第十五章 电子束焊接.ppt

2019 12 26 1 北京铁路局石家庄职工培训基地主讲 邢建章职务 工程师e maii xingjz55 第十五章电子束焊接 2019 12 26 2 第十五章电子束焊接 第一节电子束焊基本原理和特点 一 电子束焊基本原理电子束焊是一种尖端焊接技术 它是由电子枪产生的电子束流 在强电场的作用下 以极快的速度轰击焊件表面 由于电子运动受阻而被制动 即将动能转化为热能熔化焊件 从而形成牢固的接头的方法 2019 12 26 3 第一节电子束焊基本原理和特点 二 电子束焊的基本特点1 电子束能量密度很高 一般可达电弧焊的5000 l0000倍 因此可以形成极高的焊接速度 电子束又因电流很小 其对工件的热输入量很小 因此热影响区和焊件变形极小 2 焊缝金属质量高大多数情况下电子束焊是在真空条件下进行 因此不受大气污染和氧化 可获得高纯度的致密焊缝 3 可焊接各类难熔金属如铝 钛 锆 钼 钨等高合金钢以及不锈钢等材料 也适用于异种金属以及金属与非金属间的焊接 热处理后的零件的焊接与缺陷的修补 4 应用领域广泛电子束焊在机械制造 航空航天 精密仪表 原子能开发等工业领域均有广泛的应用 2019 12 26 4 第二节电子束焊工作原理与分类 一 电子束焊的分类电子束焊的分类很多 按被焊工件所处环境可分为真空电子束焊 等离子电子束焊 局部真空电子束焊以及非真空电子束焊 目前使用最广泛的是真空电子柬焊 本章主要介绍真空电子束焊 电子束焊接的双金属锯条 2019 12 26 5 二 真空电子束焊 一 真空电子束焊结构的组成真空电子束焊可分为低压型 15 60kv 和高压型 100 150kv 两类 为了获得较大的焊缝熔深 可采用高压型的电子束焊机 但采用高压型焊机时 对高压绝缘 高压机穿以及x射线强烈辐射等问题要十分注意 因此必须对焊机和安全防护提出更高的要求 第二节电子束焊工作原理与分类 2019 12 26 6 目前国际上大都采用低压型电子束焊 为保证熔深可通过增加电子束能量密度来提高熔深 还可以依靠电子枪电极结构设计的合理性和制造的精密性来提高束流密度 采用低压型电子束焊具有很多优点 如设备制造成本低 x射线辐射影响小 容易防护 以及电子枪工作比较稳定等 真空电子束焊设备和装置通常是由电子枪 工作室 真空系统 电源及电气控制系统等部件 第二节电子束焊工作原理与分类 电子束焊接原理示意图 2019 12 26 7 第二节电子束焊工作原理与分类 1 电子枪电子枪是真空电子束焊机的重要部件 它是发射电子束 并能使之向焊件加速 聚焦及偏转的组合装置 电子枪按结构形式可分为 移动式和固定式两种 按阴极加热形式可分为 直热式和间热式两种 按电子束电流值可分为 强流枪和弱流枪两种 按加速电压值可分为 低压电子枪和高压电子枪两种 为保证安全 在焊接电子枪中采用热电子发射能力强而且不易 中毒 的材料作阴极 常用的材料有钨 钼 六硼化镧等 2019 12 26 8 第二节电子束焊工作原理与分类 2 焊接室一般真空焊接室为方形结构 尺寸为860 530 740mm 焊接室的形状要根据焊件的尺寸和形状来决定 目前焊接室采用低碳钢 复合钢板或不锈钢等材料制成圆形 矩形或方形等几种 焊接室内部要求非常光洁 防止粘附空气和潮气 这样有利于提高真空度和缩短抽气时间 对于高压电子束焊真空室的要求还应增加对x射线的防护 即在焊接室外部贴附铅板 2019 12 26 9 3 电源系统高压电源系统主要由高压电源 偏压电源和灯丝电源等部分组成 由于电子束经常短路 要求高压直流电源能承受短路电流和过电压的冲击 目前在生产中使用的高压电源 其焊接加速电压可在o 60kv范围内进行无极调节 第二节电子束焊工作原理与分类 4 阴极加热电源直热式阴极加热电源可采用直流滤波直流电源 电源的输出电压和电流取决于所用阴极形状和尺寸 对于带状钨极 加热电压约为5 10v 加热电流约为lo 70a 间热式阴极通常为电子轰击式 除加热灯丝的电源外 轰击电压为若干千伏特 轰击电子流为100 200ma 2019 12 26 10 第二节电子束焊工作原理与分类 5 偏压电源间热式电子枪采用可调直流偏压电源 在加速电压不变时 当调节偏压时 轰击阴极的电流变化 即可控制电子束电流的变化 可调直流偏压一般在o 2kv之间无极调节 6 灯丝电源一般采用低压交流电源 灯丝电源最好使用稳压装置 以保持电子枪灯丝电源的稳定不变 从而保证电子束电流的稳定 灯丝交流电源采取的电压为22 30v 电流为20 30a 2019 12 26 11 第二节电子束焊工作原理与分类 7 控制系统控制系统包括传动系统 真空系统 水冷系统 焊缝对准装置及控制箱等 1 传动系统传动系统由焊接台传动装置和电子枪传动装置两部分组成 传动系统装置一般装于焊接室之外 传动系统必须工作可靠 控制方便 均匀稳定 并能广泛进行调节 2 真空系统真空系统主要由机械泵 扩散泵 真空阀门 扩散泵阀门 管路以及真空计等几部分组成 2019 12 26 12 3 水冷系统水冷系统是为真空机组安全运行服务的 在机械泵和油扩散泵等长期运行中 必须采用水冷降低机组运行过热现象 