典型材料的電子束焊課件

焊前準(zhǔn)備焊接接頭設(shè)計主要焊接參數(shù)及選擇接合面的加工與清理零件裝配抽真空焊前預(yù)熱對接角接T形接搭接端接加速電壓電子束電流焊接速度聚焦電流工作距離電子束焊接工藝焊前準(zhǔn)備焊接接頭設(shè)計主要焊接參數(shù)及選擇接合面的加工與清理零件第四節(jié)典型材料的電子束焊電子束焊是金屬材料焊接性較好的熔焊方法之一。各種金屬、合金、金屬間化合物等都可以采用電子束焊接，并且接頭具有良好的力學(xué)性能。一、鋼的電子束焊（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼的焊接低碳鋼焊接性好，電子束焊縫和熱影響區(qū)晶粒細(xì)小。低碳沸騰鋼脫氧不徹底，焊接時可能產(chǎn)生強烈的熔池反應(yīng)，易產(chǎn)生飛濺和氣孔。可在接頭間隙處夾一厚度為0.2～0.3mm的鋁箔，以保證脫氧作用。焊接半鎮(zhèn)靜鋼過程中有時也會產(chǎn)生氣孔，降低焊速，加寬熔池有利于消除氣孔。中碳鋼電子束焊時，其焊接性隨著含碳量的增高而變差。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.5％的碳鋼用電子束焊時，開裂傾向比電弧焊時低，但需焊前預(yù)熱及焊后熱處理。第四節(jié)典型材料的電子束焊電子束焊是金屬材料焊接性較好金屬間化合物----是指金屬和金屬之間，類金屬和金屬原子之間以共價鍵形式結(jié)合生成的化合物，其原子的排列遵循某種高度有序化的規(guī)律。當(dāng)它以微小顆粒形式存在于金屬合金的組織中時，將會使金屬合金的整體強度得到提高，非凡特性是在一定溫度范圍內(nèi)，合金的強度隨溫度升高而增強，這就使金屬間化合物材料在高溫結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面具有極大的潛在優(yōu)勢。然而事物的優(yōu)劣總是一把雙刃劍。伴隨著金屬間化合物的高溫強度而來的，是它本質(zhì)上難以克服的室溫脆性。當(dāng)30年代金屬間化合物剛被發(fā)現(xiàn)時，它們的室溫延性大多數(shù)為零，也就是說，一拉就會斷。因此，許多人預(yù)言，金屬間化合物作為一種大塊材料是沒有任何實用價值的。類金屬----金屬與非金屬結(jié)合的化合物，其性質(zhì)介于金屬和非金屬之間。常見的有金屬的硼化物、碳化物、硅化物等。許多類金屬化合物，為難熔化合物，熔點高，硬度高，良好的化學(xué)穩(wěn)定性，很高的導(dǎo)電性和傳熱性，有的類金屬在真空中或在電場和熱的作用下有發(fā)射電子的能力。某些類金屬化合物還具有半導(dǎo)體性質(zhì)，如一些硅化物、硫化物、氮化物和磷化物等。金屬間化合物----是指金屬和金屬之間，類金屬和（二）合金鋼的焊接低合金鋼ωc＜0.3％的低合金鋼電子束焊時，可不預(yù)熱和后熱。在工件厚度大，結(jié)構(gòu)剛性強時，為防止開裂應(yīng)預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250～300℃。對焊前已進(jìn)行過淬火和回火處理的零件，焊后回火溫度應(yīng)略低于原回火溫度。如輕型變速箱的齒輪大多采用電子束焊，齒輪材料是20CrMnTi或16CrMn，焊前材料處于退火狀態(tài)，焊后進(jìn)行調(diào)質(zhì)和表面滲碳處理。高強度合金鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.30％的高強度合金鋼，可進(jìn)行電子束焊接，退火或正火狀態(tài)下焊接性更好。當(dāng)板厚大于6mm時，應(yīng)采用焊前預(yù)熱和焊后緩冷的工藝措施，以免產(chǎn)生裂紋。（三）工具鋼的焊接電子束焊接工具鋼，焊接接頭性能良好，生產(chǎn)率高。與其他焊接方法相比，工具鋼電子束焊不需要進(jìn)行退火等熱處理而實施高速焊接。例如，厚度為6mm的4Cr5MosiV鋼焊前硬度為50HRC，焊后進(jìn)行550℃正火，焊縫金屬的硬度可以達(dá)到56～57HRC，熱影響區(qū)硬度下降到43～46HRC，但其寬度只有0.13mm。（二）合金鋼的焊接低合金鋼ωc＜0.3％的低合金鋼電子束焊時（四）不銹鋼的焊接不銹鋼的電子束焊接性較好，電子束焊接設(shè)備通常以不銹鋼的最大焊接深度及焊縫深寬比作為設(shè)備焊接能力的標(biāo)志。奧氏體鋼奧氏體鋼的電子束焊接接頭具有較高的抗晶間腐蝕的能力，這是因為高的冷卻速度可以防止碳化物的析出。馬氏體鋼馬氏體鋼可以在任何熱處理狀態(tài)下焊接，但焊后接頭區(qū)會產(chǎn)生淬硬的馬氏體組織，而且隨著含碳量的增加和焊接速度的加快，馬氏體的硬度將提高，開裂敏感性也較強。沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼焊接接頭的力學(xué)性能較好。含磷高的沉淀硬化不銹鋼的焊接性差。半奧氏體鋼，例如17-7PH（631）和PH14-8Mo，焊接性很好，焊縫為奧氏體組織。降低半馬氏體鋼的碳含量可以降低馬氏體的硬度，改善其焊接性。（四）不銹鋼的焊接奧氏體鋼奧氏體鋼的電子束焊接接頭具有較高的典型材料的電子束焊課件

