电子束焊接的工作原理及特点

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)东北大学 作者:张以忱

       电子束焊接的工作原理是:在真空条件下。从电子枪中发射的电子束在高电压(通常为20~300kV)加速下,通过电磁透镜聚焦成高能量密度的电子束。当电子束轰击工件时,电子的动能转化为热能,焊区的局部温度可以骤升到6000℃以上。使工件材料局部熔化实现焊接。

      电子束焊接特点为:

       ①加热功率密度大。电子束功率为束流及其加速电压的乘积,电子束功率可从几十kW到一百kW以上。电子束束斑(或称焦点)的功率可达106~108W/cm2,比电弧功率密度约高100~1000倍。由于电子束功率密度大、加热集中、热效率高、形成相同焊缝接头需要的热输入量小,所以适宜于难熔金属及热敏感性强的金属材料的焊接。而且焊后变形小,可对精加工后的零件进行焊接。

       ②焊缝熔深熔宽比(即深宽比)大。普通电弧焊的熔深熔宽比很难超过2。而电子束焊接的比值可高达20以上,所以电子束焊可以利用大功率电子束对大厚度钢板进行不开坡口的单面焊。从而大大提高了厚板焊接的技术经济指标。目前电子束单面焊接的最大钢板厚度超过了100 mm,而对铝合金的电子束焊,最大厚度已超过300mm。

      ③熔池周围气氛纯度高。因电子束焊接是在真空度为10-2~ 10-4Pa的真空环境中进行的。残余气体中所存在的氧和氮量要比纯度为99.99%的氩气还要少几百倍左右,因此电子束焊不存在焊缝金属的氧化污染问题。所以特别适宜焊接化学活泼性强、纯度高和在熔化温度下极易被大气污染(发生氧化)的金属。如铝、钛、锆、钼、高强度钢、高合金钢以及不锈钢等。这种焊接方法还适用于高熔点金属,可进行钨—钨焊接。

      由于电子束焊是在真空内用聚焦高能电子束(>10kV)把接头加热到熔化温度的焊接,加热区域非常集中,因此只能焊接真空室内放得下的小零件。

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