非真空電子束焊接技術

1、非真空電子束焊接技術一一新型高科技焊接的奇葩作者：鄭曉冰文章來源：德國AWT集團中國總代理/CNK欣安發(fā)展有限公司點擊數(shù)：828更新時間：2009-7-24非真空電子束焊接技術實現(xiàn)了大氣狀態(tài)下的電子束焊接，在汽車制造領域一直備受重視。目前，在鋁合金結構件、多支管件和其他汽車零件中得到了廣泛應用，并具有其他焊接方法不可替代的優(yōu)勢。自1958年Mr.Steigerwald,K.H（德國AWW團下屬SST公司創(chuàng)始人）研制出世界上第一臺電子束焊機以來，電子束焊接技術經(jīng)歷了近50年的發(fā)展歷程。電子束焊接工藝技術在工業(yè)生產(chǎn)的各個領域中發(fā)展迅速、應用廣泛，并且有著不可估量的發(fā)展前景。非真空電子束焊接（EBW

2、-NV在汽車制造領域一直備受重視，德國已經(jīng)實現(xiàn)了非真空電子束填絲焊接。德國AW集團所開發(fā)的工業(yè)化非真空電子束焊接設備，已成功在各個工業(yè)領域應用了數(shù)十年。非真空電子束焊接原理非真空電子束焊接是指在大氣狀態(tài)中進行電子束焊接。在非真空電子束焊接中，電子束仍是在高真空條件下產(chǎn)生的，然后通過一組光闌、氣阻通道和若干級真空室，最終到達大氣壓力下的環(huán)境中來對工件進行施焊。非真空電子束焊與真空電子束焊接的比較與在真空狀態(tài)下不同，在大氣條件下，電子束會快速發(fā)散，即使將電子槍的工作距離限制在20-50mmi焊縫深寬比最大也只能達到5:1（如圖1）。目前，非真空電子束焊接能夠達到的最大熔深為30mm遠遠低于真空焊接

3、的標準。天空中天氣中Bt直空中電子耒與天氣中電子榮狀態(tài)的比較然而，非真空電子束焊有著其他焊接方法不可替代的優(yōu)勢，它擺脫了真空室的限制，可以焊接大尺寸工件，生產(chǎn)效率高。從而擴大了電子束焊接技術的應用范圍，使其更適合向大批量、低成本、高自動化的方向發(fā)展。另外，對于非真空冶煉的金屬，采用真空電子束焊時，易從熔化金屬中溢出剩余氣體并形成氣孔；而采用非真空電子束焊，則不會因此產(chǎn)生氣孔缺陷。非真空電子束焊與激光焊接的比較電子束焊接問世10年后，世界上第一臺激光加工設備研制成功。30年來，激光加工進入了原來由電子束加工的很多領域，并似乎大有取代電子束加工的勢頭。但實踐證明，激光和電子束作為高能量密度熱源，除

4、了具有很多相同技術特點外，在技術和經(jīng)濟性能上，針對不同的應用場合，仍有各自不同的特點。電子束焊接與激光焊接的熱能使用效率相差很遠，同樣的能量輸入，電子束焊可以使用到60%A上的能量，而激光焊的使用率不到10%其技術特點的比較如表。因此，在實際應用過程中，非真空電子束焊與激光焊相比具有更大的優(yōu)勢。尤其對于提倡綠色工業(yè)、節(jié)約工業(yè)的現(xiàn)代人來說，非真空電子束焊接可以說是更好的選擇。非真空電子束焊的X-射線防護電子束焊的主要缺點是X射線保護問題，對于非真空電子束焊接而言，這個問題更加突出。非真空電子束焊系統(tǒng)中，X-射線防護主要靠防護隔離室的隔離作用。而X射線的輻射程度在某種程度上由待焊工件的尺寸、形狀、