二、非鐵金屬的電子束焊（一）鋁及其合金的焊接純鋁及非熱處理強化鋁合金電子束焊接接頭的力學(xué)性能接近母材。熱處理強化鋁合金電子束焊時，可能出現(xiàn)不同程度的裂紋、氣孔等缺陷，但只要工藝參數(shù)選擇適當(dāng)，可以減少缺陷并保證接頭不會出現(xiàn)退火軟化區(qū)。對于含有較多強化元素鎂和鋅的鋁合金電子束焊時，焊接速度的選擇較為重要，速度過慢會造成鎂和鋅的大量蒸發(fā)，若提高焊接速度則焊縫成形惡化，并出現(xiàn)嚴(yán)重氣孔。無鋅的鋁合金宜用高壓、小束流的高速焊。

鋁及其合金電子束焊前需要對接縫處進(jìn)行除油和清除氧化膜處理，焊接過程中應(yīng)控制焊接速度，以防止出現(xiàn)氣孔并能改善焊縫成形。對厚度小于40mm的鋁板，焊接速度應(yīng)在60～120cm／min；對40mm以上的厚鋁板，焊接速度應(yīng)在60cm／min以下。二、非鐵金屬的電子束焊（一）鋁及其合金的焊鋁合金常用于制造汽車零件，非真空電子束焊接汽車用鋁合金可得到良好的接頭。早在20世紀(jì)60年代，美國就將非真空電子束焊引人了汽車零件的批量生產(chǎn)中，既可降低成本，又可提高效率，實現(xiàn)汽車生產(chǎn)線的連續(xù)焊接，同時可減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，節(jié)省燃料及減少廢氣的排放。鋁合金常用于制造汽車零件，非真空電子束焊接汽車用鋁合金（二）鈦及其合金的焊接鈦是一種非常活潑的金屬，最常見的焊接缺陷是氫氣孔，應(yīng)在高真空下（＜1.33X10-2Pa）進(jìn)行焊接，而電子束焊接是所有工業(yè)鈦及其合金最理想的焊接方法。采用電子束焊接能有效地避免有害氣體的污染，而且電子束的能量密度大，焊接速度高，焊縫中不會出現(xiàn)粗大的片狀ａ相，因而焊接接頭的有效系數(shù)可達(dá)到100％。焊接時為了防止晶粒長大，宜采用高電壓、小束流的工藝參數(shù)。在飛機(jī)構(gòu)件上電子束焊接鈦合金的例子最多。例如，F(xiàn)-14戰(zhàn)斗機(jī)鈦合金中央翼盒是典型的電子束焊接結(jié)構(gòu)。該翼盒長7m，寬0.9m，整個結(jié)構(gòu)由53個TC4鈦合金件組成，共70條焊縫，全部用電子束焊接而成，焊件厚度為12～57.2mm，全部焊縫長55m，電子束焊使整個結(jié)構(gòu)重量減輕了270kg。F-22是美國近年發(fā)展的戰(zhàn)斗機(jī)，其機(jī)身中經(jīng)電子束焊焊接的鈦合金焊縫長度達(dá)87.6m，厚度在6.4～25mm范圍。注：TC4—α+β型鈦合金，（Ti-6Al-4V）（二）鈦及其合金的焊接注：TC4—α+β型鈦合金，（Ti-6（三)銅及銅合金的焊接

