电子束焊接技术在工业领域应用及发展趋势
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电子束焊接技术在工业领域应用及发展趋势
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摘要：本文概述了电子束焊接技术的定义以及一些特点和不足，并简要阐述了电子束焊接技术在航空航天、汽车制造、电子等工业技术中的应用，并分析了其未来的发展前景与趋势。
关键词：电子束焊接技术工业特点发展
1.前言
电子束焊接技术是将高能电子束作为加工热源,用高能量密度的电子束轰击焊件接头处的金属 ,使其快速熔融 ,然后迅速冷却来达到焊接的目的。
在当今时代，电子束焊接术的每一个进步的积累使人类的航空制造技术更加的完善和强健。电子束技术的高稳定和高强度的特性使飞行器冶金有了更加先进科学和结构精密的设计。目前存在的重要的技术实际上是在减少分解，加热，和残余应力的同时来减少氢脆变，限制氧气和氢污染物。电子束焊接技术作为焊接整合领域的重要技术，目前已经越来越深地影响到航空飞行器的制造和设计领域。这其中重要的原因是它有着先进的自动焊缝跟踪，射束偏转，多溶池焊接。
2．电子束焊接特点：
1 )电子束焊接的能量密度高 ,可焊接一般电弧焊难以实现的焊缝;
2)电子束焊接是在真空中进行 ,焊缝的化学成分稳定且纯净 ,接头强度高 ,焊缝质量高;
3)电子束焊接速度快 ,热影响区小 ,焊接热变形小;
4)电子束焊接适用于焊接几乎所有的金属材料，尤其适合铝材焊接;
5)电子束焊接可获得深宽比大的焊缝 (20∶ 1～50∶ 1) ,焊接厚件时可以不开坡口一次成形;
6)电子束焊接结合计算机技术 ,实现了工艺参数的精确控制 ,使焊接过程完全自动化。
电子束焊接技术是目前发展最快 ,应用最为广泛的电子束技术。[1] 同时，电子束焊接方法也有一些不足,如：电子束焊机结构复杂,控制设备精度高,所需费用高；冷却过程中
快速凝固,引起焊接缺陷,如气孔、焊接脆性等；工件大小受真空室尺寸的限制,每次装卸工件要求重新抽真空等。
3.电子束焊接的应用范围
电子束焊接相对于传统焊接方式的突出优点，使其的应用范围十分广泛，从可焊接的材料来看有以下几个方面：
（1）适合焊接各种金属材料
电子束可以焊接难熔金属钽、铌、钼，化学性质活泼的金属如钛、锆、铀等以及工业生产中大量使用的碳钢、不锈钢、合金钢、铜、铝等。
（2）可焊工件种类多
电子束焊接薄件、厚件及大厚件。薄件焊接厚度可以为0.1mm，厚件一次焊接厚度可达300mm，解决一些大厚件的焊接如汽轮机隔板的焊接。
（3）能实现异种焊接
目前，工业中电子束已经较好地完成异种金属的焊接，如铜-钨焊接、钢-不锈钢焊接、钢-硬质合金焊接、半导体材料及陶瓷材料的焊接等。
4.电子束焊接在工业领域的应用
4.1电子束焊接在航空航天工业的应用[2]
电子束已被用来将钛锻件焊接成新型直升机的转翼,现代战斗机的机翼箱等。发动机上一些其他部件如透平罩、压缩机箱体以及飞机的燃料驱动系统和着陆起落架等也都采用了电子束焊接。
由于电子束焊接的变形和热影响区小,已被用于航天飞机发动机的装配焊接,如主燃
烧室、热气歧管、高(低)压燃料涡轮泵、高(低)压氧化剂涡轮泵、燃料预燃烧室、氧化剂预燃烧器等间的焊接。
空间电子束焊接技术作为一种空间焊接技术的优势，已经成为了航空专家们的研究热点，目前，世界各主要航天大国均开展了空间电子束焊接技术的研究，同时，空间焊接装置、微重力下的焊缝形成机理以及空间焊接结构也将成为主要研发方向。
空间技术中所使用的各类火箭、卫星、飞船、星球车、空间站以及太阳能电站等装置，其结构件、发动机以及相关的各种仪器的零部件质量必须极为可靠，能经受如强力振动、因日照变化引起的高低温度交替冲击、失重、宇宙射线辐射和在超高真空环境中工作等各种恶劣环境的考验，此外，这些零件还必须具有尺寸小、重量轻以及气密性好等特点，因
此，宇航零部件的结构设计、材料选择及加工工艺都必须严格要求。实践证明，电子束焊接技术可以满足上述所有要求。
我国即将建设的空间站以及正在规划的太阳能电站都需要使用航天飞机或运载火箭将其分成小块后再运送到空间进行装配，如果采用铆接和螺栓联接就会大大增加结构重量，采用电子束焊接则无需焊条，不会额外增加结构重量。在宇宙空间采用电子束焊接的另一优点是无需真空系统，大大简化了焊接装置。与其他焊接方法需要大量的辅助装置相比，电子束焊接装置大大降低了对地天之间的运输要求。
此外，由于电子束能量密度高（大于107W/cm2)，热效率超过90%，大大节约了空间站中来自于太阳能电池的电能，对于空间焊接来说具有十分明显的优势。
4.2电子束焊接在汽车工业的应用[3]
使用电子束焊接方法焊接汽车后桥,省去了坡口的制作的准备。由于在真空条件下施焊,电子束焊接大大地清除了产生气孔、裂纹、夹渣等这些缺陷的可能,强度得到了保证,获得了极佳的经济效益。此外,真空电子束焊接还用来焊接汽车驱动轮、扭矩变换器、行星齿轮支座、飞轮、滑叉等,都取得了前所未有的效果.电子束焊接热影响小、变形小，可以在工件精加工后进行焊接，又能够实现异种金属焊接。因此，复杂的工件就可以分成几个简单的零件, 每个零件可以单独使用合适的材料和方法加工制造，最后利用电子束焊接成一个完整的工件, 从而可以获得理想的技术性能和显著的经济效益，这就有利于达到汽车生产降低成本和轻量化的要求。
4.3电子束焊接在电子工业的应用[4]
随着现代工业对电子线路和元器件的要求越来越高,电子束焊在电子行业发挥着越来
越重要的作用。真空电子束用来焊接密封晶体管已取代钎代焊焊接晶体管连接接头。有些电子线路和元器件要求其焊缝在焊完后继续保持在真空密封装置内,焊缝不得有腐蚀性杂质,电子束焊接正是满足这种要求的最有效方法。
在这一领域里，利用电子束焊接精密可控的独特性能，更容易实现微细精密焊接，同时又能保证焊缝纯净、无污染、不氧化。
电子管阴极是发射电子的心脏部件，性能要求高，一般由钨、钼、钽等高熔点金属或其合金材料组成。采用真空电子束焊接可获得光滑牢固的焊接，接头不氧化、无夹渣、不脆不裂。
光电管壳由纤维玻璃屏、高铬钢盘、可伐合金筒等组成，内部光电阴极是一种非常敏感的材料，封口焊接作为制管工艺的最后一道工序,不得使粘接的玻璃焊料与纤维屏受伤, 而且不能出现氧化层。采用真空电子束焊接可获得高质量的焊缝, 光滑平整、无氧化、而且气密性好。
传感器封装焊接。某种遥测压力传感器似一个金属电子管, 内部装有一组敏感元件和电子元件,为了使该传感器工作稳定可靠, 采用腔体内部具有一定真空度的结构。该传感器不锈钢外壳上留有一个出气孔。焊接时将传感器置于焊机真空室内, 当达到一定真空度时, 先焊接电极盘与外壳, 再封焊出气孔。电子束焊接成品率很高, 性能测试表明各项指标均达到设计标准, 并且未发现漂移现象,说明缝焊与孔焊的气密性均良好, 内腔具有了一定
真空度, 内部元件完好无损。
电子束焊接的稳定性很高, 可用于薄件或超薄件的穿透焊或半穿透焊, 焊接规范可以恰到好处。
应变传感器的半穿透焊接。某种应变传感器采取薄片与薄壁圆管在外侧相焊的结构, 圆管内充有MgO粉和应变丝。片与管壁的厚度仅0.1-0.15mm，在外侧焊接时只能半透, 不能全透, 不然薄壁圆管出洞造成管内的MgO溅散而报废。电子束焊接工艺规范临界, 稳定性好, 获得了满意的焊缝。
