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電子束焊接范文第1篇

【關(guān)鍵詞】真空電子束焊接 工藝參數(shù) 焊接質(zhì)量

真空電子束焊是利用定向高速運(yùn)動(dòng)的電子束流撞擊工件使動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能而使工件熔化，形成焊縫。電子束焊接技術(shù)因其高能量密度和優(yōu)良的焊接質(zhì)量，率先在國(guó)內(nèi)航空工業(yè)得到應(yīng)用。本文針對(duì)電子束焊接在生產(chǎn)中遇到的某載重卡車車橋承載大、疲勞強(qiáng)度高進(jìn)行了分析，解決了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量問題。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及對(duì)焊縫的質(zhì)量要求

圖1 車橋結(jié)構(gòu)示意圖

橋殼中段是由16Mn板材沖壓后焊接而成，軸頭是30Mn2鑄件加工而成，中段與軸頭的焊縫是車橋主要受力焊縫，要求很高的疲勞強(qiáng)度。因此設(shè)計(jì)為真空電子束焊接結(jié)構(gòu)。這里采用的是止口式嵌入結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的目的在于需要達(dá)到以下要求：（1）實(shí)施熔透焊時(shí)焊縫不會(huì)低于母材。（2）將電子束焊常有的根部釘尖缺陷引入到不受力的內(nèi)襯環(huán)上。中段與軸頭的焊縫根據(jù)在垂直彎曲載荷下應(yīng)力狀態(tài)的不同，分為中性區(qū)、壓應(yīng)力區(qū)、張應(yīng)力區(qū)，張應(yīng)力區(qū)不允許存在咬邊，壓應(yīng)力區(qū)和中性區(qū)咬邊深度≤0.2mm。（3）不允許表面可見氣孔。（4）內(nèi)部焊縫需100%超聲波檢驗(yàn)。（5）不允許裂紋、未熔合、未焊透。（6）按圖1示，車橋要承受最大載荷P1=320KN，最小載荷P2=20KN，頻率f=5Hz，疲勞次數(shù)≥120萬(wàn)次

2 產(chǎn)品材料、結(jié)構(gòu)的焊接性分析

車橋的真空電子束焊縫具有很高的質(zhì)量要求，主要問題如下：

2.1 裂紋

橋殼中段材料為16Mn，軸頭材料為30Mn2，從材料的成份可見，這兩種低合金鋼均有較高的碳當(dāng)量，尤其30Mn2超過(guò)了0.5，在焊接冷卻過(guò)程易形成淬火組織，使焊接區(qū)硬度提高，塑性下降，易出現(xiàn)裂紋。

2.2 氣孔

產(chǎn)生氣孔的主要原因有：（1）母材中溶解的氣體在凝固過(guò)程中來(lái)不及逸出；（2）零件毛坯中原來(lái)存在的氣孔缺陷和難于清理的油污被重新卷入焊縫；（3）深熔深焊接凝固過(guò)程中體積收縮引起的收縮孔。

2.3 焊偏

焊縫的有效深度為13.6mm，釘尖缺陷引出深度最佳為3～5mm，焊縫總的熔深為17mm～19mm。電子束焊縫通常是很窄的，橋殼批生產(chǎn)加工中零件對(duì)接端面的垂直精度要求并不是很高，稍微對(duì)不正焊縫就會(huì)產(chǎn)生焊偏。

3 產(chǎn)品的電子束焊接工藝

3.1 焊前清理

電子束焊熔深大，產(chǎn)品17～19mm的焊縫深度可一次焊透，無(wú)需開坡口，加焊絲。由于產(chǎn)品零件經(jīng)過(guò)沖壓、焊接、機(jī)加等多道工序，零件表面存在大量的油污、鐵銹，對(duì)于束焊質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生很大的影響，同時(shí)，焊接產(chǎn)生的大量油污蒸汽會(huì)對(duì)真空室造成污染。因此，電子束焊前，應(yīng)嚴(yán)格對(duì)焊接區(qū)域附近進(jìn)行清理，具體步驟如下：