電子束焊是純銅焊接最理想的方法之一。其工藝特點是：能量密度不宜選得太高在真空條件下純銅加熱時蒸發(fā)比較嚴(yán)重，所以電子束流的能量密度不宜選得太高，以防止過量蒸發(fā)和飛濺，導(dǎo)致焊縫截面減弱。電子束功率較高純銅導(dǎo)熱性好，焊接熱源的熱量易散失，焊接所需電子束功率要比焊接合金鋼大。易產(chǎn)生氣孔銅及其合金電子束焊時主要缺陷是氣孔，可采用增加裝配間隙、焊前預(yù)熱和重復(fù)施焊等措施防止氣孔的產(chǎn)生。降低焊接速度雖然也可以防止產(chǎn)生氣孔，但焊接速度過慢將使焊縫成形變差，空洞增多。對于40mm厚的銅板，采用電子束焊接所需要的熱輸入是埋弧焊所需熱輸入的l／5～l／7。焊縫橫斷面積是埋弧焊時的l／25～l／30。（三)銅及銅合金的焊接電子束焊是純銅焊接最理

（四）鎂及其合金的焊接電子束焊接鎂及其合金的工藝與電弧焊類似。由于合金中鎂和鋅在真空條件下蒸氣壓很高，易于產(chǎn)生氣孔，電子束焊接工藝參數(shù)應(yīng)進(jìn)行閉環(huán)控制，以防止焊縫底層過熱和產(chǎn)生氣孔三、難熔金屬的電子束焊電子束焊對于熔點在2000℃以上的鉬、鎢、妮、鉛等難熔金屬是較為理想的焊接方法，因為高功率密度可使用較小的熱輸人獲得性能良好的焊接接頭。（四）鎂及其合金的焊接三、難熔金屬的電子束鉬和鎢的焊接兩種金屬的熔點高，常規(guī)熔焊時，熔化和再結(jié)晶會使它們的韌性--脆性轉(zhuǎn)變溫度提高到室溫以上，導(dǎo)致韌性降低，脆性增大。電子束焊能量密度高，母材易于熔化，且焊接速度快，高溫保留時間短，晶粒來不及長大，韌性--脆性轉(zhuǎn)變溫度的變化較小。鉬的焊接鉬焊接時常見的缺陷是氣孔和裂紋。焊前仔細(xì)清理焊縫并進(jìn)行預(yù)熱將有利于消除氣孔。鉬合金中加入鋁、鈦、鋯、鉿、釷、碳、硼、釔或鑭，能夠中和氧、氮及碳的有害作用，提高焊縫韌性。焊接速度為50～67cm／min時，每1mm厚度的鉬約需要1～2kw電子束功率。鎢合金的焊接焊接性較好。焊接時接頭準(zhǔn)備和清理非常重要，清理后應(yīng)進(jìn)行除氣處理，預(yù)熱防止出現(xiàn)冷裂紋。焊后退火可降低某些鎢合金焊接接頭的脆性轉(zhuǎn)變溫度，但不能改善純鎢焊縫金屬的冷脆性。鈮合金的焊接鈮合金焊縫中常見的缺陷是氣孔和裂紋。在1.33X10-2Pa的高真空下進(jìn)行，用散焦電子束對焊縫進(jìn)行預(yù)熱，有清理和除氣作用，有利于消除氣孔。鋯的焊接鋯非?；顫姡宇^準(zhǔn)備和清理對焊接質(zhì)量至關(guān)重要，焊接應(yīng)在真空度達(dá)到1.33X10-2Pa以上的高真空中進(jìn)行。焊后退火可提高接頭抗冷裂和延遲破壞的能力。退火條件是在1023～1128K的溫度下保溫1h，隨爐冷卻。焊接鋯所用的熱輸入與同厚度的鋼相近。鉬和鎢的焊接兩種金屬的熔點高，常規(guī)熔焊時，熔化和再結(jié)晶會使它四、異種金屬的電子束焊焊接性彼此能形成固溶體的異種金屬焊接性良好易生成金屬間化合物的異種金屬接頭韌性差電子束功率密度大，能有效地調(diào)節(jié)熱輸入和精確控制加熱范圍，從而可以避免金屬間化合物脆性差異導(dǎo)致的焊接困難，保證了接頭的致密和一定的力學(xué)性能。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，金屬間化合物越來越多地得到應(yīng)用，如Ti3Al，Ni3Al等。對于不能互溶的兩種金屬電子束焊接，可以通過嵌放或預(yù)置與兩種金屬兼容的過渡金屬。焊接時，必須控制焊接熱輸入，采用較高的焊接速度，避免焊接裂紋和接頭脆性的產(chǎn)生。材料冶煉和鑄造過程中雜質(zhì)控制的好壞，對焊接質(zhì)量的影響很大，因此焊前應(yīng)對材料成分及力學(xué)性能進(jìn)行復(fù)驗。四、異種金屬的電子束焊焊接性彼此能形成固溶體的異種金

