电子束焊PPT课件.ppt

特种焊接与设备 讲解人 韩兆波 1 1 特种焊接技术 特种焊接技术 除焊条电弧焊 埋弧焊 气体保护焊等传统焊接方法之外的非常规焊接方法 特种焊接技术主要包含电子束焊 激光焊 等高能束流焊接方法及扩散焊 摩擦焊 高频焊等固相焊接方法 绪论 2 第一单元电子束焊 1 1电子束焊概述1 2电子束焊设备1 3电子束焊工艺1 4典型材料的电子束焊1 5电子束焊的安全防护 综合知识模块 3 1 1 1电子束焊的基本原理 了解 电子束焊 ElectronicBeamWelding EBW 是指在真空或非真空环境中 利用汇聚的高速电子流轰击焊件接缝处所产生的热能 使被焊金属熔合的一种焊接方法 电子束焊是一种高能束流焊接方法 1 1电子束焊概述 4 电子束的产生 电子束从电子枪中产生 一定功率的电子束经透镜聚焦后 电子束电流为20 1000mA 焦点直径约为0 1 1mm 功率密度可达106W cm2以上 比普通电弧功率密度高100 1000倍 属于高能束流 5 一 电子束焊的特点1 电子束焊的优点电子束穿透能力强 焊缝深宽比大 焊接速度快 热影响区小 焊接变形小 焊缝纯度高 接头质量好 再现性好 工艺适应性强 可焊材料多 1 1 2电子束焊的特点及分类 重点掌握 6 2 电子束焊的缺点设备比较复杂 投资大 费用较昂贵 电子束焊要求接头位置准确 间隙小而且均匀 焊前对接头加工 装配要求严格 真空电子束焊接时 被焊工件尺寸和形状常常受到工作室的限制 电子束易受杂散电磁场的干扰 影响焊接质量 电子束焊接时产生X射线 需要操作人员严加防护 7 二 电子束焊的分类根据被焊工件所处环境的真空度可将电子束焊分为 高真空电子束焊 低真空电子束焊和非真空电子束焊三种 8 一 可焊接的材料 除含有大量高蒸气压元素的材料外 一般熔焊能焊的金属 都可以采用电子束焊 如铁 铜 镍 铝 钛及其合金等 二 焊件的结构形状和尺寸 单道焊接厚度超过100mm的碳素钢 厚度超过400mm的铝板 焊接时无需开坡口和填充金属 焊薄件的厚度可小于2 5mm 甚至薄到0 025mm可焊厚薄相差悬殊的焊件 1 1 3电子束焊的适用范围 掌握 9 三 有特殊要求或特殊结构的焊件 焊接内部需保持真空度的密封件 靠近热敏元件的焊件 形状复杂而且精密的零部件 施焊具有两层或多层接头的焊件 这种接头层与层之间可以有几十毫米的空间间隔 10 真空电子束焊机组成 由电子枪 工作室 也称真空室 电源及电气控制系统 真空系统 工作台以及辅助装置等几大部分组成 1 2 1电子束焊机的组成 了解 1 2电子束焊设备 11 电子枪 电子束焊机中用以产生电子并使之汇聚成电子束的装置称为电子枪 电子束焊接设备的核心部件 电子枪的主要由阴极 阳极 栅极和聚焦线圈等组成 12 1 2 2电子束焊机的选用 掌握 选用电子束焊机通常考虑以下几个方面 焊接化学性能活泼的金属 如W Ta Mo等 及其合金应选用高真空焊机 焊接易蒸发的金属及其合金选用低真空焊机 厚大件选用高压型焊机 中等厚度工件选用中压型焊机 成批生产时选用专用焊机 品种多 批量小或单件生产则选用通用型焊接设备 13 1 大型真空电子束焊机 该类焊机的真空容积从几十立方米到几百立方米 2 局部真空电子束焊机 3 通用型电子束焊机 4 小型真空电子束焊机 14 1 3 1焊前准备 了解 1 接合面的加工与清理 电子束焊接头属于无坡口对接形式 装配时力求使零件紧密接触 一般电子束焊接不用填充金属 只在焊接异种金属或合金时 可根据需要使用填充金属 1 3电子束焊工艺 15 2 零件装配 对于无锁底的对接接头 板厚 1 5mm时 局部最大间隙不应超过0 07mm 随板厚增加 间隙略增 板厚超过3 8mm时 局部最大间隙可到0 25mm 焊薄工件时 一般装配间隙不应大于0 13mm 非真空电子束焊时 装配间隙可以放宽到0 75mm 深熔焊时 装配不良或间隙过大 会导致过量收缩 咬边 漏焊等缺陷 16 1 3 2焊接接头设计 掌握 电子束焊的接头形式 对接 角接 T形 搭接和端接 17 1 3 3主要焊接参数及其选择 掌握 电子束焊的基本工艺参数 加速电压 电子束电流 焊接速度 聚焦电流 工作距离 18 1 3 4电子束焊技术要点 了解 一 薄板的焊接二 厚板的焊接三 填充金属四 复杂件的焊接五 电子束扫描和偏转六 焊接缺陷及控制措施 19 一 薄板的焊接 电子束焊可用于焊接板厚在0 03 2 5mm的零件 薄板导热性差 电子束焊接时局部加热强烈 为防止过热 可采用夹具 电子束功率密度高 易于实现厚度相差很大的接头焊接 