電子束焊機(jī)

高度的靈活性，多品種，開發(fā)設(shè)計和制造，三十多年電子束應(yīng)用積累專有技術(shù)，部件設(shè)計最優(yōu)化等等。

由于電子束焊接包含了機(jī)械、真空、高電壓和電磁場理論、電子光學(xué)、自動控制和計算機(jī)等多學(xué)科技術(shù)，對國內(nèi)一般廠商來說技術(shù)難度較大，而引進(jìn)費(fèi)用又昂貴，為此桂林電氣科學(xué)研究所結(jié)合國外技術(shù)及多年從事電子束技術(shù)研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，研制成功了我國第一條國產(chǎn)雙金屬鋸帶生產(chǎn)線設(shè)備。其中高壓電源是雙金屬鋸帶焊接設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)之一，它主要為電子槍提供加速電壓，其性能好壞直接決定電子束焊接工藝和焊接質(zhì)量。為此許多電子束焊機(jī)制造商及研究機(jī)構(gòu)均對高壓電源的可靠性、高壓保護(hù)、高壓打火對焊件的影響進(jìn)行了研究，并相應(yīng)制造出具有較高性能的高壓電源，以滿足不同的電子束焊機(jī)的需要[2~3]。由于雙金屬焊接要求平行焊縫,要用高壓電子束焊機(jī)(100kV以上)焊接雙金屬鋸帶。目前我國還不能生產(chǎn)高壓電子束焊機(jī)，為此開展高壓電源的開發(fā)和研究工作是非常必要的。本文介紹的是雙金屬鋸帶生產(chǎn)線上的高壓焊機(jī)用的高壓電源，其控制方式、高壓保護(hù)技術(shù)與其它類高壓電源具有不同之處，對研究高壓電源的調(diào)節(jié)技術(shù)、高壓打火保護(hù)具有借鑒意義。

由于電子束焊機(jī)的這些特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于航空航天、原子能、國防及軍工、汽車和電氣電工儀表等眾多行業(yè)。電子束焊接包含了機(jī)械、真空、高電壓和電磁場理論、電子光學(xué)、自動控制和計算機(jī)等多學(xué)科技術(shù)。世界上主要的電子束焊機(jī)生產(chǎn)商有德國的波賓pro-beam、英國的CVE、法國的泰克米特、以及烏克蘭的巴頓等，國內(nèi)目前主要有桂林獅達(dá)、桂林實(shí)創(chuàng)、中科電氣等。值得注意的是，越來越多的國外企業(yè)在中國設(shè)有工廠和辦事處，使中外電子束技術(shù)的交流得到更廣泛的傳播。

真空電子束焊接(EBW-NV)在汽車制造領(lǐng)域一直倍受重視。例如，手動變速器中同步環(huán)與齒輪的非真空電子束焊接，生產(chǎn)率已超過500件/h。德國Aachen大學(xué)焊接研究所在進(jìn)行非真空實(shí)驗(yàn)中，以11m/min的焊接速度獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭，目前正在達(dá)到25m/min的焊接速度，以滿足汽車工業(yè)的需要。美國是世界上非真空電子束焊接的最大用戶。有資料表明，20世紀(jì)80年代在美國已經(jīng)有50臺非真空電子束焊機(jī)在運(yùn)行，其中包括從歐洲引進(jìn)的設(shè)備，主要是用于汽車制造業(yè)中。

從20世紀(jì)80年代我國開始研究電子束焊接，其中重點(diǎn)研究的是汽車重型齒輪的焊接。這是因?yàn)殡S著汽車的發(fā)展，汽車重型齒輪需求也越來越大，采用傳統(tǒng)的焊接方法制造，存在著勞動生產(chǎn)率低、焊接變形大、接頭質(zhì)量不易保證、消耗大、勞動條件惡劣等問題。北京航空工藝研究所、中科院北京電工所等單位對此進(jìn)行了深入的研究，分別研制了齒輪專用焊機(jī)，在中科院電工所已形成一定批量生產(chǎn)規(guī)模。此外，哈爾濱焊接研究所在非真空電子束焊接技術(shù)研究領(lǐng)域、桂林電器科學(xué)研究所在60kV中壓被真空電子束焊機(jī)的開發(fā)研制中都進(jìn)行了大量的研究工作，卓有成效。另外，陜西汽車廠已成功應(yīng)用雙頭電子束焊接后橋。

