电子束焊接哈工大张秉刚（课堂PPT）

1、.1高能束焊接高能束焊接课程课程之之电子束焊接电子束焊接张秉刚张秉刚哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室材料楼对面材料楼对面KH205KH205室室86412911-60186412911-601.2v第二章第二章 电子束焊接原理及设备电子束焊接原理及设备 电子束焊接基本原理电子束焊接基本原理 电子束焊接设备电子束焊接设备v第三章第三章 真空电子束焊接工艺真空电子束焊接工艺 焊接规范参数及其对焊缝成形的影响焊接规范参数及其对焊缝成形的影响 电子束焊接接头设计电子束焊接接头设计 真空电子束焊接工艺过程真空电子束焊接工艺过程 电子束焊缝常见缺陷及

2、防止措施电子束焊缝常见缺陷及防止措施 安全防护安全防护 现场讲解及焊接演示（实验室）现场讲解及焊接演示（实验室）v第一章第一章 绪绪 论论.3 1954年法国年法国J.A.Stohr博士成功焊接了核反应堆燃料博士成功焊接了核反应堆燃料包壳，标志电子束焊接金属获得成功；包壳，标志电子束焊接金属获得成功；n1.1.1 电子束焊接发展简史电子束焊接发展简史 电子束焊接技术起源于德国，电子束焊接技术起源于德国，1948年前西德物理学年前西德物理学家家K.H.Steigerwald首次提出用电子束焊接的设想；首次提出用电子束焊接的设想； 电子束的发现迄今已有电子束的发现迄今已有100多年的历史；多年的历

3、史； 1957年年11月，在法国巴黎召开的国际原子能燃料元月，在法国巴黎召开的国际原子能燃料元件技术大会上公布了该技术，电子束焊接被确认为件技术大会上公布了该技术，电子束焊接被确认为一种新的焊接方法；一种新的焊接方法； 1958年开始，美国、英国、日本及前苏联开始进行年开始，美国、英国、日本及前苏联开始进行电子束焊接方面的研究；电子束焊接方面的研究； 上世纪上世纪60年代后，我国开始从事电子束焊接研究；年代后，我国开始从事电子束焊接研究；n1.1 电子束焊接技术概述电子束焊接技术概述.4 (2) 电子束焊接能量转换特点电子束焊接能量转换特点 能量传递能量传递 热量析出部位热量析出部位 能量转换

4、机理能量转换机理n1.1.2 电子束焊接基本概念及其能量转换特点电子束焊接基本概念及其能量转换特点 (1) 什么是电子束焊接什么是电子束焊接 焊接过程焊接过程焊缝形状焊缝形状.5n1.2 电子束焊接分类、特点及应用电子束焊接分类、特点及应用1.2.1 电子束焊接分类电子束焊接分类(1) 按照电子束加速电压不同按照电子束加速电压不同 低压电子束焊接低压电子束焊接(U=15-30Kv) 中压电子束焊接中压电子束焊接(U=40-60Kv) 高压电子束焊接高压电子束焊接(U=100-150Kv) 超高压电子束焊接超高压电子束焊接(U 300Kv).6n1.2.1 电子束焊接分类电子束焊接分类(2) 按

5、照真空度不同按照真空度不同 高真空电子束焊接高真空电子束焊接(10-3-10-6 torr) 低真空电子束焊接低真空电子束焊接(10-2-0.5 torr) 非真空电子束焊接非真空电子束焊接(大气中大气中) (3) 按照焊件在真空室中位置按照焊件在真空室中位置 全真空电子束焊接全真空电子束焊接 局部真空电子束焊接局部真空电子束焊接.7n1.2.1 电子束焊接分类电子束焊接分类(4) 按照功率不同按照功率不同 大功率电子束焊接大功率电子束焊接(60KW以上以上) 中功率电子束焊接中功率电子束焊接(30-60KW) 小功率电子束焊接小功率电子束焊接(30KW以下以下) (5) 按照电子枪特征按照电

6、子枪特征 定枪式和动枪式定枪式和动枪式 直热式和间热式直热式和间热式 二级枪和三极枪二级枪和三极枪 (6) 按照深穿加热特点按照深穿加热特点 普通电子束焊接普通电子束焊接 脉冲电子束焊接脉冲电子束焊接.8n1.2.2 电子束焊接特点及应用电子束焊接特点及应用 (1)电子束焊接的优点电子束焊接的优点 (2)电子束焊接的不足电子束焊接的不足 (3)电子束焊接应用电子束焊接应用.9n2.1 电子束焊接基本原理电子束焊接基本原理1 1阴极；阴极；三级电子枪结构示意图三级电子枪结构示意图 2.1.1电子束形成电子束形成2 2偏压电极；偏压电极；3 3阳极；阳极；4 4聚焦线圈；聚焦线圈；5 5偏转线圈；

7、偏转线圈；6 6工件；工件；7 7电子束；电子束；U Ub b加速电压；加速电压；U UB B偏压；偏压；.10 (2) 电子束焊缝形成方式电子束焊缝形成方式 熔化熔化和和深穿入式成形深穿入式成形 (3) 电子束焊接深穿入式焊缝形成机制电子束焊接深穿入式焊缝形成机制n2.1.2 电子束焊缝形成电子束焊缝形成 (1) 电子束焊接加热特点电子束焊接加热特点 功率密度高功率密度高和和束精确快速可控性束精确快速可控性 .11电子束深穿入过程示意图电子束深穿入过程示意图.12n2.1.3 电子束输入功率分配电子束输入功率分配We热能发生区电子射程W3xW1W2电子束直径We-W4材料表面W4We=W1+