在電子和儀表工業(yè)中，有許多零件采用特殊材料制作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且緊湊，有特殊的技術(shù)要求，如需焊后形成真空腔，不能破壞溫敏元件等，或要求精密焊接制造，因此，真空電子束焊接就成為首選方法。例如，管式應(yīng)變計傳感器要求管內(nèi)裝有應(yīng)變絲和MgO絕緣粉，焊縫半穿透，變形小，采用嚴(yán)格的電子束焊接工藝與合適的工裝配合，完全可以得到滿意的焊接質(zhì)量，滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求。在電子和儀表工業(yè)中，有許多零件采用特殊材料制作，結(jié)構(gòu)鈦合金電子束焊鋁合金電子束焊鈦合金電子束焊鋁合金電子束焊

第五節(jié)電子束焊的操作與防護(hù)一、焊接操作啟動

在真空室內(nèi)的工件安裝就緒后，關(guān)閉真空室門，然后接通冷卻水，閉合總電源開關(guān)。按真空系統(tǒng)的操作順序啟動機(jī)械泵和擴(kuò)散泵，待真空室內(nèi)的真空度達(dá)到預(yù)定值時，便可進(jìn)入施焊階段。焊接

將電子槍的供電電源接通，并逐漸升高加速電壓使之達(dá)到所需的數(shù)值。然后相應(yīng)地調(diào)節(jié)燈絲電流和轟擊電壓，使有適當(dāng)小的電子束流射出，在工件上能看出電子束焦點，再調(diào)節(jié)聚焦電流，使電子束的焦點達(dá)到最佳狀態(tài)。假如焦點偏離接縫，可調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)線圈電流或電子槍作橫向移動使其對中。此時調(diào)節(jié)轟擊電源使電子束電流達(dá)到預(yù)定數(shù)值。按下啟動按鈕，工件即按預(yù)定速度移動，進(jìn)入正常焊接過程。

停止

焊接結(jié)束時，必須先逐漸減小偏轉(zhuǎn)電壓使電子束焦點離開焊縫，然后把加速電壓降低到零，并把燈絲電源及傳動裝置的電源降到零值，此后切斷高壓電源、聚焦偏轉(zhuǎn)電源和傳動裝置電源，這樣就完成了一次焊接。待工件冷卻后，按真空操作程序從真空室中取出工件。第五節(jié)電子束焊的操作與防護(hù)一、焊接操作啟動在真二、安全防護(hù)電子束焊的不安全因素：高壓電擊X射線可見光輻射煙氣高壓電子束焊機(jī)的加速電壓可達(dá)150KV，觸電危險性很大，必須采取盡可能完善的絕緣防護(hù)措施

電子束焊接時，約有１％以下的射線能量轉(zhuǎn)變?yōu)椋厣渚€輻射。我國規(guī)定，對無監(jiān)護(hù)的工作人員允許的Ｘ射線劑量不應(yīng)大于0.25mR/h。因此必須加強對Ｘ射線的防護(hù)措施

直接觀察熔化金屬發(fā)射的可見光對視力和皮膚有害，因此焊接過程中不允許用肉眼直接觀察熔池，必須配戴防護(hù)眼鏡。電子束焊接時會產(chǎn)生有害的金屬蒸氣、煙霧、臭氧及氧化氮等，應(yīng)采用抽氣裝置將真空室排出的廢氣、煙塵等及時排出，以保證真空室內(nèi)和工作場所的有害氣體含量降低到安全標(biāo)準(zhǔn)以下，設(shè)備周圍應(yīng)通風(fēng)良好。二、安全防護(hù)電子束焊的不安全因素：高壓電擊X射線可見光輻射煙1.防止高壓電擊的措施無論是低壓型或高壓型的電子束焊機(jī)，在運行時都帶有足以致命的高電壓。因此，焊機(jī)中一切帶有高電壓的系統(tǒng)，都必須采取有效的絕緣防護(hù)措施。