（1）對(duì)軸頭采用汽油進(jìn)行整體清洗，去除油污；

（2）對(duì)橋殼中段對(duì)接面及兩側(cè)進(jìn)行拋光除銹；

（3）裝配前焊縫對(duì)接面及兩側(cè)用無(wú)水酒精擦拭；

（4）清理完畢后，應(yīng)立即裝配產(chǎn)品，置入真空室內(nèi)抽真空保護(hù)。

3.2 產(chǎn)品裝配方式

電子束焊接是利用小孔效應(yīng)成型，為防止焊漏、縮孔等缺陷，對(duì)接裝配間隙的要求十分嚴(yán)格，通常不大于0.1mm。車橋的這種止口嵌入式焊縫結(jié)構(gòu)還要求內(nèi)襯環(huán)與零件內(nèi)孔的配合間隙不大于0.5mm。

為適應(yīng)批量生產(chǎn)高效、方便的要求，軸頭與中段的裝配連接我們采用的是夾具連接方式。

產(chǎn)品的這種拉緊式裝配，可以給接頭預(yù)緊力，焊接時(shí)抵消部分焊接收縮時(shí)所受的拉應(yīng)力，降低裂紋的產(chǎn)生幾率。另外，足夠大的預(yù)緊力，可以防止焊縫在焊接過(guò)程中受熱張開，從而省去電子束焊定位的工序。這里要求裝配預(yù)緊力矩不小于30Kg?m。

3.3 工藝參數(shù)的選擇

我們使用的真空電子束焊機(jī)，是高真空（2×10-4Tr）中壓（60KV）型焊機(jī)，可編程自動(dòng)控制焊接過(guò)程。電壓值60KV不可調(diào)，其余主要設(shè)置的焊接參數(shù)如下：

3.3.1 工作距離

車橋焊接時(shí)，電子槍位于焊縫正上方，實(shí)施平焊。有效工作距離范圍是：50mm～400mm。在電子束焊接過(guò)程中，焊縫金屬易揮發(fā)和電離，產(chǎn)生的金屬蒸汽和飛濺可能進(jìn)入到電子槍中，對(duì)槍體污染或造成高壓擊穿，為防止金屬蒸汽或離子進(jìn)入電子槍中，工作距離應(yīng)選擇大一些。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，該產(chǎn)品工作距離設(shè)定在250mm。

3.3.2 聚焦電流

聚焦電流是調(diào)節(jié)電子束焦點(diǎn)位置的。焦點(diǎn)位置對(duì)于焊縫的成型深寬比影響很大，對(duì)于鋼材產(chǎn)品大于10mm焊接熔深，通常采用下焦點(diǎn)法聚焦。為實(shí)現(xiàn)17mm左右的熔深，同時(shí)控制有效焊縫的寬度在2mm以上，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)將束流焦點(diǎn)設(shè)在焊縫表面下5mm。

3.3.3 掃描方式

電子束可以通過(guò)掃描方式控制束流的能量密度，從而控制焊縫成型。軸頭材料碳當(dāng)量較高，易造成裂縫缺陷，在保證產(chǎn)品焊透，同時(shí)控制熱輸入，應(yīng)選擇能量密度偏低的圓形掃描方式。此方式可以使小孔呈圓柱形下潛，焊接受熱區(qū)域較大，整個(gè)焊縫熔寬接近，避免液態(tài)金屬凝固過(guò)快，可防止裂縫的生成。

3.3.4 焊接速度和焊接電流的匹配

我們利用產(chǎn)品模擬焊接試樣分別進(jìn)行了多組低速小電流和高速大電流的試驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果如表：

可見低速小電流的焊接效果非常理想，可以達(dá)到焊縫質(zhì)量控制要求。

3.4 焊縫整形

為避免應(yīng)力集中，車橋表面焊縫的要求是很高的，必須采用散焦小束流的方式進(jìn)行外觀焊縫整形焊接，使焊縫圓滑美觀。

4 補(bǔ)焊

焊縫質(zhì)量經(jīng)超聲檢驗(yàn)后，如不滿足車橋質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，可對(duì)焊縫進(jìn)行全長(zhǎng)或局部電子束重熔補(bǔ)焊，消除缺陷。補(bǔ)焊時(shí)為保證溶深，應(yīng)將缺陷處的焊縫余高打磨平。

5 工藝實(shí)施效果

（1）利用制定的焊接工藝進(jìn)行了一萬(wàn)多件車橋的焊接，經(jīng)100%超聲檢測(cè)，只有8.2%車橋一次焊接不合格，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，完全能夠滿足批量生產(chǎn)焊接的要求。

