中文名 | 電子束焊接 | 類????別 | 焊接技術(shù) |
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電子束焊接因具有不用焊條、不易氧化、工藝重復(fù)性好及熱變形量小的優(yōu)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)。電子束焊接的基本原理是電子槍中的陰極由于直接或間接加熱而發(fā)射電子,該電子在高壓靜電場(chǎng)的加速下再通過電磁場(chǎng)的聚焦就可以形成能量密度極高的電子束,用此電子束去轟擊工件,巨大的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能,使焊接處工件熔化,形成熔池,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的焊接。
根據(jù)電子束焊接的基本原理,西方國家在70年代末期研究開發(fā)出雙金屬鋸帶電子束焊接新工藝生產(chǎn)線,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的普通高速鋼鋸帶生產(chǎn)工藝,從而大量節(jié)省了高速鋼,并提高了鋸帶的使用壽命。雙金屬鋸帶就是把具有彈性性能好的彈簧鋼和切削能力強(qiáng)的高速鋼通過電子束焊接方法而獲得的一種新型鋸帶。我國在80年代后期相繼從德國引進(jìn)若干條生產(chǎn)線以滿足國內(nèi)市場(chǎng)高速發(fā)展的需要,但還不能完全滿足其市場(chǎng)要求。
由于電子束焊接包含了機(jī)械、真空、高電壓和電磁場(chǎng)理論、電子光學(xué)、自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)等多學(xué)科技術(shù),對(duì)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(duì)高壓電源的可靠性、高壓保護(hù)、高壓打火對(duì)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。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,為此開展高壓電源的開發(fā)和研究工作是非常必要的。
Advancing Aeronautics Fabrication with Improved Seam Tracking and Beam Control during EB Welding
先進(jìn)航空制造---電子束焊接過程中的焊縫跟蹤和束流控制
未經(jīng)允許,不可轉(zhuǎn)載。
作者:James Bull. 季莉。
波賓電子束。
在當(dāng)今時(shí)代,電子束焊接術(shù)的每一個(gè)進(jìn)步的積累,使人類的航空制造技術(shù)更加的完善和強(qiáng)健。電子束技術(shù)的高穩(wěn)定和高強(qiáng)度的特性使飛行器冶金有了更加先進(jìn)科學(xué)和結(jié)構(gòu)精密的設(shè)計(jì)。如今存在的重要的技術(shù)實(shí)際上是在減少分解,加熱,和殘余應(yīng)力的同時(shí)來減少氫脆變,限制氧氣和氫污染物。電子束焊接技術(shù)作為焊接整合領(lǐng)域的重要技術(shù),如今已經(jīng)越來越深地影響到航空飛行器的制造和設(shè)計(jì)領(lǐng)域。這其中重要的原因是它有著先進(jìn)的自動(dòng)焊縫跟蹤,射束偏轉(zhuǎn),多溶池焊接。
