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电子束焊接的应用及设备技术

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-01-24 0:28:00 * 浏览: 0
1.概述电子束焊接的工作原理是:在真空条件下,电子枪发射的电子束在高压(通常为20kVmdash,300kV)下加速,并由电磁透镜聚焦成高能量密度的电子束。当电子束轰击工件时,电子的动能在热能区转换为局部温度,该温度升至6000°C以上,熔化工件材料并实现焊接。电子束焊接的特点是:①能量密度大,z *可以达到10kW / crrr2,mdash为5000倍,比普通电弧焊高10,000倍。焊缝的长宽比可以大于1:20(普通电弧焊为1:1.5)。焊接区的热影响区小,变形小。这些是大多数当前焊接方法无法比拟的。 ②焊接在10 ^ -2Pamdash,10 ^ -4Pa的真空环境中进行。残留气体中的氧气和氮气量少于惰性气体,纯度为99.99%。 ③焊接规格可以控制。电子束焊接的缺点是:设备较复杂,成本较高,零件尺寸受真空室尺寸的限制,工作电压高,因此需要X射线防护。 2.电子束焊接的应用①难熔金属的焊接。因为电子束焊接可以焊接诸如钨,铝和钽的难熔金属,所以在某种程度上解决了由这种材料的焊接引起的再结晶和脆性的问题。 ②化学活性物质的焊接。电子束焊接还可以焊接活性金属和合金,例如铌,锆,钛,钛合金,铝,铝合金和镁。 ③耐热合金和各种增强合金的焊接。电子束焊接还可以焊接各种不锈钢,镍基合金,弹簧钢和高速钢。 ④焊接不同性能的材料。例如,可以通过电子束焊接来焊接钢和青铜,钢和硬质合金,钢和高速钢,金属和陶瓷以及厚度相差很大的零件。在真空过程中,经常遇到上述不同类型材料的焊接。例如,电子束焊接99.97%的Al2O3瓷与铌。在振动膜规的生产中,为了避免因热而造成厚度为3μm的绷紧的科瓦薄膜以及由于焊接集肤力而引起的电极之间距离的变化,可以使用电子束焊接,效果很好。在海绵阴极的制造中,钼管与多孔钨盘的连接也可以使用电子束焊接。 3.电子束焊接设备和工艺图15-7是电子束焊接机的示意图。电子束焊接机由四部分组成:电子光学系统(包括电子枪和磁聚焦偏转系统),真空系统(包括真空室,扩散泵,机械泵),工作台和传动机构,电源和控制系统。电子束焊接机可分为高真空电子束焊接机(10 ^ -2Pamdash,l0 ^ -4Pa),低真空电子束焊接机(10Pamdash,lPa)和非真空电子束焊接机(铅电子束)离开真空室)。根据工作电压的不同,可分为高(电)压式电子束焊接机(100kV〜300kV),中(电)压式电子束焊接机(30kVmdash,60kV)和低(电)压式电子束焊接机(30kV以下)。目前,大多数使用的是家用(电动)压力式真空电子束焊接机。电子束焊接机的主要部件是电子光学系统,这是获得高能量密度电子束的关键。配备稳定方便的电源系统,可以保证电子束焊接工艺的稳定性。电子束焊接工艺的主要内容是选择合理的接头形式,并根据不同的材料和工件选择不同的焊接规格。显示了电子束焊接头的形式在图15-8中。焊接规范的主要内容是:确定加速电压,电流,工作距离(从工件到聚焦管底部的距离),聚焦电流和焊接速度。选择合适的规格可以使焊缝的形状,强度,气密性等达到设计要求。由于焊接机的性能不同,很难统一焊接规格,但是选择规格的基本原则是一致的。这些原则是:①穿透深度随单位长度输入能量的增加而增加。每单位长度的输入能量值与加速电压,电子束电流和焊接速度之间的关系由以下公式表示:每单位长度的P输入能量[J / cm],U加速电压[V], I型电子束电流[A],v型焊接速度[cm / s]。根据材料的性质和厚度选择P值。 ②在一定的P值的情况下,根据确定的焊接速度(根据工艺要求选择),可获得焊接功率UI,从而选择加速电匝U和电子束电流J。 ③聚焦电流的大小取决于加速电压和工作距离。为了获得小的电子束斑,增加电压或减小工作距离需要增加聚焦电流。聚焦电流的选择对焊缝形成有更大的影响。图15-9显示了不同规格对焊缝形成的影响。此外,焊缝的公差和焊件的表面处理方法也对焊缝质量产生重大影响。