（2）對(duì)每1000根車橋抽檢進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的測(cè)試，均能滿足要求。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及材料認(rèn)真的分析，利用焊接模擬試樣，確定了合理的焊接參數(shù)，采取焊接前認(rèn)真清理、拉緊式裝配等措施，應(yīng)用真空電子束焊接技術(shù)，成功焊接了載重車橋，焊縫內(nèi)在質(zhì)量滿足要求，表觀焊縫成型美觀，為真空電子束焊接在車橋批量生產(chǎn)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

參與文獻(xiàn)：

電子束焊接范文第2篇

關(guān)鍵詞 拓?fù)浣^緣體；含時(shí)點(diǎn)接觸； 拉廷格液體；量子輸運(yùn)

中圖分類號(hào) O413.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1000-2537（2016）05-0061-04

Abstract The novel topological insulator material has provided the physical foundation for the dissipationless spin transport， possibly constructed the brand-new spintronic devices. The edge state of the topological insulator shows unusual helical feature due to the electron spin-momentum locking. Using the Luttinger liquid theory and nonequilibium Green function， the quantum transport in a quantum spin Hall bar with three quantum point contacts （QPCs） was studied. The currents display very different pump frequency dependence for weak and strong e-e interaction. These unique properties were induced by the helical feature of the edge states， and therefore can be used to detect and control edge state transport.

Key words topological insulator； time dependent quantum point contacts； Luttinger liquid； quantum transport

全電操縱的自旋電子學(xué)器件的制備和性能研究是當(dāng)今凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的前沿研究課題[1-2].拓?fù)浣^緣體是現(xiàn)代凝聚態(tài)物理中的一個(gè)重要研究主題.拓?fù)浣^緣體不是常規(guī)的超導(dǎo)體，它只能攜帶很小的電流，不能用于超高效電源線，但它為微芯片開發(fā)的范式轉(zhuǎn)移鋪平了道路，這將導(dǎo)致自旋電子學(xué)的新應(yīng)用，即利用電子自旋來(lái)攜帶信息.從電子能帶結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，拓?fù)浣^緣態(tài)不能用傳統(tǒng)的金屬、絕緣體來(lái)描述，而是一種全新的物質(zhì)態(tài).它的體電子態(tài)是有能隙的絕緣態(tài)，但它的表面（對(duì)三維體系）或者邊緣（對(duì)二維體系）電子態(tài)則是零能隙有手性的金屬態(tài)[3-7].螺旋的表面電子態(tài)具有線性色散關(guān)系并且自旋與動(dòng)量滿足特定的手性關(guān)系.由于其獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)和手征特性，電子的輸運(yùn)、磁學(xué)和光學(xué)性質(zhì)將明顯不同于普通體系[8-13]. 這個(gè)快速成長(zhǎng)的領(lǐng)域中的關(guān)鍵問題之一是如何檢測(cè)和控制的拓?fù)溥吘墤B(tài).到目前為止，量子自旋霍爾壩的邊緣態(tài)已經(jīng)通過(guò)直流偏壓下測(cè)量源極和漏極之間電導(dǎo)檢測(cè)到.最近，文獻(xiàn)[14-17]提出使用量子點(diǎn)接觸，即帶間耦合， 來(lái)控制邊緣態(tài)的輸運(yùn).量子霍爾效應(yīng)不是唯一的拓?fù)浣^緣體，最近物理學(xué)家陸續(xù)預(yù)言并實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了一系列二維材料由于其自身的自旋軌道耦合導(dǎo)致新的拓?fù)浣^緣態(tài).在該類材料中，自旋軌道耦合會(huì)在體能帶打開一個(gè)帶隙分開完全占據(jù)的價(jià)帶和空的導(dǎo)帶，并在帶隙里面建立起邊緣態(tài).量子自旋霍爾邊界狀態(tài)有重要的自旋過(guò)濾性質(zhì)，它可以使自旋向上的電子向一個(gè)方向傳播，而使自旋向下的電子向另一個(gè)方向傳播.類比于一種螺旋型粒子的自旋和動(dòng)量間的關(guān)系，后來(lái)把這種邊界狀態(tài)稱作“螺旋形狀態(tài)”.

