电子束焊 接合面的加工与清理 焊前准备 零件装配 抽真空 焊前预热 对接 角接 焊接接头设计 T形接 搭接 端接 加速电压 电子束电流 主要焊接参数及选择 焊接速度 聚焦电流 工作距离
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电 子 束 焊 接 工 艺
LEE MAN (SCETC)
电子束焊
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第四节 典型材料的电子束焊
电子束焊是金属材料焊接性较好的熔焊方法之一。各种金属、 合金、金属间化合物等都可以采用电子束焊接，并且接头具有良 好的力学性能。 一、钢的电子束焊 （一）碳素结构钢的焊接
高强度合金钢
（三）工具钢的焊接 电子束焊接工具钢，焊接接头性能良好，生产率高。与其他焊接方法 相比，工具钢电子束焊不需要进行退火等热处理而实施高速焊接。例如， 厚度为6mm的4Cr5MosiV钢焊前硬度为50HRC，焊后进行550℃正火， 焊缝金属的硬度可以达到56～57HRC，热影响区硬度下降到43～ 46HRC，但其宽度只有0.13mm。
沉淀硬化不锈钢
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电子束焊 二、非铁金属的电子束焊 （一）铝及其合金的焊接
纯铝及非热处理强化铝合金
电子束焊接接头的力学性能接近母材。
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热处理强化铝合金
电子束焊时，可能出现不同程度的裂纹、气孔等缺 陷，但只要工艺参数选择适当，可以减少缺陷并保 证接头不会出现退火软化区。对于含有较多强化元 素镁和锌的铝合金电子束焊时，焊接速度的选择较 为重要，速度过慢会造成镁和锌的大量蒸发，若提 高焊接速度则焊缝成形恶化，并出现严重气孔。无 锌的铝合金宜用高压、小束流的高速焊。
Hale Waihona Puke LEE MAN (SCETC)
电子束焊
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（二）合金钢的焊接
低合金钢
ωc＜0.3％的低合金钢电子束焊时，可不预热和后热。在工件厚度 大，结构刚性强时，为防止开裂应预热，预热温度为250～300℃。 对焊前已进行过淬火和回火处理的零件，焊后回火温度应略低于原 回火温度。如轻型变速箱的齿轮大多采用电子束焊，齿轮材料是 20CrMnTi或16CrMn，焊前材料处于退火状态，焊后进行调质和表 面渗碳处理。 碳的质量分数高于0.30％的高强度合金钢，可进行电子 束焊接，退火或正火状态下焊接性更好。当板厚大于 6mm时，应采用焊前预热和焊后缓冷的工艺措施，以免 产生裂纹。
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电子束焊
（四）不锈钢的焊接 不锈钢的电子束焊接性较好，电子束焊接设备通常以不锈钢的最 大焊接深度及焊缝深宽比作为设备焊接能力的标志。
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奥氏体钢 马氏体钢
奥氏体钢的电子束焊接接头具有较高的抗晶间腐蚀的能力，这 是因为高的冷却速度可以防止碳化物的析出。 马氏体钢可以在任何热处理状态下焊接，但焊后接头区会 产生淬硬的马氏体组织，而且随着含碳量的增加和焊接速 度的加快，马氏体的硬度将提高，开裂敏感性也较强。 沉淀硬化不锈钢焊接接头的力学性能较好。含磷高的 沉淀硬化不锈钢的焊接性差。半奥氏体钢，例如177PH（631）和PH14-8Mo，焊接性很好，焊缝为奥氏 体组织。降低半马氏体钢的碳含量可以降低马氏体的 硬度，改善其焊接性。
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电子束焊
（二）钛及其合金的焊接 钛是一种非常活泼的金属，最常见的焊接缺陷是氢气孔，应在 高真空下（＜1.33 X 10-2Pa）进行焊接，而电子束焊接是所有工 业钛及其合金最理想的焊接方法。采用电子束焊接能有效地避免 有害气体的污染，而且电子束的能量密度大，焊接速度高，焊缝 中不会出现粗大的片状ａ相，因而焊接接头的有效系数可达到 100％。焊接时为了防止晶粒长大，宜采用高电压、小束流的工 艺参数。 在飞机构件上电子束焊接钛合金的例子最多。例如，F-14战斗 机钛合金中央翼盒是典型的电子束焊接结构。该翼盒长7m，宽 0.9m，整个结构由53个TC4钛合金件组成，共70条焊缝，全部用 电子束焊接而成，焊件厚度为12～57.2mm，全部焊缝长55m， 电子束焊使整个结构重量减轻了270kg。F-22是美国近年发展的 战斗机，其机身中经电子束焊焊接的钛合金焊缝长度达87.6m， 厚度在6.4～25mm范围。 注：TC4—α+β型钛合金，（Ti-6Al-4V）
铝及其合金电子束焊前需要对接缝处进行除油和清除氧化膜处理，焊 接过程中应控制焊接速度，以防止出现气孔并能改善焊缝成形。对厚度 小于 40mm的铝板，焊接速度应在 60～120cm／min； 对40mm以上的 厚铝板，焊接速度应在60cm／min以下。
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铝合金常用于制造 汽车零件，非真空电 子束焊接汽车用铝合 金可得到良好的接头。 早在20世纪60年代， 美国就将非真空电子 束焊引人了汽车零件 的批 量生产中，既可 降低成本，又可 提高 效率，实现汽车生产 线的连续焊接，同时 可减轻结构质量，节 省燃料及减少废气的 排放。
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金属间化合物----是指金属和金属之间，类金属和金属原子之间以共价键 形式结合生成的化合物，其原子的排列遵循某种高度有序化的规律。当它以 微小颗粒形式存在于金属合金的组织中时，将会使金属合金的整体强度得到 提高，非凡特性是在一定温度范围内，合金的强度随温度升高而增强，这就 使金属间化合物材料在高温结构应用方面具有极大的潜在优势。 然而事物的优劣总是一把双刃剑。伴随着金属间化合物的高温强度而来 的，是它本质上难以克服的室温脆性。当30年代金属间化合物刚被发现时， 它们的室温延性大多数为零，也就是说，一拉就会断。因此，许多人预言， 金属间化合物作为一种大块材料是没有任何实用价值的。 类金属----金属与非金属结合的化合物，其性质介于金属和非金属之间。 常见的有金属的硼化物、碳化物、硅化物等。许多类金属化合物，为难 熔化合物，熔点高，硬度高，良好的化学稳定性，很高的导电性和传热性， 有的类金属在真空中或在电场和热的作用下有发射电子的能力。某些类金属 化合物还具有半导体性质，如一些硅化物、硫化物、氮化物和磷化物等。
焊接性好，电子束焊缝和热影响区晶粒细小。低碳沸腾钢脱氧不 彻底，焊接时可能产生强烈的熔池反应，易产生飞溅和气孔。可 在接头间隙处夹一厚度为0.2～0.3mm的铝箔，以保证脱氧作用。 焊接半镇静钢过程中有时也会产生气孔，降低焊速，加宽熔池有 利于消除气孔。
低碳钢
中碳钢
电子束焊时，其焊接性随着含碳量的增高而变差。碳的质量分数大 于0.5％的碳钢用电子束焊时，开裂倾向比电弧焊时低，但需焊前 预热及焊后热处理。