电子束焊接(EBW)课件

电子束焊接(EBW)课件1目录背景知识基本原理焊接分类焊接接头焊接工艺及相关参数的影响与激光焊接的特性对比目录背景知识基本原理焊接分类焊接接头焊接工艺及相关参数的影响21950年前后，核工业发展促使人们对高熔点金属及稀贵金属需求的增加这些元素对氧、氮、氢的亲和力导致在保护气氛下的接头质量不够稳定真空能提供比保护气体更纯净的环境，但是电弧不能再真空中维持加速电子提供能量源来融化焊接金属的想法应运而生1背景知识1950年前后，核工业发展促使人们对高熔点金属及稀贵金属需求3定义：电子束焊接是利用会聚的高能电子束轰击工件接缝处产生热能使工件融合的一种焊接方法。通常束斑直径小<1mm(0.1~0.75mm）。基本原理2定义：电子束焊接是利用会聚的高能电子束轰击工件接缝处产生热能4阴极聚束极阳极聚焦线圈偏转线圈光学观察系统真空工作室工作台及传动系统高压电源电气控制系统电子枪真空系统工作室真空系统真空控制及监测系统阴极加热控制器束流控制器聚焦电源偏转电源9141510123161778645111312电子束焊接结构原理示意图基本原理3阴极9141510123161778645111312电子束5电子束焊接机实物图4电子束焊接机实物图46电子与材料的相互作用基本原理5电子与材料的相互作用基本原理57金属蒸汽电子束液态金属反冲力f基材基本原理6金属蒸汽电子束液态金属反冲力f基材基本原理68电子束焊分类（1）按照加速电压不同低压电子束焊接（U=15~30KV）中压电子束焊接（U=40~60KV）高压电子束焊接（U=100~150KV）超高压电子束焊接（U>300KV）（2）按照真空度不同分类高真空电子束焊接（10-3~10-6torr）低真空电子束焊接（10-2~0.5torr）非真空电子束焊接（大气中）7电子束焊分类（1）按照加速电压不同低压电子束焊接（U=15~9（3）按照焊件在真空中的位置分类全真空电子束焊接局部真空电子束焊接（4）按照功率不同分类大功率电子束焊接（60KW以上）中功率电子束焊接（30~60KW）小功率电子束焊接（30KW以下）电子束焊分类8（3）按照焊件在真空中的位置分类全真空电子束焊接局部真空电子10（5）按照电子枪特征分类定枪式和动枪式直热式和间热式二级枪和三级枪（6）按照深穿加热特点分类普通电子束焊接脉冲电子束焊接电子束焊分类9（5）按照电子枪特征分类定枪式和动枪式直热式和间热式二级枪和11（1）对接接头：电子束焊接最适应的一种接头形式电子束焊接的接头10（1）对接接头：电子束焊接最适应的一种接头形式电子束焊接的接12（2）T型接头11电子束焊接的接头（2）T型接头11电子束焊接的接头13（3）搭接接头电子束焊接的接头12（3）搭接接头电子束焊接的接头1214（4）边接接头：用于气敏性部件电子束焊接的接头13（4）边接接头：用于气敏性部件电子束焊接的接头1315（5）圆柱体对接接头电子束焊接的接头14（5）圆柱体对接接头电子束焊接的接头1416（6）特殊接头电子束焊接的接头15（6）特殊接头电子束焊接的接头1517真空电子束焊接的工艺过程（1）电子束焊接经济性和焊接结构合理性分析（2）焊接工装夹具的设计与制造（3）焊接规范参数的选着确定（4）焊接前清理（5）装夹（6）施焊（7）焊后检测16真空电子束焊接的工艺过程（1）电子束焊接经济性和焊接结构合理18（1）经济性：不重要的非主承力焊缝，一般的碳钢及低合金结构钢焊缝，接头结构复杂，有遮挡，需做复杂工装的焊缝不采用电子束焊。（2）结构合理性：密闭容器要有放气工艺孔；工件之间配合紧密；尽量采用简单结构；考虑工作室的尺寸；考虑电子束的可达性。

