揭秘電子束焊

電子束焊接——是幕后英雄還是針尖工藝？

直到近，電子束焊接都被認(rèn)為是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，不容易控制。但是現(xiàn)代化的工廠和控制技術(shù)使其易于操作，使得工業(yè)界越來(lái)越多地轉(zhuǎn)向該技術(shù)，因?yàn)樗峁┝嗽S多優(yōu)勢(shì)，特別是在以前被認(rèn)為難以焊接的應(yīng)用領(lǐng)域。

電子束過(guò)程產(chǎn)生深、平行且狹窄的焊縫。角變形和橫向收縮以及其他干擾的影響是小的。它的應(yīng)用范圍非常廣泛，包括從焊接小的部件到接合單次操作壁厚超過(guò)150mm的工件。這些優(yōu)點(diǎn)還有利于機(jī)械部件的設(shè)計(jì)、航空航天工業(yè)中單個(gè)部件的加工、建造船只和新能源車以及汽車大批系列的生產(chǎn)。

將分解的電子作為聚焦光束

通常，電子與原子緊緊綁定，但它們可以通過(guò)提供能量從原子殼中釋放出來(lái)。在電子束焊接中，首先加熱陰極產(chǎn)生自由電子云，然后陽(yáng)極會(huì)強(qiáng)烈得使之加速。通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)和電磁透鏡將這些自由的電子聚焦成光束。電子束的速度能達(dá)到1/3-2/3的光速。由于電子束很容易被磁偏轉(zhuǎn)，因此可以精確控制。

焊接過(guò)程在真空中進(jìn)行并且利用電子能量的轉(zhuǎn)移，當(dāng)電子變慢的時(shí)候，電子撞擊物質(zhì)時(shí)釋放出熱量。周圍的材料大部分還維持較低的溫度。深度焊接效果可確保細(xì)長(zhǎng)、平行且深接縫超過(guò) 150 mm。在能量密度超過(guò)106 W/cm2時(shí)，熔融材料在中心蒸發(fā)，這使得液體材料周圍產(chǎn)生毛細(xì)管狀的蒸汽。

真空支持活性金屬（如鈦、硅或鎳）的加工，甚至比使用保護(hù)性氣體更便宜。一般來(lái)說(shuō)，在真空下工作可使工件保持清潔和更好的焊縫質(zhì)量。智能型空氣鎖的理念可防止以犧牲生產(chǎn)時(shí)間為代價(jià)而產(chǎn)生的真空。

電子束焊接的直接對(duì)比

在終選擇生產(chǎn)技術(shù)時(shí)，成本是主要因素之一。雖然激光束焊接的投資成本隨著焊接的深度而線性增加，它們與電子束焊接的功率卻無(wú)關(guān)。在根據(jù)所需深度的不同，電子束直接比較可能更為昂貴，但在更高功率水平上卻相當(dāng)?shù)谋阋恕?/span>

與電子束焊接一樣，電弧焊接工藝近年來(lái)也大有發(fā)展。相比之下，電子束焊接的成本幾乎與焊接材料無(wú)關(guān)，因?yàn)椴恍枰盍喜牧?。輔助工藝成本基本限于功耗，與其他聚變焊接工藝相比，功耗非常低。此外，無(wú)需任何氣體或相應(yīng)的粉末來(lái)保護(hù)焊池，因?yàn)楣に嚠a(chǎn)生的真空可提供的邊界條件。

很明顯，電子束對(duì)于長(zhǎng)焊縫特別有效。這不適用于尺寸與接縫長(zhǎng)度呈不利關(guān)系的組件。使用傳統(tǒng)方法，可以更加經(jīng)濟(jì)高效地焊接非常大的工件上的小接縫。

制造商在生產(chǎn)過(guò)程中越早涉及電子束服務(wù)供應(yīng)商，就更好能利用該方法的優(yōu)點(diǎn)。一些被認(rèn)為難以焊接的材料，如 Inconell 713，已經(jīng)用于制造數(shù)百萬(wàn)個(gè)渦輪增壓器部件。

深度焊接效果：通過(guò)熔化和蒸發(fā)，電子束可以深入材料，焊接熔池穿透工件