焊接时薄板应与厚板紧贴 适当调节电子束焦点位置 使接头两侧均匀熔化 20 薄板膜盒零件及其装配焊接夹具 21 二 厚板的焊接 电子束焊焊道的深宽比可高达60 1 可以一次焊透300mm厚的钢板 当被焊钢板厚度在60mm以上时 应将电子枪水平放置进行横焊 以利于焊缝成形 22 电子束焊真空度对钢板熔深的影响 23 三 焊接缺陷及控制措施 电子束接头也会出现未熔合 咬边 塌陷 气孔 裂纹等缺陷 电子束焊缝特有的缺陷是熔深不均 长空洞 中部裂纹和由于剩磁或干扰磁场造成的焊道偏离接缝等 24 1 4典型材料的电子束焊 1 4 1钢的电子束焊1 4 2有色金属的电子束焊1 4 3难熔金属的电子束焊1 4 4异种金属的电子束焊 25 1 4 1钢的电子束焊 重点掌握 一碳素结构钢的焊接二合金钢的焊接三工具钢的焊接四不锈钢的焊接 26 一 碳素结构钢的焊接 低碳钢适于焊接 中碳钢也可以采用电子束焊 但其焊接性随着含碳量的增高而变差 含碳量大于0 5 的碳钢用电子束焊时 开裂倾向比电弧焊时低 但需焊前预热及焊后热处理 27 二 合金钢的焊接 含碳量低于0 3 的低合金钢在实施电子束焊接时 可不预热和后热 含碳量高于0 3 的高强度合金钢 可进行电子束焊接 但退火或正火状态下焊接性更好 当板厚大于6mm时 应采用焊前预热和焊后缓冷的工艺措施 以免产生裂纹 28 三 工具钢的焊接 电子束焊接工具钢 焊接接头性能良好 生产率高 与其他焊接方法相比 工具钢电子束焊不需要进行退火等热处理而实施高速焊接 例如 厚度为6mm的4Cr5MoSiV钢焊前硬度为50HRC 焊后进行550 正火 焊缝金属的硬度可以达到56 57HRC 热影响区硬度下降到43 46HRC 但其宽度只有0 13mm 29 四 不锈钢 焊接奥氏体不锈钢可具有较高抗晶间腐蚀能力 马氏体不锈钢可以在任何热处理状态下进行电子束焊接 沉淀硬化不锈钢采用电子束焊进行焊接 可获得较好力学性能 30 1 4 2非铁金属的电子束焊 重点掌握 一铝及其合金的焊接二钛及其合金的焊接三铜及其合金的焊接四镁及其合金的焊接 31 一 铝及其合金的焊接 铝和铝合金电子束焊前需要对接缝处进行除油和清除氧化膜处理 铝合金常用于制造汽车零件 非真空电子束焊接汽车用铝合金可得到良好的接头 32 33 二 钛及其钛合金的焊接 电子束焊接是所有工业钛和钛合金最理想的焊接方法 焊接接头的有效系数可达到100 焊接时为了防止晶粒长大 宜采用高电压 小束流的工艺参数 34 三 铜及其铜合金的焊接 在真空条件下纯铜加热时蒸发比较严重 所以电子束流的能量密度不宜选得太高 纯铜导热性好 焊接热源的热量易散失 焊接所需电子束功率要比焊接合金钢大 故采用能量密度高的电子束焊机焊接纯铜 焊接铜和铜合金的主要焊接缺陷是气孔 35 四 镁及其合金的焊接 由于合金中镁和锌在真空的蒸气压很高 易于产生气孔 电子束焊接工艺参数应进行闭环控制 以防止焊缝底层过热和产生气孔 36 1 4 3难熔金属的电子束焊 了解 用电子束焊接锆 铌 钼 钨等难熔金属 熔点在2000 以上 是较为理想的焊接方法 因为高功率密度可使用较小的热输入获得性能良好的焊接接头 37 1 4 4异种金属的电子束焊 了解 异种金属对电子束焊的焊接性取决于各自的物理 化学性质 彼此能形成固溶体的异种金属焊接性良好 而易生成金属间化合物的异种金属接头韧性差 但与其他熔焊相比要容易施焊 38 1 5电子束焊的安全防护 1 5 1防止高压电击的措施1 5 2X射线的防护 39 1 5 1防止高压电击的措施 了解 高压电源和电子枪应保证有足够的绝缘 绝缘试验电压应为额定电压的1 5倍 设备应装置专用地线 外壳用截面积大于12mm2的粗铜线接地 保证接地良好 接地电阻应小于3 40 更换阴极组件或维修时 应切断高压电源 并用接地良好的放电棒接触准备更换的零件或需要维修的地方 以防电击 电子束焊机应安装电压报警或其他电子联动装置 以便在出现故障时自动断电 操作时应戴耐高压的绝缘手套 穿绝缘鞋 无论是高压或是低压电子束系统都使用铅玻璃窗口 焊机则安装在用高密度混凝土建造的X射线屏蔽室内 41 1 5 2X射线的防护 我国规定 对无监护的工作人员允许的X射线剂量不应大于0 25mR h 因此必须加强对X射线的防护措施 对于加速电压低于60kV的电子束焊机 真空室采用足够厚度的钢板就能起防护X射线的作用 加速电压高于60kV以上的焊机 外壳应附加足够厚度的铅板进行防护 42 电子束焊机在高电压下运行 观察窗应选用铅玻璃 工作场所的面积一般不应小于40m2 高度不小于3 5m 对于高