电子束焊接经济性与结构合理性分析17（1）经济性：不重要的非主承力焊缝，一般的碳钢及低合金结构钢19

焊接规范参数的选择确定（1）试件法（2）曲线法（3）正交试验法加工一些与工件结构类似的模拟件进行试焊，得到规范参数后，再用这些参数对正式件进行焊接。在积累大量资料数据的基础上，可以根据不同的参数绘制出不同的曲线，也可以通过试验做出常用材料的参数曲线。利用正交表的正交性，进行少数几项试验就可以找到焊接参数的趋势和理想参数。18焊接规范参数的选择确定（1）试件法（2）曲线法（3）正交试20焊前清理（1）机械清理：砂纸打磨、刮削等。（2）化学清理：酸洗、丙酮及酒精擦拭。19焊前清理（1）机械清理：砂纸打磨、刮削等。（2）化学清理：酸21焊接规范参数对焊缝成型的影响（1）功率密度的影响（2）主要参数对成型的影响加速电压U、电子束束流I、焊接速度V20焊接规范参数对焊缝成型的影响（1）功率密度的影响（2）主要参22功率密度的影响焊缝的熔深主要取决于形成空腔的金属蒸发速率，而金属蒸发速率的大小与电子束肚饿功率密度密切相关。研究表明电子束的功率密度越大，则熔深增大，而焊缝宽度减小。21功率密度的影响焊缝的熔深主要取决于形成空腔的金属蒸发速率，而23加速电压的影响(1)加速电压增加，斑点功率密度提高，从而使金属的汽化速率提高(2)加速电压增加也会改善电子的光学聚焦性能，提高功率密度综上，增加加速电压，熔深增加，熔宽减小，深宽比增大22加速电压的影响(1)加速电压增加，斑点功率密度提高，从而使金24束流的影响（1）束流增加，使得束斑功率密度增加（2）束流增加，空间电荷扰动增加，降低电子束聚焦性能综合影响为：束流增加，熔深增加，熔宽也略微增加。23束流的影响（1）束流增加，使得束斑功率密度增加（2）束流增加25焊接速度的影响焊接速度的增加，将使焊接输入能量减少，从而使熔深，熔宽均减少。24焊接速度的影响焊接速度的增加，将使焊接输入能量减少，从而使熔26电子束焊接优点能量密度高，焊缝深宽比大能量低，热影响区窄焊速快，焊接效率高焊接参数再现性好，易于控制实现自动化真空焊接可实现高质量的焊缝工艺适用性好，可焊材料范围宽25电子束焊接优点能量密度高，焊缝深宽比大能量低，热影响区窄焊速27电子束焊接缺点电子束焊接成套设备价格昂贵焊缝对中精度要求高焊接前接头设计，清理及装配要求高电子束易受磁场干扰工件尺寸受真空室大小限制焊接质量受真空条件限制焊接时产生X射线需严加防护26电子束焊接缺点电子束焊接成套设备价格昂贵焊缝对中精度要求高焊28电子束焊接独有的两种缺陷（1）钉尖产生部位：常发生在部分熔透焊缝的根部。形成原因：电子束功率的脉动，液态金属表面张力和冷却速度过大而液相金属来不及流入所致。解决措施:接头采用垫板，将缺陷引出；偏转扫描电子束；27电子束焊接独有的两种缺陷（1）钉尖产生部位：形成原因：解决29电子束焊接独有的两种缺陷（2）冷隔产生部位：厚件焊缝根部和稍高处会出现较大的空洞，把上下熔化金属分隔来。形成原因：厚件中气孔的一种特殊表现形式，与电子束焊缝形成机制有关。厚板焊接时，金属蒸汽和其它气体逸出受阻，在较快冷却速度下留在焊缝中。解决措施：减少工件产生气体的来源；降低加速电压，适当降低焊速；采用扫描束。