焊接高级技师培训教材(电子束焊)

焊接技师培训教材〔电子束焊〕焊接技师培训教材〔电子束焊〕张明录一二三四五目录电子束焊电子束焊概述焊的焊电子束接设备电子束焊的焊接参数常用资料的电子束焊电子束焊的平安防护概念电子束焊是利用聚焦的高速电子束，轰击置于真空或非真空中的焊件接缝所产生的热能进展焊接的方法。

第一节电子束焊概述电子是物质的一种根本粒子，通常情况下他们围绕原子核高速运转。当给电子一定的能量，他们能脱离轨道跃迁出来。加热一个阴极，使得其释放并构成自在电子云，当电压加大到30到200kv时，电子将被加速，并向阳极运动。一.电子束焊的原理第一节电子束焊概述热阴极〔或灯丝〕发射的电子，在真空中被高压静电场加速，经磁透镜产生的电磁场聚集胜利率密度高达1.5×10(瓦／厘米(的电子束(束径为0.25～1毫米),轰击到工件外表上,释放的动能转变为热能,熔化金属，焊出既深又窄的焊缝〔深／宽比可达10:1～30:1〕，焊接速度可达125～200米/时,工件的热影响区和变形量都很小。如下图：一.电子束焊的原理第一节电子束焊概述一.电子束焊的原理第一节电子束焊概述电子束焊原理图电子束的焊接任务室普通处于高真空形状，真空任务室为焊接发明高纯真的环境，因此不需求维护气体就能获得无氧化、无气孔和无夹渣的优质焊接接头。随着任务室气压的添加，电子束散焦程度增大，焊缝的深／宽比减小。一.电子束焊的原理第一节电子束焊概述(1)功率密度高电子束焊常用的加速电压为30~150kV，电子束电流为20~1000mA，聚焦后的电子束焦点直径约为0.1~1mm，所以，电子束的功率密度可达104~109W/cm2。1.电子束焊的优点二.电子束焊的特点第一节电子束焊概述(2)快速、准确地控制经过电场、磁场可对电子束作快速、准确的控制，而激光只能经过透镜和反射镜控制，速度较电子束慢。

(3)穿透才干强电子束斑点尺寸极小，功率密度大，穿透才干强，焊缝深宽比(深度与宽度比)达50∶1，可一次焊透的不锈钢。二.电子束焊的特点第一节电子束焊概述二.电子束焊的特点第一节电子束焊概述深宽比通常在50：1(4)焊接速度快电子束焊能量集中，熔化速度快，普通焊接速度在1000mm/min以上。

(5)焊件变形小电子束焊时，功率密度大，焊缝自上到下宽度均匀，称为“平行焊缝〞。(6)焊缝性能好电子束焊时，高温作用时间短，合金元素烧损少，能防止焊接接头晶粒长大，使焊接接头力学性能好，焊缝抗腐蚀性能高。二.电子束焊的特点第一节电子束焊概述(7)焊接金属质量高在真空环境中焊接，不仅可以防止熔化金属遭到氢、氧、氮等有害气体的污染，而且还有利于焊缝金属的除气和净化。(8)电子束容易受控焊接参数易于准确调理，经过控制电子束的偏移，可以实现对复杂焊缝的自动焊接，在焊接过程中可以经过电子束扫描熔池来消除缺陷，从而提高焊接接头质量。

二.电子束焊的特点第一节电子束焊概述(9)可焊接资料多不仅能焊接金属和异种金属资料的接头，还能焊接非金属资料，如陶瓷、石英玻璃等。

(10)自动化程度高电子束焊焊接参数容易实现机械化、自动化控制，在焊接过程中，反复性、再现性好，确保产质量量的稳定性。

二.电子束焊的特点第一节电子束焊概述1)设备比较复杂，价钱昂贵。2)电子束焊接时，焊件的尺寸常遭到真空室尺寸的限制。

3)焊前对焊件的加工、装配要求比较严厉，预备任务比较仔细。

4)电子束容易受杂散的电磁场的干扰，影响焊接质量。

5)电子束焊接过程中，将产生X射线，需求严加防护，以保证操作人员的安康和平安。2.电子束焊接的缺陷二.电子束焊的特点第一节电子束焊概述1)高压电子束焊(120kV以上)，工业上常用的高压真空电子束焊机的加速电压为150kV，功率普通都小于40kW。

2)中压电子束焊接(60~100kV)，常用的中压真空电子束焊机的加速电压为60kV，功率普通都小于75kW。

3)低压电子束焊(40kV以下)。三.电子束焊的分类第一节电子束焊概述1.按电子束加速电压高低分类(1)高真空电子束焊焊接是在10-4~10-1Pa的压强下进展的，良好的真空条件，可以很好地维护焊缝熔池，防止金属元素的氧化和烧损(2)低真空电子束焊焊接是在10-1~10Pa的压强下进展的，虽然真空度不高，但是，在10-1~10Pa的压强下，束流密度及其相应的功率密度的最大值，与高真空的最大值相差很小。

