接速度与被焊材料、 板厚的关系。利用这个关系就可以 按被焊材料的种类和焊件厚度,初 步确定所需焊接功率,然后在选用 的设备上进行试焊修正。因为电子 束斑点的品质和电子枪的特性密切 相关,而不同设备的电子枪特性是 不同的,初步选定的参数必须经过 试验修正。此外,还应考虑焊缝横 断面、焊缝外形及防止产生焊缝缺 陷等因素,综合选择和试验后最终 确定实际使用的焊接参数。
煤油、汽油可用于去除油渍,丙酮是清洗电子枪零件和 被焊工件最常用的溶剂。若强力去油,则可使用含有氯 化烃类溶剂,随后须将工件放在丙酮内彻底清洗。
化学清理 机械方法清除
清理完毕后不能再用手或工具触及接头区,以免再 次污染。非真空电子束焊对焊件清理的要求可降低。
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2.零件装配
不穿透焊缝中的熔深不均
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4.搭接接头
搭接接头常用于厚度小于1.6mm的焊件。熔透焊缝主要用于板 厚小于0.2mm的场合,有时需要采用散焦或电子束扫描以增加熔 合区宽度。厚板搭接接头焊接时需添加焊丝以增加填角尺寸,有 时也采用散焦电子束以加宽焊缝并形成光滑的过渡。
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5.端接接头
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二、焊接接头设计
对接
角接
T形接 搭接
端接
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。
具有锁边(自衬垫)作用,便 于装配对齐,但焊缝根处易形 成未焊透,锁口较小时焊后可 避免留下未焊合的缝隙。
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自动填充材料的接头,有 自动填充金属的作用,焊 缝成形得到改善。
斜对接接头,可增大焊缝 金属面积,但装夹定位比 较困难,只用于受结构和 其他原因限制的特殊场合。
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3.填充金属
一般情况下不用填充金属。但在某些情况下,例如,为使焊缝成分满足 工件使用要求,改善焊缝冶金焊接性,弥补不良装配,修补焊缝缺陷或修 复磨损报废零件时,才使用填充金属防止出现缺陷。 l)接头装配间隙过大时,填充金属可防止焊缝凹陷。 2)焊接裂纹敏感材料或异种金属接头时,填充金属可防止裂纹的产生。 3)焊接沸腾钢时加人少量含铝、锰、硅等脱氧剂的焊丝,或在焊接铜 时加入镍均有助于消除气孔。 填充金属可根据需要制成丝材、带材、颗粒或粉末状,可将其喷涂或堆 焊在接头处,也可利用在接头处加工预留凸边作为填充材料。目前应用较 多的是直径为0.8~1.6mm的丝材。丝状填充金属可用送丝机构送入或用定 位焊固定。送丝速度和焊丝直径的选择原则是使填充金属量为接头凹陷体 积的1.25倍。焊接时采用电子束扫描有助于焊丝的熔化和改善焊缝成形。
紧密接触,接缝间隙应尽可能小而均匀,并使接合面保持平行。间隙的具体数值 与焊件厚度、接头形式和焊接方法有关。被焊材料越薄,则间隙越小。对于无锁 底的对接接头,板厚 8<1.5mm时,局部最大间隙不应超过 0.07mm,随板厚增 加,间隙略增;板厚超过3.8mm时,局部最大间隙可到0.25mm。焊薄工件时, 一般装配间隙不应大于0.13mm。焊铝合金时的接头间隙可比焊钢时大。填丝 电子束焊时,间隙要求可适当放宽。若采用偏转或摆动电子束使熔化区变宽时, 可以用较大的间隙。非真空臾子束焊时,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。
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2.厚板的焊接
可焊板厚:300mm厚的钢板。 深宽比:可达60:1. 板厚60mm以上时,采用横焊,以利于焊缝成形。电子束焦点调节在工 件表面以下熔深的50%~75%,焦点在板材表面以下板厚的1/3处,电子束 的溶透效力好,焊缝成形良好。厚板焊接时应保持良好的真空度。
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3.抽真空
电子束焊机的抽真空程序通常自动进行,可 以保证各种真空机组和阀门正确地按顺序进行, 避免由于人为的误操作而发生事故。真空室需经 常清洁,尽量减少真空室暴露在大气中的时间, 仔细清除被焊工件上的油污,并按期更换真空泵 油,保持真空室的清洁和干燥是保证抽真空速度 的重要环节。
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。
图1-15 为三种典型的 电子束焊端接接头。 厚板端接接头常采用 大功率深熔透焊接。 薄板及不等厚度的端 接接头常用小功率或 散焦电子束进行焊接。
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电子电子束电流
焊接速度
聚焦电流
工作距离
这些参数直接影响到焊缝的熔深和几何形状。 四川工程职业技术学院
装配间隙
装夹方法
所有电子束焊都是机械或自动操作的,如果零件不是设计成自紧式的,必须 利用夹具进行定位与夹紧,然后移动工作台或电子枪体完成焊接。夹具要求制 造精确,因为电子束焊对零件的装配和对中的要求极为严格。非真空电子束焊 可用一般焊接变位机械,其定位、夹紧都较为简便,在某些情况下可用定位焊 缝代替夹具。 电子束焊夹具和工作台的零部件应使用非磁性材料来制造,避免电子束发生 磁偏转。若工件和夹具是磁性材料时,焊前应去磁,并用磁强计测量工件剩 磁,一般剩磁强度应低于(0.5~3)×10-4T.
电子束焊
1.加速电压