5、結構復雜程度和焊接過程的運行軌跡決定。因此，X射線保護系統(tǒng)可以根據(jù)零件的外形結構和尺寸單獨設計。目前，這些防護系統(tǒng)已經(jīng)能夠保障操作者的安全，同時能夠保證進入加工區(qū)域的其他人員也不會存在任何危險。非真空電子束焊的應用領域1、非真空電子束在大批量鋁合金結構件焊接中的應用幾年前，大眾奧迪集團決定，使用鋁合金材質的儀表盤支撐件來替代鋼制的儀表盤支撐件。汽車儀表盤支撐件由沖壓成型的兩部分焊接而成，鋁制支架由2.5mm厚的Al-3%Mg合金制成；鋼質支架由1.5mm厚的鋼板氣體保護焊接而成。通過這次改革，降低了此部件重量的40%并使每部汽車重量減少3kg,此零件結構如圖2。然而，一個嚴峻的問題擺在大眾-奧

6、迪的面前：這種鋁合金的部件如何穩(wěn)定、可靠的連接在一起？在對所有的連接方法進行分析評估之后，非真空電子束焊被公認為最佳的工藝方法。此項分析評估包括很多方面，除了按照常規(guī)方法檢查外，焊接方法對待焊件形位公差和形狀公差的適應性、焊后硬度和焊縫的成份特性，甚至連可達到的最大焊接速度等也必須考慮在內。根據(jù)對非真空電子束焊接試件的測試分析，我們得到如下結論，這些結論已經(jīng)在數(shù)年日復一日的生產(chǎn)中被進一步證實：(1)焊接前不需要對鋁制待焊件進行除油和酸洗處理。兩個凸緣的邊緣焊接能夠在不0.5mm,配合誤差不大于1mm填絲的條件下完成焊接一一僅僅要求兩工件根部間隙不大于起弧收弧角度30左右。(2)焊接通常在大氣下

7、進行。目前，我們已經(jīng)在生產(chǎn)中使用了氨氣保護，以得到更大的工作距離。雖然這種焊接方式會導致熱影響區(qū)加寬，但是它能夠延長燈絲和出束口的使用壽命。通過把熱輸入量降低到900J/cm的方法，來防止母材中3%勺Mg在焊接中被“燃燒”掉(焊接影響區(qū)域的Mg的含量為2.6%),同時還可以有效預防焊接裂紋的產(chǎn)生；當焊接直縫試件時，最大的焊接速度可以達到18m/min。但在焊接三維焊縫結構的試件時，速度一般要求12m/min。圖2非真空電子束蜂措汽車位共盤的鋁合金支璋件固3環(huán)形焊縫的非克空電子束烽接生產(chǎn)線侯WF集屋產(chǎn)展P第公司于F力5年翻造J（3）疲勞試驗結果顯示：與采用斷續(xù)氣保焊的鋼制零件相比，用非真空電子束

8、連續(xù)焊接鋁合金的性能更好一些。為了滿足批量生產(chǎn)的要求（例如：每天生產(chǎn)2000件以上的產(chǎn)品，而且每個零件有兩條長度為1359mm勺焊縫），各家生產(chǎn)商繼續(xù)開發(fā)研究這種焊接方法的循環(huán)生產(chǎn)線，并最終定位于以下兩個方案：a、一個帶有兩個工作位置的帶標定指數(shù)的工作臺，每個工作位置另有一個可沿X-Y方向運動的工作臺（如圖3）。b、兩個平行的工作臺均延Y軸移動（如圖4）。圖及鑄酒含漿餐俘時於鼻莖膽子弟樨接t樨鞋儡減:Smm.fOtn/ph%7Vw無論哪種方式，用于自動水壓定位的工作臺必不可少，它能夠保證工件可手動或由機械手裝夾。電子槍有兩種安裝方式：只能夠延Z軸運動或者沿X和Y軸運動。專門的X射線防護設備按照