(3)非真空电子束焊(大气中)本钱低、效率高，在汽车消费线上可延续进展焊接。2.按被焊资料所处环境的真空度分类三.电子束焊的分类第一节电子束焊概述全真空电子束焊接部分真空电子束焊接中功率电子束焊接(30-60KW)小功率电子束焊接(30KW以下)大功率电子束焊接(60KW以上)4.按功率不同分类三.电子束焊的分类第一节电子束焊概述3.按焊件在真空室中位置分类普通电子束焊接脉冲电子束焊接三.电子束焊的分类第一节电子束焊概述5.按照深穿加热特点高压电源及控制系统电子枪真空任务室真空系统任务台和辅助安装目的1额定加速电压120kV，纹波系数<1%，稳定度<1%2额定电子束流50mA，纹波系数＜1%，稳定度＜1%一.焊接设备组成第二节电子束焊的焊接设备1.电子枪特征分类：1〕直热式和间热式2〕定枪式和动枪式3〕二级枪和三极枪一.电子枪第二节电子束焊的焊接设备(2)间接加热式阴极在加热灯丝和阴极之间应加几千伏的电压，使阴极遭到热电子的撞击而升温，这种电极的热惯性大、寿命长、外形稳定。(1)直接加热式阴极加热电流的类型和大小是影响阴极寿命、电子束稳定的主要要素。一.电子枪第二节电子束焊的焊接设备(1)高压电源直流高压电源是用来建立阴极-阳级之间的高压电场，对于保证电子束斑点的质量、参数的稳定、聚焦和偏转等起到很重要的作用。

二.供电电源第二节电子束焊的焊接设备(2)阴极加热电源直热式阴极加热电源应采器具有良好滤波的直流电源，要求不高的公用电子束焊机也可以采用交流电供电。

(3)偏压电源为了使电子束流在允许的范围内稳定，偏压电源及其控制系统应具有良好的调理特性(普通能在100~2000V之间调理)。二.供电电源第二节电子束焊的焊接设备三.真空系统第二节电子束焊的焊接设备,电子束焊真空系统中，用于电子枪和任务室的抽真空。分别以机械泵、油分散泵和涡轮分子泵对应于抽低、中、高真空。四.真空室第二节电子束焊的焊接设备用以提供真空环境及使操作者与电子束隔离，以免受X射线幅射。尺寸及外形取决于焊机用途和焊件外形及尺寸，普通采用矩形或圆柱形，容积由数升到数千立方米。五.运动系统第二节电子束焊的焊接设备运动系统由任务台、转台及夹具组成。目的是使电子束与焊件循焊接道路实行相对(焊件不动，电子枪动，或反之)运动。六.电气控制系统第二节电子束焊的焊接设备电气控制系统目前已大都采用程控技术，焊接过程已可实现全自动化。七.辅助系统第二节电子束焊的焊接设备辅助系统含电子束束斑质量丈量和对焊缝的察看及跟踪两部分。前者直接影响焊接质量，故检测束流焦点位置和束斑质量极为重要。焊缝纯度高工艺参数调理范围广和顺应性强可焊资料多加热功率密度大焊缝熔深熔宽比大焊接速度快和焊缝热物理性能好工艺特点任务间隔聚焦电流加速电压电子束电流焊接速度工艺参数电子束焊工艺、特点第三节电子束焊的焊接参数提高加速电压可添加焊缝的熔深，当焊接厚大件并且要求得到窄而平行的焊缝，或电子枪距焊件较远时，都可以提高加速电压进展焊接。一.加速电压Ua第三节电子束焊的焊接参数1)改动束流，在焊接不同厚度的资料时，可以得到不同的熔深。

2)在厚大件焊接时，由于焊接速度较低，随着焊件温度的添加，焊接电流要逐渐的减小。

3)环缝焊接时，在环缝的起始和收尾处，为了获得良好的搭接质量，要控制束流的递增和递减。二.电子束流Ia第三节电子束焊的焊接参数三.聚焦电流If第三节电子束焊的焊接参数调理聚焦电流的大小，可改动电子束的聚焦形状，从而大大影响焊接熔深及焊缝成型，当聚焦电流过大，电子束焦点定位于焊件的上方时，称为上焦点。电子束焦点定位于焊件的外表时，称为外表焦点〔外表聚焦〕。电子束焦点定位于焊件的外表以下的焊件内部时，称为下焦点〔下聚焦〕。下焦点时焊接熔深最大，上焦点时焊接熔深最小。四.焊接速度vb第三节电子束焊的焊接参数电子束焊的热输入，与焊接功率成正比，与焊接速度成反比。焊接速度与电子束功率一同决议着焊缝的熔深，焊缝的宽度以及被焊资料熔池的冷却、凝固和焊缝熔合线外形。五.任务间隔H第三节电子束焊的焊接参数电子枪与焊件外表间隔会影响电子束的聚焦程度，假设电子枪与焊件外表间隔变小，此时电子束的紧缩比增大，电子束斑点直径变小，电子束的功率密度将会添加。但是，电子枪与焊件外表间隔过小，也会呵斥过多的金属蒸汽进入电子束枪体内部，构成放电景象。所以，在不影响电子束稳定任务的前提下，尽能够采取较短的任务间隔。一.碳素钢的电子束焊第四节常用资料的电子束焊碳素钢电子束焊具有良好的焊接性。中碳钢也可以用电子束焊，但随着含碳量的添加，焊接性变差。含碳量大于0.5%的碳素钢用于电子束焊时，开裂景象比手弧焊低，但需焊前预热和焊后热处置。1)焊前用化学方法，仔细清洗待焊处及对接边缘的油、污、锈、垢及氧化膜。

