特种焊接技术第1页共12页特种焊接技术—电子束焊和摩擦焊特种焊接技术是指除常规焊接方法（如手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等）之外的焊接技术，主要有激光焊、电子束焊、等离子弧焊、真空扩散焊、摩擦焊、超声波焊等一些特殊的焊接方法。其不仅可以适用于普通材料的焊接，也适合于特殊的材料，如铝、铜、镁合金，以及异种材料的焊接；适用范围从普通的民用，到航空航天领域，随着现代技术的成熟及研究的深入，特种焊接技术将会得到越来越多的运用。本文主要简单介绍特种焊接里的电子束焊和摩擦焊。1.电子束焊接电子束的发现迄今已有100多年的历史。电子束焊接技术起源于德国，1948年前西德物理学家K.H.Steigerwald首次提出电子束焊接的设想；1954年法国的J.A.Stohr博士成功焊接了核反应堆燃料包壳，标志着电子束焊接金属获得成功；1957年11月，在法国巴黎召开的国际原子能燃料元件技术大会上公布了该技术，电子束焊接被确认为一种新的焊接方法；1958年开始，美国、英国、日本及前苏联开始进行电子束焊接方面的研究，20世纪60年代后，我国开始从事电子束焊接研究[1]。1.1基本原理采用电子枪和电子光柱组装而成并应用于电子柬焊的原理如图1所示。该图表明，三极管(阴极、栅极、阳极)型的电子枪用以产生电子束流，同时，聚焦和偏转电子光学系统用以控制电子柬流撞击工件的方式(产生最终束斑大小和定位)。在操作过程中，阴极、发射器由于直接或间接加热而发射电子，该电子在焊枪栅极、阳极产生的静电场加速下，形成平行光束，聚焦并形成高能量密度的电子束流撞击到工件表面。图1.电子束焊原理图2.锁孔焊原理特种焊接技术第2页共12页在任何固定操作电压条件下，三极管型电子枪允许枪内电子流的大小逐渐按期望值进行调整(例如，电子束操作电流，从而将产生的光束能量传递给工件)。因此，通过改变阴极与阳极问电位差，电子束能容易瞬时关闭或在高度控制模式下实现操作水平大幅增加或降低。除了提供产生高度聚焦或轻微散焦在工件上的能力外，电子光学系统还提供了以静态(固定位置变化)或动态(振动位置变化)方式偏转电子束光斑的能力。对比传统的焊接方法，电子束焊的主要连接优点在于能够进行称之为“锁孔焊接”的能力，如图2所示。在锁孔焊接中，高能密度电子束撞击到工件表面产生金属蒸气并渗入到工件中。这就要求电子束能量直接被传递到焊接点结合表面并渗入工件内部，而不是像传统的焊接方法简单的堆积在结合表面。由于金属蒸气的移动，在其前进边缘不断形成熔化的金属液并流动，在其后侧边缘不断凝固并形成最终焊接接头[2]。1.2电子束焊特点与分类由于高能量密度的电子束流集中作用的结果，使得电子束焊接熔池“小孔”形成机理与其他熔化焊有所不同。电子束焊接过程是，高压加速装置形成的高功率电子束流，通过磁透镜会聚，得到很小的焦点(其功率密度可达104~109W/cm2),轰击置于真空或非真空的焊件时，电子的动能迅速转变为热能，熔化金属，实现金属焊接的目的。电子束焊接的特点可概括如下：(1)电子束斑点直径小，加热功率密度大，焊接速度快，焊缝宽度狭窄，热影响区小，特别适宜于精密焊接和微型焊接；(2)可获得深宽比大的焊缝，焊接厚件时可以不开坡口一次成形；(3)多数构件是在真空条件下焊接，焊缝纯洁度高；(4)规范参数易于调节，工艺适应性强。焊接工艺参数的重复性和再现性好；(5)适于焊接多种金属材料；(6)焊接热输入低，焊接热变形小。当然电子束焊接方法也有一些不足，如：(1)电子束焊机结构复杂，控制设备精度高，所需费用高；(2)冷却过程中快速凝固，引起焊接缺陷，如气孔、焊接脆性等；(3)工件大小受真空室尺寸的限制，每次装卸工件要求重新抽真空[3]。根据真空度的不同，电子束焊接可分为高真空焊接、低真空焊接和非真空焊接三种。高真空电子束焊：被焊工件放在真空度为5×10-2Pa以上的工作室中进行焊接。这种方法是目前应用最为广泛的。其缺点是工件大小受工作室尺寸的限制；低真空电子束焊：工作室真空度保持在1～10Pa。它与高真空电子束焊相比，具有真空系统简单、启动快、效率高。减弱了焊接时的金属蒸发等；非真空电子束焊：它是将在真空条件下形成的电子束流...