每一個(gè)新的機(jī)身,引擎,或者是組裝配件的設(shè)計(jì)都可以考慮用電子束技術(shù)來完成。在機(jī)身設(shè)計(jì)上,與物料選擇最相關(guān)的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是:靜態(tài)強(qiáng)度,飛行彈性,和金屬的疲勞壽命. 焊接最大的特點(diǎn)是當(dāng)使用電子束焊接儀器時(shí)操作員能精準(zhǔn)控制。利用這些精準(zhǔn)的高質(zhì)量?jī)x器,可以將焊接縫實(shí)現(xiàn)控制在很窄的束矢量?jī)?nèi),從而實(shí)時(shí)有效地減少主要參數(shù)的偏離;其他的控制還包括:速度跟蹤,角度,強(qiáng)度,集中性,描圖,以及熱量特性。在最縝密的規(guī)格操作下的CNC控制系統(tǒng),是通過背散射 的電子傳感片來傳遞信息,這同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)光譜控制。金屬飛行器件的結(jié)構(gòu)整合和減輕負(fù)重設(shè)計(jì)是目前最大的挑戰(zhàn),要完成這些需求,電子束技術(shù)是非常重要的因素。
飛行器引擎產(chǎn)業(yè)無可厚非地需要設(shè)計(jì)和建造有價(jià)值的零部件,這些可以包括:鼓狀物,輪子,環(huán)狀物,齒輪,以及機(jī)翼。而這些部件的焊接參數(shù)一旦確定下來,在整個(gè)生產(chǎn)過程中必須保持精確不變。如果沒有成本限制或者新的評(píng)估證明,WPS(焊接,過程,規(guī)格)都不可以輕易改變。對(duì)于焊接制造儀器和電子束焊接設(shè)備也是同理。這主要是因?yàn)橛行┎牧?,比如鎳基高溫合金,是特別為航空燃?xì)廨啓C(jī)制造的,必須在特定的溫度下嚴(yán)格操作。這類超耐熱不銹鋼對(duì)因熱導(dǎo)致的裂開非常的敏感,所以要求整個(gè)過程的參數(shù),包括焊前和焊接后熱處理,必須嚴(yán)格評(píng)估和備份。而真空室電子束焊接機(jī)恰如其分地實(shí)現(xiàn)地這一要求。
推進(jìn)槽,燃料管理系統(tǒng),噴嘴,階段槽,微孔膜,注射元件,入口閥和出口閥;所有鈦合金的元器件,都是未來航空平臺(tái)永恒不變的重要組成部分。由于每個(gè)部件的細(xì)微革新,加工的限制規(guī)格和精準(zhǔn)性要求有比較經(jīng)濟(jì)可行而且接近完美無瑕的解決方案。我們所面臨的困擾是:在人工監(jiān)控的操作條件下,人們卻不再能在最佳的焊接速度上精準(zhǔn)地觀測(cè)到焊接縫,所以用設(shè)備控制流程是非常重要的。背散射電子觀測(cè)系統(tǒng)作為一種標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)獲得了全世界普遍的認(rèn)可。在焊接過程中信息搜集,處理和使用所用的方法時(shí)常是關(guān)鍵的問題。用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)零部件的聯(lián)結(jié)和加壓,從而滿足現(xiàn)代航空飛行器不見的更加精準(zhǔn)的加工規(guī)格,使焊接縫看起來不易被肉眼察覺。目前有一種用沖壓底座的技術(shù)制作的鈦部件,整個(gè)過程在車床上完成。用電子束技術(shù)來掃描不僅僅精準(zhǔn)地觀測(cè)到連接位置,而且反映了不同的能被肉眼觀測(cè)的鈦合金。
需要這種精準(zhǔn)加工和電子束焊接技術(shù)的一種典型的產(chǎn)品就是鈦制衛(wèi)星軌道槽。從內(nèi)部連接縫位置上完成精準(zhǔn)縫定位和鑿穿焊接成為了工程師當(dāng)前所面臨的困難,而唯一的解決方法就是長焦距電子束聚焦和在這個(gè)長度上進(jìn)行精準(zhǔn)控制。這么說來,自然而然地又繞回到數(shù)字化控制系統(tǒng)的信息源-背散射電子。傳感器的靈敏度,高精準(zhǔn)的電子數(shù)聚焦,精準(zhǔn)的偏向,軟件的技術(shù)發(fā)展水平和電腦樹枝控制,都是操作者達(dá)到最佳技術(shù)成果的重要因素。
在光學(xué)顯微鏡中,利用電子來代替可見光,在圖像質(zhì)量和信息價(jià)值,可靠性和利用率方面有很大的優(yōu)勢(shì)。第一,利用電子束放大的倍率可以達(dá)到20,000x,而利用可見光的放大倍率只有1000 x。散射電子的特征是:利用被檢查物體表面的電子核相互作用的彈性,散射電子角度范圍可以達(dá)到180度,但是平均散射角度為5度。通過這種方式,一小部分散射的原子的原子序數(shù)Z發(fā)生了強(qiáng)烈的改變,通過這種方式可以對(duì)原材料做鑒定比較。這就是所謂的原子序數(shù)特征對(duì)比。這就是為什么電子束焊接機(jī)中需要安裝檢測(cè)板來收集散射電子的原因。軟件和CNC系統(tǒng)可以利用這些準(zhǔn)確的信息來控制焊接參數(shù)。