4.4电子束焊接在发电设备中的应用
电子束焊接以其独有的优点正在发电设备的制造方面取代传统的焊接方法。如美国、日本等国家都已使用真空电子束焊接取代埋弧焊工艺焊接汽轮机定子和汽轮机导向叶片。使用埋弧焊需要几天才能完成的焊接,使用电子束焊接后仅需几个小时就能完成。
4.5电子束焊接在机械基础件中的应用
电子束也用来焊接有特殊要求的机械基础件,如轴、轴承、齿轮、金属带锯、双金属带等。对于硬度极高的金属的切断,使用电子束,可将高速钢型材焊在柔韧的载体带上。适当选择高速钢型材宽度,使得铣锯齿时,齿间,即断裂危险区位于柔韧性载体带上,这样,就能使高速钢齿尖达到最佳硬度,带锯能在最佳经济效益下实现最大负荷。
4.6电子束焊接在核工业产品中的应用
电子束焊接最早应用于核工业产品部件,近些年来,在这一领域得到更充分的发展。如:一种核工业多种用途的真空电子束焊机,在离子推进系统中,它应用于难熔、耐蚀金属的焊接和不同金属之间的连接,焊缝无裂纹和泄漏,变形也相当小。
4.7电子束焊接在汽轮机制造业的应用[5]
采用电子束焊接汽轮机通用定子,能较好地解决隔板处异种材料焊接、磁性材料焊接的问题，简化工艺流程，提高接头质量和工作效率。因为隔板由叶栅分别和围带、隔板体组焊成，以前的工艺是采用埋弧焊、气体保护焊，往往热变形和热应力较难控制，需要进一步的后续处理，工艺参数繁琐。
对于汽轮机调速级叶片，为了解决加工困难并提高生产效率,将两个或三个单只叶片组合在一起进行电子束焊接,组成两联、三联调速级叶片，这种方法已取得理想的结果，同时还成功地应用在叶片的修复焊接上。
大型汽轮机所用的重型齿轮，相对通用定子和叶片来说，存在着劳动生产率低、焊接变形大、接头质量不易保证、消耗大、劳动条件恶劣等问题。常规焊接工艺始终无法突破这一瓶颈，采用大型、大功率电子束焊机焊接重型齿轮才能较好地解决上述问题。
5.电子束焊接的研究发展现状[6]
早在上世纪80年代初期，电子束焊已进入成熟的发展阶段。由于电子束的能量密度高达300~500kW/mm，因此，一次穿透能力强、生产效率高，焊接过程可在高真空、半真空和非真空条件下完成，焊缝的纯净度高、质量优异，已在飞机、火箭、汽车、机器传动部件以及活性金属焊件连接中得到较广泛的应用。
电子束焊接是目前最成熟的高能束流加工方法之一。20世纪60年代初，开始应用于原子能工业、飞机制造业和宇航工业中贵重金属的焊接。随着现代原子能、航空和宇航等尖端技术的应用而迅速发展起来，成功地解决了为现代尖端产品而发展的各种新型材料的焊接问题。在汽车工业和机械制造业等领域逐渐代替了以往的加工方法和生产流程，应用日益广泛。
5.1 国内电子束焊接技术的研究发展现状
20世纪60年代初，我国开始跟踪世界电子束焊接技术的发展，并开始了电子束焊接设备及工艺的研究工作。航空工业总公司北京航空工艺研究所、广西桂林电器科学研究所及中科院沈阳金属研究所均是较早开展此项工作的单位。至今已研制生产出不同类型和功能的电子束焊机上百台。近20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，我国研制成功了国内第一台生产中使用的GDH—15型高压电子
束焊机：加速电压为150kV，功率为15kW。此焊机已在航空动力机械制造中使用，解决了航空发动机关键部件的焊接,产品返销国外。北京航空工艺研究所在1992年研制成功了ZD150—5A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的高压电子束焊机，填补了国内空白，达到当时世界先进水平。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，有明显的性能价格比优势。近20年来，有关电子束焊接的文献大多集中在焊接工艺参数的优化、焊接冶金和穿透机理的研究、焊接技术的应用及焊接接头基本力学行为等方面。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：焊接可靠性，稳定性及质量在线检测技术的发展；新产品设计与电子束技术的有机结合；焊缝自动对中与跟踪的自适应控制技术的发展；深穿透机理及电子束与材料交互作用等物理现象的进一步探求。
5.2 国外电子束焊接技术的研究发展现状
全球电子束焊接技术较先进的国家是德国、日本、美国及法国等。目前，在工业应用中实际应用的电子束焊接设备一般小于150kW ，加速电压在200kV以内。一次可焊最大厚度钢板约为300mm，铝合金约50mm。在电子束焊接设备的研制开发上具有实力的国家及公司有：德国的PTR精密技术有限公司、英国的剑桥真空工程有限公司及英国焊接研究所( TMI)、法国的TECH2META公司以及乌克兰的巴顿电焊研究所等。在日本，加速电压600kV 、功率300kW的超高压电子束焊机已问世，一次可焊200mm的不锈钢，深宽比达70：1。德国阿亨大学研制的DIABEAM系统，对电子束特性进行了定量研究。分析了电子束流品质、焦点对焊缝成形的影响。日、俄、德开展了双枪及填丝电子束焊技术的研究。在对大厚度板第一次焊接的基础上,通过第二次填丝来弥补顶部下凹或咬边缺陷；日本采用双枪实现了薄板的超高速焊接，反面无飞溅，成形良好。法国研制成功的双金属和三金属薄带材电子束焊机也颇引人关注。随着电子束焊接技术在各工业领域的渗透应用，特别是其在精密加工、原子能及航空航天领域的应用前景，使得各国的研究者竞相展开了对电子束焊接基础理论及应用技术的研究。美国、独联体各国的研究人员利用电子束对碳钢、合金钢、不锈钢、钛合金、铝合金及高强钢等材料进行了焊接工艺试验，对于电子束焊接工艺参数(加速电压、焊接电流、焊接速度、聚焦电流、焦点位置等) 对接头组织及性能的影响进行了研究，为合理的优化焊接工艺、保证焊接接头的质量提供了理论依据。
美国和苏联的宇航员还在太空实验室进行了电子束焊接和切割试验,展现了电子束焊接的广阔发展前景,今后电子束焊接的发展趋势可以概括为:
(1)继续扩大在航空航天工业中的应用范围,并在修复领域发挥作用;
(2)焊接设备将趋向多功能化和柔性化;
(3)非真空电子束焊接的研究和应用将日益成为热点;
(4)在厚大件和批量生产中继续发挥其独特优势;
(5)电子束焊接将成为空间结构焊接的强有力工具。
由于装备是技术的载体，所以目前的空间焊接技术的研究热点是对焊接装置的研究，通常要求装置尽可能地轻。美国20世纪60年代携带登陆月球的装置，其质量超过了100kg。随着电子技术的发展，目前空间电子束焊接装置的质量已经控制在20kg以内。
除了装置的质量外，装置的易用性也十分重要，为此必须为电子束空间焊接装置提供焊接参数的自动设定功能。由于该功能是以电子束在微重力下焊接的焊缝形成机理为基础，因此它也将成为空间电子束焊接技术的研究重点。
此外，对空间焊接部件结构的研究，如何种结构的质量轻、强度好，容易进行装配焊接等也将成为人们的重点研发方向。
目前，除了美国、日本、俄罗斯和乌克兰已对电子束焊接技术进行了研究之外，我国也在积极进行相关的研究工作，如哈尔滨工业大学已经创立了太空焊接实验室。相信不久的将来，我国必将在空间电子束焊接技术领域取得长足的进步。
参考文献
[1]电子束加工技术的原理、特点及其应用.
