電子束焊（electron beam welding）是利用電子束作為熱源的焊接方法。電子束焊接因具有不用焊條焊條 的供應(yīng)商、不易氧化、工藝重復(fù)性好及熱變形量小的優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于航空航天、原子能、國防及軍工、汽車和電氣電工儀表電工儀表 的供應(yīng)商等眾多行業(yè)。

電子束焊的特點分析
　　電子束焊是利用會聚的高速電子流轟擊工件接縫處所產(chǎn)生的熱能，使金屬熔合的一種焊接方法。電子轟擊工件時，動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋ｋ娮邮鳛楹附訜嵩从袃蓚€明顯的特點：
　　1、功率密度高   電子束焊接時常用的加速電壓范圍為30～150kV，電子束電流20～1000mA，電子束焦點直徑約為0.1～1mm，這樣，電子束功率密度可達106W/cm2以上。
　　2、精確、快速的可控性 作為物質(zhì)基本粒子的電子具有極小的質(zhì)量（9.1×10-31kg）和一定的負電荷（1.6×10-19C），電子的荷質(zhì)比高達1.76×1011C/kg,通過電場、磁場對電子束可作快速而精確的控制。電子束的這一特點明顯地優(yōu)于激光束，后者只能用透境和反射鏡反射鏡 的供應(yīng)商控制，速度慢。

　　基于電子束的上述特點和焊接時的真空條件，電子束焊接具有下列主要優(yōu)缺點。

　　1、優(yōu)點：
　　1）電子束穿透能力強，焊縫深寬比大。目前，電子束焊縫的深寬比可達到60：1。焊接厚板時可以不開坡口實現(xiàn)單道焊，比電弧焊可以節(jié)省輔助材料和能源的消耗。
　　2）焊接速度快，熱影響區(qū)小，焊接變形小。對精加工的工件可用作最后連接工序，焊后工件仍保持足夠高的精度。
　　3）真空電子束焊接不僅可以防止熔化金屬受到氧、氮等有害氣體的污染，而且有利于焊縫金屬的除氣和凈化，因而特別適于活潑金屬的焊接。也常用電子束焊接真空密封元件，焊后元件內(nèi)部保持在真空狀態(tài)。
　　4）電子束在真空中可以傳到較遠的位置上進行焊接，因而也可以焊接難以接近部位的接縫。
　　5）通過控制電子束的偏移，可以實現(xiàn)復(fù)雜接縫的自動焊接?？梢酝ㄟ^電子束掃描熔池來消除缺陷，提高接頭質(zhì)量。

　　2、缺點：
　　1）設(shè)備比較復(fù)雜、費用比較昂貴。
　　2）焊接前對接頭加工、裝配要求嚴格，以保證接頭位置準確、間隙小而且均勻。
　　3）真空電子束焊接時，被焊工件尺寸和形狀常常受到工作室的限制。
　　4）電子束易受雜散電磁場的干擾，影響焊接質(zhì)量。
　　5）電子束焊接時產(chǎn)生的X射線需要嚴加防護以保證操作人員的健康和安全。

電子束焊的原理
　　如圖所示，熱陰極（或燈絲）發(fā)射的電子，在真空中被高壓靜電場加速，經(jīng)磁透鏡產(chǎn)生的電磁場聚集成功率密度高達1.5×10(瓦／厘米(的電子束(束徑為0.25～1毫米),轟擊到工件表面上,釋放的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?熔化金屬，焊出既深又窄的焊縫（深／寬比可達10:1～30:1），焊接速度可達125～200米/時,工件的熱影響區(qū)和變形量都很小。電子束的焊接工作室一般處于高真空狀態(tài)，壓力為10(～100帕，稱為高真空電子束焊。處于低真空狀態(tài)時壓力為100～10000帕，稱為低真空電子束焊。在大氣中焊接的稱為非真空電子束焊。真空工作室為焊接創(chuàng)造高純潔的環(huán)境，因而不需要保護氣體就能獲得無氧化、無氣孔和無夾渣的優(yōu)質(zhì)焊接接頭。隨著工作室氣壓的增加，電子束散焦程度增大，焊縫的深／寬比減小。

　　電子束焊原理圖:



