電子束焊接是指使用加速和聚焦的電子束轟擊真空或非真空中的焊接表面,以熔化待焊接的工件。真空電子束焊接是應(yīng)用最廣泛的電子束焊接。
基本原理
電子是物質(zhì)的基本粒子,通常在原子核周圍高速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電子被給予一定的能量時(shí),它們會(huì)跳出軌道。加熱陰極使其釋放并形成自由電子云。當(dāng)電壓增加到30至200千伏時(shí),電子將加速并向陽極移動(dòng)。
電子束焊接是一種焊接方法,它利用會(huì)聚的高速電子電流產(chǎn)生的熱能轟擊工件的接合處來熔化金屬。當(dāng)電子轟擊工件時(shí),動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。電子束作為焊接熱源有兩個(gè)明顯的特點(diǎn):
(1)功率密度高
電子束焊接常用的加速電壓范圍為30~150千伏,電子束電流為20~1000毫安,電子束聚焦直徑約為01~1毫米,這樣電子束功率密度可達(dá)106瓦/平方厘米以上。
(2)精確、快速的可控性
作為物質(zhì)的基本粒子,電子具有極小的質(zhì)量(9.1×10-31kg)和一定的負(fù)電荷(1.6×1019C),電子的荷質(zhì)比高達(dá)176×1011C/kg。電子束可以被電場(chǎng)和磁場(chǎng)快速而精確地控制。電子束的這一特性明顯優(yōu)于激光束,激光束只能由透明和反射鏡控制,并且速度較慢。
1、優(yōu)點(diǎn)
1)電子束穿透能力強(qiáng),焊縫深寬比大。目前,電子束焊接的深寬比可達(dá)60:1。焊接厚板時(shí),可實(shí)現(xiàn)單通焊接,無需坡口,與電弧焊相比,可節(jié)省輔助材料和能源消耗。
2)焊接速度快,熱影響區(qū)小,焊接變形小。成品工件可作為最終的連接工序,焊接后的工件仍保持足夠高的精度。
3)真空電子束焊接不僅可以防止熔融金屬被氧氣和氫氣等有害氣體污染,而且有利于焊縫金屬的除氣和凈化,特別適用于活性金屬的焊接。電子束焊接真空密封元件也是常用的,焊接后元件保持真空狀態(tài)。
4)電子束可以傳輸?shù)竭h(yuǎn)處進(jìn)行真空焊接,從而在難以接近的位置進(jìn)行焊縫焊接。
5)通過控制電子束的偏轉(zhuǎn),可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜接頭的自動(dòng)焊接。電子束掃描池可以消除缺陷,提高接頭質(zhì)量。
2、缺點(diǎn)
1)設(shè)備相對(duì)復(fù)雜且昂貴。
2)焊接前,對(duì)接頭加工和裝配有嚴(yán)格要求,保證接頭位置準(zhǔn)確、間隙小、均勻。
3)在真空電子束焊接過程中,待焊接工件的尺寸和形狀經(jīng)常受到工作室的限制。
4)電子束容易受到雜散電磁場(chǎng)的干擾,影響焊接質(zhì)量。
5)電子束焊接產(chǎn)生的X射線需要嚴(yán)格保護(hù),以確保操作人員的健康和安全。
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