[2] 吴希孟.焊接技术在航空工业中的应用.航空科学技术.1994,3:24-28.
[3] 徐立锦.电子束加工技术在汽车工业中的应用.重型汽车.1995,6:15-18.
[4]林世昌.高能束焊接技术及在电子工业中的应用.电子工艺技术. 1996,1:3-6.
[5] 马晓梅,张丽艳,李全华.汽轮机零部件的电子束焊接.汽轮机技术.2003,45:185-186.
[6] 张毅．电子束焊接技术现状及发展．包头职业技术学院学报，2009，10（1）：8～9
焊接技术发展趋势.doc
焊接技术发展趋势 2007-10-20 焊接技术的发展水平，是一个国家机械制造和科学技术发展水平的标志之一。目前焊接技术的发展趋势具有如下特点： ⑴随着新的焊接材料和结构的不断出现，需要开发新的焊接工艺方法。 ⑵改进常用的普通焊接工艺方法，提高焊接过程机械化、自动化水平，提高焊接质量和生产率。 ⑶采用电子计算机控制焊接过程，大力推广焊接机器人、焊接中心。 ⑷发展专用成套焊接设备。 下面介绍部分成熟的焊接新技术： 一、超声波焊接 【超声波焊接】是指利用超声波的高频振荡能对工件接头进行局部加热和表面清理，然后施加压力实现焊接的一种压焊方法。进行超声波焊接时，焊件表面无变形，表面不需严格清理，焊接质量高。超声波焊接适合于焊接厚度小于0.5mm 的工件。目前广泛应用于无线电、仪表、精密机械及航空工业等部门。 二、爆炸焊 【爆炸焊】是利用炸药爆炸产生的冲击力造成工件的迅速碰撞，实现连接工件的一种压焊方法。爆炸焊的质量较高、工艺操作简单，爆炸焊主要用GF 生产复合材料。美国“阿波罗”登月宇宙飞船的燃料箱用钛板制成，它与不锈钢管的联结采用了爆炸焊方法。 三、等离子弧焊 【等离子弧焊】是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。等离子弧能量易于控制，能量密度大，穿透能力强，焊接质量高，生产率高，焊缝深宽比大。但其焊炬结构复杂，对控制系统要求较高，等离子弧焊广泛用于航空航天等尖端技术所用的铜合金、钛合金、合金钢等金属的焊接。 四、扩散焊 【扩散焊】是指将工件在高温下加压，但不产生可见变形和相对移动的固态焊接方法。扩散焊的特点是焊接接头质量高，焊件变形小，它能焊接同种和异种金属材料，特别是不适于熔焊的材料，还可用于金属与非金属间的焊接，能用小件拼成力学性能均一和形状复杂的大件，以代替整体锻造和机械加工。 五、激光焊 【激光焊】是指以聚焦的激光束轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法。其特点是：能量密度高，焊接速度快；焊缝可极为窄小，变形很小；灵活性较大，并可实现一般焊接方法难以接近的接头或无法安置的接焊点及远距离焊接，多用于仪器、微电子工业中超小型元件及空间技术中特种材料的焊接。此外，激光还可以 E 用来切割各种金属与非金属材料。 六、磁力脉冲焊 【磁力脉冲焊】是指依靠被焊工件之间脉冲磁场相互作用而产生冲击的结果来实现金属之间连接的焊接方法，其工作原理与爆炸焊相似，适合于焊接薄壁管材和异种金属。 七、电子束焊 【电子束焊】是指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。其焊接特点是：能量利用率高，速度快，焊缝窄而深，焊接变形很小，焊缝金属纯净，焊接质量很高，但焊接设备复杂、造价高、使用与维护要求技术高。在原子能、航空航天等尖端技术部门应用日益广泛。
电子束焊工艺
电子束焊工艺 一、电子束焊的特点电子束焊是利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处所产生的热能，使金属熔合的一种焊接方法。电子轰击工件时，动能转变为热能。电子束作为焊接热源有两个明显的特点：（1）功率密度高电子束焊接时常用的加速电压范围为30～150kV，电子束电流20～1000mA，电子束焦点直径约为0.1～1mm，这样，电子束功率密度可达106W/cm2以上。（2）精确、快速的可控性作为物质基本粒子的电子具有极小的质量（9.1×10-31kg）和一定的负电荷（1.6×10-19C），电子的荷质比高达1.76×1011C/kg,通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。电子束的这一特点明显地优于激光束，后者只能用透境和反射镜控制，速度慢。基于电子束的上述特点和焊接时的真空条件，电子束焊接具有下列主要优缺点。 优点：1）电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。目前，电子束焊缝的深宽比可达到60:1。焊接厚板时可以不开坡口实现单道焊，比电弧焊可以节省辅助材料和能源的消耗。2）焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。对精加工的工件可用作最后连接工序，焊后工件仍保持足够高的精度。3）真空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受到氧、氮等有害气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和净化，因而特别适于活泼金属的焊接。也常用电子束焊接真空密封元件，焊后元件内部保持在真空状态。4）电子束在真空中可以传到较远的位置上进行焊接，因而也可以焊接难以接近部位的接缝。5）通过控制电子束的偏移，可以实现复杂接缝的自动焊接。可以通过电
子束扫描熔池来消除缺陷，提高接头质量。缺点：1）设备比较复杂、费用比较昂贵。2）焊接前对接头加工、装配要求严格，以保证接头位置准确、间隙小而且均匀。3）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。4）电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量。5）电子束焊接时产生的X射线需要严加防护以保证操作人员的健康和安全。二、工作原理和分类（1）工作原理电子束是从电子枪中产生的。通常电子是以热发射或场致发射的方式从发射体（阴极）逸出。在25～300kV的加速电压的作用下，电子被加速到0.3～0.7倍的光速，具有一定的动能，经电子枪中静电透镜和电磁透镜的作用，电子会聚 成功率密度很高的电子束。 这种电子束撞击到工作表面，电子的动能就转变为热能，使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸气的作用下熔化的金属被排开，电子束就能继续撞击深处的固态金属，很快在被焊工件上“钻”出一个锁形小孔，小孔的周围被液态金属包围。随着电子束与工件的相对移动，液态金属沿小孔周围流向熔池后部，逐渐冷却、凝固形成了焊缝。电子束传送到焊接接头的热量和其熔化金属的效果与束流强度、加速电压、焊接速度、电子束斑点质量以及被焊材料的性能等因素有密切的关系。（2）分类电子束焊的分类方法很多。按被焊工件所处的环境的真空度可分为三种：高真空电子束焊，低真空电子束焊和非真空电子束焊。高真空电子束焊是在10-4～10-1Pa的压强下进行的。良好的真空条件，可以保证对熔池的“保护”防止金属元素
