电子束焊接如何工作？优势与应用
电子束焊接如何工作？优势与应用
电子束焊接是什么？
电子束焊接（EBM）是一种利用高能电子束产生的热量的焊接工艺。电子撞击工件，其动能转化为热能加热金属，使工件的侧面可以连接起来，冷却后可以形成焊缝。
电子束焊接也是一种液态焊接工艺。其中，金属对金属接头的形成以液态或熔融状态。它也被称为焊接工艺，因为它使用电子的动能连接两个金属工件。
这种焊接工艺最早由德国物理学家卡尔-海因茨于1958年发明。在这个焊接过程中，大量的电子撞击焊接板，将其动能转化为热能。这种热能足以熔化工件并将它们连接成一个整体。整个过程在真空中进行，否则，电子会与空气粒子碰撞并失去能量。
EBM设备
电子束焊接的设备主要包括以下组件：
电子枪：是电子束焊接的重要设备。它是一个阴极管（负极），它产生电子，加速它们并集中在一个地方。这种枪通常由钨或钽合金制成。阴极灯丝加热至2500°C，持续释放电子。
阳极：阳极是电子枪后面的正极。它的主要功能是吸引负电荷（在这种情况下为电子）给它们一条路径，并且不允许它们偏离它们的路径。
磁性镜片：有一系列磁透镜只允许会聚的电子通过。它们都吸收低能量的发散电子，并提供高强度的电子束。
电磁透镜和偏转线圈：使用电磁透镜将电子束聚焦到工件上，偏转线圈将电子束偏转到预期的焊接区域。这些是 EBW 流程的最终单元。
工件夹持装置：这种焊接工艺使用 CNC 工作台来固定可以在所有三个方向上旋转的工件。使用合适的夹具将焊板固定在 CNC 工作台上。
真空室：整个过程都在真空室中进行。真空由机械或电动泵产生。真空室内的压力范围约为0.1~10 Pa。
电源：这种 EBM 焊接过程使用电源为焊接过程提供连续的电子束。低压设备或薄焊的焊接电压范围约为5-30 kV，高压设备的焊接电压范围为70-150 kV。
电子束焊接的工作原理
电子束焊接的工作原理是利用电子的动能产生热量。当大量电子流撞击焊接板时，其动能转化为热能。这种热能足以将两块金属板连接在一起形成熔接。
该过程在真空室中进行，压力约为 2 x 10-7 至 2 x 10-6 psi（0.0013 至 0.0013 Pa）。为了防止电子与空气分子碰撞时能量损失，需要如此高的真空度。
电子由阴极（电子枪）发射。由于阴极和阳极之间使用了高压（约 150 kV），电子被激发到光速的 30% - 60%。电子的动能变得足以熔化目标焊缝。电子的部分能量转化为X射线照射。
受电场激发的电子然后在聚焦线圈中聚焦成细光束。偏转线圈沿焊缝移动电子束。电子束能够焊接厚度从 0.004 英寸（0.01 毫米）到 6 英寸（150 毫米）的钢和 20 英寸（500 毫米）的铝的工件。
电子束焊接可以连接任何金属，包括很少用其他焊接方法焊接的金属：难熔金属（钨、钼和铌）和化学活性金属（钛、锆和铍）。电子束焊接也能够连接不同的金属。
电子束焊接的优点
- 紧密的连续焊接
- 失真小
- 狭窄的焊缝和狭窄的热影响区
- 不需要填充金属
- 它可以焊接均匀金属和扩散金属
- 电子束焊接工艺提供高金属接合率
- 可用于焊接硬质材料
- 它提供高表面光洁度焊接
- 整个过程在真空中进行，焊接缺陷更少
电子束焊接的缺点
- 它的设备非常昂贵
- 制作费用高
- 这种焊接有 X 射线辐射
- 它的资本或安装成本很高
- 需要定期维护
- 工件的尺寸根据真空室的不同而有所限制
- 这需要高技能的劳动力
电子束焊接的应用
- 它用于航空航天工业和海洋工业的基础设施工作
- 这种焊接一般用于汽车行业，用于连接齿轮、传动系统、涡轮增压器等
- EBM 用于连接钛及其合金
- 用于电子行业焊接电子连接器
- 这种 EBM 焊接工艺也用于核反应堆和医疗行业