电子束焊的焊接工艺

出处：按学科分类—工业技术 河北科学技术出版社《实用焊接技术手册》第335页（2895字）

1．电子束焊接工艺

(1)薄板的焊接 薄板导热性差，电子束焊接时局部加热强烈。为防止过热、应采用夹具，并且对极薄工件可考虑使用脉冲电子束流。电子束功率密度高，易于实现厚度相差很大的接头的焊接。焊接时薄板与厚板紧贴，适当调节电子束焦点位置，使接头两侧均匀熔化。

(2)厚板的焊接 目前，电子束可以一次焊透300mm的钢板。焊道的深宽比可以高达50：1。当被焊钢板厚度在60mm以上时，应将电子枪水平放置进行横焊，以利于焊缝成形。电子束焦点位置对于熔深影响很大，在给定的电子束功率下，将电子束焦点调节在工件表面以下，熔深的0．5～0．75处电子束的穿透能力最好。根据实践经验，焊前将电子束焦点调节在板材表面以下，板厚的1／3处，可以发挥电子束的熔透效力并使焊缝成形良好。表1－10－8示出不同焊接条件对电子束焊熔深的影响。

表1－10－8 电子束焊不同焊接条件对钢板熔深的影响^［2］

(3)添加填充金属 只有在对接头有特殊要求或者接头准备和焊接条件的限制不能得到足够的熔化金属时，才添加填充金属，其主要作用是：

①在接头装配间隙过大时可防止焊缝凹陷。

②在焊接裂纹敏感材料或异种金属接头时可防止裂纹的产生。

③在焊接沸腾钢时加入少量的脱氧剂(铝、锰、硅等)的焊丝，或在焊接铜时加入镍均有助于消除气孔。

添加填充金属的方法是在接头处放置填充金属，箔状填充金属可夹在接缝的间隙处，丝状填充金属可用送丝机构送入或用定位焊固定。

(4)定位焊 用电子束进行定位焊是装夹工件的有效措施。其优点是节约装夹时间和经费。可以采用焊接束流或弱束流进行定位焊，对于搭接接头可用熔透法定位，有时先用弱束流定位，再用焊接束流完成焊接。

(5)焊接可达性差的接头 电子束很细、工作距离长、易于控制，所以电子束可以焊接狭窄间隙的底部接头。这不仅可以用于生产过程，而且在修复报废零件时也非常有效。复杂形状的昂贵铸件常用电子束来修复。对可达性差的接头只有满足以下条件才能进行电子束焊：

①焊缝必须在电子枪允许的工作距离上。

②必须有足够宽的间隙允许电子束通过，以免焊接时误伤工件。

③在束流通过的路径上应无干扰磁场。

(6)电子束扫描和偏转 在焊接过程中采用电子束扫描可以加宽焊缝，降低熔池冷却速度，消除熔透不均等缺陷，降低对接头准备的要求。

在焊接大厚度工件时为了防止焊接所产生的大量金属蒸气和离子直接侵入电子枪可设置电子束偏转装置，使电子枪轴线与工件表面的垂直方向成5。～90。夹角。这对于大量生产中保证电子枪工作稳定是十分有利的。

(7)焊接缺陷及其防止 和其他熔化焊一样，电子束焊接头也会出现未熔合、咬边、焊缝下陷、气孔、裂纹等缺陷。此外电子束焊焊缝特有的缺陷有熔深不均、长空洞、中部裂纹和由于剩磁或干扰造成的焊道偏离接缝等。

熔深不均出现在不穿透焊缝中，这种缺陷是高能束流焊接所特有的。它与电子束焊接熔池的形成和金属的流动有密切的关系。加大小孔直径可消除这种缺陷。改变电子束焦点在工件内的位置也会影响到熔深的大小和均匀程度。适当的散焦可以加宽焊缝，有利于消除和减小熔深不均的缺陷。

2．电子束焊的焊接参数

电子束焊的主要焊接参数是加速电压、电子束电流、聚焦电流、焊接速度和工作距离。

(1)加速电压 在大多数电子束焊中，加速电压参数往往不变，根据电子枪的类型通常选取某一数值。在相同的功率、不同的加速电压下，所得焊缝深度和形状是不同的。提高加速电压可增加焊缝的熔深，在保持其他参数不变的条件下，焊缝横断面深宽比与加速电压成正比例。当焊接大厚件并要求得到窄而平的焊缝或电子枪与焊件的距离较大时可提高加速电压。

(2)电子束流 束流与加速电压一起决定着电子束的功率。增加电子束流，熔深和熔宽都会增加。在电子束焊中，由于电压基本不变，所以为满足不同的焊接工艺的需要，常常要调整束流值。这些调整包括以下几方面：

①在焊接环缝时，要控制束流的递增、递减，以获得良好的起始、收尾搭接处质量。

②在焊接各种不同厚度的材料时，要改变束流，以得到不同的熔深。

③在焊接大厚件时，由于焊接速度较低，随着焊件温度的增加，焊接电流需逐渐减小。

(3)焊接速度 焊接速度和电子束功率一起决定着焊缝的熔深、焊缝宽度以及被焊材料熔池行为(冷却、凝固及焊缝熔合线形状)。增加焊接速度会使焊缝变窄，熔深减小。

(4)聚焦电流 电子束焊时，相对于焊件表面而言，电子束的聚焦位置上有上焦点、下焦点和表面焦点三种，焦点的位置对焊缝形状影响很大。根据被焊材料的焊接速度、焊缝接头间隙等决定聚焦位置，进而确定电子束斑点大小。

当焊件被焊厚度大于10mm时，通常采用下焦点焊(即焦点处于焊件表面的下层)，且焦点在焊缝熔深的30%处。当焊接厚度大于50mm时，焦点在焊缝熔深的50%～70%之间更合适。

(5)工作距离 焊件表面与电子枪的工作距离影响到电子束的聚焦程度，工作距离变小时，电子束的压缩比增大，使电子束斑点直径变小，增加了电子束功率密度。但工作距离太小会使过多的金属蒸气进入枪体造成放电，因而在不影响电子枪稳定工作的前提下，可以采用尽可能短的工作距离。表1－10－9为常用材料的电子束焊接工艺参数。

表1－10－9 常用材料的电子束焊接工艺参数^［2，4］