摘 要：本文簡要介紹了電子束焊接這種先進的連接技術(shù)，包括電子束焊接的概念、技術(shù)特點和分類等，概述了電子束焊接技術(shù)的發(fā)展歷程。簡要介紹了這種新技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、研究現(xiàn)狀和應用情況，重點介紹了我國大飛機生產(chǎn)的可行性和研究現(xiàn)狀，指出它在異種材料連接的優(yōu)勢和發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：電子束焊接技術(shù)；研究發(fā)展現(xiàn)狀；應用；大飛機；異種材料連接
一，前言
焊接是將同種或不同材質(zhì)、通過加熱或加壓或同時加壓又加熱，達到原子間結(jié)合而形成永久連接的工藝。下面簡單介紹幾種重要的現(xiàn)代焊接方法。
1957年美國的蓋奇發(fā)明等離子弧焊；40年代德國和法國發(fā)明的電子束焊，也在50年代得到實用和進一步發(fā)展；60年代又出現(xiàn)激光焊等離子、電子束和激光焊接方法的出現(xiàn)，標志著高能量密度熔焊的新發(fā)展，大大改善了材料的焊接性，使許多難以用其他方法焊接的材料和結(jié)構(gòu)得以焊接[1]。
在工業(yè)生產(chǎn)中得到實際應用的高能束焊接方法有等離子弧焊、電子束焊和激光束焊。這些焊接方法的共同特點是熱源的能量密度高，可以一次行程穿透較厚的接頭而無需預制坡口，簡化了制造工藝，而且束流的中心溫度相當高，足以熔化任何金屬材料，因此具有較高的經(jīng)濟價值，工業(yè)應用的前景廣闊[1]。下面僅對電子束焊做一下介紹。
二，電子束焊接技術(shù)簡介
電子束焊接(EBW)是利用電子槍中陰極所產(chǎn)生的電子在陰陽極間的高壓(25～300kV) 加速電場作用下被拉出，并加速到很高的速度(0.3～0.7倍光速#p#分頁標題#e#)，經(jīng)一級或二級磁透鏡聚焦后，形成密集的高速電子流，當其撞擊在工件接縫處時，其動能轉(zhuǎn)換為熱能，使材料迅速熔化而達到焊接的目的[2]。
2.1 電子束焊接技術(shù)特點[2]
第一，電子束焊接能量密度很高，對于任何材料，包括高熔點鎢、鉬等材料，其焊縫都能快速熔化。一般靠零件自身材料熔接而成。
第二，電子束焊接在真空中進行，可防止材料氧化及其它有害氣體侵入。
第三，電子束焊接不僅能量密度高，可以獲得很大的焊縫深寬比，焊縫又深又窄，因而焊接零件變形小。
第四，#p#分頁標題#e#焊接兩種物理性質(zhì)差異大(如熱傳導或熱容量) 的材料所構(gòu)成的零件時，兩種材料可同時瞬間熔化再快速凝固。
第五，電子束可以聚得很細，偏轉(zhuǎn)方便，所以可焊很精細零件。可焊難以達到的焊接點，因此對特殊結(jié)構(gòu)和特別精細的零件用電子束焊接是非常適宜的。
第六，能量密度高，焊接速度快，熱影響區(qū)范圍很小。
2.2 電子束焊接的分類[2]
按照電子束加速電壓的不同，即按電子束熱源特點的不同，可有高(電)壓電子束焊接、中(電)壓電子束焊接和低(電)壓電子束焊接之分，表一列出了這種分類方法電子束流束源的特點#p#分頁標題#e#[3]；按保護焊接熔池金屬的環(huán)境不同，有高真空、低真空和非真空電子束焊接之分；按焊接時整個焊件是否完全處在真空室內(nèi)，有全真空和局部真空電子束焊接之分。
表1 電子束流束源類型及特點
三，電子束焊的研究發(fā)展現(xiàn)狀
早在上世紀80年代初期，電子束焊已進入成熟的發(fā)展階段。由于電子束的能量密度高達300~500kW/mm，因此，一次穿透能力強、生產(chǎn)效率高，焊接過程可在高真空、半真空和非真空條件下完成，焊縫的純凈度高、質(zhì)量優(yōu)異，已在飛機、火箭、汽車、機器傳動部件以及活性金屬焊件連接中得到較廣泛的應用。
電子束焊接是目前最成熟的高能束流加工方法之一。20世紀60年代初，開始應用于原子能工業(yè)、飛機制造業(yè)和宇航工業(yè)中貴重金屬的焊接。隨著現(xiàn)代原子能、航空和宇航等尖端技術(shù)的應用而迅速發(fā)展起來，成功地解決了為現(xiàn)代尖端產(chǎn)品而發(fā)展的各種新型材料的焊接問題。在汽車工業(yè)和機械制造業(yè)等領(lǐng)域逐漸代替了以往的加工方法和生產(chǎn)流程，應用日益廣泛#p#分頁標題#e#[2]。
3.1 國內(nèi)電子束焊接技術(shù)的研究發(fā)展現(xiàn)狀[2]
20世紀60年代初，我國開始跟蹤世界電子束焊接技術(shù)的發(fā)展，并開始了電子束焊接設(shè)備及工藝的研究工作。航空工業(yè)總公司北京航空工藝研究所、廣西桂林電器科學研究所及中科院沈陽金屬研究所均是較早開展此項工作的單位。至今已研制生產(chǎn)出不同類型和功能的電子束焊機上百臺。近20年來，出現(xiàn)了關(guān)鍵部件(電子槍、高壓電源等) 引進、其它部件國內(nèi)配套的引進方式，我國研制成功了國內(nèi)第一臺生產(chǎn)中使用的GDH—15型高壓電子束焊機：加速電壓為150kV，功率為15kW。此焊機已在航空動力機械制造中使用#p#分頁標題#e#，解決了航空發(fā)動機關(guān)鍵部件的焊接,產(chǎn)品返銷國外。北京航空工藝研究所在1992年研制成功了ZD150—5A型高壓電子束焊機，此焊機是國內(nèi)第一臺自行設(shè)計、自行制造的高壓電子槍和大型真空室的高壓電子束焊機，填補了國內(nèi)空白，達到當時世界先進水平。我國的中小功率電子束焊機已接近或趕上國外同類產(chǎn)品的先進水平，有明顯的性能價格比優(yōu)勢。近20年來，有關(guān)電子束焊接的文獻大多集中在焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化、焊接冶金和穿透機理的研究、焊接技術(shù)的應用及焊接接頭基本力學行為等方面。在我國，電子束焊焊接技術(shù)在工業(yè)中將進一步應用，但需解決的問題是：焊接可靠性，穩(wěn)定性及質(zhì)量在線檢測技術(shù)的發(fā)展；#p#分頁標題#e#新產(chǎn)品設(shè)計與電子束技術(shù)的有機結(jié)合；焊縫自動對中與跟蹤的自適應控制技術(shù)的發(fā)展；深穿透機理及電子束與材料交互作用等物理現(xiàn)象的進一步探求。
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