16-第十六章---电子束焊

第十六章电子束焊与激光焊第一节电子束焊与激光焊的原理、分类、特点和应用一电子束焊1电子束焊的基本原理电子束焊：是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空的焊件所产生的热能进行焊接的。是一种高能束流焊接方法。电子束焊由一般熔焊方法的“热导焊”转变为“穿孔焊”，这是包括激光焊、等离子弧焊在内的高能束流焊接的共同特点。电子束焊原理图2电子束焊的分类（1）高真空电子束焊（真空度为10﹣4~10﹣1Pa）技术特点：加速电压为15~175kv，最大工作距离可达1000mm。电子束功率密度高，焦点尺寸小，焊缝熔宽比大、质量高。可防止熔化金属氧化，但真空系统较复杂，抽真空时间长，生产效率低，焊件尺寸受真空限制。适用范围：活性金属、难熔金属、高纯度金属、异种金属以及质量要求高的工件焊接。（2）低真空电子束焊（真空度为10-1~10Pa）技术特点：加速电压为40~150kv，最大工作距离小于700mm。不需要扩散泵，焦点尺寸小抽真空时间短，生产效率高；可用局部真空室满足大型焊件的焊接，工艺和设备得到简化。适用范围：适用于大批量生产，如电子元件、精密仪器零件、轴承内外圈、汽轮机隔板、变速箱、组合齿轮等的焊接。（3）非真空电子束焊（真空度为大气压）技术特点：不需真空工作室，焊接在正常大气压下进行，加速电压为150~200kv，最大工作距离为30mm左右。可焊接大尺寸焊件，生产效率高、成本低。但功率密度较低，散射严重，焊缝熔宽比小于5:1，某些材料需用惰性气体保护。适用范围：大型焊件的焊接如大型容器，导弹壳体、锅炉热交换器等，但一次焊透深度不超过30mm。3电子束焊的优点（1）焊缝熔宽比高。（2）焊接速度快，焊缝组织性能好。（3）焊件热变形小。（4）焊缝纯度高。（5）工艺适应性强。（6）可焊性材料多。（7）再现性好。（8）可简化加工工艺。4电子束焊的应用适用于焊接难熔金属、活泼金属和高纯度金属。适用于通常熔化焊方法无法焊接的异种金属材料的焊接。可焊接经淬火或加工硬化的金属。由于焊缝的热影响区小，可焊接紧靠热敏感性材料的零件。可对已经精加工到最后尺寸的零件进行焊接。在电子束焊接中，电子束可射出几百毫米的距离，往往可以对其他焊接方法无法接近的部位进行焊接。汽车传动部分的电子束焊二激光焊1激光焊的基本原理激光活性物质或工作活性物质受到激励，产生辐射，通过光放大而产生一种单色性好、方向性强、光亮度高的光束，经透射或反射镜聚焦可获得直径小于0.01mm、功率密度高达106~1012w/cm2的能束，可用于焊接、切割、材料表面处理的热源。激光焊示意图2激光焊的分类（1）按激光对工件的作用方式不同脉冲激光焊连续激光焊（2）按实际作用在工件上的功率密度传热焊功率密度小于105w/cm2,熔深浅，焊接速度慢。主要焊接微薄工件。深熔焊功率密度大于106w/cm2，焊接速度快，深宽比大的特点。在机械领域除了微薄零件以外一般用深熔焊。3激光焊接的特点（1）能准确聚焦为很小的光束，焊缝极为窄小，变形极小，热影响区极窄。（2）功率密度高，加热集中，可获得熔宽比大的焊缝，不开破口单道焊接碳钢的厚度已达50mm。（3）焊接过程非常快，焊件不易氧化。（4）设备的一次性投资大，设备比较复杂，对高反射率的金属直接进行焊接困难。4激光焊的应用汽车传动零件的激光焊接空客380铝合金壳体激光焊接飞机铝合金箱体的激光焊接火箭燃料箱激光焊接第三节电子束焊与激光焊设备的组成与选用一电子束焊设备1分类：按真空状态和加速电压分类（1）按真空状态分：真空型、局部真空型、非真空型。按电子枪加速电压的高低分：高压型（60~150kv），中压型（40~60kv），低压型（≤40kv）。在实际应用中以真空电子束焊机居多。2电子束焊设备的选用选用时应综合考虑被焊材料、板厚、形状、产品批量等因素。a焊接化学性质活泼的金属及其合金应选用高真空焊机。b焊接已蒸发的金属及其合金应选用低真空焊机c厚大焊件选用高压型焊机。d中等厚工件应选用中压型焊机。e成批量生产时选用专用焊机，品种多、批量小或单件生产则选通用型焊接设备。低压型电子束焊机二激光焊设备的组成与选用1激光焊设备2激光焊设备的选用根据工件尺寸、形状、材质和设备特点、技术指标、适用范围以及经济效益等综合考虑。a微型件、精密件的焊接可选用小功率焊机。b点焊可选用脉冲激光焊机，直径0.5mm以下金属丝、丝与板或板与薄膜之间的点焊，特别时微米极细丝、箔膜的点焊等则应选择小功率脉冲激光焊机。第三节电子束焊的安全与防护一防止高压电击的措施1高压电源和电子枪应保证足够的绝缘，绝缘试验电压应为额定电压的1.5倍。2设备应装置专用地线，外壳用截面积大于12mm2的粗铜线接地，保证接地良好，接地电阻应小于3Ω。3更换阴极组件或维修时，应切断高压电源，并用接地良好的放电棒接触准备更换的零件或需要维修的地方，以防电击。4电子束焊机应安装电压报警或其他电子联动装置，以便在出现故障时自动报警。5操作时应戴耐高压的绝缘手套，穿绝缘鞋，无论是高压还是低压低电子束系统都使用前玻璃窗口。焊机则安装在高密度混凝土建造的X射线屏蔽室内。二X射线的防护措施我国规定，工作人员允许的X射线剂量不应大于0.25mR/h。因此必须加强对X射线的防护措施1加速电压高于60kv以上的焊机，外壳应附加足够厚度的铅板进行防护。2加速电压低于60kv的电子束焊机，真空室采用足够厚度的钢板就能起防护X射线的作用。3电子束焊机在高电压下运行，观察窗应选用铅玻璃。4工作场所的面积一般不应小于40㎡，高度不小于3.5m。对于高压电子束焊设备，可将高压电源设备和抽气装置与操作人员的工作室分开。三有害因素的防护措施抽风装置加通风装置四可见光的防护措施必须佩戴防护眼镜第四节激光对人体健康的危害以及激光的安全与防护一激光对人体健康的危害1对眼睛的伤害（1）受激光直接照射，会由于激光的加热效应引起烧伤，可顺奸使人致盲，危险最大，后果严重。（2）激光加工时，由于工件表面对激光的反射，也会造成伤害。2对皮肤的伤害3对其他方面的伤害二激光的安全与防护激光安全防护应从激光焊设备做起。1在激光加工设备上应设有明显的危险警告标志和信号，设备应有各种安全保护装置。2激光光路系统应尽可能全封闭。3激光加工场地也应设有安全标志，并采用预防栅栏、隔墙、屏风等，防止无关人员误入危险区。4激光器现场操作和加工工作人员必须配备激光眼睛，穿白色工作服，以减少漫反射的影响。5只允许有经验的工作人员对激光器进行操作和进行激光加工。6焊接区应配备有效的通风装置。