電子束焊的焊接工藝
　　1、薄板的焊接
　　板厚在0.03~2.5mm的零件多用于儀表、壓力或真空密封接頭、膜盒、封接結(jié)構(gòu)、電接點等結(jié)構(gòu)中。薄板導(dǎo)熱性差，電子束焊接時局部加熱強烈。為防止過熱，應(yīng)采用夾具。夾具材料為純銅。對極薄工件可考慮使用脈沖電子束流。電子束功率密度高，易于實現(xiàn)厚度相差很大的接頭的焊接。焊接時薄板應(yīng)與厚板緊貼，適當調(diào)節(jié)電子束焦點位置，使接頭兩側(cè)均勻熔化。

　　2、厚板的焊接
　　目前電子束可以一次焊透300mm的銅板。焊道的深寬比可以高達50：l。當被焊鋼板厚度在60mm以上時，應(yīng)將電子槍水平放置進行橫焊，以利焊縫成形。電子束焦點位置對熔深影響很大，在給定的電子束功率下，將電子束焦點調(diào)節(jié)在工件表面以下。熔深的0.5~0.75處電子束的穿透能力最好。根據(jù)實踐經(jīng)驗，焊前將電子束焦點調(diào)節(jié)在板材表面以下，板厚的三分之一處，可以發(fā)揮電子束的熔透效力并使焊縫成形良好。

　　3、添加填充金屬
　　只有在對接頭有特殊要求或者因接頭準備和焊接條件的限制不能得到足夠的熔化金屬時，才添加填充金屬。
　　添加填充金屬的方法是在接頭處放置填充金屬，箔狀填充金屬可夾在接縫的間隙處，絲狀填充金屬可用送絲機構(gòu)送人或用定位焊固定。
　　送絲機構(gòu)應(yīng)保證焊絲準確地送入電子束的作用范圍內(nèi)。送絲嘴應(yīng)盡可能靠近熔池，其表面應(yīng)有涂層以防金屬飛濺物的沾污。應(yīng)選用耐熱鋼來制造送絲嘴。應(yīng)能方便地對送絲機構(gòu)進行調(diào)節(jié)。以改變送絲嘴到熔池的距離、送絲方向以及與工件的夾角等。焊絲應(yīng)從熔池前方送入。焊接時采用電子束掃描有助于焊絲的熔化和改善焊縫成形。
　　送絲速度和焊絲直徑的選擇原則是使填充金屬量為接頭凹陷體積的1.25倍。

　　4、定位焊
　　用電子束進行定位焊是裝夾工件的有效措施，其優(yōu)點是節(jié)約裝夾時間和經(jīng)費。
　　可以采用焊接束流或弱束流進行定位焊，對于搭接接頭可用熔透法定位，有時先用弱束流定位，再用焊接束流完成焊接。

　　5、焊接可達性差的接頭
　　電子束很細、工作距離長、易于控制，所以電子束可以焊接狹窄間隙的底部接頭。這不僅可以用于生產(chǎn)過程，而且在修復(fù)報廢零件時也非常有效。復(fù)雜形狀的昂貴鑄鐵件常用電子束來修復(fù)。
　　對可達性差的接頭只有滿足以下條件才能進行電子束焊接：
　?。?）焊縫必須在電子槍允許的工作距離上；
　?。?）必須有足夠?qū)挼拈g隙允許電子束通過，以免焊接時誤傷工件；
　?。?）在電子束的路徑上應(yīng)無干擾磁場。
　　6、電子束掃描和偏轉(zhuǎn)
　　在焊接過程中采用電子束掃描可以加寬焊縫降低熔池冷卻速度，消除熔透不均等缺陷，降低對接頭準備的要求。
　　電子束掃描是通過改變偏轉(zhuǎn)線圈的激磁電流，從而使橫向磁場變化來實現(xiàn)的。常用的電子束掃描圖形有正弦形、圓形、矩形、鋸齒形等。通常電子束掃描頻率為100~1000Hz。電子束偏轉(zhuǎn)角度為2°~5°。

　　電子束掃描還可用來檢測接縫的位置和實現(xiàn)焊縫跟蹤，此時電子束的掃描速度可以高達50~100m/s，掃描頻率可達20kHz。
　　在焊接大厚度工件時為了防止焊接所產(chǎn)生的大量金屬蒸氣和離子直接侵入電子槍可設(shè)置電子束偏轉(zhuǎn)裝置。使電子槍軸線與工件表面的垂直方向成5°~90°夾角，這對于大量生產(chǎn)中保證電子槍工作穩(wěn)定是十分有利的。