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焊接技术发展趋势 2007-10-20 焊接技术的发展水平，是一个国家机械制造和科学技术发展水平的标志之一。目前焊接技术的发展趋势具有如下特点： ⑴随着新的焊接材料和结构的不断出现，需要开发新的焊接工艺方法。 ⑵改进常用的普通焊接工艺方法，提高焊接过程机械化、自动化水平，提高焊接质量和生产率。 ⑶采用电子计算机控制焊接过程，大力推广焊接机器人、焊接中心。 ⑷发展专用成套焊接设备。 下面介绍部分成熟的焊接新技术： 一、超声波焊接 【超声波焊接】是指利用超声波的高频振荡能对工件接头进行局部加热和表面清理，然后施加压力实现焊接的一种压焊方法。进行超声波焊接时，焊件表面无变形，表面不需严格清理，焊接质量高。超声波焊接适合于焊接厚度小于0.5mm 的工件。目前广泛应用于无线电、仪表、
精密机械及航空工业等部门。 二、爆炸焊 【爆炸焊】是利用炸药爆炸产生的冲击力造成工件的迅速碰撞，实现连接工件的一种压焊方法。爆炸焊的质量较高、工艺操作简单，爆炸焊主要用GF 生产复合材料。美国“阿波罗”登月宇宙飞船的燃料箱用钛板制成，它与不锈钢管的联结采用了爆炸焊方法。 三、等离子弧焊 【等离子弧焊】是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。等离子弧能量易于控制，能量密度大，穿透能力强，焊接质量高，生产率高，焊缝深宽比大。但其焊炬结构复杂，对控制系统要求较高，等离子弧焊广泛用于航空航天等尖端技术所用的铜合金、钛合金、合金钢等金属的焊接。 四、扩散焊 【扩散焊】是指将工件在高温下加压，但不产生可见变形和相对移动的固态焊接方法。扩散焊的特点是焊接接头质量高，焊件变形小，它能焊接同种和异种金属材料，特别是不适于熔焊的材料，还可用于金属与非金属间的焊接，能用
电子束焊接技术在工业中的应用和发展
电子束焊接技术在工业中的应用和发展 摘要:本文介绍了电子束焊接及主要特点,总结了近年来电子束焊接在航空航天、电子与仪表、汽车等工业领域中应用现状,并对其发展作了展望。 关键词: 电子束焊接应用现状发展 电子束焊接(EBW)是以高能密度电子束作为能量载体对材料和构件实现焊接和加工的新型特种加工工艺方法和现代焊接技术,自50年代首先应用于核工业,经过四十多年的发展,电子束焊接不仅在一些高新技术领域充分应用,而且已成为一般工业部门的一种重要加工手段。 一、电子束焊接的特征 由于高能量密度的电子束流集中作用的结果,使电子束焊接熔池“小孔”形成机理与其他熔化焊有所不同。电子束焊接过程是,高压加速装置形成的高功率电子束流,通过磁透镜会聚,得到很小的焦点(其功率密度可达104~109W/cm2),轰击置于真空或非真空的焊件时,电子的动能迅速转变为热能,熔化金属,实现金属焊接的目的。电子束焊接的特点可概括如下: (1)电子束斑点直径小,加热功率密度大,焊接速度快,热影响区小; (2)可获得深宽比大的焊缝,焊接厚件时可以不开坡口一次成形; (3)多数构件是在真空条件下焊接,焊缝纯洁度高; (4)规范参数易于调节,工艺适应性强; (5)适于焊接多种金属材料; (6)焊接热输入低,焊接热变形小。 但是电子束焊接方法也有一些不足,如: (1)电子束焊机结构复杂,控制设备精度高,所需费用高; (2)焊接前对接头加工、装配要求严格,以保证接头位置准确、间隙小而且均匀; (3)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,每次装卸工件要求重新抽真空; (4)冷却过程中快速凝固,引起焊接缺陷,如气孔、焊接脆性等; (5)电子束易受杂散电磁场的干扰,影响焊接质量; (6)电子束焊接时产生的X射线需要严加防护,以保证操作人员的健康和安全。 二、电子束焊接的分类 1、根据焊件所处真空度的差异可分为: (1)高真空电子束焊接(真空度为10-4～10-1Pa):该方法电子散射小,作用在工件上的功率密度高,穿透深度大,焊缝深 宽比大,适宜于活性金属、难熔金属及质量要求高的工件焊接,应用最为广泛。
电子束焊接机——详细资料
电子束焊接是一种利用电子束作为热源地焊接工艺.电子束发生器中地阴极加热到一定地温度时逸出电子，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地电子束，当电子束轰击焊接表面时，电子地动能大部分转变为热能，使焊接件地结合处地金属熔融，当焊件移动时，在焊件结合处形成一条连续地焊缝.对于真空电子束焊机，要焊接地工件置于真空室中，一般装夹在可直线移动或旋转地工作台上.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地焊缝质量，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，取得了很大地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年代，至今已研制生产出不同类型和功能地电子束焊机上百台，并形成了一支研制生产地技术队伍，能为国内市场提供小功率地电子束焊机. 近年来，出现了关键部件（电子枪，高压电源等）引进、其它部件国内配套地引进方式，这种方式地优点是：设备既保持了较高地技术水平，又能大大降低成本，同时还能对用户提供较完善地售后服务.北京航空工艺研究所以此方式为某航空厂实施设备地总体设计和总成，实现了某重要构件地真空电子束焊接；桂林电器科学研究所也通过这种方式开发了()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、束流～、电子束功率，带材运行速度～，从而使我国挤身于世界上能生产这种生产线地几个国家之一.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，内可完成两条端面圆焊缝地焊接，并已投入商业化生产. 目前，以科学院电工所地系列为代表地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地主要市场份额；我国地中小功率电子束焊机已接近或赶上国外同类产品地先进水平，而价格仅为国外同类产品地左右，有明显地性能价格比优势. 在机理及工艺研究上，北京航空工艺研究所、北京航空航天大学、天津大学、上海交通大学、西北工业大学、中国科学电工所、桂林电器科学研究所、西安航空发动机公司、航天材料及工艺研究所、哈尔滨焊接研究所开展地工作涉及熔池小孔动力学、电子束钎焊、接头疲劳裂纹扩展行为、接头残余应力、填丝焊接、局部真空焊接时地焊缝轨迹示教等. 电子束焊接技术地优点是：焊缝质量好、穿透深度深；热源稳定性、易控制适用于大批量生产，可作为最后加工工序或仅留精加工余量.目前电子束焊接铝合金厚度可达，焊缝深宽可达比. 真空电子束焊接具有以下特点： )电子束能量密度高、一般可达,是普通电弧焊和氩弧焊地万倍.因此可实现焊缝深而窄地焊接，深宽比大于. )电子束焊接，其焊缝化学成份纯净, 焊接接头强度高、质量好.
