电子束焊接技术在航天领域中应用

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1、电子束焊接技术在航天领域中应用1　电子束焊接技术的时代责任　　宇航技术中所用的各类火箭、卫星、飞船、星球车、空间站以及太阳能电站等，它们的结构件、发动机，以及所用的各种仪器等都有一些共同特点，不仅要求零部件质量极为可靠，能经受各种恶劣环境，如强力振动，因日照变化引起的高低温度交替冲击，失重，宇宙线幅射，超高真空环境中运作；而且要求零件尺寸小，重量轻，气密性好。因此，对宇航零部件的结构设计、材料选择及加工工艺都提出了极为苛刻的要求，实践证明为了满足上述特点，电子束焊接技术是必不可少的强有力的工具之一。这是因为电子束焊接技术有以下一些特点：

2、　　(1)电子束焊接能量密度很高(106W/cm2)，对于任何材料，包括高熔点钨、钼等材料，其焊缝都能快速熔化。一般不用焊条，靠零件自身材料熔接而成。　　(2)电子束焊接在真空中进行，可防止材料氧化及其它有害气体侵入。利用熔池与真空气氛的压差，有利于焊缝熔化金属中所含气体排出，减少焊缝气孔，增加气密性，提高焊缝强度都有好处。　　(3)电子束焊接不仅能量密度高，而且因其特殊焊接机理可以获得很大的焊缝深宽比，焊缝又深又窄，因而焊接零件变形小。对于较厚零件，采用100kW电子束焊机一次可焊透钢200mm，采用普通焊接方法就需多次填充，会造成零

3、件较大变形。　　(4)焊接两种物理性质差异大(如热传导或热容量)的材料所构成的零件时，两种材料可同时瞬间熔化再快速凝固，如铜与钢，极薄的零件与厚零件的焊接都可实现。　　(5)电子束可以聚得很细，偏转方便，所以可焊很精细零件。可焊难以达到的焊接点，因此对特殊结构，和特别精细的零件用电子束焊接是非常适宜的。信息来源：一览英才网旗下锅炉英才网网站：http://gl.epjob88.com　　(6)能量密度高，焊接速度快，热影响区范围很小，不会对临近半导体器件或其它热敏器件产生不良影响。　　以下我们略举几种电子束焊接在宇宙航行中应用事例。　　

4、即将建设的空间站以及正在规划的太阳能电站，这些都需要用航天飞机，或运载火箭分成小块运送到空间，再装配而成，采用铆接和螺栓联接会大大增加结构重量，使用电子束焊接是最理想的，无需焊条，不会额外增加结构重量。在宇宙空间采用电子束焊另一优点是无需真空系统，大大简化了焊接设备。　　图1所示为美国六十年代研制成的宇宙空间用电子束焊机，为阿波罗登月舱维修用，这是因登月舱在着落月球表面时，万一不慎冲击力过大而将腿折断，无法起飞返回地球，经详细分析，论证并经科学实验确认电子束焊接是最理想的并付之实现。未来的空间站及太阳能电站长年累月地在空间飞行，面积又大

5、，难免受到陨石冲击而损坏，同样需要用电子束焊机来修补。图1　宇宙空间电子束焊机信息来源：一览英才网旗下锅炉英才网网站：http://gl.epjob88.com　　宇宙航行用各类器具其零部件焊接除一小部分需在宇宙空间完成焊接作业外(如上述)，大多数零部件可在地面完成。由于电子束焊接杰出的焊接性能，以及宇宙器具的特殊要求，故采用电子束焊接的零部件的品种、数量繁多，以下仅选取一些典型焊接例子。　　现代化飞航和星际站要为人类提供居住的气氛，飞船和星际站内部充以成分与压力相当于地球大气的气体，由于不可避免存在着泄漏，就需从地球补送气体。很明显飞

6、行器漏气量越大，其补充量越大，给宇船带来很大负担。宇宙空间是超高真空，对飞行器的气密性要求更高。如已使用过的双子星座(飞船内乘二人来往于地球与月球间)，其气氛维持不到二周，如果乘员增加，或航程变长，尤其是在远离地球，空气无法得到补充的情况下，就会带来严重问题。因此对宇宙飞行器的气密性提出了非常严格的要求，形成气体泄漏有几种因素，但飞行器焊接质量是因素之一，经试验证实电子束焊接可获得最小泄漏量。　　美国阿波罗的载人登月舱，其采用的是可调节液体火箭发动机，该发动机的质量关系到宇航员生命安全，要求焊接绝不能有缺陷，电子束焊接能满足其要求，该发

7、动机共有64种零件采用电子束焊，其中流量控制由阀及其岐管组成，90%用电子束焊。其材料为321～347不锈钢、6061铝合金、17～4、17～7、PH不锈钢和6A1～4V钛，还有一些执行元件，测试基准和指令控制盒等，因电子束焊可输入很小能量、变形很小又不会损坏焊接件中封存的电子元件和传感器件。宇航用短时小型推力器如图2所示：在外壳①中封存炸药②、其喷口③是用0.05mm304不锈钢薄膜④封住，当炸药引燃后，高压气体冲破该膜而产生推力。要求①③④零件一次焊牢，由于结构需要，焊缝离炸药仅1mm，在焊接封装时炸药表面温度不能超过150℃，否则

8、会引燃炸药，只有用电子束焊接并严格控制其参数才能达到其要求。信息来源：一览英才网旗下锅炉英才网网站：http://gl.epjob88.com图2　宇宙飞行器助推器　　　空间飞行器的推进器中有不少零部件因其