1）高壓電源和電子槍應(yīng)保證有足夠的絕緣，絕緣試驗電壓應(yīng)為額定電壓的1.5倍。

2）設(shè)備應(yīng)裝置專用地線，外殼用截面積大于12mm2的粗銅線接地，保證接地良好，接地電阻應(yīng)小于3?。

3）更換陰極組件或維修時，應(yīng)切斷高壓電源，并用接地良好的放電棒接觸準(zhǔn)備更換的零件或需要維修的地方，以防電擊。

4）電子束焊機(jī)應(yīng)安裝電壓報警或其他電子聯(lián)動裝置，以便在出現(xiàn)故障時自動斷電。

5）操作時應(yīng)戴耐高壓的絕緣手套、穿絕緣鞋，無論是高壓或是低壓電子束系統(tǒng)都使用鉛玻璃窗口。焊機(jī)則安裝在用高密度混凝土建造的X射線屏蔽室內(nèi)。1.防止高壓電擊的措施2.X射線的防護(hù)電子束焊接時，高速運動的電子束與焊件撞擊產(chǎn)生X射線；在槍體和工作室內(nèi)電子束與氣體分子或金屬蒸氣相撞時，也會產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的X射線，因此必須加強對X射線的防護(hù)措施。

1）對于加速電壓低于60kV的電子束焊機(jī)，真空室采用足夠厚度的鋼板就能起防護(hù)X射線的作用。

2）加速電壓高于60kV以上的焊機(jī)，外殼應(yīng)附加足夠厚度的鉛板進(jìn)行防護(hù)。

3）電子束焊機(jī)在高電壓下運行，觀察窗應(yīng)選用鉛玻璃。

4）工作場所的面積一般不應(yīng)小于40m2，高度不小于3.5m。對于高壓電子束焊設(shè)備，可將高壓電源設(shè)備和抽氣裝置與操作人員的工作室分開。2.X射線的防護(hù)焊前準(zhǔn)備焊接接頭設(shè)計主要焊接參數(shù)及選擇接合面的加工與清理零件裝配抽真空焊前預(yù)熱對接角接T形接搭接端接加速電壓電子束電流焊接速度聚焦電流工作距離電子束焊接工藝焊前準(zhǔn)備焊接接頭設(shè)計主要焊接參數(shù)及選擇接合面的加工與清理零件第四節(jié)典型材料的電子束焊電子束焊是金屬材料焊接性較好的熔焊方法之一。各種金屬、合金、金屬間化合物等都可以采用電子束焊接，并且接頭具有良好的力學(xué)性能。一、鋼的電子束焊（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼的焊接低碳鋼焊接性好，電子束焊縫和熱影響區(qū)晶粒細(xì)小。低碳沸騰鋼脫氧不徹底，焊接時可能產(chǎn)生強烈的熔池反應(yīng)，易產(chǎn)生飛濺和氣孔?？稍诮宇^間隙處夾一厚度為0.2～0.3mm的鋁箔，以保證脫氧作用。焊接半鎮(zhèn)靜鋼過程中有時也會產(chǎn)生氣孔，降低焊速，加寬熔池有利于消除氣孔。中碳鋼電子束焊時，其焊接性隨著含碳量的增高而變差。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.5％的碳鋼用電子束焊時，開裂傾向比電弧焊時低，但需焊前預(yù)熱及焊后熱處理。第四節(jié)典型材料的電子束焊電子束焊是金屬材料焊接性較好金屬間化合物----是指金屬和金屬之間，類金屬和金屬原子之間以共價鍵形式結(jié)合生成的化合物，其原子的排列遵循某種高度有序化的規(guī)律。當(dāng)它以微小顆粒形式存在于金屬合金的組織中時，將會使金屬合金的整體強度得到提高，非凡特性是在一定溫度范圍內(nèi)，合金的強度隨溫度升高而增強，這就使金屬間化合物材料在高溫結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面具有極大的潛在優(yōu)勢。然而事物的優(yōu)劣總是一把雙刃劍。伴隨著金屬間化合物的高溫強度而來的，是它本質(zhì)上難以克服的室溫脆性。