9、設備和焊件的設計使用情況設計安裝。為了準確焊接各條焊縫、工件和電子槍，需要同時在CNC系統(tǒng)的控制下移動。完成一個獨立的焊縫僅需要不到7s的時間一一包括所有移動零部件的“空閑時間”（例如，旋轉部件，移動一個接頭到下一個，工作臺轉換，打開/關閉X射線保護房，進入等）。兩個全焊接零件能夠在65s內被完成，生產(chǎn)率可以達到大約110件/h?；谠趯嶋H生產(chǎn)中的成功經(jīng)驗（數(shù)量和質量），目前這種加工方法已經(jīng)在全球范圍內得到應用。2、非真空電子束焊接壓鑄鋁合金多支管即使回到工業(yè)條件最嚴峻的19世紀70年代，非真空電子束焊接依舊能夠展示出其高產(chǎn)量焊接的優(yōu)勢。美國將這個焊接技術應用到了發(fā)動機的壓鑄鋁合金多支管上（如

10、圖5）,并成功地焊接了多種類型的4口和6口多支管。加之19世紀60年代以來，在各種形式、各種材料的汽車構件中的成功應用，足以證明在鋁合金焊接領域，非真空電子束焊是一個不可多得的焊接方法。為了焊接類似于圖5中的由上下兩個殼體組成的零件（一個殼體在上面，另外一個的整個外圍是一個垂直的焊接邊緣），我們需要一個在焊接區(qū)域外的工裝裝夾區(qū)域，固定好的待焊件通過傳輸帶運送到焊接區(qū)域。當待焊件到達焊接區(qū)域后，一個“抓-放”操作手將它從傳輸帶移出，并放置在CNCS制白可X-Y方向運動的工作臺上。工作臺延X-Y方向運動，以查找復雜邊緣組成的焊縫的準確位置，以在垂直安裝的電子槍下進行焊接。通常情況下，一個六個口的多

11、支管上的焊縫可長達2.5m。一般參數(shù)為：功率22kW焊接速度為8m/min的一焊接速度可以根據(jù)路徑的彎角半徑自動調節(jié)，如果半徑大，焊接速度會相應的增加，速度調節(jié)范圍為：5-11m/min,此設備可以輕松達到200件/h的產(chǎn)量?；诜钦婵针娮邮逃械奶匦?，焊縫位置的金屬易于熔化。因此，即使焊縫根部的間隙寬度大于0.5mm時，仍能夠得到良好的焊縫。*電子京匯與前十中國注4對點的?北必3、未來的工業(yè)方向：其他鋁合金制品的焊接多家科研單位都在研究，將非真空電子束焊接在鋁合金焊接領域大范圍使用的可能性，包括按照此工藝進行的焊前焊后的機械加工生產(chǎn)。在光譜分析試驗中，研究學者對填絲和不填絲狀態(tài)下的焊縫組分（

12、填絲的目的為改變冶金狀態(tài)或填充根部間隙）、板厚、接頭形式（對接，搭接，邊緣焊接等）、焊接速度等方面進行研究。試驗結果顯示，非真空電子束焊接鋁材具有風險小、焊接質量好、焊縫成形好、焊接強度高等優(yōu)勢，是其他焊接方法無法比擬的。非真空電子束焊接能夠防止氣孔和裂紋產(chǎn)生，同時能夠保證焊接區(qū)域和熱影響區(qū)的微觀結構良好，平滑過渡。另外，焊縫機械特性與母材基本相當，焊深比較大的焊縫同樣具有良好的特性。即使當焊接速度超過60m/min時，依舊可以得到鋁鎂合金良好的焊縫。非真空電子束焊工藝，自從40年前首次被應用于工業(yè)生產(chǎn)以來，已經(jīng)被成功的廣泛應用于汽車工業(yè)大體積零部件的批量生產(chǎn)中。同時，大量實踐證明：非真空電子束焊接適合在各種工業(yè)環(huán)境條件下，焊接各種情況的零部件。在工業(yè)生產(chǎn)中，已經(jīng)被看作是一種能夠勝任很多工作的“通用設備”。作為這項研究的成果，鋁合金的非真空電子束焊接工藝已經(jīng)成功地證明：愈來愈多的生產(chǎn)者開始關注這種新型的工藝方法。當然，他