電子束是20世紀30年代發展起來的一種高密度的能源。它是利用加速和聚焦的電子束轟擊置于真空或非真空中的焊件,將電子的動能轉變為熱能,熔化金屬形成焊縫。
電子束焊接可按被焊件所處環境氣氛的壓強分高真空、低真空和非真空三類。
1. 電子束焊的特點
電子束焊接與常用焊接方法相比,有下列特點。
①. 焊接速度高
由于能量特別集中,熔化和凝固過程均大大加快,大功率電子束焊機的焊接速度可達400mm/min,為氬弧焊的40倍。
②. 功率密度高、穿透能力強
焊縫深寬比大,可達50:1,即一次焊透(不開坡口)深度50mm時,焊縫寬度只有1mm,顯然這要求定位精確。電子束焊一次焊透最厚鋼板可達300mm,而最薄可焊0.03mm.對于大厚度鋼板能實現單面焊雙面成形,可以節省大量填充材料、能源和工時。
③. 能量集中
由于能量集中,焊接線能量小,因此,熱影響區小,焊接變形相對減小。
④. 污染少
由于真空對焊縫有保護作用,不僅可以防止熔化金屬受到空氣的污染,而且有利于焊縫金屬的凈化,特別適宜活潑金屬的焊接。電子束焊接不需要焊接材料,不會帶人其他不純的物質。
⑤. 再現性好
電子束焊因操作機械化、自動化程度很高,能很好地再現焊接過程,提高了產品質量的穩定性。
2. 焊接技術
電子束焊對焊件的表面清潔度要求很高。由于電子束橫截面小,對焊件裝配要求嚴格,焊縫間隙要求小而均勻。圓形焊件對接的圓度要求很高。一旦焊接位置不準確,往往會產生焊偏、焊漏和未焊透,直接影響焊接質量。在真空電子束焊接時,被焊工件尺寸和形狀往往受到工作室限制。焊接時會產生X射線,須嚴加防護,以保證操作人員健康和安全。不論焊接環境壓強高低,電子束均是在高真空條件下獲得的。
電子束焊接接頭形式有對接、角接、T形接頭、搭接、棒接、管對接、端接和特殊接頭等形式,其中對接接頭形式應用最廣。
影響電子束焊接接頭質量的工藝因素很多,有焊接接頭的設計、焊前清理、焊件的加工精度、焊件裝配的準確性,以及工作電壓、電子束電流、電子束功率、焊接速度、電子束偏離距離、焦點直徑等,若其中有一個或兩個參數所選并非最佳值,往往會使接頭質量達不到滿意的結果。因而要嚴格選擇焊接條件,并穩定保持。
奧氏體不銹鋼采用電子束焊接時,由于焊接速度快,熔池的冷卻速度也快,可以防止碳化物析出,從而能提高焊接接頭耐腐蝕能力。不銹鋼電子束焊接參數如表3-31所示。