以保证焊机正常工作 4 焊缝对准装置焊缝对准装置是为确保电子束焦点很精确的对准焊缝中心位置而设计的一种专用装备 通常采用光学对准装置和焊缝跟踪装置 5 控制箱它是完成电子束焊接按顺序控制位置 控制箱中装有控制元件和其他电子元件 第二节电子束焊工作原理与分类 2019 12 26 13 第二节电子束焊工作原理与分类 二 工作原理电子束焊的工作是由高压电源电路 电子枪和焊件传动调速电路 机械泵和扩散泵控制电路 聚焦和偏转控制电路 高压短路保护线路以及焊接过程控制线路等部分的共同运转来完成的 电子束是由电子枪中产生的 通常电子是以热发射或场发射的方式从发射体 阴极 逸出 在25 300kv的加速电压作用下 电子被加速到0 3 0 7倍的光速 具有一定的动能 经电子枪中静电透镜和电磁透镜的作用 电子就会聚成功率密度很高的电子束 2019 12 26 14 第二节电子束焊工作原理与分类 这种电子束撞击到工作表面 电子的动能就转变为热能 使金属迅速熔化和蒸发 在高压金属蒸气的作用下熔化的金属被排开 电子束就能继续撞击深处的固态金属 很快在被焊工件上 钻 出一个锁形小孔 小孔的周围被液态金属包围 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 2019 12 26 15 第三节电子束焊焊接工艺 电子束焊焊接工艺主要包括焊接设备 焊接规范 焊缝接头型式 操作技术等几个方面 1 焊接设备国内研制和生产的电子束焊机的型号及性能见表15 1 表15 1电子束焊机型号及性能 2019 12 26 16 第三节电子束焊焊接工艺 2019 12 26 17 第三节电子束焊焊接工艺 2019 12 26 18 第三节电子束焊焊接工艺 二 焊接规范真空电子束焊焊接规范见表15 2 表15 2真空电子束焊焊接规范 焊接工艺参数的选择主要根据电子束焊时的线能量公式得出其公式为q 60ubib v式中q 线能量 j cm ub 加速电压 v ib 电子束流 a v 焊接速度 cm min 2019 12 26 19 第三节电子束焊焊接工艺 三 焊缝接头型式常用的电子束焊接头包括对接 角接 t形接 端接和搭接 1 对接接头对接接头属于最常见的接头型式 其接头准备工作较为简单 但需采用装配卡具 当接头厚度不对称时 可采用宽而倾斜的电子束进行对接 2 角接头角接头的运用范围仅次于对接接头 常用的有熔透性角接焊缝 锁口自对中接头 锁底自对中接头 双边锁底接头 双边锁底斜向熔透焊缝 双边锁底 卷边角接 2019 12 26 20 第三节电子束焊焊接工艺 3 t形接头t形接头由于接头强度差 易产生未熔合现象 因此一般采用单面t形接头 焊接时焊缝易于收缩残余应力较小 4 搭接接头搭接接头多用于1 5mm以下的薄板焊接 当采用厚板搭接接头焊接时需增加填充焊丝 以增加焊条尺寸 5 端接接头端接接头主要用于大厚板 大功率深熔透焊接 对于薄板和不等厚度的端接接头常用小功率或散焦电子束进行焊接 2019 12 26 21 第四节电子束焊安全技术 电子束焊焊接时其安全操作主要存在高压电击 x光射线及烟气等有害因素 因此在生产中应注意以下几点安全防护要求 1 高压电源和电子枪应保证有足够的绝缘和良好的接地 绝缘试验电压应为额定电压的1 5倍 电子束焊接设备应装置专用地线 其接地电阻应小于3 没备外壳应用粗铜线接地 2 进行设备维修或更换阴极组件时应切断电源 并用放电棒接触准备更换的零件 以防电击 2019 12 26 22 第四节电子束焊安全技术 3 国家规定对无监护工作人员允许的x射线剂量不应大于o 25mr h 加速电压为60kv以上的焊机一般靠钢板厚度来防护 当加速电压超过60kv以上时应附加铅防护层 4 采用抽气装置将真空室中的油气 烟尘等排出时 操作现场必须设置通风装置 以减少对人体的危害 5 焊接过程中不允许用肉眼直接观察熔池 必要时应配防护眼镜或在现场设置护目玻璃 2019 12 26 23 一 单项选择题 每题只有一个选项是正确的 不选 多选 选错均不得分 1 目前使用最广泛的是 真空电子束焊 2 电子束焊机为真空机组安全运行 在机械泵和油扩散泵等长期运行中 必须采用 水冷 降低机组运行过热现象 以保证焊机正常运行 3 电子束焊时搭接接头多用于 1 5 mm以下的薄板焊接4 下列接头中 端接接头 适用于大厚度材料的电子束焊5 电子束焊高压电源盒电子枪应保证有足够的绝缘和良好的接地 绝缘实验电压应为额定电压的 1 5 倍 6 电子束焊接设备应装置专用装置底线 其接地电阻应小于 3 7 国家规定对无监护工作人员允许的x射线剂量不应大于 0 25 mr h 2019 12 26 24 二 判断题 正确的打 错误的打 1 电子束因焊接速度快 电流很小 其对工件的热输入量很小 因此热影响区和焊件变形极小 2 大多数情况下电子束焊不需要再真空条件下进行 因此不受大气污染和氧化 可获得高纯度的致密焊缝 3 为保证安全 在焊接电子枪中采用热电子发射能力强而且不易中毒的材料做阴极 常用的材料有钨 钼 六硼化镧等 焊接时内部的空气和潮气 不会影响真空度和缩短抽气时间 对于高压电