电子束焊接的应用_电子束焊接优缺点_电子束焊接原理

电子束焊是利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处所产生的热能，使金属熔合的一种焊接方法。电子轰击工件时，动能转变为热能。电子束作为焊接热源有两个明显的特点：

1、功率密度高 电子束焊接时常用的加速电压范围为30～150kV，电子束电流20～1000mA，电子束焦点直径约为0.1～1mm，这样，电子束功率密度可达106W/cm2以上。

2、精确、快速的可控性 作为物质基本粒子的电子具有极小的质量（9.1×10-31kg）和一定的负电荷（1.6×10-19C），电子的荷质比高达1.76×1011C/kg,通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。电子束的这一特点明显地优于激光束，后者只能用透境和反射镜控制，速度慢。

基于电子束的上述特点和焊接时的真空条件，电子束焊接具有下列主要优缺点。电子束焊接优缺点

1、优点：

1）电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。目前，电子束焊缝的深宽比可达到60：1。焊接厚板时可以不开坡口实现单道焊，比电弧焊可以节省辅助材料和能源的消耗。

2）焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。对精加工的工件可用作最后连接工序，焊后工件仍保持足够高的精度。

3）真空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受到氧、氮等有害气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和净化，因而特别适于活泼金属的焊接。也常用电子束焊接真空密封元件，焊后元件内部保持在真空状态。

4）电子束在真空中可以传到较远的位置上进行焊接，因而也可以焊接难以接近部位的接缝。

5）通过控制电子束的偏移，可以实现复杂接缝的自动焊接。可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷，提高接头质量。

2、缺点：

1）设备比较复杂、费用比较昂贵。

2）焊接前对接头加工、装配要求严格，以保证接头位置准确、间隙小而且均匀。

3）真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状常常受到工作室的限制。

4）电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量。

5）电子束焊接时产生的X射线需要严加防护以保证操作人员的健康和安全。

如图所示，热阴极（或灯丝）发射的电子，在真空中被高压静电场加速，经磁透镜产生的电磁场聚集成功率密度高达1.5×10(瓦／厘米(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于高真空状态，压力为10(～100帕，称为高真空电子束焊。处于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。随着工作室气压的增加，电子束散焦程度增大，焊缝的深／宽比减小。

电子束焊原理图:

1、薄板的焊接

板厚在0.03~2.5mm的零件多用于仪表、压力或真空密封接头、膜盒、封接结构、电接点等结构中。薄板导热性差，电子束焊接时局部加热强烈。为防止过热，应采用夹具。夹具材料为纯铜。对极薄工件可考虑使用脉冲电子束流。电子束功率密度高，易于实现厚度相差很大的接头的焊接。焊接时薄板应与厚板紧贴，适当调节电子束焦点位置，使接头两侧均匀熔化。

2、厚板的焊接

目前电子束可以一次焊透300mm的铜板。焊道的深宽比可以高达50：l。当被焊钢板厚度在60mm以上时，应将电子水平放置进行横焊，以利焊缝成形。电子束焦点位置对熔深影响很大，在给定的电子束功率下，将电子束焦点调节在工件表面以下。熔深的0.5~0.75处电子束的穿透能力最好。根据实践经验，焊前将电子束焦点调节在板材表面以下，板厚的三分之一处，可以发挥电子束的熔透效力并使焊缝成形良好。

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