當(dāng)30年代金屬間化合物剛被發(fā)現(xiàn)時，它們的室溫延性大多數(shù)為零，也就是說，一拉就會斷。因此，許多人預(yù)言，金屬間化合物作為一種大塊材料是沒有任何實用價值的。類金屬----金屬與非金屬結(jié)合的化合物，其性質(zhì)介于金屬和非金屬之間。常見的有金屬的硼化物、碳化物、硅化物等。許多類金屬化合物，為難熔化合物，熔點高，硬度高，良好的化學(xué)穩(wěn)定性，很高的導(dǎo)電性和傳熱性，有的類金屬在真空中或在電場和熱的作用下有發(fā)射電子的能力。某些類金屬化合物還具有半導(dǎo)體性質(zhì)，如一些硅化物、硫化物、氮化物和磷化物等。金屬間化合物----是指金屬和金屬之間，類金屬和（二）合金鋼的焊接低合金鋼ωc＜0.3％的低合金鋼電子束焊時，可不預(yù)熱和后熱。在工件厚度大，結(jié)構(gòu)剛性強時，為防止開裂應(yīng)預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250～300℃。對焊前已進(jìn)行過淬火和回火處理的零件，焊后回火溫度應(yīng)略低于原回火溫度。如輕型變速箱的齒輪大多采用電子束焊，齒輪材料是20CrMnTi或16CrMn，焊前材料處于退火狀態(tài)，焊后進(jìn)行調(diào)質(zhì)和表面滲碳處理。高強度合金鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.30％的高強度合金鋼，可進(jìn)行電子束焊接，退火或正火狀態(tài)下焊接性更好。當(dāng)板厚大于6mm時，應(yīng)采用焊前預(yù)熱和焊后緩冷的工藝措施，以免產(chǎn)生裂紋。（三）工具鋼的焊接電子束焊接工具鋼，焊接接頭性能良好，生產(chǎn)率高。與其他焊接方法相比，工具鋼電子束焊不需要進(jìn)行退火等熱處理而實施高速焊接。例如，厚度為6mm的4Cr5MosiV鋼焊前硬度為50HRC，焊后進(jìn)行550℃正火，焊縫金屬的硬度可以達(dá)到56～57HRC，熱影響區(qū)硬度下降到43～46HRC，但其寬度只有0.13mm。（二）合金鋼的焊接低合金鋼ωc＜0.3％的低合金鋼電子束焊時（四）不銹鋼的焊接不銹鋼的電子束焊接性較好，電子束焊接設(shè)備通常以不銹鋼的最大焊接深度及焊縫深寬比作為設(shè)備焊接能力的標(biāo)志。奧氏體鋼奧氏體鋼的電子束焊接接頭具有較高的抗晶間腐蝕的能力，這是因為高的冷卻速度可以防止碳化物的析出。馬氏體鋼馬氏體鋼可以在任何熱處理狀態(tài)下焊接，但焊后接頭區(qū)會產(chǎn)生淬硬的馬氏體組織，而且隨著含碳量的增加和焊接速度的加快，馬氏體的硬度將提高，開裂敏感性也較強。沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼焊接接頭的力學(xué)性能較好。含磷高的沉淀硬化不銹鋼的焊接性差。半奧氏體鋼，例如17-7PH（631）和PH14-8Mo，焊接性很好，焊縫為奧氏體組織。降低半馬氏體鋼的碳含量可以降低馬氏體的硬度，改善其焊接性。（四）不銹鋼的焊接奧氏體鋼奧氏體鋼的電子束焊接接頭具有較高的典型材料的電子束焊課件

二、非鐵金屬的電子束焊（一）鋁及其合金的焊接純鋁及非熱處理強化鋁合金電子束焊接接頭的力學(xué)性能接近母材。熱處理強化鋁合金電子束焊時，可能出現(xiàn)不同程度的裂紋、氣孔等缺陷，但只要工藝參數(shù)選擇適當(dāng)，可以減少缺陷并保證接頭不會出現(xiàn)退火軟化區(qū)。對于含有較多強化元素鎂和鋅的鋁合金電子束焊時，焊接速度的選擇較為重要，速度過慢會造成鎂和鋅的大量蒸發(fā)，若提高焊接速度則焊縫成形惡化，并出現(xiàn)嚴(yán)重氣孔。無鋅的鋁合金宜用高壓、小束流的高速焊。