收集的信息以數(shù)字形式顯示了電子束流與高能電子的彈性散射的采樣樣本,次電子非彈性散射的采樣樣本以及電磁輻射的采樣樣本之間的能量轉(zhuǎn)換的關(guān)系。每種能量來源都可以用專門的傳感器檢測(cè)到并對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。吸收的束射電流也可以被檢測(cè)和測(cè)量。各種電子放大器采用數(shù)字化的CRT顯示器信號(hào),可以創(chuàng)建重要的的信號(hào)強(qiáng)度分布圖。操作人員利用高分辨率的CRT作為其監(jiān)測(cè)設(shè)備,與此同時(shí),數(shù)字信號(hào)傳輸給CNC系統(tǒng)用于回路控制的監(jiān)測(cè)和反饋?,F(xiàn)今,無線傳感器放置于真空工作室中來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)光束對(duì)準(zhǔn)。該專利在焊縫準(zhǔn)確度方面實(shí)現(xiàn)了800%超越最好的手動(dòng)操作。因此,該技術(shù)具有可靠性更高,在熱能輸入控制方面優(yōu)勢(shì)明顯,在熱能輸入與熱能影響區(qū)域低變形的特點(diǎn)。
在焊接過程中,利用高速電子束束流偏離來打出獨(dú)立的多孔,其間電子束偏離以及多溶池焊接過程中的電子束混合尤為重要??刂栖浖涂刂剖鞣较虻钠x板對(duì)焊縫的復(fù)雜的曲線熱分布的控制起到了關(guān)鍵的作用。只有非常熟練的控制才能完成包括飛機(jī)設(shè)計(jì)的復(fù)雜任務(wù)。因此,專業(yè)人員用電子束焊接機(jī)來設(shè)計(jì)完成特殊的任務(wù)。
信息周期的簡(jiǎn)單描述為一個(gè)奇特的電子作為能源做完整的周期運(yùn)動(dòng),載波從電子束發(fā)生器出發(fā)通過聚焦線圈到達(dá)工件表面,反射到傳感器,從傳感器轉(zhuǎn)化成數(shù)字電路,通過軟件傳遞到CNC機(jī)電控制系統(tǒng),然后循環(huán)進(jìn)入能量發(fā)生器并回到陰極能量發(fā)生器用于再生能源。最后將能量用于焊接的孔。
一個(gè)非常特殊的例子
如果焊接件有一定的加工要求,那么在完成這個(gè)周期的同時(shí)需要克服焊接過程的熱變形、熱收縮、加工過程輕微缺陷、機(jī)器位移導(dǎo)致的變化。當(dāng)我們可以保證復(fù)制我們的工序時(shí),安全系數(shù)才會(huì)確定下來。在整個(gè)電子束焊接過程中,真空室與CNC以及束流和焊縫跟蹤電腦控制系統(tǒng)相連,保證了焊接的可復(fù)制性和可重復(fù)性。
未經(jīng)允許,不可轉(zhuǎn)載。
作者:James Bull. 季莉。
波賓電子束。
激光焊接 1、 激光: 激發(fā)電子或分子使其在轉(zhuǎn)換成能量的過程中產(chǎn)生集中且相位相同的光束,Laser來自Light Amplification by Stimulated Emission Radiat...
電子焊接屬于電子類行業(yè)。電子焊接,一般是用加熱的方式使兩件金屬物體結(jié)合起來;如果在焊接的過程中需要熔人第三種物質(zhì),則稱之為“釬焊”,所加熔上去的第三種物質(zhì)稱為“焊料”。按焊料熔點(diǎn)的高低又將釬焊分為“硬...
這要看是什么廠了,PCB,SMT,插件焊線。做這個(gè)是有一個(gè)步驟的。1,學(xué)會(huì)認(rèn)識(shí)電子元件。而且烙鐵使用的很好。你就是處在這個(gè)位置上。2,自學(xué)電子課本,看看那些你認(rèn)識(shí)的電子元件在產(chǎn)品上有什么作用。也可以上...
