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电子束焊四川工程职业技术学院第三节电子束焊接工艺一、焊前准备接合面的加工与清理零件装配抽真空焊前预热电子束焊四川工程职业技术学院第三节电子束焊接工艺1．接合面的加工与清理坡口形式：I形坡口接合面经过机械加工，装配时力求使零件紧密接触。填充金属：一般不用填充金属，只有在焊接异种金属或合金时，可根据使用需要填充金属。真空电子束焊前必须严格清理工件表面的氧化物、油污，否则将导致焊缝产生缺陷，接头的力学性能降低，不清洁的表面还会延长抽真空时间，影响电子枪工作的稳定性，降低真空泵的使用寿命。化学清理机械方法清除煤油、汽油可用于去除油渍，丙酮是清洗电子枪零件和被焊工件最常用的溶剂。若强力去油，则可使用含有氯化烃类溶剂，随后须将工件放在丙酮内彻底清洗。清理完毕后不能再用手或工具触及接头区，以免再次污染。非真空电子束焊对焊件清理的要求可降低。电子束焊四川工程职业技术学院2.零件装配装配间隙紧密接触，接缝间隙应尽可能小而均匀，并使接合面保持平行。间隙的具体数值与焊件厚度、接头形式和焊接方法有关。被焊材料越薄，则间隙越小。对于无锁底的对接接头，板厚8＜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。焊铝合金时的接头间隙可比焊钢时大。填丝电子束焊时，间隙要求可适当放宽。若采用偏转或摆动电子束使熔化区变宽时，可以用较大的间隙。非真空臾子束焊时，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。装夹方法所有电子束焊都是机械或自动操作的，如果零件不是设计成自紧式的，必须利用夹具进行定位与夹紧，然后移动工作台或电子枪体完成焊接。夹具要求制造精确，因为电子束焊对零件的装配和对中的要求极为严格。非真空电子束焊可用一般焊接变位机械，其定位、夹紧都较为简便，在某些情况下可用定位焊缝代替夹具。电子束焊夹具和工作台的零部件应使用非磁性材料来制造，避免电子束发生磁偏转。若工件和夹具是磁性材料时，焊前应去磁，并用磁强计测量工件剩磁，一般剩磁强度应低于（0.5~3）×10-4T.电子束焊四川工程职业技术学院电子束焊机的抽真空程序通常自动进行，可以保证各种真空机组和阀门正确地按顺序进行，避免由于人为的误操作而发生事故。真空室需经常清洁，尽量减少真空室暴露在大气中的时间，仔细清除被焊工件上的油污，并按期更换真空泵油，保持真空室的清洁和干燥是保证抽真空速度的重要环节。3.抽真空电子束焊四川工程职业技术学院4.焊前预热对需要预热的工件，根据一定的形状、尺寸及所需要的预热温度，选择适宜的加热方法，如气焊枪、加热炉、感应加热、红外线辐射加热等，在工件装入真空室前进行预热。如果工件较小，加热引起的变形不会影响工件质量时，可在真空室内用散焦电子束来进行预热。电子束焊四川工程职业技术学院二、焊接接头设计对接角接T形接搭接端接电子束直径细，能量集中，焊接时一般不加填充焊丝，所以电子束焊接头的设计应按无间隙接头考虑。不同类型的接头有各自特有的接合面设计、接缝的准备和施焊的方位。设计的原则是便于接头的准备、装配和对中，减少收缩应力，保证获得所需熔透深度。如果电子束的功率不足以一次穿透焊件，也可采用正反两面焊的方法来完成。对重要承力结构，焊缝位置最好应避开应力集中区。电子束焊四川工程职业技术学院1.对接接头电子束焊四川工程职业技术学院接合面简单，准备工作容易，但需要装配夹具。不等厚的对接接头采用上表面对齐的设计优于台阶接头，后者在焊接时要用宽而倾斜的电子束，且焊接角度须精确控制，否则极易焊偏造成脱焊。电子束焊四川工程职业技术学院锁口对中接头，便于装配定位。具有锁边（自衬垫）作用，便于装配对齐，但焊缝根处易形成未焊透，锁口较小时焊后可避免留下未焊合的缝隙。