电子束焊接技术的应用
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作者: 张川
摘 要： 电子束焊接有自己的优势，在各行各业当中应用十分广泛，焊接技术要想获得高质量的焊缝，需要注意很多问题。介绍电子焊接技术的特点，总结它在电子、汽车以及航天等领域当中的应用现状；并且通过分析，探讨影响电子束焊接质量的因素和展望电子束焊接的未来发展。
关键词： 电子束；焊接技术；应用
中图分类号：TG439.3 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0310123－01
电子束焊接是把高能密度电子束作为能量的载体来实现材料和构件焊接的工艺方法，在经过了五十多年的发展之后，电子束焊接技术不仅仅应用在高新的技术领域，已经成为了工业领域当中的一项重要的加工工艺。电子束焊接与激光焊接相比，各有各的优势，电子束焊接的特点有：加热面积小、焊接的速度很快、输入的能力密度很高、电子束的穿透深、控制起来很方便，而且真空焊接没有受到污染。电子束焊接适合用于高效、精密、穿透深度大或者是特殊的焊接。电子束焊接是一种很好的热加工手段，而且是比较成熟的技术，发展趋势也很好，电子束焊接技术的应用领域和质量控制等内容都在迅速发展当中。从上个世纪六十年代开始我们就开始使用电子焊接技术，所涉及到的材料包括有色金属、不锈钢、陶瓷、合金以及高熔点金属等等，所涉及到的工件结构很多，主要是精密的中小型的零件。
1 电子束焊接的特征和分类
1.1 电子束焊接的特征
电子束焊接所使用的是高能量密度的电子束，而且所有的电子束集中作用，这使得电子束焊接的形成机理与其它的焊接有很大的不同。电子束的焊接的程序是：经过高压加速装置，形成高功率的电子束流，之后使用磁透镜得到很小的焦点，之后经过焊接，电子的动能变为热能，实现焊接的目的。电子焊接的特点是：加热功率密度大，焊接速度快；可以得到合适的焊接；真空焊接的焊缝有很高的纯洁度；焊接工艺具有很强的适应性；可以焊接很多金属材料；热影响区域很小，变形小。当然，电子束焊接技术也有不足之处，焊接复杂，所需要的费用会比较高；对接头装配的要求比较严格；真空焊接的时候受到工作室的限制，每次都需要重新抽真空；冷却会快速凝固，很容易引起焊接的缺陷；容易受到磁场的干扰。
1.2 电子束焊接的分类
根据真空度的差异，可以分为非真空电子束焊接、低真空电子束焊接和高真空电子束焊接。非真空电子束焊接是在大气压力的环境下焊接，在焊接的过程当中，束流会进入大气之前先经过充满氦的空间之后，然后会与氦气一起进入到大气当中。低真空电子束焊接比高真空电子束的电束宽、成本低，而且效率高，能够大大减弱焊接过程当中的金属蒸发。高真空电子束焊接的电子散射小，穿透力度大，适合用于质量要求高的焊接当中，而且应用很广泛。根据电子枪加速电压可以分为低压电子束焊接、中压电子束焊接和高压电子束焊接。根据电子束对材料的加热机制可以分为热传导焊接和深熔焊接。
2 电子束的应用
在发电设备当中的应用。电子束焊接技术取代了传统的焊接技术，比如，真空电子束焊接技术取代了埋弧焊接工艺，缩短了焊接的时间。在汽车工业方面的应用。在汽车工业当中使用电子束焊接技术省去了破口的制作准备，在真空条件下焊接可以清除了裂纹和产生气孔的缺陷，获取更多的经济效益。在核工业方面的应用。电子束焊接最早就是应用在核工业当中，也获得了发展，比如，在离子推进系统当中，可以应用到多种金属的焊接当中，焊接不仅仅没有裂纹以及泄漏，而且变形也变得很小。
在电子元器件的应用。真空电子束焊接可以取代传统的焊接技术。一些电子线路以及元器件需要在焊接之后保持在真空装置当中，焊缝不能够有杂质。在机械奇迹当中的应用。把电子束使用到硬度很高的金属的切断当中，可以把高速钢型材料焊接在柔韧的载体带上面去。在航天方面的应用。电子束焊接技术使用到了压缩机箱体以及飞机染料的驱动系统等方面。电子束焊接还应用到了航天飞机发动机的装配焊接当中。
3 保证电子束焊接质量的影响因素
在焊接实践中，会碰到形形色色的工件，焊缝结构也各不相同，但总体上可分为：对焊缝、端焊缝、角焊缝（包括穿透焊缝），或区分为直线焊缝、环线焊缝、曲线焊缝、点焊缝，还有等截面焊缝和变截面焊缝等。为了达到最佳焊接效果，焊缝结构和配合间隙的设计至关重要，既要考虑工件（部件）在整机中的作用，又必须满足被焊材料可焊性和具体焊接工艺的要求。所以在实施焊接之前，应该与工程设计人员共同讨论焊接件的焊缝结构，或通过工艺试验确定合理的结构与间隙尺寸。
对于某些材料或结构件的焊接，为了防止裂纹的产生，对被焊接的工件需要进行预热或焊后退火处理。电子束预热和退火。利用较小功率并且散焦的电子束轰击工件，使工件具有一定的温度，以达到预热或退火的目的。具体工艺（温差）视不同的材料和工件结构而定，因为它亦涉及到材料组织的相变问题。辅助预热和退火。利用电阻炉来对工件进行预热和退火。我们在进行陶瓷与金属的焊接工艺试验时，化了比较大的精力于电阻炉的试制及预热退火工艺的操作。最终达到了良好效果，取得了陶瓷与金属焊接的成功。
我们通过长期的试验和应用研究，找到了一些通用规律和特殊的经验，虽然不可能包罗全部，但对于从事电子束焊接工作者，可能会有一些帮助。
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作者简介：
张川（1990-），河北省邯郸人，浙江传媒学院学生，研究方向：电子科学与技术。
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