1 螺旋Luttinger 液體的哈密頓量

螺旋Luttinger 液體的自旋與動(dòng)量方向鎖定的，只有準(zhǔn)一維系統(tǒng)一半的自由度.考慮一個(gè)由右移自旋向上，左移自旋向下的螺旋Luttinger 液體[18].由于時(shí)間反演對(duì)稱性，單粒子的背散射過(guò)程被禁止.自由電子的哈密頓量

3 結(jié)論

采用玻色化、重整化群及格林函數(shù)的方法從理論上研究了3個(gè)含時(shí)點(diǎn)接觸存在對(duì)拓?fù)溥吘墤B(tài)輸運(yùn)性質(zhì)的影響.得到泵浦電流隨偏壓和溫度變化的解析表達(dá)式，以及依賴于電子間相互作用冪指數(shù)變化規(guī)律.研究結(jié)果提供了一種調(diào)控納米結(jié)構(gòu)中輸運(yùn)性質(zhì)的手段.

參考文獻(xiàn)：

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電子束焊接范文第3篇

關(guān)鍵詞自動(dòng)化焊接技術(shù)；水電設(shè)備結(jié)構(gòu)件；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG409 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）12-0099-01

水輪發(fā)電機(jī)組中的焊接結(jié)構(gòu)件多為大型構(gòu)件，對(duì)焊縫質(zhì)量要求高，且焊接熔敷量大。在過(guò)去由于采用CO2半自動(dòng)氣體保護(hù)焊來(lái)焊接水電設(shè)備結(jié)構(gòu)件，焊工技術(shù)水平的高低直接決定了焊接的質(zhì)量。而自動(dòng)化焊接技術(shù)則不然，它具有較好的穩(wěn)定性，能夠通過(guò)自動(dòng)化機(jī)械裝置和自動(dòng)化控制裝置來(lái)代替人工焊接作業(yè)。采用自動(dòng)化焊接技術(shù)可以大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，還可以有效地節(jié)約人工成本及焊絲成本，提高生產(chǎn)效率。本文就自動(dòng)化焊接技術(shù)在水電設(shè)備結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1熱絲TIG自動(dòng)焊在模型試驗(yàn)機(jī)管路中的應(yīng)用

熱絲TIG焊是指將母材用非熔化的鎢電極來(lái)進(jìn)行熔化，同時(shí)填充材料采用焊絲，這種方法能夠較好地降低母材的稀釋率，調(diào)節(jié)焊接熔池的熱輸入量，且無(wú)弧光、無(wú)飛濺、電弧穩(wěn)定性高，尤其適用于對(duì)于焊縫外觀要求高的焊縫和精加工坡口。某廠所生產(chǎn)出來(lái)的模型試驗(yàn)機(jī)中，需要焊接某些管路，這些管路的坡口為精加工坡口，母材為奧氏體不銹鋼，完全符合自動(dòng)化焊接技術(shù)的適用范圍。所以，利用傾斜鎢極的擺動(dòng)功能，引入熱絲TIG自動(dòng)焊接技術(shù)及設(shè)計(jì)工裝來(lái)充分熔合窄坡口兩壁的母材，用多層多道的熔敷方式來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的焊接，結(jié)果證明，焊縫質(zhì)量為優(yōu)質(zhì)。

2底環(huán)、頂蓋、轉(zhuǎn)輪體上自動(dòng)化帶極堆焊技術(shù)的應(yīng)用

眾所周知，轉(zhuǎn)輪體是一種標(biāo)準(zhǔn)的回轉(zhuǎn)件，其實(shí)體外形的一致性較佳。應(yīng)該將工件通過(guò)滾輪架或者變位機(jī)來(lái)將其放置到適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行帶極堆焊。自動(dòng)化焊接可通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)輪體來(lái)實(shí)現(xiàn)，槍頭在自動(dòng)化帶極堆焊過(guò)程中可以出于不動(dòng)的位置。為了大幅度提高焊接質(zhì)量和焊接速度，可以基于底環(huán)、頂蓋、轉(zhuǎn)輪體等水電設(shè)備結(jié)構(gòu)件的斜面狀況和實(shí)際尺寸，將普通焊絲用不同帶寬的焊帶（帶寬通常為30～60 mm）來(lái)進(jìn)行代替堆焊。此外，對(duì)于底環(huán)、頂蓋等平面，也可采用自動(dòng)化帶極堆焊技術(shù)來(lái)進(jìn)行不銹鋼堆焊，起到耐磨、防腐蝕的效果。另外，焊縫表面通常會(huì)出現(xiàn)較為明顯的凹凸不平現(xiàn)象，會(huì)影響到焊接外觀，所以，需要在表層進(jìn)行修飾焊。修飾焊的外觀應(yīng)該滿足以下一些要求：①焊縫表面要超過(guò)母材表面，及時(shí)打磨焊縫表面超標(biāo)部分，讓母材與焊縫表面保持較為圓滑的過(guò)渡狀態(tài)，不能傷害母材，這樣也就不會(huì)在日后出現(xiàn)銹蝕點(diǎn)；焊縫表面在每側(cè)的寬度應(yīng)該達(dá)到0.5～2.0 mm；③沒有出現(xiàn)焊點(diǎn)、夾渣、裂紋、氣孔、飛濺、熔合等明顯缺陷，外觀應(yīng)該保持均勻一致。

