特种焊接技术电子束焊接
利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法,称为电子束焊(Electro
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g)。电子束焊是高能量密度的焊接方法,它利用空间定向高速运动的电子束,撞击工件表面后,将部分动能转化成热能,使被焊金属熔化,冷却结晶后成焊缝。电子束撞击工件时,其动能的96可转化为焊接所需的热能,能量密度高达103105kwcm2,而焦点处的最高温度达5930oC左右。电子束焊在工业上的应用只有50多年的历史,首先是用于原子能及宇航工业,继而扩大到航空、汽车、电子、电气、机械、医疗、石油化工、造船、能源等几乎所有工业部门,创造了巨大的社会及经济效益。
电子束焊中的核心装置是电子枪,其作用是发射电子,并使其加速和聚焦。一种常用的三极电子枪枪体,其电极系统由阴极、偏压电极和阳极组成。阴极处于高的负电位,与接地的阳极之间形成电子束的加速电场。偏压电极相对于阴极呈负电位,通过调节其负电位的大小和改变偏压电极形状及位置可以调节电子束流的大小和改变电子束流的形状。
一、电子束焊接的工作原理
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。当电子束撞击到工件表面时,电子动能转化为热能,使金属迅速熔化蒸发。在高压金属正气的作用下熔化的金属被排开,电子束继续撞击深处的固态金属,很快在被焊工件上钻出一个琐形小孔,表面的高温还可以向焊接件深层传导。随着电子束与工件的相对移动,液态金属沿小孔周围流向熔池后部,逐渐冷却,凝固形成了焊缝。提高电子束的功率密度可以增加穿透深度。
形成深熔焊的主要原因是金属蒸气的反作用力。它的增加与电子束焊的功率密度成正比。电子束功率密度低于103kwcm2时,金属表面不产生大量蒸发现象,电子束穿透能力很小。在大功率焊接中,电子书的功率密度可达105kwcm2,足以获得很深的穿透效应和很大的深宽比。在大厚件的焊接中,焊缝的深宽比可高达60:1,焊缝两边缘基本平行,似乎温度横向传导几乎不存在。但是电子束在轰击路途上会与金属蒸气和二次发射粒子碰撞,造成功率密度下降,液态金属在重力和表面张力的作用下对通道有浸灌作用和封口作用。从而使通道变窄,甚至被切断,干扰和阻断了电子束对熔池底部待熔金属的轰击。焊接过程中r