鋁及其合金電子束焊前需要對接縫處進(jìn)行除油和清除氧化膜處理，焊接過程中應(yīng)控制焊接速度，以防止出現(xiàn)氣孔并能改善焊縫成形。對厚度小于40mm的鋁板，焊接速度應(yīng)在60～120cm／min；對40mm以上的厚鋁板，焊接速度應(yīng)在60cm／min以下。二、非鐵金屬的電子束焊（一）鋁及其合金的焊鋁合金常用于制造汽車零件，非真空電子束焊接汽車用鋁合金可得到良好的接頭。早在20世紀(jì)60年代，美國就將非真空電子束焊引人了汽車零件的批量生產(chǎn)中，既可降低成本，又可提高效率，實現(xiàn)汽車生產(chǎn)線的連續(xù)焊接，同時可減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，節(jié)省燃料及減少廢氣的排放。鋁合金常用于制造汽車零件，非真空電子束焊接汽車用鋁合金（二）鈦及其合金的焊接鈦是一種非?；顫姷慕饘伲畛Ｒ姷暮附尤毕菔菤錃饪?，應(yīng)在高真空下（＜1.33X10-2Pa）進(jìn)行焊接，而電子束焊接是所有工業(yè)鈦及其合金最理想的焊接方法。采用電子束焊接能有效地避免有害氣體的污染，而且電子束的能量密度大，焊接速度高，焊縫中不會出現(xiàn)粗大的片狀ａ相，因而焊接接頭的有效系數(shù)可達(dá)到100％。焊接時為了防止晶粒長大，宜采用高電壓、小束流的工藝參數(shù)。在飛機(jī)構(gòu)件上電子束焊接鈦合金的例子最多。例如，F(xiàn)-14戰(zhàn)斗機(jī)鈦合金中央翼盒是典型的電子束焊接結(jié)構(gòu)。該翼盒長7m，寬0.9m，整個結(jié)構(gòu)由53個TC4鈦合金件組成，共70條焊縫，全部用電子束焊接而成，焊件厚度為12～57.2mm，全部焊縫長55m，電子束焊使整個結(jié)構(gòu)重量減輕了270kg。F-22是美國近年發(fā)展的戰(zhàn)斗機(jī)，其機(jī)身中經(jīng)電子束焊焊接的鈦合金焊縫長度達(dá)87.6m，厚度在6.4～25mm范圍。注：TC4—α+β型鈦合金，（Ti-6Al-4V）（二）鈦及其合金的焊接注：TC4—α+β型鈦合金，（Ti-6（三)銅及銅合金的焊接

電子束焊是純銅焊接最理想的方法之一。其工藝特點是：能量密度不宜選得太高在真空條件下純銅加熱時蒸發(fā)比較嚴(yán)重，所以電子束流的能量密度不宜選得太高，以防止過量蒸發(fā)和飛濺，導(dǎo)致焊縫截面減弱。電子束功率較高純銅導(dǎo)熱性好，焊接熱源的熱量易散失，焊接所需電子束功率要比焊接合金鋼大。易產(chǎn)生氣孔銅及其合金電子束焊時主要缺陷是氣孔，可采用增加裝配間隙、焊前預(yù)熱和重復(fù)施焊等措施防止氣孔的產(chǎn)生。降低焊接速度雖然也可以防止產(chǎn)生氣孔，但焊接速度過慢將使焊縫成形變差，空洞增多。對于40mm厚的銅板，采用電子束焊接所需要的熱輸入是埋弧焊所需熱輸入的l／5～l／7。焊縫橫斷面積是埋弧焊時的l／25～l／30。（三)銅及銅合金的焊接電子束焊是純銅焊接最理