3焊接機(jī)器人的應(yīng)用

焊接機(jī)器人主要適用于焊接巨型水電機(jī)組，巨型水電機(jī)組的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪通常都具有450 t，焊接是整個(gè)轉(zhuǎn)輪制造最關(guān)鍵的工序，工作量很大，每完成一整的轉(zhuǎn)輪焊接，需要10-12 t的填充焊接材料。自動(dòng)化焊接技術(shù)的應(yīng)用能夠保證焊接質(zhì)量，也能夠大幅度提高焊接的工作效率。通常焊接機(jī)器人都會(huì)配備雙絲埋弧焊、直流埋弧焊兩個(gè)焊接電源，焊接方法采用埋弧焊接法，每個(gè)焊接機(jī)頭所具有的自由度都為六個(gè)，能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)渡角焊縫的焊接和坡口填充。但是值得注意的是，巨型水電機(jī)組的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪由于結(jié)構(gòu)限制和焊接方法制約，很難實(shí)現(xiàn)全部自動(dòng)化焊接，即便采用了大型焊接變位機(jī)，60%的焊接量還是都需要通過(guò)手工半自動(dòng)焊接方法來(lái)完成，只有40%的焊接量能夠通過(guò)焊接機(jī)器人來(lái)完成。

4窄間隙埋弧焊的應(yīng)用

窄間隙埋弧焊是一種較為成熟、且效率較高的焊接技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用在制造業(yè)的多領(lǐng)域。在水電設(shè)備結(jié)構(gòu)件焊接過(guò)程中，我們主要將窄間隙埋弧焊用于水輪發(fā)電機(jī)大軸、水輪機(jī)、軸鍛件、大厚板拼焊的焊接過(guò)程中，經(jīng)濟(jì)效益顯著，工作效率較高。眾所周知，水利發(fā)電機(jī)組中最重要的部件之一為水輪發(fā)電機(jī)大軸和水輪機(jī)大軸。我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)都是依靠進(jìn)口采購(gòu)整體鍛件來(lái)加工成成品，成本較大、供貨困難。為了對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行解決，最為明智的選擇就是自己焊接成整體，只采用軸鍛件分段鍛制、供貨。哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司采用這種方法已經(jīng)完成了多個(gè)大型水電站機(jī)組的水輪發(fā)電機(jī)大軸、水輪機(jī)大軸的焊接工作，基本是焊接一次合格，焊接坡口最深可達(dá)450 mm。目前國(guó)內(nèi)制造企業(yè)還開發(fā)出了分段焊接水輪機(jī)大軸、鋼板分段卷制的工藝技術(shù)，用窄間隙埋弧焊接方法來(lái)完成環(huán)形焊縫和縱向焊縫的焊接工作，從而大幅度提升焊接制造水平，這使得產(chǎn)品的制造周期大幅度縮短，也能夠降低國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)于大型鑄鍛件的依賴程度。

5半自動(dòng)氣體保護(hù)焊的應(yīng)用

由于水電設(shè)備結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，工序較為復(fù)雜，因此，通用的自動(dòng)化焊接方法應(yīng)用范圍極其有限，焊接輔助時(shí)間也較長(zhǎng)。半自動(dòng)氣體保護(hù)焊接方法也就成為了水電設(shè)備結(jié)構(gòu)件的主要焊接方法之一，其主要特點(diǎn)就在于其焊接效率高、工作較為靈活，已經(jīng)成為了目前發(fā)展較快的焊接技術(shù)。