28电子束焊接独有的两种缺陷（2）冷隔产生部位：形成原因：解决30焊缝的对比29焊缝的对比2931电子束焊接应用实力照片30电子束焊接应用实力照片3032电子束焊接与激光焊接的对比31共同的优异特性：能量密度高(>105w/cm2)焊接速度快(一般可达5~10m/min)热影响区窄(一般为焊缝的10%~20%)热流输入少，工件变形小无后续加工电子束焊接与激光焊接的对比易实现自动控制电子束焊接与激光焊接的对比31共同的优异特性：能量密度高(>33电子束焊接与激光焊接的对比激光焊接的优点：不需要真空室，可在空气中进行不需要对焊件进行去磁处理，可焊接磁性材料循环时间大大低于电子束焊接没有防X射线问题32电子束焊接与激光焊接的对比激光焊接的优点：不需要真空室，可在34电子束焊接与激光焊接的对比电子束焊接的优点：能量转化率大大高于激光焊接不考虑材料反射问题可用于大功率焊接，较激光焊接经济具有更高的深宽比33电子束焊接与激光焊接的对比电子束焊接的优点：能量转化率大大高35谢谢~谢谢~36电子束焊接(EBW)课件37目录背景知识基本原理焊接分类焊接接头焊接工艺及相关参数的影响与激光焊接的特性对比目录背景知识基本原理焊接分类焊接接头焊接工艺及相关参数的影响381950年前后，核工业发展促使人们对高熔点金属及稀贵金属需求的增加这些元素对氧、氮、氢的亲和力导致在保护气氛下的接头质量不够稳定真空能提供比保护气体更纯净的环境，但是电弧不能再真空中维持加速电子提供能量源来融化焊接金属的想法应运而生1背景知识1950年前后，核工业发展促使人们对高熔点金属及稀贵金属需求39定义：电子束焊接是利用会聚的高能电子束轰击工件接缝处产生热能使工件融合的一种焊接方法。通常束斑直径小<1mm(0.1~0.75mm）。基本原理2定义：电子束焊接是利用会聚的高能电子束轰击工件接缝处产生热能40阴极聚束极阳极聚焦线圈偏转线圈光学观察系统真空工作室工作台及传动系统高压电源电气控制系统电子枪真空系统工作室真空系统真空控制及监测系统阴极加热控制器束流控制器聚焦电源偏转电源9141510123161778645111312电子束焊接结构原理示意图基本原理3阴极9141510123161778645111312电子束41电子束焊接机实物图4电子束焊接机实物图442电子与材料的相互作用基本原理5电子与材料的相互作用基本原理543金属蒸汽电子束液态金属反冲力f基材基本原理6金属蒸汽电子束液态金属反冲力f基材基本原理644电子束焊分类（1）按照加速电压不同低压电子束焊接（U=15~30KV）中压电子束焊接（U=40~60KV）高压电子束焊接（U=100~150KV）超高压电子束焊接（U>300KV）（2）按照真空度不同分类高真空电子束焊接（10-3~10-6torr）低真空电子束焊接（10-2~0.5torr）非真空电子束焊接（大气中）7电子束焊分类（1）按照加速电压不同低压电子束焊接（U=15~45（3）按照焊件在真空中的位置分类全真空电子束焊接局部真空电子束焊接（4）按照功率不同分类大功率电子束焊接（60KW以上）中功率电子束焊接（30~60KW）小功率电子束焊接（30KW以下）电子束焊分类8（3）按照焊件在真空中的位置分类全真空电子束焊接局部真空电子46（5）按照电子枪特征分类定枪式和动枪式直热式和间热式二级枪和三级枪（6）按照深穿加热特点分类普通电子束焊接脉冲电子束焊接电子束焊分类9（5）按照电子枪特征分类定枪式和动枪式直热式和间热式二级枪和47（1）对接接头：电子束焊接最适应的一种接头形式电子束焊接的接头10（1）对接接头：电子束焊接最适应的一种接头形式电子束焊接的接48（2）T型接头11电子束焊接的接头（2）T型接头11电子束焊接的接头49（3）搭接接头电子束焊接的接头12（3）搭接接头电子束焊接的接头1250