8、W2+W3+W4简化为：WeW1+W2.13n2.1.4 电子束焊接熔池受力分析电子束焊接熔池受力分析Fe + Fa Fs + Fg 简化为：Fa Fs + Fg.14n2.2 电子束焊接设备电子束焊接设备 2.2.1 电子束焊接设备分类电子束焊接设备分类 (1) 主要生产研制机构主要生产研制机构 德国德国PTR和和IGM公司公司 法国法国TECHMETA（泰克米特）公司（泰克米特）公司 英国的英国的CVE公司公司 德国的德国的PROBEAM公司公司 乌克兰巴东焊接研究所乌克兰巴东焊接研究所 北京航空工艺研究所北京航空工艺研究所 中科院沈阳金属所中科院沈阳金属所 桂林电器科学研究所桂林电器科学

9、研究所.15 (2) 分类分类 按照真空室压力按照真空室压力: 高真空电子束焊机高真空电子束焊机 低真空电子束焊机低真空电子束焊机 非真空电子束焊机非真空电子束焊机按照加速电压按照加速电压: 高压型电子束焊机高压型电子束焊机 中压型电子束焊机中压型电子束焊机 低压型电子束焊机低压型电子束焊机按照电子枪固定方式按照电子枪固定方式: 动枪式电子束焊机动枪式电子束焊机 定枪式电子束焊机定枪式电子束焊机.16n2.2.2 真空电子束焊机构造及工作原理真空电子束焊机构造及工作原理 (1) 真空电子束焊机基本构成真空电子束焊机基本构成.17 (2) 电子枪构成、作用及基本原理电子枪构成、作用及基本原理 1

10、）电子枪构成及作用）电子枪构成及作用 2） 阴极材料的选择阴极材料的选择3） 阴极加热方式阴极加热方式.18 加速电压加速电压 电子束束流电子束束流 焊接速度焊接速度 工作距离工作距离 焦点位置焦点位置n3.1 焊接规范参数及其对焊缝成形的影焊接规范参数及其对焊缝成形的影响响 3.1.1 功率密度的影响功率密度的影响 3.1.2 主要参数对成形的影响主要参数对成形的影响.19n3.2 电子束焊接接头设计电子束焊接接头设计 3.2.1 接头设计原则接头设计原则 3.2.2 接头型式接头型式 对接接头对接接头 角接接头角接接头 T型接头型接头 搭接接头搭接接头 边接接头边接接头 圆柱体对接接头圆柱

11、体对接接头 特殊接头特殊接头.20 （3）气孔）气孔 （4）裂纹）裂纹n3.3 真空电子束焊接工艺过程真空电子束焊接工艺过程 （1）钉尖）钉尖 （2）冷隔（空洞）冷隔（空洞） n3.4 电子束焊缝常见缺陷及防止措施电子束焊缝常见缺陷及防止措施.21n3.5 安全防护安全防护n3.6 现场讲解及焊接演示现场讲解及焊接演示.22.23.24.25.26.27.28T形齿轮零件结构简图焊前分体部分焊后整体部分用于齿轮加工的用于齿轮加工的电子束焊接技术电子束焊接技术.29航空发动机航空发动机部件的电子部件的电子束焊接束焊接某型号发动机功率轴的焊接某型号发动机压气机机匣结构.30电子束焊接在电子和电子束

12、焊接在电子和仪表工业中的应用仪表工业中的应用.31汽车变速器齿轮加工电子束焊接技术电子束焊接技术用于汽车制造用于汽车制造.32航天产品的航天产品的电子束焊接电子束焊接推力室身部与头部的铌钛异种金属电子束焊接推力室身部铜钢异种金属电子束焊接.33电子束焊接新技术电子束焊接新技术 电子束焊接输入能量控制技术多焦点、多束.34.35德国德国PTRPTR公司生产的公司生产的ebw3000/15-150CNCebw3000/15-150CNC型电子束焊机型电子束焊机 真空室真空室:1.7m:1.7m1.25m1.25m 1.45m ; 1.45m ; 额定功率额定功率:15KW;:15KW;额定电压额定

13、电压:150KV:150KV.36法国TECHMETA公司MEDARD 43型:Chamber dimensions:500 500500500;500;Operating voltage:60KV;Operating voltage:60KV;Power:6KWPower:6KWLARA 52型:Chamber Chamber dimensions:dimensions:350350600600800;800;Operating voltage:60KV;Operating voltage:60KV;Power:30KWPower:30KW.37英国英国CVE公司公司2000系列，额定功率系列，额定功率4kWXW系列，加速电压系列，加速电压150kV，额定功率，额定功率7.5kW.38乌克兰巴东电焊研究所乌克兰巴东电焊研究所KL110型：2.52.52.52.55m/60KW/60KV5m/60KW/60KV.39德国德国Probeam公司公司 .40HDZHDZ3B EB welder3B EB welderPower：3KWAccelerating voltage ：70KVSize of welding chamber：300 x300 x200mm桂林电科所桂林电科所.41.42.43焦点Lb束活性区长度Qb1Qb2D0DF(1)(2)(3)(4)(5)(6).44