浦东电子束焊接设备原理

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，降低对接头准备的要求。电子束扫描是通过改变偏转线圈的激磁电流，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100~1000Hz。电子束偏转角度为2°~5°。电子束扫描还可用来检测接缝的位置和实现焊缝跟踪，此时电子束的扫描速度可以高达50~100m/s，扫描频率可达20kHz。在焊接大厚度工件时为了防止焊接所产生的大量金属蒸气和离子直接侵入电子枪可设置电子束偏转装置。使电子枪轴线与工件表面的垂直方向成5°~90°夹角，这对于大量生产中电子枪工作稳定是十分有利的。

和其它熔化焊一样，电子束焊接接头也会出现未熔合、咬边、焊缝下陷、气孔、裂纹等缺陷。此外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造成的焊道偏离接缝等。熔深不均出现在不穿透焊缝中，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形成和金属的流动有密切关系。加大小孔直径可以消除这种缺陷。长空洞及焊缝中部裂纹都是电子束深熔透焊接时所特有的缺陷。降低焊接速度，改进材质有利于消除此类缺陷。

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，可以对熔池的“保护”防止金属元素的氧化和烧损，适用于活性金属、难熔金属和质量要求高的工件的焊接。

　　低真空电子束焊是在10-1～10Pa的压强下进行的。压强为4Pa时束流密度及其相应的功率密度的大值与高真空的大值相差很小。因此，低真空电子束焊也具有束流密度和功率密度高的特点。由于只需抽到低真空，明显地缩短了抽真空时间，提高了生产率，适用于批量大的零件的焊接和在生产线上使用。

　　在非真空电子束焊机中，电子束仍是在高真空条件下产生的，然后穿过一组光阑、气阻和若干级预真空小室，射到处于大气压力下的工件上。在压强增加到7～15Pa时，由于散射，电子束功率密度明显下降。在大气压下，电子束散射更加强烈。即使将电子枪的工作距离限制在20～50mm，焊缝深宽比大也只能达到5：1。目前，非真空电子束焊接能够达到的大熔深为30mm。这种方法的优点是不需真空室，因而可以焊接尺寸大的工件，生产率较高。

电子束焊机有两类：低压电子束焊机的加速电压为30～60千伏；高压电子束焊机的加速电压可达175千伏。电子束焊可焊接所有的金属材料和某些异种金属接头,从箔片至板材均可一道焊成，钢板可焊厚度达100毫米,铝板达150毫米，铜板可达25毫米。碳钢在真空中焊接时，由于钢中原含有的气体会释放出来，焊缝金属容易产生微气孔。

电子束焊机成本高。工件装配、接缝与电子束对正，都要求有较高的精度。但电子束焊的多能性和，往往能补偿其高成本，因此在汽车、原子能、航空、航天等许多工业中已成为重要的焊接方法之一。

　　1.在大批量生产中将有较大的发展。例如：在汽车工业中，采用电子束焊技术焊接汽车的齿轮和后桥，可以提高工效、降低成本、减轻零件的质量。

　　2.在航空航天工业中，电子束焊技术将继续扩大其应用，并发展电子束焊在线检测技术。

　　3.由于电子束在厚大件焊接中树一帜，所以在能源、重工业中大有用武之地。

　　4.在修复领域，电子束焊技术将是有价值的工艺方法之一。

　　5.电子束焊的焊接设备将趋向多功能及柔性化。电子束焊已属成熟技术，随着应用领域的扩大，出于经济方面的考虑，多功能电子束焊的焊接设备和集成工艺以及电子束焊机的柔性化将越来越显得重要。

　　6.电子束焊将是实现空间结构焊接的强有力工具。

电子束在30～150kV的加速电压作用下，被加速到光速的1/2～2/3倍，高速电子流轰击工件表面，使其表层温度达到104℃以上、功率密度达到107W/cm2。因此，能量密度高度集中和局部高温是电子束焊接的Z大特点。但在常规加速电压的作用下，电子束穿透工件的深度仅为几十分之一毫米，这与电子束焊缝的熔深(Z大可达300mm)相比是微不足道的。

电子束焊接的优势

　　①能量密度高(1010-1013W/m2)。焊缝窄，热影响区小且具有平行边缘，焊接变形小;一般焊接无需填充金属;对于的工业产品具有较高的焊接速度;可获得深宽比大的焊缝，焊接厚件时不开坡口一次成形。

　　②真空条件下焊接。避免在焊接过程中工件氧化，焊缝纯净度高。

　　③可靠性及重复性好。焊接参数自动控制，能够焊缝质量;焊接参数易于调节，工艺适应性强。

　　④适用于异种金属材料焊接，包括部分陶瓷材料。

焊件表面与电子枪的工作距离影响电子束的聚焦程度，工作距离变小时，电子束的压缩比增大，使电子束斑点直径变小，增加了电子柬功率密度。而工作距离太小，会使过多的金属蒸汽进入枪体造成放电。在不影响电子枪稳定工作的前提下，应尽可能采用短的工作距离。在本次试验中，采用水平的焊枪，在夹具设计完成后，已经确定了焊接的工作距离为455mm。这是所有焊接参数中，确定且不变的一个参数。

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。