真空电子束焊接技术应用研究现状 苑文广
真空电子束焊接技术应用研究现状苑文广 发表时间：2018-08-09T09:58:50.813Z 来源：《电力设备》2018年第12期作者：苑文广 [导读] 摘要：电子束焊接(ElectronBeamWelding,EBW)是利用热发射或场发射阴极来产生电子，并在阴极和阳极间的高压(25~300kV)电场作用下加速到很高的速度(0.3c~0.7c)，经一级或二级磁透镜聚焦后，形成密集的高速电子流，当其撞击工件表面时，高速运动的电子与工件内部原子或分子相互作用，在介质原子的电离与激发作用下，将电子的动能转化为试件的内能，使被轰击工件迅速升温、熔化并汽化， （中国电子科技集团公司第四十九研究所黑龙江哈尔滨 150001） 摘要：电子束焊接(ElectronBeamWelding,EBW)是利用热发射或场发射阴极来产生电子，并在阴极和阳极间的高压(25~300kV)电场作用下加速到很高的速度(0.3c~0.7c)，经一级或二级磁透镜聚焦后，形成密集的高速电子流，当其撞击工件表面时，高速运动的电子与工件内部原子或分子相互作用，在介质原子的电离与激发作用下，将电子的动能转化为试件的内能，使被轰击工件迅速升温、熔化并汽化，从而达到焊接的目的。真空电子束焊接借助于独特的传热机制以及纯净的焊接环境，使之与其他的熔化焊方法相比具有热输入量低、焊接变形小、能量密度大、穿透能力强、焊缝深宽比大、焊缝纯洁度高、工艺适应性强、重复性和再现性好等特点，在航空航天、微纳制造、生物医学等诸多工程领域有着广泛的应用。 关键词：真空电子束；焊接技术；应用 1铝合金电子束焊接 电子束焊接方法对铝合金的焊接具有独特的适应性，特别是中厚板铝合金的焊接，电子束焊接具有明显的优势。焊接方法自熔焊发展出了扫描焊、偏束焊以及多池焊等电子束焊接方法。厚板铝合金焊接存在困难，有学者研究了加速电压、工作距离和焊接速度对焊缝深宽比和金相组织的影响。采用加速电压为60kV，电子束流为120mA，焊接速度为800mm/min等工艺参数，对20mm厚7A52铝合金进行焊接，可得到良好的焊缝成形。铝/钢异种材料焊接性较差，添加Ag中间层可实现铝/钢的电子束焊接。接头中在银中间层和铝合金界面处会存在一个由Ag2Al和铝的共晶物组成的过渡层，过渡层的厚度随着偏向银的距离的增加而减小。当偏束距离较大时，接头中会存在两个分别由FeAl和FeAl3组成的金属间化合物层。接头最大抗拉强度为193MPa。铝合金焊接的主要缺陷为气孔和裂纹，铝合金焊接的气孔来源有主要有两个：一个是氢气孔，一个是Mg,Al2O3和MgO氧化膜的部分汽化形成的气孔，其中后者的影响较大。采用较大的电子束斑、较低的焊接速度和复杂的扫描波形可以消除接头的气孔缺陷。彻底清除氧化膜、实施焊后重熔均可有效减少焊缝气孔的产生，焊后重熔和增加搅拌同样对焊缝内的根部缩孔有一定的改善作用。对电子束扫描焊接参数（扫描图形、扫描频率、聚焦、焊接速度）对气孔率的影响进行研究，结果表明采用圆形扫描、高扫描频率、较小焊接速度等参数，可显著降低气孔率。铝合金电子束焊接头中的裂纹为结晶裂纹，增加电子束流搅拌以减少成分偏析，细化组织可减少裂纹的产生。哈尔滨工业大学对25mm厚2A12铝合金电子束对接焊进行研究，发现直接焊时焊缝中存在较多气孔，而采用扫描焊接等方式，可以显著降低焊缝中的气孔数量。利用数值模拟技术可以计算出铝合金电子束焊接过程中瞬态流场分布，进而可以从理论上解释匙孔的形成过程及气孔和钉尖缺陷的产生机理。在较大的束流下，熔池的不稳定性增加，匙孔底部会形成蒸汽空腔，冷却时液态金属来不及填充，最终形成钉尖缺陷。哈尔滨工业大学对电子束焊接时匙孔穿透过程进行了研究，计算结果表明，匙孔并非一下形成，而是存在一个热量积累过程。电子束焊接起始阶段大部分能量用以熔化金属，熔池表面在表面张力及Marangoni 剪切力共同作用下微微凹陷。当熔池温度超过材料沸点2730K时，液态金属发生强烈蒸发，从而对熔池液态金属产生较大的金属蒸汽反作用力，伴随着金属汽化损失及金属蒸汽反作用力同时作用，使匙孔不断深穿，最终形成穿透型匙孔。 2铜及铜合金电子束焊接 铜及铜合金同种材料电子束焊接在国内外的研究较少，而铜/钢及铜/钛的电子束焊接研究较多。铜和钢虽然不会产生金属间化合物，但其物化性能差异较大，焊接存在困难，特别是铜与奥氏体不锈钢焊接，接头中的渗透裂纹很难避免。铜和钛焊接时焊缝中会生成较多的金属间化合物，严重降低了接头的力学性能。采用偏束焊的方式可以有效减少焊缝中的缺陷，获得良好的焊接接头，接头的抗拉强度高达250MPa，接近铜母材的抗拉强度。采用扫描焊接的方法也可获得性能较好的铜/钢电子束焊接接头，并且电子束扫描焊接对接头冲击强度和伸长率的提高具有很大的帮助。当扫描路径为圆形，扫描幅值为1mm时接头性能最佳，相比于直接焊接，室温力学性能相差不大，但是400℃时，伸长率提升100%，冲击强度提升67%。由于铜/钢电子束直接焊接存在元素烧损问题，表面下塌较为严重，采用电子束填丝焊接可以有效解决表面下塌缺陷，获得成形和性能均较好的铜/钢电子束焊接接头。利用大束流(395mA)、小电压(15kV)的方式可实现大厚度(25mm)铜/钢异种材料的电子束焊接，焊缝中无气孔和裂纹等缺陷，但焊缝内部组织很不均匀。铜/钛电子束焊接时，电子束斑点偏向铜侧可以提高接头的抗拉强度，此时焊缝包括熔合区及TC4侧反应层两部分。熔合区主要由铜基固溶体组成，硬度较TC4母材有所降低；反应层成分过渡较大，含有多种金属间化合物相。利用二次毗邻电子束焊接方法，也可实现铜/钛异种金属的有效连接，接头的最高抗拉强度高达Cu母材的89%。该方法的原理是第一次电子束偏置焊接形成熔钎焊接头，然后第二次在另一侧母材进行焊接，通过热传导的作用使第一次熔钎焊形成的IMCs层低熔点组分重熔，金属间化合物减少，从而提高接头的抗拉强度。 3难熔金属电子束焊接 3.1钨及钨合金 钨的熔点为3410℃，是熔点最高的难熔金属。由于钨的熔点较高，焊接时需要较高的热输入，焊缝氧化严重。对于钨/钨同种材料的焊接，钨母材被电子束熔化后，由于钨的导热性能较好，熔池在很短的时间内凝固，熔池存在时间很短，最终会导致焊缝的孔隙较高。钨焊接时需要进行焊前预热，焊后也需要消应力处理。采用扫描方式焊接，有助于细化晶粒，最终使焊缝性能提高。由于电子束的真空环境，所以利用电子束焊接钨时孔隙问题相比于其他焊接方式会稍有降低，但焊接接头依然存在脆性大、孔隙率高等问题。钨和其他材料焊接时由于材料热物理性能的差异，需采用偏束焊来实现有效的连接。钨/铜异种材料焊接时，电子束向钨侧偏移0.2mm，采用低速焊接，可以形成有效熔池。拉伸结果表明断裂发生与钨侧热影响区，表明Cu的加入会使焊缝的性能提高。钨/铜焊接时也可采用偏铜焊接，形成熔钎焊接头。 3.2钽及钽合金 钽具有较好的耐腐蚀性，较高的高温强度和特殊的介电性能等优异的性能，在热交换器、热偶套管、穿甲弹中起到关键作用。纯钽的焊接性好，但由于自然界中钽的含量较少，如果单独使用钽材料，会大大提高成本，目前解决办法是将钽和其他金属材料连接，在保证使用性能的条件下尽量减少钽的使用量。哈尔滨工业大学利用电子束焊接方法，采用锁底结构焊接0.5mm厚钽薄片和1mm厚1Cr18Ni9Ti不锈
电子束加工的研究现状及其发展趋势
