材料连接设备及工艺 教学课件 作者 杨立军 第9章　高能束焊接.ppt

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1、第9章　高能束焊接9.1　高能束焊接的特点9.2　电子束焊9.3　激光焊9.1　高能束焊接的特点9.1.1　热源9.1.2　高能束焊接的焊缝成形特点9.1.1　热源表9-1　几种常见热源的功率密度9.1.1　热源图9-1　热源功率密度与焊接的关系9.1.2　高能束焊接的焊缝成形特点图9-2　功率密度对熔深的影响9.1.2　高能束焊接的焊缝成形特点图9-3　传热焊和深熔焊示意图a)传热焊　b)深熔焊9.2　电子束焊9.2.1　电子束焊原理及分类9.2.2　真空电子束焊设备9.2.3　电子束焊的特点及应用9.2.4　电子束焊的焊接参数

2、9.2.5　电子束在其他加工中的应用9.2.1　电子束焊原理及分类1.电子束焊接原理2.电子束焊分类1.电子束焊接原理在电子束焊(ElectronBeamWelding，EBW)过程中，高功率电子束定向高速运动，撞击置于真空或非真空中的焊件表面后，在很小的焦点范围内(其功率密度可达104~109W/cm2)，将部分动能迅速转化成热能，焦点处的最高温度可达近6000℃。电子束撞击到焊件表面时，在表面以下很浅的范围内电子动能转化为热能，使金属迅速熔化和蒸发，产生小孔效应，形成深熔型焊接。电子束功率密度低于105W/cm2时，金属表面不

3、产生大量蒸发现象，电子束的穿透能力很小。在大功率焊接中，电子束的功率密度达106W/cm2以上，足以获得很深的穿透效应和很大的深宽比。在大厚度焊件的焊接中，焊缝的深宽比可高达60∶1，焊缝两边缘基本平行，温度横向传递很小。2.电子束焊分类(1)按焊件所处环境分类(2)按电子束加速电压分类(3)按电子束对材料的加热机制分类9.2.2　真空电子束焊设备1.电子枪2.电源及控制系统3.工作室及真空系统4.工作台和辅助装置9.2.2　真空电子束焊设备图9-4　真空电子束焊设备的组成示意图1—阴极　2—聚束极　3—阳极　4—光学观察系统　5

4、—聚焦线圈　6—偏转线圈7—聚焦电源　8—偏转电源　9—真空工作室　10—工作台及传动系统11—工作室真空系统　12—真空控制及监测系统　13—电子枪真空系统14—高压电源　15—阴极加热控制器　16—束流控制器　17—电气控制系统1.电子枪图9-5　电子束发生原理(电子枪)(1)静电部分　由阴极、聚束极和阳极(又叫加速极)组成，1.电子枪通常称为静电透镜。(2)电磁部分　主要由电磁透镜及偏转线圈组成。2.电源及控制系统(1)加速电压电源　通常由升压、整流、调压三个部分组成。(2)阴极(灯丝)加热电源　阴极加热电源的输出功率决定阴

5、极发射电子的能力。(3)电磁透镜电源　要求其励磁电流稳定度小于或等于0.1％，为提高其稳定度，必须进行闭环控制。(4)偏转线圈电源　无论是静偏转或动偏转，都要求偏转线圈的电流波动小于0.1％。(5)电气控制系统　精确控制电子束流，控制电子束流的斜坡上升和下降时间；控制电子束的聚焦和偏转。3.工作室及真空系统图9-6　真空电子束焊机的真空系统P1、P4—旋片泵　P2—罗茨泵　P3—油扩散泵　P5—涡轮分子泵M1~M5—真空检测计　V1、V6—各种阀门，其中V4和V6为进气阀4.工作台和辅助装置工作台、夹具、转台对于在焊接过程中保持电

6、子束与接缝的位置准确、焊接速度稳定、焊缝位置的重复精度都是非常重要的。大多数的电子束焊机采用固定电子枪，让焊件作直线移动或旋转运动来实现焊接。对大型真空室，也可采用焊件不动，驱动电子枪进行焊接。9.2.3　电子束焊的特点及应用1.电子束焊的特点2.电子束焊的应用1.电子束焊的特点(1)电子束焊的优点(2)电子束焊的缺点2.电子束焊的应用1)除含锌高的材料(如黄铜)、低级铸铁和未脱氧处理的普通低碳钢外，绝大多数金属及合金都可用电子束焊接，按焊接性由易到难的顺序排列为钽、铌、钛、铂族、镍基合金、钛基合金、铜、钼、钨、铍、铝及镁。2)可

7、以焊接熔点、热导率、溶解度相差很大的异种金属。3)对不开坡口焊厚大工件，焊接变形很小；能焊接可达性差的焊缝。4)可用于焊接质量要求高，在真空中使用的器件，或用于焊接内部要求真空的密封器件；焊接精密仪器、仪表或电子工业中的微型器件。5)散焦电子束可用于焊前预热或焊后冷却，还可用作钎焊热源。6)在外太空等极端条件下的焊接，可能是其潜在的应用领域。9.2.4　电子束焊的焊接参数1.电子束焊工艺过程2.电子束焊焊接参数的选择3.深熔焊的工艺1.电子束焊工艺过程(1)焊前准备及接头设计图9-7　电子束焊的对接接头a)正常接头　b)齐平接头　

8、c)台阶接头　d)锁口对中接头　e)锁底接头f)双边锁底接头　g)、h)自填充材料接头　i)斜对接接头1.电子束焊工艺过程图9-8　电子束焊的角接接头a)熔透焊缝接头　b)正常角接头　c)锁口自对中接头　d)锁底自对中接头e)双边锁底接头　f)双边