6自動(dòng)埋弧焊小車的應(yīng)用

自動(dòng)埋弧焊小車具有下述優(yōu)點(diǎn)：采用雙驅(qū)動(dòng)送絲，壽命長(zhǎng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、慣量低、扭矩大，結(jié)構(gòu)緊湊，所有部件均可方便靈活地拆裝，滿足客戶各種實(shí)際需要。結(jié)構(gòu)靈活、調(diào)整方便，適應(yīng)多種位置焊接，歡迎埋弧焊機(jī)主機(jī)廠定制，四輪驅(qū)動(dòng)，手動(dòng)離合，運(yùn)行平穩(wěn)，可靠性好；可焊接碳鋼、不銹鋼、銅及合金等金屬材料；合金鋼送絲輪，使用壽命長(zhǎng)，生產(chǎn)效率高；三拖板六自由度及組合式絲盤架，可實(shí)現(xiàn)多種焊接方式。

7結(jié)束語(yǔ)

總之，自動(dòng)化焊接技術(shù)在水電設(shè)備結(jié)構(gòu)件制作中具有極為重要的作用，應(yīng)用較為廣泛，能夠獲得良好的焊縫質(zhì)量，還可以提高勞動(dòng)效率，產(chǎn)生較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]周利平，韓永剛.我國(guó)焊接自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].科技信息，2011（19）：120-124.

[2]龔玉蛟.焊接新技術(shù)在鍋爐壓力容器制造中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2011（02）：102-124.

電子束焊接范文第4篇

關(guān)鍵詞：鋁合金；焊接工藝；電子束焊

鋁合金因具有自重輕、成型性能好、焊接性好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)而被人們廣泛關(guān)注，并將其運(yùn)用在各種焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品當(dāng)中。相對(duì)于鋼板材料的焊接，采用鋁合金材料焊接可以有效的減輕其重量，因此，在對(duì)鋁合金采用焊接工藝時(shí)，必須采用能量密度大、焊接熱輸入小等特點(diǎn)的焊接方法。在我國(guó)已出現(xiàn)了幾種新的焊接工藝，不僅在社會(huì)各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，還解決了鋁合金焊接難的問題，以下對(duì)這幾種焊接工藝進(jìn)行深入分析。

一、攪拌摩擦焊接工藝

在鋁合金焊接工藝中，攪拌摩擦焊接工藝的工作原理也就是：首先，采用一種特殊形式的攪拌頭，再將其插入到需要焊接的部位，其次，開啟設(shè)備使攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)，并與鋁合金發(fā)生摩擦，此時(shí)摩擦的部位就會(huì)呈現(xiàn)熱塑性狀態(tài)，并且會(huì)隨著攪拌頭的作用是整個(gè)部位都呈現(xiàn)該狀態(tài)，從而將鋁合金焊接在一起。在整個(gè)過(guò)程中，該焊接工藝并沒有熔化金屬的過(guò)程，而是直接將金屬以固態(tài)的形式焊接在一起，也就不會(huì)存在熔焊焊接的各種缺點(diǎn)，在難以用熔焊焊接的有色金屬材料中具有非常大的貢獻(xiàn)。目前，我們已將該焊接工藝應(yīng)用在了鋁合金的焊接方面，并取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

攪拌摩擦焊接工藝的焊接過(guò)程也就是將鋁合金攪拌而呈現(xiàn)塑性變形的狀態(tài)，在經(jīng)過(guò)結(jié)晶而達(dá)到預(yù)計(jì)的效果。采用這種焊接工藝能夠保證鋁合金的完整性，綜合性能較好，相對(duì)于熔焊焊接工藝而言，在整個(gè)過(guò)程中攪拌摩擦焊接工藝都不會(huì)出現(xiàn)飛塵等，這種焊接工藝本身就是一種固態(tài)焊接，因此其加熱溫度極低，不會(huì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生影響，更是保證了鋁合金焊接產(chǎn)品的質(zhì)量。它不同于普通的摩擦焊接，攪拌摩擦焊接工藝并沒有受到設(shè)備內(nèi)部零件的限制，而且具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。