电子束加工的研究现状及其发展趋势 电子经过汇集成束。具有高能量密度。它是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压（25-300kV）加速电场作用下被加速至很高的速度（0.3-0.7倍光速），经透镜会聚作用后，形成密集的高速电子流。.电子束焊是用会聚的高速电子流轰击工件，将电子束动能直接转化为热能，实现焊接。电子束焊正因为它的高能量密度，焊接速度快，加热范围窄， 热影响区小，加热冷却速度极快等优点而受到越来越广泛的应用。由于电子束加热过程贯穿整个焊接过程的始终，一切焊接物理化学过程都是在热过程中发生和发展的。焊接温度场决定了焊接应力场和应变场，还与冶金、结晶、相变过程密不可分，使之成为影响焊接质量和生产率的主要因素。因此，有必要对电子束焊温度场进行研究，这也是进行焊接冶金分析、应力应变分析与对焊接过程进行控制的基础。 电子束焊接作为一种高能束加工方法，在生产应用中具有重要地位。电子束焊温度场决定了焊接应力场和应变场，是影响焊接质量和生产率的主要因素。介绍了电子束焊温度场模型，在分析了点热源、线热源模型的基础上，指出点热源模型仍是研宄焊接温度场的基础，同时介绍了其它几种考虑电子束小孔效应的温度场模型。讨论了计算温度场的热源模式，给出以高斯函数分布和双椭圆体能量密度分布的两种热源模式。列举了热物理参数、相变潜热、熔池流动等影响温度场的因素。认为基于解析解法的复杂性和计算机的飞速发展，数值解法将在温度场研宄中发挥更加重要的作用。电子束焊温度场模型对于焊接热过程的研究早在40年代就已经开始。Rosenthal分析了移动热源在固体中的热传导。之后，苏联的雷卡林又进行大量的工作。建立了如下的数学物理模型： （1)热源集中于一点、一线或一面； （2)材料无论在何温度下都是固体，无相变； （3材料热物性参数不随温度变化； （4焊接物体的几何尺寸是无限的。 然而这些都是系统性的论述我们应该在此基础上论述此技术在某些领域的应用，及其原理方法首先电子束焊热源模式焊接热过程的准确性在很大程度上依赖于建立合理的热输入模式。在高能束焊中用于预测温度场的最广泛的模型是点热源和线源模型，尤其是点源模型是迄今为止焊接温度场分析的基础。但是电子束焊作为一种高能束焊与普通电弧焊有明显的不同。电子束焊中束孔的形成，使得焊接加热方式发生了很大的变化。其主要的的公式原理来源： 高斯分布热源模型 高斯函数的热流分布是一种比点热源更切实际的热源分部函数，应用广泛，它将热源按高斯函数在一定范围内分布，以往建立的许多温度场模型中都采用了高斯分布这种热源分布模式，其函数为[8]:q(r) = 3Q exp (—3r2/a2)Kaa)式中，（r)为半径r处的表面热流；为热流分布函数；Q为能量功率；r为距热源中心的距离。电子束功率并非总是满足高斯模式，有些研究者在高斯模式基础上对其加以改进，增加电子束斑点加热中心区的比热流，相应改变加热边缘的比热流，同时保持热源输入的总能量与高斯模式相同。 随着世界制造业的快速发展，焊接技术应用越来越广泛，焊接技术水平也越来越高在飞机制造领域，作为下一代飞机制造的主要连接方法，先进焊接技术替代铆接技术已经成为了趋势电子束焊接主要用于变速箱齿轮、行星齿轮框架、
激光焊接技术应用及发展趋势
激光焊接技术应用及其发展趋势 摘要：本文论述了激光焊接工艺的特点、激光焊接在汽车工业、微电子工业、生物医学等领域的应用以及研究现状，激光焊接的智能化控制，论述激光焊接需进一步研究与探讨的问题。关键词：激光焊接；混合焊接；焊接装置；应用领域 引言 激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，随着高功率CO2和高功率的Y AG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。目前的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各种金属材料时的理论，包括激光诱发的等离子体的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等，并对镍基耐热合金、铝合金及镁合金的焊接性，焊接现象建模与数值模拟，钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接，激光接头性能评价等方面做了一定的研究。 一、激光焊接的质量与特点 激光焊接原理：激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。图1显示在不同的辐射功率密度下熔化过程的演变阶段[2]，激光焊接的机理有两种： 1、热传导焊接 当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。 2、激光深熔焊 当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿人更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。 这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择，通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机理。这两种方式最基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变，即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成，然后再转变为小孔方式。 1、激光焊接的焊缝形状 对于大功率深熔焊由于在焊缝熔池处的熔化金属，由于材料的瞬时汽化而形成深穿型的圆孔空腔，随着激光束与工件的相对运动使小孔周边金属不断熔化、流动、封闭、凝固而形成连续焊缝，其焊缝形状深而窄，即具有较大的熔深熔宽比，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：l，最高可达10：1。图2显示四种焊法在316不锈钢及DUCOLW30钢上的焊缝截面形
国内外电子束焊接技术研究现状
国内外电子束焊接技术研究现状 摘要综述了电子束焊接技术的国内外研究发展动态。简述了电子束焊接基本原理及国内外研究者已取得的部分研究成果,并展望了异种材料电子束焊接技术的研究方向。 关键词电子束焊接 0引言 随着全球工业化步伐的加快及现代科学技术的突飞猛进,焊接这门古老而现代的技术也在不断地完善和发展,可以说焊接已在现代的生产生活中占有极为重要的地位。近代焊接技术,自1882 年出现碳弧焊开始,迄今已经历了100 多年的发展历程,为了适应工业发展及技术进步的需要,先后产生了埋弧焊、电阻焊、电渣焊及各种气体保护焊等一系列新的焊接方法。进入20 世纪60 年代后,随着焊接新能源的开发和焊接新工艺的研究,等离子弧切割与焊接、真空电子束焊接及激光焊接等高能束技术也陆续应用到各工业部门,使焊接技术达到了一个新的水平。特别是近年来,航空、航天、原子能等尖端工业的发展需求,不断提出了具有特殊性能材料的焊接问题,如高强钢、超高强钢、特种耐热耐腐蚀钢、高强不锈钢、特种合金及金属间化合物、复合材料、难熔金属及异种材料焊接问题。而电子束焊接技术以其与其它熔化焊相比独具的功率密度大、深宽比大、焊接区变形小、能耗低、易于控制实现自动化等优点,在航空、航天及原子能工业和其它军用、民用制造业中得到了高度重视及应用发展。为此,较系统、全面地了解当今电子束焊接技术的国内外的研究发展现状,以及电子束焊接技术及相关工艺应用的成果,对于电子束焊接技术领域研究发展方向的准确把握及其开展进一步研究工作有着极大的指导意义。 1 电子束焊接方法 电子束焊接( EBW) 是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压(25～300 kV) 加速电场作用下被拉出,并加速到很高的速度(0. 3～0. 7 倍光速) ,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时,其动能转换为热能,使材料迅速熔化而达到焊接的目的,见图1 。
电子束加工技术及其应用
广东白云学院 先进制造技术论文 题目：电子束加工技术及其应用 专业：机械设计制造及其自动化（数控方向） 班级： 07数控本科 姓名：林华英 学号： 0701012229
摘要 (1) 引言 (1) 一.电子束技术在国内外的发展现状 (1) 多轴控制的基本概念： (2) 二.多轴控制特点 (2) 1、 5轴控制加工中心的加工特点： (2) 2、 6轴控制加工中心的加工特点： (3) 3、 6轴控制特点如下： (3) 三.发展趋向。 (3) 1、用5轴控制加工的NURBS插补 (3) 2、利用二次曲面头立铣刀作5轴控制加工 (4) 四.结论 (4) 五.参考文献 (4)