1 )電子束焊接的能量密度高 ,可焊接一般電弧焊難以實(shí)現(xiàn)的焊縫;
2)電子束焊接是在真空中進(jìn)行 ,焊縫的化學(xué)成分穩(wěn)定且純凈 ,接頭強(qiáng)度高 ,焊縫質(zhì)量高;
3)電子束焊接速度快 ,熱影響區(qū)小 ,焊接熱變形??;
4)電子束焊接適用于焊接幾乎所有的金屬材料,尤其適合鋁材焊接;
5)電子束焊接可獲得深寬比大的焊縫 (20∶ 1~50∶ 1) ,焊接厚件時(shí)可以不開坡口一次成形;
6)電子束焊接結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù) ,實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)的精確控制 ,使焊接過程完全自動(dòng)化。
電子束焊接技術(shù)是目前發(fā)展最快 ,應(yīng)用最為廣泛的電子束技術(shù)。
電子是物質(zhì)的一種基本粒子,通常情況下他們圍繞原子核高速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)給電子一定的能量,他們能脫離軌道躍遷出來。加熱一個(gè)陰極,使得其釋放并形成自由電子云,當(dāng)電壓加大到30到200kv時(shí),電子將被加速,并向陽極運(yùn)動(dòng)。
由于電子束流具有以上特點(diǎn),目前,已被廣泛地應(yīng)用于高硬度、易氧化或韌性材料的微細(xì)小的打孔,復(fù)雜形狀的銑切,金屬材料的焊接、熔化和分割,表面淬硬、光刻和拋光,以及電子行業(yè)中的微型集成電路和超大規(guī)模集成電路等的精密微細(xì)加工中。隨著研究的不斷深入,電子束加工已成為高科技發(fā)展不可缺少的特種加工手段之一。
電子束表面改性
電子束表面改性是利用電子束的高能、高熱特點(diǎn)對(duì)材料表面進(jìn)行改性處理。主要的改性手段有:電子束表面合金化、電子束表面淬火、電子束表面熔覆、電子束表面熔凝以及制造表面非晶態(tài)層。經(jīng)過改性后的材料表面組織結(jié)構(gòu)得到改善,強(qiáng)度和硬度得到大幅提高,耐腐蝕性和防水性也相應(yīng)地得到增強(qiáng)。
電子束物理氣相沉積
電子束物理氣相沉積(EB—PVD)是電子束技術(shù)與物理氣相沉積技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,是利用高能電子轟擊沉積材料,使其迅速升溫氣化而凝聚在基體材料表面的一種表面加工工藝。根據(jù)沉積材料的性質(zhì),可以使涂層具有優(yōu)良的隔熱、耐磨、耐腐蝕和耐沖刷性能,對(duì)基體材料產(chǎn)生一定的保護(hù)作用。
該技術(shù)目前主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面。
1)耐磨涂層:選用硬度高的耐磨涂層材料沉積于工具和模具表面,可以大幅度提高工具和模具的使用壽命。
2)防腐涂層:由于EB.PVD技術(shù)制備出的涂層致密程度高,對(duì)于在腐蝕環(huán)境下工作的零件,其防腐效果非常好。除此之外,EB.PVD得到的涂層形貌良好,殘余應(yīng)力也明顯地提高了基體材料的防腐性能。
3)熱障涂層:熱障涂層(TBCs)是由絕熱性能良好的陶瓷材料構(gòu)成,它沉積在耐高溫金屬或超合金表面,熱障涂層對(duì)于基底材料起到隔熱作用,降低基底溫度,使得用其制成的器件(如發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片)能在高溫下運(yùn)行,并且可以使器件(發(fā)動(dòng)機(jī)等)熱效率達(dá)到60%以上。同時(shí),TBCs還具有抗腐蝕和抗氧化的作用 。2100433B
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評(píng)分: 4.4
鋁合金因其良好的性能在航空航天、交通工具、機(jī)械制造等領(lǐng)獲得了廣泛應(yīng)用,其焊接性限制了鋁合金的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展。電子束焊因其熔透性高、接頭性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)成為鋁合金焊接的重要方法之一。簡(jiǎn)述了電子束焊接的基本原理和特點(diǎn),綜述了鋁合金電子束焊在工藝、接頭組織性能、接頭缺陷預(yù)測(cè)和有限元數(shù)值模擬技術(shù)等方面的研究工作,展望了鋁合金電子束焊接的發(fā)展方向,對(duì)于今后系統(tǒng)開展鋁合金電子束焊接具有一定的參考。