二、激光焊接工藝

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，激光焊接工藝作為一種新的技術(shù)而得到了不斷的發(fā)展，因其具有工作效率高、功能強(qiáng)、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)而不斷發(fā)展起來(lái)。在實(shí)際工作中，我們將這一焊接工藝運(yùn)用在鋁合金當(dāng)中，實(shí)踐證明，這一焊接工藝能夠有效的提高鋁合金的焊接質(zhì)量與工作效率，并且會(huì)有效的降低其熱量的輸入，在工業(yè)生產(chǎn)中具有非常大的優(yōu)勢(shì)。在鋁合金構(gòu)件當(dāng)中采用這種焊接技術(shù)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）熱變形的區(qū)域小，并且在熔區(qū)小的情況下有加大的熔深，能量密度較大；2）能夠縮短冷卻的時(shí)間，很快的將構(gòu)件連接；3）縮短了焊接的時(shí)間，提高了工作效率，降低了經(jīng)濟(jì)成本；4）不受到外界壓力的影響，焊接質(zhì)量好；5）如果金屬材料在封閉的狀態(tài)下，這種焊接工藝同樣能夠進(jìn)行；6）這種焊接工藝的適應(yīng)能力極強(qiáng)，在焊接過(guò)程中可以采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，以此來(lái)對(duì)焊接的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

目前，我國(guó)在采用這種焊接工藝所運(yùn)用的設(shè)備都是CO2與YAG設(shè)備，其中CO2設(shè)備的功率過(guò)大，一般將其運(yùn)用在厚板焊接當(dāng)中，如果在鋁合金的表面進(jìn)行焊接，這種設(shè)備就會(huì)消耗大量的能量，而YAG設(shè)備的功率就相對(duì)較小，適應(yīng)能力較強(qiáng)。

三、鋁合金的電子束焊接

電子束焊是指在真空環(huán)境下，利用會(huì)聚的高速電子流轟擊工件接縫處產(chǎn)生的熱能，使被焊金屬熔合的一種焊接方法。電子束作為焊接熱源的突出特點(diǎn)是功率密度高、穿透能力強(qiáng)、精確、快速、可控、保護(hù)效果好。對(duì)于鋁合金電子束焊接，由于能量密度高可大大減小熱影響區(qū)，提高焊接接頭強(qiáng)度，避免熱裂紋等缺陷的產(chǎn)生。由于能量密度高，穿透能力強(qiáng)可對(duì)難以焊接的鋁合金厚板進(jìn)行焊接。

同傳統(tǒng)電弧焊接鋁合金相比，電子束焊能量密度高3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，與另外一種高能量密度焊接工藝——激光焊接相當(dāng)。因此焊接接頭的熱影響區(qū)非常小，接頭強(qiáng)度較傳統(tǒng)焊接方法提高很多。電子束的穿透性能好，可對(duì)大厚度的鋁合金進(jìn)行施焊，焊后接頭力學(xué)性能良好。鋁合金焊縫金屬的抗裂性能隨著焊接能量密度的增加和熱輸入的減少而增加。所以鋁合金電子束焊接接頭的抗裂性能要比采用傳統(tǒng)焊接方法的焊接接頭高很多，一般要比氬弧焊焊縫高出1～1.5倍。鋁合金電子束焊焊后殘余應(yīng)力小，變形小，對(duì)薄板焊后幾乎可做到不變形。電子束焊要求在真空條件下完成，真空是最好的保護(hù)手段，在這種條件下可以得到純凈的焊縫金屬，避免了空氣或保護(hù)氣體的污染。電子束焊接鋁合金在真空重熔時(shí)，焊縫中雜質(zhì)含量微乎其微，焊縫氣體含量降低接近一半，從而焊縫塑性、韌性大大提高。電子束可控性好，可以方便地進(jìn)行掃描、偏轉(zhuǎn)、跟蹤等，易于焊接過(guò)程的自動(dòng)化，并且通過(guò)電子束掃描熔池可以消除缺陷，提高接頭質(zhì)量。

電子束焊接獲得優(yōu)良的焊縫的最有效方法是焊接過(guò)程中同時(shí)對(duì)剛剛焊過(guò)的焊縫進(jìn)行掃描?；貟唛g距決定晶粒細(xì)化的可控程度，凝固組織可由粗大的柱狀晶轉(zhuǎn)化為細(xì)小等軸晶。對(duì)AlMg0.4Si1.2合金進(jìn)行掃描焊接與無(wú)掃描焊接相比，晶體主軸長(zhǎng)度減少到無(wú)掃描焊接時(shí)的1/5；焊縫硬度提高80%，接近母材水平。鋁合金焊縫金屬晶粒細(xì)化程度對(duì)接頭性能有重要影響。采用具有回掃運(yùn)動(dòng)的電子束掃描焊接，可減少合金元素的損失，細(xì)化焊縫組織，使之變?yōu)榧?xì)小的等軸晶，并提高硬度。對(duì)于已經(jīng)成核生長(zhǎng)的晶體，如果電子束掃描間距過(guò)小在電子束掃描時(shí)產(chǎn)生重熔，但導(dǎo)致電子束回掃細(xì)化晶粒的作用減弱。

