什么是电子束焊接?-完整解释-机械助推器新利官网2018

作品简介:

焊接是一个永久的连接过程，它在两个工件之间产生永久的连接。它是通过熔化，然后凝固来实现的。焊接时芯温可高达6500^oF、所以，在作业过程中必须穿戴个人防护装备。这套装备可以让你远离影响身体的高温和有害辐射。电子束焊接使用高度集中的电子束产生热量并熔化工件。熔炼过程将产生一个共同的熔池，然后凝固将导致连接工件。在本课题中，我们将详细介绍电子束焊接的历史、工作原理、应用等。让我们开始吧。

历史:

这一切都始于电弧的发展，导致连接过程的开始称为焊接．1800年，汉弗莱·戴维发现了短脉冲电弧。一位名叫瓦西里·彼得罗夫的俄国科学家在1802年发明了连续电弧，并提出将其应用于焊接。在产生电弧并提出应用后，CL Coffin是第一个在19世纪90年代引入惰性条件下焊接的人。这个提议很难实现，直到1900年才得以实现。到了20世纪40年代，钨和氦开始出现，钨被用作电极材料，氦被用作惰性气体。德国物理学家卡尔-海因茨·施泰格瓦尔德最初于1949年开发了电子束焊接，致力于不同的电子束应用。他发现了第一台实用的机器，并于1958年开始运转。另一位被认为发明了第一台电子束焊机的发明家是詹姆斯·t·拉塞尔。

简而言之，历史时间表如下:

1800 -汉弗莱·戴维发现了短脉冲电弧。
1802 -瓦西里·彼得罗夫发明了连续电弧。
1890年代c·l·科芬成为引入惰性条件下焊接的第一人。
1940 -焊接实际上是在惰性条件下开始的，这导致了良好的焊接光洁度。
1949 -Karl-Heinz Steigerwald在研究电子束应用的过程中发明了第一个电子束焊接。
1958 -电子束焊接开始实际应用。

电子束焊接主要部件:

连接过程由执行焊接的各种组件组成，从电子束的产生到焊缝的形成。每个组件都有不同的功能，我们将在本标题下讨论这些功能。主要组件及其功能如下:

1.电子枪

它用来产生电子或从金属表面获取自由电子。它是一种电极结构，用于产生和聚焦电子束在所需的位置。电子枪有两种类型——自加速和功加速。

在自加速电子枪中，电子的加速是通过施加阳极和阴极之间的电位差来实现的。在工作加速电子枪中，电子加速是通过在阴极和工件之间施加电位差来实现的。

电子枪的子组件有:

[一]。聚焦单元:它被用来将电子束聚焦到一个特定的点上。

[b]。阴极(发射极或灯丝):它被用来发射电子。

[c]。阳极:它吸引电子，导致其加速，并以如此高的速度撞击工件，产生大量的热量。

[d]。握杯:它被用来控制电子束。

2.真空室:

这是一个用真空泵产生真空的腔室。用来产生真空的泵是机械泵或扩散泵。真空越大，电子在焊接材料表面的穿透越强。

真空室的压力范围如下:

100kpa =开放大气压
0.13-13 Pa =部分真空
0.13-133 mPa =硬真空

3.电源:

这是为从表面发射的电子加速提供所需电流和电压的主要组件。本节使用的电源为直流电源。高压设备电压范围为70-150 kV，小电压设备电压范围为5-30 kV。电流水平为50至100毫安。

4.工作处理设备:

这些装置是用来固定工件的。通过编程控制工件的运动，即计算机数控(CNC)。

还读:

重要术语:

在了解这个连接过程的工作之前，有必要了解常用的焊接术语，我们将用这些术语来解释工作。这些术语中很少有通用于所有焊接工艺的，也有一些通用于这种特殊焊接工艺的。重要术语如下:

加速电压:它是用来增加电子速度，从而增加其能量的电势值。
电子束:它由发射并加速撞击焊缝表面的电子组成。
梁:它测量单位时间内电子束传递的束流能量。
数控:它是计算机数字控制的缩写形式，它通过编码转换工件和其他设备的运动，以便更好地控制。
工件:这种材料将通过高速电子束的冲击被焊接起来。
直流电源:它是所使用电源的特性，决定了阴极和阳极的位置。

电子束焊接的工作原理:

该连接工艺的工作过程分为两部分-束形成和束穿透。在波束形成中，我们将解释波束形成的机制，在下一篇文章中，我们将解释波束如何加速并穿透金属，以及使用哪些因素来控制这一点。

1.波束形成:

阴极是自由电子的来源。阴极表面上的自由电子被束缚在表面上，不能自己离开表面。它们必须获得动能，这个动能应该大于做功金属的势垒。所使用的阴极是钨，它通过光电效应发射电子。从表面出来的电子具有明显较少的能量。由于在克服阴极势垒的过程中损失了大部分能量，自由电子被发射出来，由电子枪中存在的握杯控制，聚焦在目标上。

2.电子束穿透:

波束穿透过程包括波束加速度和对表面的冲击。形成的电子束，指向工件，没有足够的能量到达那一点。阴极与阳极之间或阴极与工件之间的加速电压差将电子加速到高速。它增加了电子的动能，该动能在与工件碰撞时转化为热能。电子穿透工件内部，取决于它的速度，然后停下来。动能的变化产生所需的热量来熔化工件并形成焊接池-然后工件固化并连接在一起。

为了更好地理解电子束焊接的工作原理。观看下面的视频:

焊接特点:

永久连接过程中最重要的一个方面是焊接特性，而不是工作机制。焊接工艺的特点决定了两个最重要的因素:焊缝光洁度和异种金属的焊接。电子束焊接是一种完全自动化的现代焊接技术。这种连接工艺具有将多种金属和不同金属连接在一起的高能力。两个最重要的焊接特性如下:

1.焊接完成:

该因素考虑了表面的焊接光洁度以及观察零件的完美接触。电子束焊接使用高度集中的电子束聚焦在所需的位置上，精确地焊接工件。正确的焊接表面处理主要取决于热产生和穿透深度，这是由加速电压控制的。

2.异种金属焊接:

焊接两种不同的金属和任何焊接技术通常都很困难，需要许多预防措施。常见的机制是熔化工件，然后将它们连接在一起。电子束焊接可以达到不同的效果。熔点较低的金属只是焊接而成的，另一种是固态的。熔化的金属结合在一起，然后凝固。一个经验法则是，高真空压力将实现良好的焊接光洁度，电子束应该直接接近即将熔化的电子束。

电子束焊接类型:

有不同类型的这种连接过程，用于不同的行业应用。一些不同的类型如下:

基于加速电压:

电子束焊接过程根据加速电压的大小分为两种类型。它们是这个连接过程中最关键的参数，因为它决定了渗透的深度和产生的热量。它们有两种类型:

1.低电压电子束:

加速电压为30-60千伏的设备被认为是低压设备。它们的穿透深度较小，不能焊接厚金属片。

2.高电压:

加速电压为100-150千伏的设备被认为是高压设备。他们可以焊接0.1至200毫米厚的钢材料和0.1至300毫米厚的铝合金。

根据加工室压力:

电子的发射和过程的完成取决于在处理室中保持的压力。理想的条件是真空条件，在此基础上又分为高真空和低真空。

1.高真空:

压力达到0.067 Pa的加工室被认为是高真空。高真空压力室的部件包括油扩散泵、机械增压泵和油旋转泵。新利官网2018

2.低真空:

压力达到6.67 Pa的加工室被认为是低真空。低真空压力室的部件包括机械增压泵和油旋转泵。新利官网2018

根据电子枪安装位置:

电子枪是自由电子的来源，起着阴极的作用。电子枪的安装位置决定了热集中面积，这是焊接相似金属和不同金属的关键因素。它们有两种类型-固定电子枪和移动电子枪。

1.固定电子枪:

这种电子枪是固定的，不能移动来改变电子束的方向。工件方向要根据要求改变。

2.移动电子枪:

这种电子枪可以灵活地向任何方向移动。在这里，工件和枪都可以移动，因此，各种焊接位置是可能的。

电子束焊接的优点:

电子束焊接是现代一代的连接工艺，它不同于传统的焊接工艺。由于其工作机理和焊缝光洁度的提高，具有多方面的优点。本工艺的优点如下:

这种类型的连接过程是高度精确的，可以用于高重复，因为我们可以很容易地自动化它。
它将电子束集中到小的热影响区域，从而减少金属变形并消除材料收缩。
它还能保持基材95%的强度。
这项技术是在真空环境中进行的。因此，没有任何外部因素造成的污染。
这是一个易于控制的自动化过程。因此，我们可以用它来焊接两种不同的材料。
它可以焊接各种厚度的金属板，从低至0.025毫米到高至100毫米。
它能够焊接复杂和难以接近的接头。

电子束焊接的缺点:

虽然它是一种现代焊接工艺，在各个行业都有很多应用，但它有各种缺点，限制了它的应用。缺点如下:

初始设置成本非常高。
操作需要熟练的操作人员。
一个非常高的真空要求适当的焊接完成。
由于是在真空环境下工作，所以不能焊接较大的工件。
要采取高度安全措施。

电子束焊接的应用:

以下是该焊接技术的应用:

在航空航天工业中用于焊接传统焊接工艺无法焊接的复杂部件。
它被用于发电行业，如蒸汽发电厂、水力发电厂、燃气轮机发电厂等。
它在太空应用中用于制造基于钛的组件。
用于汽车工业的传动部件，变速箱等。
用于核工业、医学研究等领域。

常见问题:

问1:从阴极发射电子的原理是什么?

答:利用基于光电效应的原理，通过给自由电子提供动能来打破阴极表面的势垒，从而将其取出。

问2:电子束焊接中的异种金属焊接与其他常规焊接工艺有何不同?

答:在其他常规焊接工艺中，两种金属都是熔化并凝固在一起，但在电子束焊接中，只有熔点最低的金属被熔化并与其他金属结合在一起，是固态的。

引用:

什么是电子束焊接?-完整说明