电子束焊四川工程职业技术学院自动填充材料的接头，有自动填充金属的作用，焊缝成形得到改善。斜对接接头，可增大焊缝金属面积，但装夹定位比较困难，只用于受结构和其他原因限制的特殊场合。电子束焊四川工程职业技术学院2.角接头图l－12a为熔透焊缝的角接头，留有未焊合的间隙，接头承载能力差。图l－12h为卷边角接，主要用于薄板，其中一端须弯边90°。其他几种接头都易于装配对齐。电子束焊四川工程职业技术学院3.T形接头电子束焊接也常采用T形接头。熔透焊缝在接头区有未焊合缝隙，接头强度差。推荐采用单面T形接头，焊接时焊缝易于收缩，残余应力较低。图1-l3C所示方案多用于板厚超过25mm的双面焊场合。焊接第二面时，先焊的第一面焊缝起拘束作用，有开裂倾向。电子束焊四川工程职业技术学院4.搭接接头搭接接头常用于厚度小于1.6mm的焊件。熔透焊缝主要用于板厚小于0.2mm的场合，有时需要采用散焦或电子束扫描以增加熔合区宽度。厚板搭接接头焊接时需添加焊丝以增加填角尺寸，有时也采用散焦电子束以加宽焊缝并形成光滑的过渡。电子束焊四川工程职业技术学院5.端接接头图1-15为三种典型的电子束焊端接接头。厚板端接接头常采用大功率深熔透焊接。薄板及不等厚度的端接接头常用小功率或散焦电子束进行焊接。电子束焊四川工程职业技术学院三、主要焊接参数及其选择这些参数直接影响到焊缝的熔深和几何形状。加速电压电子束电流焊接速度聚焦电流工作距离电子束焊四川工程职业技术学院1.加速电压加速电压是电子束焊接的一个重要参数，提高加速电压可增加焊缝的熔深。在大多数电子束焊过程中，加速电压参数往往不变，但当电子枪的工作距离较大或者要求获得深穿透的平行焊缝时，应提高加速电压，即选用高压型设备，通常电子束焊机工作在额定电压下，通过调节其他参数来实现焊接参数的调整。电子束焊四川工程职业技术学院2.电子速电流电子束电流与加速电压一起决定着电子束焊的功率。增大电子束电流值，热输入增大，熔深和熔宽都会增加。电子束焊时，由于加速电压基本保持不变，所以为满足不同的焊接工艺需要，常常要调整电子束电流值。这些调整包括以下几方面。1）在焊接环缝时，要控制电子束电流的递增、递减，以获得良好的起始、收尾搭接处的质量。2）在焊接各种不同厚度的材料时，要改变电子束电流值，以得到不同的熔深。3）在焊接厚大件时，由于焊接速度较低，随着焊件温度的增加，电子束电流需逐渐减小。电子束焊四川工程职业技术学院3.焊接速度主要影响焊缝的熔深、熔宽以及熔池的冷却、凝固等。通常随着焊接速度的增大，熔宽变窄，熔深减小。电子束焊热输人的计算公式为：vIUqbb60图1-16给出了各种金属在保证完全熔透焊缝情况下,电子束焊热输入、电子束功率、焊接速度与被焊材料、板厚的关系。利用这个关系就可以按被焊材料的种类和焊件厚度，初步确定所需焊接功率，然后在选用的设备上进行试焊修正。因为电子束斑点的品质和电子枪的特性密切相关，而不同设备的电子枪特性是不同的，初步选定的参数必须经过试验修正。此外，还应考虑焊缝横断面、焊缝外形及防止产生焊缝缺陷等因素，综合选择和试验后最终确定实际使用的焊接参数。电子束焊四川工程职业技术学院4.聚焦电流电子束聚焦状态对焊缝的熔深及其成形影响较大。焦点变小可使焊缝变窄，熔深增加。根据被焊材料的焊接速度、接头间隙等决定聚焦位置，进而确定电子束斑点大小。薄板焊接时，应使焦点位于工件表面。当被焊工件厚度大于10mm时，通常采用下焦点焊，即焦点处于焊件表面的下部，且焦点在焊缝熔深的30％处。厚板焊接时，应使焦点位于工件表面以下0.5～0.75mm的熔深处。电子束焊四川工程职业技术学院5.工作距离工作距离应在设备最佳范围内。工作距离变小时，电子束斑点直径变小，电子束的压缩比增大，使电子束斑点直径变小，增加了电子束功率密度。