國外電子束焊接發(fā)展可歸結(jié)為:超高能密度裝置研制、設(shè)備智能化柔性化、電子束流特性診斷、束流與物質(zhì)作用機(jī)制研究以及非真空電子束焊設(shè)備及工藝的研究等。

在日本，加速電壓600kV、功率300kW的超高壓電子束焊機(jī)已問世，一次可焊200mm的不銹鋼，深寬比達(dá)70:1。

日、俄、德開展了雙槍及填絲電子束焊技術(shù)的研究。在對大厚度板第一次焊接的基礎(chǔ)上，通過第二次填絲來彌補(bǔ)頂部下凹或咬邊缺陷;日本采用雙搶實(shí)現(xiàn)了薄板的超高速焊接，反面無飛濺，成形良好。

法國研制成功的雙金屬和三金屬薄帶材電子束焊接機(jī)也頗引人關(guān)注。

關(guān)于非真空電子束焊接，德國實(shí)現(xiàn)了母材為AlMg0.4Si1.2的旋轉(zhuǎn)件的填絲焊接，加絲材料為AlMg4.5Mn，送絲速度35m/min，焊接速度高達(dá)60m/min.該研究在斯圖加特大學(xué)的25kW電子束焊機(jī)上完成。

非真空電子束焊接在汽車制造領(lǐng)域一直倍受重視。例如，手動變速器中同步環(huán)與齒輪的非真空電子束焊接，生產(chǎn)率已超過500件/小時。

最近，德國和波蘭的學(xué)者共同研制了真空電子束焊接時安裝于真空室中的非接觸測溫裝置，測量點(diǎn)最小直徑1.8mm，主要用于陶瓷和硬質(zhì)合金的釬焊，該裝置可排除隨機(jī)的熱流的干擾，測量精度高。在等離子弧焊接方面，變極性等離子弧焊以及鋁合金穿孔等離子立焊是關(guān)注點(diǎn)之一。

利用電子束作為熱源的焊接方法。如圖電子束焊原理圖所示﹐熱陰極(或燈絲)發(fā)射的電子﹐在真空中被高壓靜電場加速﹐經(jīng)磁透鏡產(chǎn)生的電磁場聚集成功率密度高達(dá)1.5×105瓦/厘米2的電子束(束徑為0.25~1毫米)﹐轟擊到工件表面上﹐釋放的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堠o熔化金屬﹐焊出既深又窄的焊縫(深/寬比可達(dá)10﹕1~30﹕1)﹐焊接速度可達(dá)125~200米/時﹐工件的熱影響區(qū)和變形量都很校電子束的焊接工作室一般處於高真空狀態(tài)﹐壓力為10-1~100帕﹐稱為高真空電子束焊。處於低真空狀態(tài)時壓力為100~10000帕﹐稱為低真空電子束焊。在大氣中焊接的稱為非真空電子束焊。真空工作室為焊接創(chuàng)造高純潔的環(huán)境﹐因而不需要保護(hù)氣體就能獲得無氧化﹑無氣孔和無夾渣的優(yōu)質(zhì)焊接接頭。隨著工作室氣壓的增加﹐電子束散焦程度增大﹐焊縫的深/寬比減校電子束焊機(jī)有兩類﹕低壓電子束焊機(jī)的加速電壓為30~60千伏﹔高壓電子束焊機(jī)的加速電壓可達(dá)175千伏。電子束焊可焊接所有的金屬材料和某些異種金屬接頭﹐從箔片至板材均可一道焊成﹐鋼板可焊厚度達(dá)100毫米﹐鋁板達(dá)150毫米﹐銅板可達(dá)25毫米。碳鋼在真空中焊接時﹐由於鋼中原含有的氣體會釋放出來﹐焊縫金屬容易產(chǎn)生微氣孔。電子束焊機(jī)成本高。工件裝配﹑接縫與電子束對正﹐都要求有較高的精度。但電子束焊的多能性和高精度﹐往往能補(bǔ)償其高成本﹐因此在汽車﹑原子能﹑航空﹑航天等許多工業(yè)中已成為重要的焊接方法之一。