电子束焊常见问题,电子束焊接方法图解

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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。

电子束焊接因具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点而广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业。

电子束焊接工作原理

电子从电子枪中的发射体（阴极）逸出，在加速电压作用下，电子被加速至光速的0.3～0.7倍，具有一定的动能。

再经电子枪中静电透镜和电磁透镜的作用，会聚成功率密度很高的电子束流。

这种电子束流撞击工件表面，电子动能转变为热能而使金属迅速熔化和蒸发。

在高压金属蒸气作用下，工件表面被迅速“钻”出一个小孔，也称之为“匙孔”，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，并冷却凝固形成焊缝。

电子束焊接的主要特点

电子束穿透能力强，功率密度极高，焊缝深宽比大，可达到50:1，可实现大厚度材料一次成形，最大焊接厚度达300mm。

焊接可达性好，焊接速度快，一般在1m/min以上，热影响区小，焊接变形小，焊接结构精度高。

电子束能量可以调节，被焊金属厚度可以从薄至0.05mm到厚至300mm，不开坡口，一次焊接成形，这是其他焊接方法无法达到的。

能采用电子束焊接的材料范围较大，特别适用于活性金属、难熔金属和质量要求高的工件的焊接。

一问：电子束焊接为什么要在真空条件下进行焊接？

（1）在大气的环境下，高速运动的电子遇到大气中的空气分子，会发生强烈的反射，折射，散射等现象，这样电子束的能量会消耗殆尽，等到达要焊接的工件，几乎不能穿透厚一点的金属；

（2）即使所剩的能量很高，在大气状态下焊接，焊接的质量也很难保证，比如气孔等；

（3）基于安全角度进行考虑，因为电子束焊接过程中会有X射线产生，对人体的危害是比较大的，有真空室就可以通过真空室来消除这个影响。

2二问：电子束焊接的特点？

（1）大的深宽比，可达20:1，如果用脉冲的话，可达50:1；

（2）可焊接难熔金属，热敏感强的金属及异种金属；

（3）可精确控制，重复性好及稳定性好（当然这个和设备的性能紧密相关）;

（4）由于是在真空中进行，因为可以提高焊缝质。

3三问：电子束焊接到底可以用在哪些方面？

在我国的航空航天领域，也就是我们平常所说的，一个卫星，火箭，导弹（差不多和火箭是一个东东），飞机的发动机，飞机零部件等上面其实应用非常广泛。还有就是一些船舶的零部件，汽车的涡轮增压器，汽车变数箱的齿轮等等；再就是核能的一些大结构件的焊接，汽轮机的焊接，一些真空压力容器等的焊接。

4四问：大铜件的焊接件焊接效果怎么样？

大铜件的焊接和小铜件的焊接又是不一样的，为什么呢？很显然，热容量不一样，小铜件和大铜件的焊接时候的热输入量是不成比例的，这就是铜和其他材料不一样的地方。很多的设备由于功率不够，或者加速电压不够高，焊接的深度就是打不到的，比如下面的这个例子。

上图为大径铜管的焊接，直径大于300mm，长度大于1500mm，焊接深度为大于35mm。由于对接的地方空间有限，无法开坡口，因此对于一般的焊接方法可能无能无力。但是对于电子束焊接来说，正好绰绰有余，而且焊后要求抽高真空，所以焊接的要求还是很高的。

大家可以看焊接的表面，这个还是非常的平稳，过渡也是非常的均匀，鱼鳞纹排列的非常的均匀，焊后经过真空检测，发现完全符合要求。对于此种焊接而言，焊缝形式比较的简单，单一，因此难度在于焊接参数的调试，用中压60KV的设备，很有可能因为功率不够而达不到焊接要求，而对于高压150kv的设备而言，还是毫无压力的。

5五问：钛合金的焊接性能怎么样？

平时工业产品中经常见过的一些钛合金也就是TC4，TA15，纯钛这几种，还有其他的也就不细说了。总体来说，钛合金在航空航天等领域中非常的常用，因为其优良的机械等性能。而且在焊接上面，非常的适合用电子束焊接，可以说钛合金是最合适用电子束焊接的材料之一，因为它的流动性非常好，对于一些10mm以下的钛合金薄板而言，可以很轻松的做到单面焊接双面成型，而且非常的漂亮。

