非真空电子束焊接技术.docx

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1、非真空电子束焊接技术——新型高科技焊接的奇葩作者：郑晓冰    文章来源：德国AWT集团中国总代理/CNK欣安发展有限公司    点击数：828    更新时间：2009-7-24非真空电子束焊接技术实现了大气状态下的电子束焊接，在汽车制造领域一直备受重视。目前，在铝合金结构件、多支管件和其他汽车零件中得到了广泛应用，并具有其他焊接方法不可替代的优势。自1958年Mr.Steigerwald,K.H（德国AWT集团下属SST公司创始人）研制出世界上第一台电子束焊机以来，电子束焊接技术经历了近50年的发展历程。电子束焊接工艺技术在工

2、业生产的各个领域中发展迅速、应用广泛，并且有着不可估量的发展前景。非真空电子束焊接（EBW-NV）在汽车制造领域一直备受重视，德国已经实现了非真空电子束填丝焊接。德国AWT集团所开发的工业化非真空电子束焊接设备，已成功在各个工业领域应用了数十年。非真空电子束焊接原理非真空电子束焊接是指在大气状态中进行电子束焊接。在非真空电子束焊接中，电子束仍是在高真空条件下产生的，然后通过一组光阑、气阻通道和若干级真空室，最终到达大气压力下的环境中来对工件进行施焊。非真空电子束焊与真空电子束焊接的比较与在真空状态下不同，在大气条件下，电子束会快速

3、发散，即使将电子枪的工作距离限制在20-50mm，焊缝深宽比最大也只能达到5:1（如图1）。目前，非真空电子束焊接能够达到的最大熔深为30mm，远远低于真空焊接的标准。 然而，非真空电子束焊有着其他焊接方法不可替代的优势，它摆脱了真空室的限制，可以焊接大尺寸工件，生产效率高。从而扩大了电子束焊接技术的应用范围，使其更适合向大批量、低成本、高自动化的方向发展。另外，对于非真空冶炼的金属，采用真空电子束焊时，易从熔化金属中溢出剩余气体并形成气孔；而采用非真空电子束焊，则不会因此产生气孔缺陷。非真空电子束焊与激光焊接的比较电子束焊接问世

4、10年后，世界上第一台激光加工设备研制成功。30年来，激光加工进入了原来由电子束加工的很多领域，并似乎大有取代电子束加工的势头。但实践证明，激光和电子束作为高能量密度热源，除了具有很多相同技术特点外，在技术和经济性能上，针对不同的应用场合，仍有各自不同的特点。电子束焊接与激光焊接的热能使用效率相差很远，同样的能量输入，电子束焊可以使用到60%以上的能量，而激光焊的使用率不到10%，其技术特点的比较如表。因此，在实际应用过程中，非真空电子束焊与激光焊相比具有更大的优势。尤其对于提倡绿色工业、节约工业的现代人来说，非真空电子束焊接可以

5、说是更好的选择。非真空电子束焊的X-射线防护电子束焊的主要缺点是X射线保护问题，对于非真空电子束焊接而言，这个问题更加突出。非真空电子束焊系统中，X-射线防护主要靠防护隔离室的隔离作用。而X射线的辐射程度在某种程度上由待焊工件的尺寸、形状、结构复杂程度和焊接过程的运行轨迹决定。因此，X射线保护系统可以根据零件的外形结构和尺寸单独设计。目前，这些防护系统已经能够保障操作者的安全，同时能够保证进入加工区域的其他人员也不会存在任何危险。非真空电子束焊的应用领域1、非真空电子束在大批量铝合金结构件焊接中的应用几年前，大众奥迪集团决定，使用

6、铝合金材质的仪表盘支撑件来替代钢制的仪表盘支撑件。汽车仪表盘支撑件由冲压成型的两部分焊接而成，铝制支架由2.5mm厚的Al-3%Mg合金制成；钢质支架由1.5mm厚的钢板气体保护焊接而成。通过这次改革，降低了此部件重量的40%，并使每部汽车重量减少3kg，此零件结构如图2。然而，一个严峻的问题摆在大众-奥迪的面前：这种铝合金的部件如何稳定、可靠的连接在一起？在对所有的连接方法进行分析评估之后，非真空电子束焊被公认为最佳的工艺方法。此项分析评估包括很多方面，除了按照常规方法检查外，焊接方法对待焊件形位公差和形状公差的适应性、焊后硬度

7、和焊缝的成份特性，甚至连可达到的最大焊接速度等也必须考虑在内。根据对非真空电子束焊接试件的测试分析，我们得到如下结论，这些结论已经在数年日复一日的生产中被进一步证实：（1）焊接前不需要对铝制待焊件进行除油和酸洗处理。两个凸缘的边缘焊接能够在不填丝的条件下完成焊接——仅仅要求两工件根部间隙不大于0.5mm，配合误差不大于1mm，起弧收弧角度30°左右。（2）焊接通常在大气下进行。目前，我们已经在生产中使用了氦气保护，以得到更大的工作距离。虽然这种焊接方式会导致热影响区加宽，但是它能够延长灯丝和出束口的使用寿命。通过把热输入量降低到9

8、00J/cm的方法，来防止母材中3%的Mg在焊接中被“燃烧”掉（焊接影响区域的Mg的含量为2.6%），同时还可以有效预防焊接裂纹的产生；当焊接直缝试件时，最大的焊接速度可以达到18m/min。但在焊接三维焊缝结构的试件时，速度一般要求12m/min