摘要 电子束加工技术是近年发展起来的一种先进制造技术,其在材料表面改性、机械加工等方面的应用已受到广泛关注。主要介绍电子束在表面工程、打孔和焊接等方面的应用。 关键词：电子束;加工原理;工业应用 引言 近年来,许多国家对电子束加工原理及方法进行了大量的实验研究,并在工业上得到一定的实际应用,使得该技术得到了飞速发展。本文主要针对电子束加工技术的研究现状和应用进行理论分析和探讨。 发展、 一.电子束技术在国内外的发展现状 1948 年 ,德国物理学家Steigerwald K. H 发明了第一台电子束加工设备 (主要用于焊接) 。1949年 ,德国首次利用电子束在厚度为0. 5mm 的不锈钢板上加工出直径为<0. 2mm 的小孔。从而开辟了电子束在材料加工领域的新天地。1957年法国原子能委员会萨克莱核子研究中心研制成功世界上第一台用于生产的电子束焊接机,其优良的焊接质量引起人们广泛重视。 20世纪60年代初期,人们已经成功地将电子束打孔、铣切、焊接、镀膜和熔炼等工艺技术应用到各工业部门中，促进了尖端技术的发展。微电子学的发展对集成电路元件的集成度要求不断提高,因而对光刻工艺提出了更高的要求，扫描电子束曝光机研制成功，并在20世纪70年代进入市场 ,使得制造掩膜或器件所能达到的最小线宽已小于 0. 5 μm。 近年来，国外对电子束焊接及其他电子束加工技术的研究主要在于以下几个方面：1）完善超高能密度电热源装置；2）掌握电子束品质及与材料的交换行为特性，改进加工工艺技术；3）通过计算机CNC控制提高设备柔性以扩大应用领域。 我国自20世纪60年代初期开始研究电子束加工工艺，经过多年的实践，在该领域也取得了一定成果。大连理工大学三束材料改性国家重点实验室，采用电子束对材料表面进行照射，研究其对材料表面的改性。郝胜志等以纯铝材为基础研究材料，深入研究不同参数的脉冲电子束轰击处理对试样显微结构和力学性能的影响规律，进而获得强流脉冲电子束表面改性的一些微观物理机制，通过载能电子与固体表面的相互作用过程，建立较为合理的实际加工中的物理模型，利用二维模型数值计算方法模拟计算试样
电子束焊接与激光焊接的比较
电子束焊接与激光焊接的比较 一、前言 电子束技术起源于20世纪50年代，10年后激光器诞生，激光加工技术的研究与应用随即展开。电子束与激光加工的应用领域大体相同，这是因为他们同属于高能密度束流加工技术，其能量密度在同一段数量级，远高于其他热源。同时，他们与材料的作用原理也极其相近。 二、电子束与激光加工的原理 电子束加工（electron beam machining，EBM）是在真空条件下，利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦后能量密度为106～109W/cm2的极细束流，高速（光速的60%~70%）冲击到工件表面，并在极短的时间内，将电子的动能大部分转换为热能，形成“小孔”效应，使工件被冲击部位的材料达到几千摄氏度，致使材料局部熔化或蒸发，达到焊接目的。激光器利用原子受激辐射的原理，使物质受激而产生波长均一，方向一致和强度非常高的光束。通过光学系统将激光束聚焦成尺寸与光波波长相近的极小光斑，其功率密度可达105～1011W/cm2，温度可达一万摄氏度，将材料在瞬间熔化和蒸发。 激光焊接分为热导焊和深熔焊，在深熔焊中，巨大的能量同样可以形成“小孔”效应，并随着工件的移动，“小孔”身后的材料迅速冷却凝固成为焊缝。 与传统焊接技术比较，激光焊接与电子束焊接都具有更多优异的特性。能量密度高（大于105W/cm2）； 焊接速度高（一般可以达到5~10米/分钟）； 热影响区窄（仅为焊缝宽度的10%~20%）； 热流输入少、工件变形小； 易实现自动控制、可在线检测焊缝质量； 非接触加工、无后续加工。 三、电子束与激光焊的性能比较 至今，电子束焊经过不断发展已经成为一种成熟的加工技术，无论是汽车制造，还是航空航天，都起着举足轻重的作用。而40多年来，激光加工已从实验室走向了实用化阶段，并进入了原来由电子束加工的各个领域，大有取代电子束加工的势头。但实践证明，激光和电子束作为高能量密度热源，除了具有很多相同技术特点外，在技术和经济性能上，针对不同的应用场合，仍有各自不同的特点。 焊接工艺精度变形热影响焊缝质量深宽比使用条件 电子束焊精密小小好 20:1 需要真空 激光焊精密小很小好 10:1 可选保护气体 电子束焊接的优点是相当突出的： 电子束的能量转换效率非常高（80%~90%），可以研制出很高功率的大
电子束焊接技术的发展和研究现状
电子束焊接技术的发展和研究现状 任新凯 研究生学院5班20090507 摘要：本文简要介绍了电子束焊接这种先进的连接技术，包括电子束焊接的概念、技术特点和分类等，概述了电子束焊接技术的发展历程。简要介绍了这种新技术的国内外发展现状、研究现状和应用情况，重点介绍了我国大飞机生产的可行性和研究现状，指出它在异种材料连接的优势和发展方向。 关键词：电子束焊接技术；研究发展现状；应用；大飞机；异种材料连接 一，前言 焊接是将同种或不同材质、通过加热或加压或同时加压又加热，达到原子间结合而形成永久连接的工艺。下面简单介绍几种重要的现代焊接方法。 1957年美国的盖奇发明等离子弧焊；40年代德国和法国发明的电子束焊，也在50年代得到实用和进一步发展；60年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现，标志着高能量密度熔焊的新发展，大大改善了材料的焊接性，使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接[1]。 在工业生产中得到实际应用的高能束焊接方法有等离子弧焊、电子束焊和激光束焊。这些焊接方法的共同特点是热源的能量密度高，可以一次行程穿透较厚的接头而无需预制坡口，简化了制造工艺，而且束流的中心温度相当高，足以熔化任何金属材料，因此具有较高的经济价值，工业应用的前景广阔[1]。下面仅对电子束焊做一下介绍。 二，电子束焊接技术简介 电子束焊接(EBW)是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压(25～300kV) 加速电场作用下被拉出，并加速到很高的速度(0.3～0.7倍光速)，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时，其动能转换为热能，使材料迅速熔化而达到焊接的目的[2]。 2.1 电子束焊接技术特点[2] 第一，电子束焊接能量密度很高，对于任何材料，包括高熔点钨、钼等材料，其焊缝都能快速熔化。一般靠零件自身材料熔接而成。 第二，电子束焊接在真空中进行，可防止材料氧化及其它有害气体侵入。
电子束焊接发展现状
电子束焊接发展现状 姓名：马新蕊学号：516116002152 随着航空航天、核能、微电子等行业的快速发展，加强了对高韧性、高硬度的铝合金及其他耐高温金属材料和复合材料的需求，这对焊接工艺提出了更高的要求。电子束焊接技术是一种新型的焊接工艺，与传统的焊接技术相比，具有稳定性高、焊缝窄等特点，各国对电子束焊接技术的研究也取得了一定进展。 电子束焊接是指在焊接过程中，经过电子枪产生，在电子光学系统和高压加速共同融合后产生了功率密度较高的电子束，电子束撞击到工件面上后，就能将电子的部分动能转换为热能，促使金融的熔化。熔化后的金属在高压金属蒸汽的作用下被排开，电子束趁机继续撞击固态金属，并在被焊接的工件上钻出一个锁性小孔，液体金属包围小孔周围。然后，在工件和电子束的相对移动作用下，液体金属会沿着小孔周围向熔池后部流动，经过冷却和凝固后形成焊缝。 1948 年西德物理学家 K.H.Steigerwald 首次提出了电子束焊接的设想，这是电子束焊接的起源 [1]。随后法国 J.A.Stohr 博士于 1954 年成功的对核反应堆燃料包壳进行焊接，象征着电子束焊接金属的成功，三年后在法国巴黎召开的“国际原子能燃料元件技术大会” 上第一次公布了电子束焊接技术，标准者电子束焊接作为一种新型焊接技术的诞生。之后世界各国，如美国、前苏联、日本、英国等国都开始对电子束焊接技术进行研究，我国直至上世纪 60 年代，才开始着手研究电子束焊接技术。 国外乃至全球电子焊接技术较为发展的国家是德国、美国、日本等。