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1 國內(nèi)外電子束焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀 摘 要 綜述了電子束焊接技術(shù)的國內(nèi)外研究發(fā)展動(dòng)態(tài)。 簡(jiǎn)述了電子束焊接基本 原理及國內(nèi)外研究者已取得的部分研究成果 ,并展望了異種材料電子束焊接技術(shù) 的研究方向。 關(guān)鍵詞 電子束 焊接 0 引 言 隨著全球工業(yè)化步伐的加快及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn) ,焊接這門古老而現(xiàn) 代的技術(shù)也在不斷地完善和發(fā)展 ,可以說焊接已在現(xiàn)代的生產(chǎn)生活中占有極為重 要的地位。近代焊接技術(shù) ,自1882 年出現(xiàn)碳弧焊開始 ,迄今已經(jīng)歷了 100 多年的 發(fā)展歷程 ,為了適應(yīng)工 業(yè)發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步的需要 ,先后產(chǎn)生了埋弧焊、電阻焊、電 渣焊及各種氣體保護(hù)焊等一系列新的焊接方法。進(jìn)入 20 世紀(jì)60 年代后 ,隨著焊 接新能源的開發(fā)和焊接新工藝的研究 ,等離子弧切割與焊接、真空電子束焊接及 激光焊接等高能束技術(shù)也陸續(xù)應(yīng)用到各工業(yè)部門 ,使焊接技術(shù)達(dá)到了一個(gè)新的水 平。特別是近年來 ,航空、
真空電子束焊接具有以下特點(diǎn):
1)電子束能量密度高、一般可達(dá)106~109W/cm2,是普通電弧焊和氬弧焊的100~10萬倍。因此可實(shí)現(xiàn)焊縫深而窄的焊接,深寬比大于10:1。
2)電子束焊接,其焊縫化學(xué)成份純凈, 焊接接頭強(qiáng)度高、質(zhì)量好。
3)電子束焊接所需線能量小,而焊接速度高,因此焊件的熱影響區(qū)小、焊件變形小,除一般焊接外,還可以對(duì)精加工后的零部件進(jìn)行焊接。
4)可焊接普通鋼材、不銹鋼、合金鋼及銅、鋁等金屬、難溶金屬(如鉭、鈮、鉬)和一些化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬(如鈦、鋯、鈾等)。
5)可焊接異種金屬, 如銅和不銹鋼、鋼與硬質(zhì)合金、鉻和鉬、銅鉻和銅鎢等。
6)電子束焊接的工藝參數(shù),如加速電壓、束流、聚焦電流、偏壓、焊速等可以精確調(diào)整,因此易于實(shí)現(xiàn)焊接過程自動(dòng)化和程序控制,焊接重復(fù)性好。
7)電子束焊接能焊接復(fù)雜幾何形狀工件。
8)與普通焊接相比, 其焊接速率更高(尤其對(duì)于大厚件的焊接工件)。
電子束焊接技術(shù)因其高能量密度和優(yōu)良的焊縫質(zhì)量,率先在國內(nèi)航空工業(yè)得到應(yīng)用。先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)工業(yè)中已廣泛應(yīng)用了電子束焊接技術(shù),取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,該項(xiàng)技術(shù)從上世紀(jì)八十年代開始逐步在向民用工業(yè)轉(zhuǎn)化。汽車工業(yè)、機(jī)械工業(yè)等已廣泛應(yīng)用該技術(shù)。最早研發(fā)電子束技術(shù)的國家是德國,憑借先進(jìn)和敏銳的科學(xué)研發(fā)能力,德國的電子束當(dāng)前已經(jīng)處于行業(yè)中的領(lǐng)先地位。德國波賓電子束技術(shù)(pro-beam)憑借行業(yè)中經(jīng)驗(yàn)的積累,已經(jīng)凸現(xiàn)了很大的優(yōu)勢(shì)。電子束焊接的應(yīng)用涵蓋了從薄膜焊接到一次性接合200mm得兩個(gè)共建的焊接。電子束技術(shù)的產(chǎn)生使得機(jī)械零件的設(shè)計(jì)具有了更多的自由度,同時(shí),它還廣泛應(yīng)用在航空航天和太空開發(fā)部件的加工、船舶制造業(yè)或電子和汽車工業(yè)的批量生產(chǎn)上。
電子束焊接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:焊縫質(zhì)量好、穿透深度深;熱源穩(wěn)定性、易控制適用于大批量生產(chǎn),可作為最后加工工序或僅留精加工余量。電子束焊接鋁合金厚度可達(dá)450mm,焊縫深寬可達(dá)比70:1。