但工作距离过小会使过多的金属蒸气进人枪体中造成放电现象，因而在不影响电子枪稳定工作的前题下，可以采用尽可能短的工作距离。电子束焊四川工程职业技术学院四、电子束焊技术要点1.薄板的焊接板厚：0.03～2.5mm，用途：多用于仪表、压力或真空密封接头、膜盒、封接结构等构件。特点：薄板导热性差，电子束焊接时局部加热强烈，可采用夹具防止过热。对极薄工件可考虑使用脉冲电子束流。电子束功率密度高，易于实现厚度相着很大的接头焊接，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。电子束焊四川工程职业技术学院2.厚板的焊接可焊板厚：300mm厚的钢板。深宽比：可达60：1.板厚60mm以上时，采用横焊，以利于焊缝成形。电子束焦点调节在工件表面以下熔深的50%～75%，焦点在板材表面以下板厚的1/3处，电子束的溶透效力好，焊缝成形良好。厚板焊接时应保持良好的真空度。电子束焊四川工程职业技术学院3.填充金属一般情况下不用填充金属。但在某些情况下，例如，为使焊缝成分满足工件使用要求，改善焊缝冶金焊接性，弥补不良装配，修补焊缝缺陷或修复磨损报废零件时，才使用填充金属防止出现缺陷。l）接头装配间隙过大时，填充金属可防止焊缝凹陷。2）焊接裂纹敏感材料或异种金属接头时，填充金属可防止裂纹的产生。3）焊接沸腾钢时加人少量含铝、锰、硅等脱氧剂的焊丝，或在焊接铜时加入镍均有助于消除气孔。填充金属可根据需要制成丝材、带材、颗粒或粉末状，可将其喷涂或堆焊在接头处，也可利用在接头处加工预留凸边作为填充材料。目前应用较多的是直径为0.8～1.6mm的丝材。丝状填充金属可用送丝机构送入或用定位焊固定。送丝速度和焊丝直径的选择原则是使填充金属量为接头凹陷体积的1.25倍。焊接时采用电子束扫描有助于焊丝的熔化和改善焊缝成形。电子束焊四川工程职业技术学院4.复杂结构件的焊接用电子束进行定位焊是装配焊件的有效措施，其优点是节约装夹时间和费用。生产中常采用焊接束流或弱束流进行定位焊，对于搭接接头可用熔透法定位，也可先用弱束流定位，再用焊接束流完成焊接。由于电子束很细，工作距离长和易于控制，电子束可以焊接狭窄间隙的底部接头。这不仅可以用于加工制造新产品，在修复报废零件时也非常有效，复杂形状的昂贵铸件常用电子束焊来修复。对可达性差的接头只有满足以下条件才能进行电子束焊：l）焊缝必须在电子枪允许的工作距离上。2）必须有足够宽的间隙允许电子束通过，以免焊接时误伤工件。3）在电子束通过的路经上应无干扰磁场。电子束焊四川工程职业技术学院5.电子束扫描和偏转在焊接过程中采用电子束扫描可以加宽焊缝，降低熔池冷却速度，消除熔透不均等缺陷，降低对接头准备的要求。电子束扫描是通过改变偏转线圈的激磁电流，从而使横向磁场变化来实现的。常用的电子束扫描图形有正弦形、圆形、矩形、锯齿形等。通常电子束扫描频率为100~1000Hz，电子束偏转角度为2°~5°。电子束扫描还可用来检测焊缝的位置和实观焊缝跟踪，此时电子束的扫描速度可以高达50~100m/s，扫描频率可达20kHz。电子束焊四川工程职业技术学院6.焊接缺陷及控制措施与其他熔焊一样，电子束焊接头也会出现未熔合、咬边、塌陷、气孔、裂纹等缺陷。此外电子束焊缝常见的缺陷包括：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合线等。长空洞及焊缝中部裂纹都是深熔透电子束焊接时所特有的缺陷，降低焊接速度，改进材质有利于消除此类缺陷。熔深不均出现在未穿透焊缝中，它与电子束焊接时熔池的形成和金属的流动有密切的关系。加大小孔直径可防止出现这种缺陷。改变电子束焦点在工件内的位置也会影响到熔深的大小和均匀程度。适当地散焦可以加宽焊缝，有利于消除和减小熔深不均的缺陷。不穿透焊缝中的熔深不均