在工业中应用较为广泛的电子束焊接设备功率要＜ 150kW，加速电压＜ 200kV，一次可焊接最大厚度的铝合金为 50mm，钢板为300mm。 目前，国外在电子束焊接设备的研发中具有代表性的国家有德国（PTR 精密技术有限公司）、法国（TECH-META 公司）以及乌克兰( 巴顿电焊研究所 )。其中乌克兰巴顿研究所生产的高压电子束焊机有着稳定的性能和成熟的技术，早在前苏联的航空宇航焊接试验中就得到了成功的实践。日本研发了一种功率在300KW，加速电压在 600kV等超高压电子束焊机，这中焊机能一次性焊接 200mm 厚度的不锈钢，深度比为 70:1。近年来，日、德等国研究了双枪和填丝电子焊机技术，法国成功研制出了三金属薄带材的电子束焊机。 我国最早开始研究电子束焊接技术的组织和单位是北京航空研究所、中科院沈阳金属研究所以及广西桂林电气科学研究所，目前已经研制出了近百台不同类型和功能的电子束焊机。我国成功研制的第一台电子束焊机是 GDH-15 型高压电子束焊机，主要用于航空动力机械制造，其功率为 15kW，加速电压为 150kV。我国第一台自主设计和制造的高压电子枪、大型真空室高压电子束焊机是北京航空工艺研究所于 1992 年研制的。近年来，我国有关电子束焊机研究的文献主要集中在焊接冶金及穿透机理、焊接技术的应用、优化焊接参数等，与国外发达国家相比还存在一定差距，需要继续探索和实践 随着科学技术的快速发展，电子束焊接技术也将呈现代化、科技化发展，其研究的主要方向体现在以下几点。首先，要开拓解决制约新材料和结构应用的有效途径。在研究和开发新材料的电子束焊接技术时，要从焊接科技和材料研制两方面入手。材料研制上，材料的性能与焊接性能往往是一对难以协调的矛盾，新
电子束焊接技术的应用
机械工艺师∞００．１０５１电子束焊接技术的应用 口尹夕兵 近几年，我厂开发出日本五十铃系列ＭＳＡ、ＭＳＢ数种汽车变速器及ＴＣＭ叉车变速器，其产品的技术水平在国内处于领先地位。在齿轴零件的制造过程中，有些零件考虑其结构及加工工艺性，大胆采用了国内先进的电子柬焊接技术，应用效果较为显著，既提高了产品质量，又降低了生产成本。 一、设备概况 １．我厂现采用的电子束焊机是北京中科电气高技术公司生产的低真空齿轮焊接专用设备，型号为ＥＢＷ－－－４ＧＣ，焊接具有可靠的自动运行程序系统，操作方便、焊缝质量优良、重复精度高。 ２．设备的电子束加工原理，是由灼热阴极所发射的电子流在阴、阳极高压作用下加速，经过磁透镜汇聚到工件上，并冲击工件，将动能转化为热能。在功率密度高达１盯一１妒Ｗ／ｍＦ的条件下，使金属快速地加热、熔化完成焊接加工。 ３．加工特点 １）因为电子束的能量密度高，在加速高压作用下，电子被加速至１／２—１／３倍光速。使被轰击的工件焊缝处温度瞬间可达ｌＯ＇℃以上，几乎可熔化各种金属如黑色、有色、耐熔、活性金属及其合金，实现其焊接的目的。 ２）热影响区域小，焊缝的深宽比可达５０：ｌ，焊接变形较小（能量集中，产生高温时间短），当焊缝深度为３．４ｍｍ时，变形可控制在０．０１。０．０２ｒａｍ，可实施精加工后的焊接，即焊接后无需再进行加工。 ３）由于焊接过程是在真空中进行，排除了大气中的有害气体（如氢、氧等）的影响，焊接缺陷少。 ４）由于电子束能量密度高，焊接速度可以很高，生产率水平较高可达６０件／ｄ，时。 ５）焊接完成后可采用着色探伤或采用超声波探伤仪进行探伤检查，我厂现采用ｕＦ眦Ａ型智能超声波齿轮焊缝探伤机。 二、影响焊接质量的因素 １．材料的可焊性 根据钢的化学成份与焊接热影响区淬硬性的关系，把钢中的合金元素（包括Ｃ）的含量，按其作用折算成碳当量作为粗略地评定钢材焊接性的一种参考指 标。碳当量计算公式如下： ｎｎ．Ｍｎ．Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ．Ｎｉ＋Ｃｕ Ｌ冒２。＋百＋——『＿＋—话一 当岛≥０．３５时，可焊性较差。因为碳当量越高，淬硬性越大，形成马氏体焊接时极易产生裂纹，导致焊接无效。 ２．电子束焊缝处不需开坡口也不需大的倒角，且焊缝与凸起边缘应保持有０．７—１．５ｍｍ的距离。避免边缘被电子柬熔化，使工件报废。 ３．焊缝处配合间隙选用过渡配合Ｈ６，ｒ６或ＨＳ／ｒ７，以最大间隙≤０．０３ａｒｅａ，最大过盈≤０．０３Ⅻ为宜。焊后变形要求高时，应选择过盈较为合适。?４．压嵌深度相等，保持被焊面平整，以防焊偏或焊深减少。 ５．焊接夹具的定位及焊件与夹具的配合精度应合适。主要目的在于保证电子束准确地打在焊缝上。 ６．焊接前应进行清洗，需去除焊接表面的油污、杂屑等，而后进行烘干，并在６ｈ内实施焊接。 三、电子束焊接土艺实例 １．３ｔ液力叉车输入轴总成零件的加工 该零件系叉车变速器中较为复杂的零件之一，从工艺上分析其最大直径≠１３８与最小直径处≯３０差值很大，台阶长度较长，并且具有Ｉ／，１２６空腔。从材料利用或从毛坯锻造角度出发，不宜采用整体设计，否则，既浪费材料，又浪费机加工工时；另外输入轴外圆上多环形槽，且轴体一端有细长深孔，另一端又有渐开线花键内齿，离台器壳内腔壁薄，两端均有８等分槽，不宜采用整体设计，否则将造成机加工困难，甚至影响加工质量（见图１）。焊接部分进行防渗处理，输Ａ轴热处 图２翰Ａ轴总虞
电子束加工的发展与应用
电子束加工的发展与应用 摘要；电子束加工技术是近年发展起来的一种先进制造技术。利用高能量的会聚电子束的热效应或电离效应对材料进行的加工。电子束加工它在精密微细方面，尤其是在微电子学领域中得到较多的应用机械加工等方面的应用已受到广泛关注。主要介绍电子束的原理，发展与应用。 关键词：电子束电离效应材料加工 0 引言 电子束加工利用电子束的热效应可以对材料进行表面热处理、焊接、刻蚀、钻孔、熔炼，或直接使材料升华。电子束加工的特点是功率密度大，能在瞬间将能量传给工件，而且电子束的能量和位置可以用电磁场精确和迅速地调节，实现计算机控制。所以电子束加工应用方面非常广泛，是一种不可或缺的加工方法。 1 电子束加工的原理 1.1电子束原理 电子束是在真空条件下，利用聚焦后能量极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化，被真空系统抽走。电子束加工的基本原理是：在真空中从灼热的灯丝阴极发射出的电子，在高电压作用下被加速到很高的速度，通过电磁透镜会聚成一束高功率密度的电子束。当冲击到工件时，电子束的动能立即转变成为热能，产生出极高的温度，足以使任何材料瞬时熔化、气化，从而可进行焊接、穿孔、刻槽和切割等加工。由于电子束和气体分子碰撞时会产生能量损失和散射，因此，加工一般在真空中进行。电子束加工是以高能电子束流作为热源,对工件或材料实施特殊的加工,是一种完全不同于传统机械加工的新工艺。 2 电子束加工的发展 2.1电子束世界发展 电子束加工技术起源于德国。德国物理学家1948年发明了第一台电子束加工设备(主要用于焊、接)．1949年,德国首次利用电子束在厚度为0.5mm的不锈钢板上加工出直径为小于0.2mm的小孔。从而开辟了电子束在材料加工领域的新天地。1957年法国原子能委员会萨克莱核子研究中心研制成功世界上第一台用于生产的电子束焊接机,其优良的焊接质量引起人们广泛重视。20世纪60年代初期,人们已经成功地将电子束打孔、铣切、焊接、镀膜和熔炼等工艺技术应用到各工业部门中,促进了尖端技术的发展。微电子学的发展对集成电路元件的集成度要求不断提高,因而对光刻工艺提出了更高的要求,扫描电子束曝光机研制成功。经过几十年的发展，目前全世界已有几千台设备在核工、业，航空宇航工业及重型机械等工业部门应用。世界上电子束加工技术较先进的国家是德国、日母、美国、独联体以及法国等。 2.2 电子束我国发展 我国自20世纪60年代初期开始研究电子束加工工艺,经过多年的实践,在该领域也取得了一定成果。大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,采用电子束对材料表面进行照射,研究其对材料表面的改性。郝胜志等以纯铝材为基础研究材料,深入研究不同参数的脉冲电子束轰击处理对试样显微结构和力学性能的影响规律,进而获得强流脉冲电子束表面改性的一些微观物理机制,通过载能电子与固体表面的相互作