（四）鎂及其合金的焊接電子束焊接鎂及其合金的工藝與電弧焊類似。由于合金中鎂和鋅在真空條件下蒸氣壓很高，易于產(chǎn)生氣孔，電子束焊接工藝參數(shù)應(yīng)進(jìn)行閉環(huán)控制，以防止焊縫底層過熱和產(chǎn)生氣孔三、難熔金屬的電子束焊電子束焊對于熔點在2000℃以上的鉬、鎢、妮、鉛等難熔金屬是較為理想的焊接方法，因為高功率密度可使用較小的熱輸人獲得性能良好的焊接接頭。（四）鎂及其合金的焊接三、難熔金屬的電子束鉬和鎢的焊接兩種金屬的熔點高，常規(guī)熔焊時，熔化和再結(jié)晶會使它們的韌性--脆性轉(zhuǎn)變溫度提高到室溫以上，導(dǎo)致韌性降低，脆性增大。電子束焊能量密度高，母材易于熔化，且焊接速度快，高溫保留時間短，晶粒來不及長大，韌性--脆性轉(zhuǎn)變溫度的變化較小。鉬的焊接鉬焊接時常見的缺陷是氣孔和裂紋。焊前仔細(xì)清理焊縫并進(jìn)行預(yù)熱將有利于消除氣孔。鉬合金中加入鋁、鈦、鋯、鉿、釷、碳、硼、釔或鑭，能夠中和氧、氮及碳的有害作用，提高焊縫韌性。焊接速度為50～67cm／min時，每1mm厚度的鉬約需要1～2kw電子束功率。鎢合金的焊接焊接性較好。焊接時接頭準(zhǔn)備和清理非常重要，清理后應(yīng)進(jìn)行除氣處理，預(yù)熱防止出現(xiàn)冷裂紋。焊后退火可降低某些鎢合金焊接接頭的脆性轉(zhuǎn)變溫度，但不能改善純鎢焊縫金屬的冷脆性。鈮合金的焊接鈮合金焊縫中常見的缺陷是氣孔和裂紋。在1.33X10-2Pa的高真空下進(jìn)行，用散焦電子束對焊縫進(jìn)行預(yù)熱，有清理和除氣作用，有利于消除氣孔。鋯的焊接鋯非常活潑，接頭準(zhǔn)備和清理對焊接質(zhì)量至關(guān)重要，焊接應(yīng)在真空度達(dá)到1.33X10-2Pa以上的高真空中進(jìn)行。焊后退火可提高接頭抗冷裂和延遲破壞的能力。退火條件是在1023～1128K的溫度下保溫1h，隨爐冷卻。焊接鋯所用的熱輸入與同厚度的鋼相近。鉬和鎢的焊接兩種金屬的熔點高，常規(guī)熔焊時，熔化和再結(jié)晶會使它四、異種金屬的電子束焊焊接性彼此能形成固溶體的異種金屬焊接性良好易生成金屬間化合物的異種金屬接頭韌性差電子束功率密度大，能有效地調(diào)節(jié)熱輸入和精確控制加熱范圍，從而可以避免金屬間化合物脆性差異導(dǎo)致的焊接困難，保證了接頭的致密和一定的力學(xué)性能。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，金屬間化合物越來越多地得到應(yīng)用，如Ti3Al，Ni3Al等。對于不能互溶的兩種金屬電子束焊接，可以通過嵌放或預(yù)置與兩種金屬兼容的過渡金屬。焊接時，必須控制焊接熱輸入，采用較高的焊接速度，避免焊接裂紋和接頭脆性的產(chǎn)生。材料冶煉和鑄造過程中雜質(zhì)控制的好壞，對焊接質(zhì)量的影響很大，因此焊前應(yīng)對材料成分及力學(xué)性能進(jìn)行復(fù)驗。四、異種金屬的電子束焊焊接性彼此能形成固溶體的異種金

在電子和儀表工業(yè)中，有許多零件采用特殊材料制作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且緊湊，有特殊的技術(shù)要求，如需焊后形成真空腔，不能破壞溫敏元件等，或要求精密焊接制造，因此，真空電子束焊接就成為首選方法。例如，管式應(yīng)變計傳感器要求管內(nèi)裝有應(yīng)變絲和MgO絕緣粉，焊縫半穿透，變形小，采用嚴(yán)格的電子束焊接工藝與合適的工裝配合，完全可以得到滿意的焊接質(zhì)量，滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求。在電子和儀表工業(yè)中，有許多零件采用特殊材料制作，結(jié)構(gòu)鈦合金電子束焊鋁合金電子束焊鈦合金電子束焊鋁合金電子束焊

第五節(jié)電子束焊的操作與防護(hù)一、焊接操作啟動

在真空室內(nèi)的工件安裝就緒后，關(guān)閉真空室門，然后接通冷卻水，閉合總電源開關(guān)。按真空系統(tǒng)的操作順序啟動機(jī)械泵和擴(kuò)散泵，待真空室內(nèi)的真空度達(dá)到預(yù)定值時，便可進(jìn)入施焊階段。焊接

將電子槍的供電電源接通，并逐漸升高加速電壓使之達(dá)到所需的數(shù)值。然后相應(yīng)地調(diào)節(jié)燈絲電流和轟擊電壓，使有適當(dāng)小的電子束流射出，在工件上能看出電子束焦點，再調(diào)節(jié)聚焦電流，使電子束的焦點達(dá)到最佳狀態(tài)。假如焦點偏離接縫，可調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)線圈電流或電子槍作橫向移動使其對中。此時調(diào)節(jié)轟擊電源使電子束電流達(dá)到預(yù)定數(shù)值。按下啟動按鈕，工件即