现代材料加工方法先进连接技术.ppt

电子束焊接的上述特点使其在工业生产中获得了广泛的应用，尤其在焊接航空航天用先进结构材料(如高温合金、钛合金、复合材料及金属间化合物等方面)具有重要的地位。 按照被焊件所处的环境条件，电子束焊可分为三种：高真空电子束焊、低真空电子束焊和非真空电子束焊。 ● 高真空电子束焊 高真空电子束焊是指被焊件环境真空为10-4~10-1Pa的电子束焊接，由于高真空对熔池有很好的保护作用，并防止合金元素的烧损，因此可焊接活性金属、难熔金属和质量要求较高的构件。 ● 低真空电子束焊接 低真空电子束焊接是在10-1~10Pa的真空条件下进行的，生产效率高，适合于批量大的零件的焊接和在生产线上使用。 ● 非真空电子束焊接 非真空电子束焊接时被焊件处在非真空环境(电子束仍在真空条件下获得)，可以焊接大型产品，生产效率高，但电子束散射严重，功率密度低，焊接熔深和深宽比均较小。 2 ．电子束焊接系统 电子束焊接系统主要由电子枪、真空系统、工作仓(真空室)、高压电源及控制系统等几部分组成，下面分别简要介绍。 （1）电子抢 电子枪是电子束焊接系统的核心部分，是产生和控制电子束的电子光学系统。电子枪有二极电子枪与三极电子枪之分，现代电子束焊机多采用三极电子枪。 图10-22为三极电子枪典型结构示意图，主要由阴极、阳极、偏压电极、聚焦线圈和偏转线圈等组成。 阴极为电子发射极，通常由热电子发射能力强且不易“中毒”的材料构成，常用的材料有钨、钽、六硼化镧(LaB6)等。 工作时阴极处于高的负电位，它与接地的阳极之间形成电子束的加速电场。 偏压电极相对于阴极呈负电位，通过调节该负电位的大小和改变偏压电极的形状和位置可以调节电子束流的大小并改变电子束的形状。 聚焦线圈俗称电磁透镜，主要是利用电子切割磁力线时所受到的洛仑兹力来使电子束聚焦。通常电子枪的电极系统也同时构成一个静电透镜，它使阴极发射出来的电子汇聚在阳极附近形成交叉点。电子束穿过阳极后又逐渐发散，然后通过电磁透镜(聚焦线圈)使其再一次汇聚在待焊件表面形成斑点。 偏转线圈的作用是使电子束做重复性摆动或偏移。 对于大功率电子枪(≥30kW)可能设有两个聚焦线圈并在电子束通道上设置有小孔径光阑，以减少金属蒸气和离子对电子枪工作稳定性的影响，同时。双聚焦还增加了调节电子束形状的可能性。 电子枪的静电透镜和电磁透镜各部件必须保持同轴，否则电子束轨迹将发生畸变，在调节聚焦或改变束流时电子束将发生偏移，因此，电子枪上一般还装有机械式或电磁式的合轴调节机构。 B YAG激光器 YAG激光器是一种以掺钕的钇铝石榴石为工作物质的固体激光器，主要由激光工作物质(YAG)、谐振腔、泵灯、聚光器等组成，如图10-9所示。其中泵灯为工作物质提供激励光能，一般为惰性气体放电灯，常使用脉冲氙灯。 YAG激光波长为1.06?m，为CO2激光波长的十分之一，有利于聚焦和光纤传输，便于实现技术柔性化，且与金属的耦合效率高，加工性能好。但YAG激光器采用光作为泵浦源，能量转换效率低。目前焊接用YAG激光器平均输出功率为0.3～3kW。 (2) 光学系统 光学系统是指导光和聚焦系统。为了对试样或材料进行加工必须将激光导引到所需的位置，并根据要求进行聚焦。工业上常用的导光系统主要有两种。 一种是由一系列反射镜和聚焦镜组成，通过反射镜改变光的方向，将激光导引到所需的加工位置，再经聚焦镜将光束聚焦成所需要的光斑直径。其中聚焦方式又有透射式聚焦和反射式聚焦两种，如图10-10所示。 另一种是采用光导纤维进行光的传输，但目前仅限于波长为1.06?m的YAG固体激光器。由于光纤传输可以方便地将激光导引到所需位置。有利于技术的柔性化，因而在激光加工领域得到广泛应用。光导纤维的一个局限性是激光束可以聚焦的最小光斑直径有限，因而在应用上受到一定的限制。 3. 激光焊接及应用 (1) 激光焊接原理及特点 1）原理 激光照射到物质表面时，一部分被反射，另一部分透射，还有一部分被吸收；对于不透明的材料，除一部分被反射外，其余部分将全部被吸收。 被吸收的激光通过与物质的相互作用将全部转换为热能，其物理过程可以简单地描述为：物质中的电子首先吸收光子将光能转变为动能，然后通过振动将能量传递给离子导致物质温度升高，光能转变为热能。由于这一过程的物理本质所决定，整个过程将在10-9s内的瞬间完成，而且仅发生在