上图是3mm厚的对接焊缝，第一张是正面的焊缝，第二张是反面成型的焊缝。是不是觉得非常不错？当然，这个肯定还是做得更好的。这样的焊缝，需要的能量不是很大，这个焊接的好坏和工艺参数的选取的关系非常大。

6六问：大厚度的钛合金好焊接吗？

没有接触过焊接的人对焊接的认识是不全面的，这个薄板焊接和厚板焊接的差别就像北京和纽约的差别一样，同样是大城市，但是为什么我们帝都总是有雾霾?同样是钛合金，为什么厚板就这么多的问题？

一是厚板需要的能量大；二是厚板焊接的变形也是比较大；三是厚度越大，产生缺陷的几率也越大。

下面为了方便理解，给大家看几张图。

上图是一个中等厚度的钛合金的水冷板的焊接，打的水压比较大，而且焊道非常多，一件焊接下来，光焊接时间就得30分钟左右，因此属于比较难焊接的。大家可以看看焊缝表面，余高比较的突出，表面还是比较的光滑；拐角的地方，交接的地方也都是比较的合适的。

这个例子的难点不是焊接深度，而是焊接变形的问题，等到你焊接一部分焊缝之后，其他地方的接触的焊缝由于收缩变形肯定都是变得特别的答，肯定会有2-3mm左右的缝隙。但是由于钛合金的流动性非常好，因此还是没有问题的，而且焊后整块板都会变行，这个焊接的应力非常之大，单靠工装很难以保证，因此焊后也要进行去应力的退火等工序。

看到这里，相信大家对电子束焊接这个东东，也有较深地认识了。那么，小编我的努力也算是有了一丢丢的回报噢！想要更多精彩，敬请期待下期内容哦。

电子束焊接原理

电子束焊接，简称EBW焊接，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。电子束焊接因具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点而广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业。
电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子，该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束，用此电子束去轰击工件，巨大的动能转化为热能，使焊接处工件熔化，形成熔池，从而实现对工件的焊接。
1、几乎可以焊接各种金属，如黑色金属、有色金属、活性金属及其合金，因为电子束功率高达105-107W/cm，比电弧焊高1000倍以上，所以可以方便的焊接耐熔材料，如钨、钼等。
2、焊缝熔区即深又窄，深宽比可达50：1，焊件变形可忽略不计，很多精密零件焊后仍然保持精度，并不需要再次精加工，比常规焊接方法可节省大量工时。对于无法整体加工的零件可以采用两件甚至三件后采用此法来进行焊接起来，这样对于原加工工艺可以减少难度，省时、省料甚至可使零件的结构变的更加合理。
3、电子束不仅能量密度高而且可精确调整，被焊零件的厚度可薄至0.05mm,厚至300mm（钢）如果要是铝可达到550mm，最主要的是不用开坡口一次就焊透。
4、因为焊接在真空中进行，可以避免空气中的氢和氧对焊缝的影响，可高质量的完成对较活性的材料焊接，如钼、铀、钛等。
5、对于两种物理性质差别很大的材料也可焊接，比如非常薄的铜片与非常厚的钢制零件焊接到一起。
6、因为电子束的能量非常高，拿0.8mm钢板来说，焊接速度可达200mm/s，如果要焊接200mm厚的锰钢，焊速也可达300mm/min，这是常规焊接方法可望而不可即的。
7、正是由于焊速快，温度高，所以焊接熔区非常小，这就决定了输入能量比常规焊接小得多，因此热影响区就很小，这对材料本身性能影响就小，这对各类敏感器探头的封装是非常有利的。
8、由于电子束的能量可以非常精确的控制，这样，采用同样工艺焊接的产品，前后各零件的尺寸差别是非常小的，这也是常规焊接无法企及的。
9、但是，现在之所以不能普遍采用此焊接技术主要是因为，电子束焊设备涉及到很多学科，如高电压、真空、电子光学、各类电源与控制、计算机技术和精密机械等，这就要求了操作人员和维修人员要求很高的素质要求。

什么是电子束焊接

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接面，使被焊工件熔化实现焊接。真空电子束焊是应用最广的电子束焊。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，（2）精确、快速的可控性。