《特种连接方法及工艺》第13章 电子束焊.ppt

第13章 电子束焊 13.1 概述 13.1.1 电子束焊的发展历史 1948年德国物理学家K.H.Steigerwald首次提出电子束焊接概念。 1954年法国原子能研究机构的Dr.J.A.Stohr采用电子束焊进行了核反应堆燃料外壳的焊接。在1957年11月的国际原子能大会上公开。 自1958年起，电子束焊得到各工业国家的关注，目前全球电子束焊接技术较先进的国家是德国、日本、美国、俄罗斯、乌克兰、法国等。 13.1.2 电子束焊的特点 电子束焊利用电子束的高速能量，轰击构件表面产生热能，使被焊材料熔化后形成接头的连接方法。 电子束的主要特点在于其高能量密度和其可控性，由此决定电子束焊具有以下优点： a 加热功率密度大。 b 焊缝深宽比(H／B)大。 c 焊接速度快，焊缝热物理性能好。 d 焊缝纯度高。 e 焊接工艺参数调节范围广，适应性强。 f 可焊材料多。 13.1.3 电子束焊的应用 电子束焊接可应用于下述材料和场合： a 除含锌高的材料(如黄铜)、低级铸铁和未脱氧处理的普通低碳钢外，绝大多数金属及合金都可用电子束焊接， b可以焊接熔点、热导率、溶解度相差很大的异种金属； c对不开坡口焊厚大工件，焊接变形很小；能焊接可达性差的焊缝； d可用于焊接质量要求高，在真空中使用的器件。 e散焦电子束可用于焊前预热或焊后冷却，还可用作钎焊热源。 f 在外太空等极端条件下的焊接，可能是其潜在的应用领域。 13.2电子束焊原理与分类 13.2.1 电子束焊接原理 电子束焊(Electronic beam welding)是高能密度的焊接方法，高压加速装置形成高功率电子束流，定向高速运动的电子束撞击置于真空或非真空中的工件表面后，在很小的焦点范围内(其功率密度可达104~109w/cm2)，将部分动能迅速转化成热能，焦点处的最高温度达5930℃左右，使被焊金属熔化，冷却结晶后形成焊缝，实现焊接过程。 1高真空电子束焊（High（Hard） vacuum） 2 低真空电子束焊（partial （Soft） vacuum） 3 非真空电子束焊（Non vacuum electronic beam) 4 局部真空型 13.2.2 电子束焊分类 13.3 电子束焊的工艺 13.3.1 电子束焊的接头设计 1 焊前准备 真空电子束焊前必须对焊件表面进行严格清理。对非真空电子束焊的焊件，不必像真空电子束焊那样严格。 运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。要使用无磁性的的夹具和工具，以免造成电子束发生磁偏转。 磁性金属材料在电子束焊之前应加以退磁。避免引起电子束偏转。焊件退磁可放在工频感应磁场中进行，也可用磁粉探伤设备进行退磁。 2 接头设计 1 薄板的焊接 薄板导热性差，电子束焊时局部加热强烈，为防止过热，应采用夹具，对极薄板件可考虑使用脉冲电子束流，对于厚度差别大的薄板与厚板的焊接，焊接时要将板件贴紧，适当调整电子束焦点位置，使接头两侧均匀熔化。 2 厚板的焊接 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，避免重力的影响，增大熔深。 13.3.2 典型条件下电子束焊的焊接特点 3 添加填充金属 只有在对接头有特殊要求，或者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： 在接头装配间隙过大时可防止焊缝凹陷；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；在焊接沸腾钢时加入少量含有脱氧剂(铝、锰、硅等)的焊丝有助于消除气孔。可采用在接头处放置填充金属、在接缝处加入填充金属箔、用送丝机构送入等方法。 4 定位焊 用电子束进行定位焊是装夹工件的有效措施。可节约装夹时间和费用。可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。 5 焊接可达性差的接头 因为电子束很细，工作距离长，易于控制，所以电子束可以焊接狭窄间隙的底部接头。这不仅可以用于生产过程，而且在修复报废零件时非常有效。复杂形状的昂贵铸件常用电子束修复。 6 焊接缺陷及其防止 电子束焊和其他熔化焊一样，接头也会出现未熔合、咬边、气孔等缺陷。此外电子束焊焊缝特有的缺陷有熔深不均、长空洞、中部裂纹、焊道偏离接缝等。 熔深不均出现在不穿透焊缝中，这种缺陷是高能束流焊接所特有的。它与电子束焊接熔池的形成和金属的流动有密切的关系