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电子束焊(EBW)

 发布于: 2012/11/10 17:32:47

    电子束焊是从1950年晚些时候开始商业应用的,它已经赢得了业界的认可。开始时,该工艺要求在一个高真空室内操作。然而,该工艺迅速得到改进,只在电子束产生的部位需要高真空。这就有了在中真空或非真空环境中焊接的选择。这个进步使得该工艺被汽车和消费品制造商认可。所以,EBW在世界范围的工业中得到广泛的应用(见图3.44-3.46)。
    EBW是一种熔化连接工艺,它通过带有高能量的电子束撞击要焊接的接头来连接材料。


电子束焊(EBW)

    电子束焊的关键部位是电子束枪。电子是通过加热与负极相连的发射阴极或“灯丝”,使它达到它的热电子发射温度范围,电子蒸发并被吸引到与正极相连的阳极上而产生的(见图3.47)。在发射器周围有配置好的栅格或偏罩,以帮助加速和成型电子形成电子流。电子束通过阳极上的开孔离开电子枪继续向工件运动(见图3.48)。一但电子束离开电子枪,它会渐渐发散。为了抵消这种发散,使用一个电磁镜系统来汇聚电子束,它将电子束在工件上汇聚成一个点。电子束的发散和汇聚角度都很小,这可使聚焦的电子束得到一英寸的范围的有效聚焦或“景深”。


电子束焊(EBW)

    电子束焊有四个基本参数:加速电压,电子束电流,焦点尺寸和焊接速度。基本设备包括真空室,控制和电子束枪(见图3.44-3.46)。典型的功率是30-175kV和50-1000mA。
    电子束产生比激光束更高的能量密度。如激光束焊一样,电子束焊通常采用“小孔”模式,它产生非常深非常窄的焊缝(见图3.49)。在大多数应用中,熔深比宽度大得多,而且产生的热影响区非常窄。例如,在真空条件下,0.5英寸(13mm)板材对接,焊缝宽度会小至0.003英寸(0.8mm)。这与弧焊和气焊的焊接接头有着明显不同的焊缝区,主要是通过导热熔化得到熔透。
    通过电磁偏转可以很容易地移动电子束。在大多数情况下,偏转是用于调整电子束和接头之间的偏移,或用于产生圆,椭圆或其它形状。偏转会修订作用于接头的平均能量密度,这会改变焊道的形状。聚焦点也可以进行调整,从而改变焊缝的形状。
    电子束焊具有独一无二的操作性能。高密度能量和杰出的控制可以解决各种连接问题。


电子束焊(EBW)

    下面是电子束焊的优点:
    总热输入量低,因此热影响区晶粒不易长大且工件变形小。
    采用小孔焊接技术焊接时可以得到大熔深-宽度比(大于 10:1)。
    单道电子束焊可用于厚达4英寸(102mm)的材料焊接。
    高度纯净的焊接环境(真空)使金属被氧和氮污染的情况减到最小。
    因为有高度集中的热源所得到的快速熔化速率,使高速焊接成为可能。
    可以采用高真空或中真空方式焊接方法焊接需要内部保持真空的密闭容器。
    电子束能使用磁偏转来产生各种形状或利用磁振荡来改善焊接质量或提高熔深。
    聚焦的电子束有相当的景深,可以适用于一定范围内距离不等焊接。
    可以得到全焊透、两侧近似平行的单道焊缝及近似对称的收缩。
    可以焊接异种金属和具有高热导性的材料,如铜。


电子束焊(EBW)

    电子束焊有以下一些局限:
    接头必须精确地定位在电子束下。
    要求使用I形坡口对接接头。
    工件通常必须用力夹紧。
    快速的冷却速度会在热影响区中产生裂纹、材料变脆,并在焊缝中留下气孔。
    设备昂贵,一般在1,000,000美元。
    真空和中真空焊接,真空室要足够大以便容纳整个组件。将真空室抽真空所需要的时间会影响产品的成本。
    因为电子束可以由磁场进行偏转,因此在电子束的通径上的工装夹具要使用非磁性材料或正确消磁的金属材料。
    所有的EBW都必须有射线防护措施以确保没有任何人员暴露在电子束焊所产生的X-射线之下。
    对于非真空EBW,要求有恰当的通风条件,以保证将EBW焊接时产生的臭氧和其它有害气体排开。

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