电子束焊
利用高速、聚焦的电子流轰击金属工件表面,使其在瞬间熔化并形成焊缝的方法,称作电子束焊,焊接原理如动画所示。
通常在真空中从炽热阴极发射的电子,被高压静电场加速和聚焦后,又进一步由电磁场会聚成高能密度的电子束(束径0.25~100mm,能量密度5×106W/cm2)。
当电子束轰击工件表面时,由于受到金属原子的阻挡,电子的动能在瞬间变成热能,使金属加热、熔化、蒸发,并在工件表面下部产生一深熔空腔,电子束和工件相对移动时,使熔化金属向前转移,形成窄而深的大深宽比焊缝。
电子束焊特点:
(1)热源能量密度高,焊接速度快,焊缝线能量小。
焊缝深宽比大,最大可达20:1~50:1。
焊接热影响区小,工件变形小。
(2)电子束可控性好,焊接规范调节范围宽且稳定。
(3)真空保护好,无金属电极污染,保证了焊缝金属的高纯度。
(4)节能、节材,在大批量或厚板产品生产中,焊接成本是电弧焊的50%左右。
(5)焊接设备复杂,造价高,焊接尺寸受真空室限制,使用维护技术要求高,需注意防护X射线。
利用电子束作为热源的焊接方法。
如图电子束焊原理图所示﹐热阴极(或灯丝)
发射的电子﹐在真空中被高压静电场加速﹐经磁透镜產生的电磁场聚集成功率密度高达1.5×105瓦/厘米2的电子束(束径为0.25~1毫米)﹐轰击到工件表面上﹐释放的动能转变为热能﹐熔化金属﹐焊出既深又窄的焊缝(深/宽比可达10﹕1~30﹕1)﹐焊接速度可达125~200米/时﹐工件的热影响区和变形量都很小。
电子束的焊接工作室一般处於高真空状态﹐压力为10-1~100帕﹐称为高真空电子束焊。
处於低真空状态时压力为100~10000帕﹐称为低真空电子束焊。
在大气中焊接的称为非真空电子束焊。
真空工作室为焊接创造高纯洁的环境﹐因而不需要保护气体就能获得无氧化﹑无气孔和无夹渣的优质焊接接头。
随著工作室气压的增加﹐电子束散焦程度增大﹐焊缝的深/宽比减小。
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﹐由於钢中原含有的气体会释放出来﹐焊缝金属容易產生微气孔。
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高精度﹐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。