2)采用小功率电子束机焊接前，要对焊件进展仔细的清洗、预热和焊后热处置。

3)从构造设计角度思索，尽量防止焊缝金属接受弯曲负载；从焊件焊前在夹具上进展装配时，要思索焊缝冷却时因收缩而产生的应力。二.难熔金属的电子束焊第四节常用资料的电子束焊部分难熔金属电子束焊的焊接参数

第四节常用资料的电子束焊1)假设铝合金中含有较多的强化元素镁和锌，由于它们的蒸发温度低，蒸汽压高，在焊接过程中会呵斥这些元素的蒸发损失，既影响了铝合金的化学成分，又由于金属蒸汽而导致焊接过程的不稳定。

三.铝及铝合金的电子束焊第四节常用资料的电子束焊2)热处置强化铝合金焊接时，会在焊接接头出现退火软化区。

①焊件外表在焊前运用化学方法清洗，仔细清洗待焊处及对接边缘的油、污、锈、垢及氧化膜。

②为了减小焊接变形，提高焊接接头的力学性能，应该选用高电压、小电流以及高的焊接速度，以减小热输入。三.铝及铝合金的电子束焊第四节常用资料的电子束焊③焊接含有锌、镁元素的高强度铝合金时，为防止过量的金属蒸汽，应该适当降低电子束的能量密度。铝及铝电子束焊的焊接参数见表9-2。铝及铝电子束焊的焊接参数三.铝及铝合金的电子束焊第四节常用资料的电子束焊纯铜电子束焊的焊接参数四.纯铜的电子束焊第四节常用资料的电子束焊1)焊前用化学方法，仔细清洗待焊处及对接边缘的油、污、锈、垢及氧化膜。

2)填充焊丝或填片在焊前要进展真空退火除氢。

3)薄板焊接时，应采用卷边接头方式。4)对于高温条件下运用的钛合金焊件，其工艺流程是：退火-焊接-固熔处置-时效。5)对于在其他条件下运用的钛合金焊件，其工艺流程是：固熔处置-时效-焊接。

五.钛及钛合金的电子束焊第四节常用资料的电子束焊6)为防止焊缝金属晶粒长大，应选用高电压、小束流的焊接参数进展焊接。钛及钛合金电子束焊的焊接参数

第四节常用资料的电子束焊

1)

难熔金属的焊接。如对钨、钼等金属进展焊接,可在一定程度上处理此类资料焊接时产生的再结晶发脆问题;

2)化学性质活泼资料的焊接。如对铌、锆、钛、钛合金、铝、铝合金、镁等金属及其合金进展焊接;

3)

耐热合金和各种不锈钢、镍基合金、弹簧钢、高速钢的焊接;

4)对不同性质资料的焊接。如对钢与青铜、钢与硬质合金、钢与高速钢、金属与陶瓷,以及对厚度相差悬殊零件的焊接。电子束焊的运用范围第四节常用资料的电子束焊电子束焊接技术在汽车制造中的运用电子束焊的运用范围第四节常用资料的电子束焊桥壳构造表示图1.轴头环焊缝2.法兰盘环焊缝3.法兰盘4.轴头5.半桥壳6.纵向焊缝铜钢异种金属电子束焊接电子束焊的运用范围第四节常用资料的电子束焊电子束焊接新技术

电子束焊接输入能量控制技术——多焦点、多束一.焊接缺陷与防治电子束接头也会出现未熔合、咬边、焊缝下陷、气孔、裂纹等缺陷。电子束焊缝特有的缺陷有熔深不均、长空洞、中部裂纹和由于剩磁或干扰磁场呵斥的焊道偏离接缝等。熔深不均出如今不穿透焊缝中。当在焊缝底层还出现孔洞时，称为焊缝底层钉形缺陷。长空洞及焊缝中部裂纹都是电子束深熔焊接时所特有的缺陷，降低焊接速度，改良材质有利于消除此类缺陷。第五节电子束焊的焊接缺陷二.焊接缺陷与防治非穿透焊缝底层纵剖面金相照片第五节电子束焊的焊接缺陷五.焊接缺陷与防治第三节电子束焊的焊接参数这种缺陷是高能束流焊接所特有的，它与电子束焊接时熔池的构成和金属的流动有亲密的关系。加大束斑直径可消除这种缺陷。将电子束做圆形扫描，有利于消除熔深不均。改动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。一.(6)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，降低对接头预备的要求电子束扫描是经过改动偏转线圈的励磁电流，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100～10