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。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。
由于电子束的能量可以非常的控制,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。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。
电子束不仅能量密度高而且可调整,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,主要的是不用开坡口一次就焊透。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,可的完成对较活性的材料焊接,如钼、铀、钛等。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。
经过电子枪产生,并由高压加速和电子光学系统汇聚成的功率密度很高的电子束撞击到工件表面,电子的动能转换为热能,使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸汽的作用下,熔化的金属被排开,电子束就能继续撞击深处的固态金属,同时很快在被焊工件上钻出一个锁性小孔,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、凝固形成焊缝。
由于焊缝及其热影响区发生了复杂的物理化学变化,其组织成分和性能已不同于母材,所以焊接后一般要通过热处理来改善焊缝和热影响区的组织,消除残余应力,促使残余的氢逸出,从而提高焊接接头的韧性,增强零件抵抗应力腐蚀的能力,零件形状和尺寸的长期稳定。
焊前压配指焊接零件的定位和装夹。焊接前零件装配精度对电子束焊质量的影响很大,因为端面接触部位存在间隙或零件配合过松都会造成焊接变形,所以,不论是冷压还是热装,都要控制机加工的公差配合,零件焊接前压配的精度,确保装配到位。
与传统电子束焊相比,活性电子束焊的特点为:
①使用活性剂可明显减小熔池上部宽度,改变熔池形状。
②SiO2、TiO2、Cr2O3单组元活性剂对电子束焊接熔深增加有影响。
③由SiO2、TiO2、Cr2O3等组成的多组元不锈钢电子束焊活性剂,可使聚焦电子束焊接熔深增加两倍多。
④使用活性剂后,聚焦电流和束流对电子束焊熔深增加有影响。
电子束焊接技术因其高能量密度和优良的焊缝质量,率先在国内航空工业得到应用。发动机和飞机工业中已广泛应用了电子束焊接技术,取得了很大的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.
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。