　　7、焊接缺陷及其防治
　　和其它熔化焊一樣，電子束焊接接頭也會出現(xiàn)未熔合、咬邊、焊縫下陷、氣孔、裂紋等缺陷。此外電子束焊縫特有的缺陷有熔深不均、長空洞、中部裂紋和由于剩磁或干擾磁場造成的焊道偏離接縫等。
　　熔深不均出現(xiàn)在不穿透焊縫中，這種缺陷是高能束流焊接所特有的。它與電子束焊接時熔池的形成和金屬的流動有密切關(guān)系。加大小孔直徑可以消除這種缺陷。
　　長空洞及焊縫中部裂紋都是電子束深熔透焊接時所特有的缺陷。降低焊接速度，改進材質(zhì)有利于消除此類缺陷。

電子束焊的分類比較
　　電子束焊的分類方法很多。按被焊工件所處的環(huán)境的真空度可分為三種：高真空電子束焊，低真空電子束焊和非真空電子束焊。
　　高真空電子束焊是在10-4～10-1Pa的壓強下進行的。良好的真空條件，可以保證對熔池的“保護”防止金屬元素的氧化和燒損，適用于活性金屬、難熔金屬和質(zhì)量要求高的工件的焊接。
　　低真空電子束焊是在10-1～10Pa的壓強下進行的。壓強為4Pa時束流密度及其相應(yīng)的功率密度的最大值與高真空的最大值相差很小。因此，低真空電子束焊也具有束流密度和功率密度高的特點。由于只需抽到低真空，明顯地縮短了抽真空時間，提高了生產(chǎn)率，適用于批量大的零件的焊接和在生產(chǎn)線上使用

　　在非真空電子束焊機中，電子束仍是在高真空條件下產(chǎn)生的，然后穿過一組光闌、氣阻和若干級預(yù)真空小室，射到處于大氣壓力下的工件上。在壓強增加到7～15Pa時，由于散射，電子束功率密度明顯下降。在大氣壓下，電子束散射更加強烈。即使將電子槍的工作距離限制在20～50mm，焊縫深寬比最大也只能達到5：1。目前，非真空電子束焊接能夠達到的最大熔深為30mm。這種方法的優(yōu)點是不需真空室，因而可以焊接尺寸大的工件，生產(chǎn)率較高。

電子束焊機的介紹
　　電子束焊機有兩類：低壓電子束焊機的加速電壓為30～60千伏；高壓電子束焊機的加速電壓可達175千伏。
　　電子束焊可焊接所有的金屬材料和某些異種金屬接頭,從箔片至板材均可一道焊成，鋼板可焊厚度達100毫米,鋁板達150毫米，銅板可達25毫米。碳鋼在真空中焊接時，由于鋼中原含有的氣體會釋放出來，焊縫金屬容易產(chǎn)生微氣孔。
　　電子束焊機成本高。工件裝配、接縫與電子束對正，都要求有較高的精度。但電子束焊的多能性和高精度，往往能補償其高成本，因此在汽車、原子能、航空、航天等許多工業(yè)中已成為重要的焊接方法之一。

電子束焊的應(yīng)用前景
　　1.在大批量生產(chǎn)中將有較大的發(fā)展。例如：在汽車工業(yè)中，采用電子束焊技術(shù)焊接汽車的齒輪和后橋，可以提高工效、降低成本、減輕零件的質(zhì)量。
　　2.在航空航天工業(yè)中，電子束焊技術(shù)將繼續(xù)擴大其應(yīng)用，并發(fā)展電子束焊在線檢測技術(shù)。
　　3.由于電子束在厚大件焊接中獨樹一幟，所以在能源、重工業(yè)中大有用武之地。
　　4.在修復(fù)領(lǐng)域，電子束焊技術(shù)將是有價值的工藝方法之一。
　　5.電子束焊的焊接設(shè)備將趨向多功能及柔性化。電子束焊已屬成熟技術(shù)，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，出于經(jīng)濟方面的考慮，多功能電子束焊的焊接設(shè)備和集成工藝以及電子束焊機的柔性化將越來越顯得重要。
　　6.電子束焊將是實現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)焊接的強有力工具。

　　宇航技術(shù)中所用的各類火箭、衛(wèi)星、飛船、星球車、空間站、太陽能電站等的結(jié)構(gòu)件、發(fā)動機以及各種儀器均需用焊接技術(shù)，而電子束焊是滿足其需求的強有力的工具。
　　宇航零部件所用電子束焊的焊接設(shè)備可分為兩類：一類是常規(guī)的電子束焊機，用來焊接可以在地面進行裝配的零部件；另一類是在太空條件下所用的電子束焊機，需要宇航員到太空進行焊接操作，因此要適應(yīng)太空的特殊環(huán)境。