（4）边接接头：用于气敏性部件电子束焊接的接头13（4）边接接头：用于气敏性部件电子束焊接的接头1351（5）圆柱体对接接头电子束焊接的接头14（5）圆柱体对接接头电子束焊接的接头1452（6）特殊接头电子束焊接的接头15（6）特殊接头电子束焊接的接头1553真空电子束焊接的工艺过程（1）电子束焊接经济性和焊接结构合理性分析（2）焊接工装夹具的设计与制造（3）焊接规范参数的选着确定（4）焊接前清理（5）装夹（6）施焊（7）焊后检测16真空电子束焊接的工艺过程（1）电子束焊接经济性和焊接结构合理54（1）经济性：不重要的非主承力焊缝，一般的碳钢及低合金结构钢焊缝，接头结构复杂，有遮挡，需做复杂工装的焊缝不采用电子束焊。（2）结构合理性：密闭容器要有放气工艺孔；工件之间配合紧密；尽量采用简单结构；考虑工作室的尺寸；考虑电子束的可达性。

电子束焊接经济性与结构合理性分析17（1）经济性：不重要的非主承力焊缝，一般的碳钢及低合金结构钢55

焊接规范参数的选择确定（1）试件法（2）曲线法（3）正交试验法加工一些与工件结构类似的模拟件进行试焊，得到规范参数后，再用这些参数对正式件进行焊接。在积累大量资料数据的基础上，可以根据不同的参数绘制出不同的曲线，也可以通过试验做出常用材料的参数曲线。利用正交表的正交性，进行少数几项试验就可以找到焊接参数的趋势和理想参数。18焊接规范参数的选择确定（1）试件法（2）曲线法（3）正交试56焊前清理（1）机械清理：砂纸打磨、刮削等。（2）化学清理：酸洗、丙酮及酒精擦拭。19焊前清理（1）机械清理：砂纸打磨、刮削等。（2）化学清理：酸57焊接规范参数对焊缝成型的影响（1）功率密度的影响（2）主要参数对成型的影响加速电压U、电子束束流I、焊接速度V20焊接规范参数对焊缝成型的影响（1）功率密度的影响（2）主要参58功率密度的影响焊缝的熔深主要取决于形成空腔的金属蒸发速率，而金属蒸发速率的大小与电子束肚饿功率密度密切相关。研究表明电子束的功率密度越大，则熔深增大，而焊缝宽度减小。21功率密度的影响焊缝的熔深主要取决于形成空腔的金属蒸发速率，而59加速电压的影响(1)加速电压增加，斑点功率密度提高，从而使金属的汽化速率提高(2)加速电压增加也会改善电子的光学聚焦性能，提高功率密度综上，增加加速电压，熔深增加，熔宽减小，深宽比增大22加速电压的影响(1)加速电压增加，斑点功率密度提高，从而使金60束流的影响（1）束流增加，使得束斑功率密度增加（2）束流增加，空间电荷扰动增加，降低电子束聚焦性能综合影响为：束流增加，熔深增加，熔宽也略微增加。23束流的影响（1）束流增加，使得束斑功率密度增加（2）束流增加61焊接速度的影响焊接速度的增加，将使焊接输入能量减少，从而使熔深，熔宽均减少。24焊接速度的影响焊接速度的增加，将使焊接输入能量减少，从而使熔62电子束焊接优点能量密度高，焊缝深宽比大能量低，热影响区窄焊速快，焊接效率高焊接参数再现性好，易于控制实现自动化真空焊接可实现高质量的焊缝工艺适用性好，可焊材料范围宽25电子束焊接优点能量密度高，焊缝深宽比大能量低，热影响区窄焊速63电子束焊接缺点电子束焊接成套设备价格昂贵焊缝对中精度要求高焊接前接头设计，清理及装配要求高电子束易受磁场干扰工件尺寸受真空室大小限制焊接质量受真空条件限制焊接时产生X射线需严加防护26电子束焊接缺点电子束焊接成套设备价格昂贵焊缝对中精度要求高焊64电子束焊接独有的两种缺陷（1）钉尖产生部位：常发生在部分熔透焊缝的根部。形成原因：电子束功率的脉动，液态金属表面张力和冷