鋁合金電子束焊時(shí)對(duì)電子束流非常敏感，尤其是對(duì)于大厚度鋁合金板焊接時(shí)，電子束流小時(shí)不能焊透，大時(shí)產(chǎn)生下塌，出現(xiàn)凹坑。鋁合金電子束焊接的另外一個(gè)難點(diǎn)是焊接氣孔。鋁合金表面的氧化膜主要成分是Al2O3和MgO，容易吸收大量的水分是鋁合金焊縫中氣孔的主要來(lái)源。鋁合金表面氧化膜比重接近基體，容易進(jìn)入焊縫產(chǎn)生夾雜、氣孔。尤其是防銹鋁合金電子束焊，氣孔問題較為嚴(yán)重。傳統(tǒng)TIG焊鋁合金時(shí)通常采用大的熱輸入量并在較低的焊接速度下進(jìn)行焊接，促使氫從熔池中逸出，而電子束焊接鋁合金時(shí)速度快，熱輸入量小，氫來(lái)不及從熔池中逸出，容易形成氣孔。通常電子束焊鋁合金采用表面下聚焦和較窄的焊縫以及掃描重熔的方法來(lái)防止氣孔的產(chǎn)生。另外，電子束焊接要求在真空條件下進(jìn)行，所以對(duì)鋁合金大型結(jié)構(gòu)件施焊困難。電子束易受周圍環(huán)境電磁場(chǎng)的影響，設(shè)備比較復(fù)雜，費(fèi)用比較昂貴，所以還沒有達(dá)到大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述，我們?cè)敿?xì)了解到了鋁合金的幾種焊接工藝，并且對(duì)其適用范圍以及特點(diǎn)作了詳細(xì)的分析，相信在未來(lái)的社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，鋁合金的焊接工藝會(huì)有突飛猛進(jìn)的發(fā)展，而這些焊接工藝也會(huì)不斷完善，從而提高鋁合金的焊接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

電子束焊接范文第5篇

【關(guān)鍵詞】 現(xiàn)代 高能束流 焊接 技術(shù)

Abstract : Electron beam welding deve-lopment can be summed up as: high energy density device developed, flexible intelligent equipment, electron beam diagnostic characteristics, The beam and the physical mechanism research and the vacuum electron beam welding equipment and technology research, etc.

當(dāng)前高能束流焊接被關(guān)注的主要領(lǐng)域是:①高能束流設(shè)備的大型化-功率大型化及可加工零件(乃至零件集成)的大型化。②新型設(shè)備的研制,諸如,脈沖工作方式以及短波長(zhǎng)激光器等。③設(shè)備的智能化以及加工的柔性化。④束流品質(zhì)的提高及診斷。⑤束流、工件、工藝介質(zhì)相互作用機(jī)制的研究。⑥束流的復(fù)合。⑦新材料的焊接。⑧應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展。

1.激光焊接的最新進(jìn)展

1.1新型激光器

(1)直流板條式(DC Slab)CO2激光器、(2) 二極管泵浦的YAG激光器、(3)CO激光器、(4)半導(dǎo)體激光器、(5)準(zhǔn)分子激光器。

1.2激光器功率的大型化、脈沖方式以及高質(zhì)量的光束模式

以美國(guó)PRC公司為例,幾年前,用于切割的CO2激光器功率主要是1500~2000W,而近期的主導(dǎo)產(chǎn)品是4000~6000W,6000W可切割的不銹鋼厚度、碳鋼厚度分別為35 mm和40 mm.

1.3設(shè)備的智能化及加工的柔性化

尤其是對(duì)YAG激光,由于可用光纖傳輸,給加工帶來(lái)了極大的方便。

其主要特點(diǎn)是:①一機(jī)多用。②采用一臺(tái)激光機(jī)可進(jìn)行多工位(可達(dá)6個(gè))加工。③光纖長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)60m.④開放式的控制接口。⑤具有遠(yuǎn)距離診斷功能。

1.4 束流的復(fù)合

最主要的是激光-電弧復(fù)合。深熔焊接時(shí),熔池上方產(chǎn)生等離子體,復(fù)合加工時(shí),激光產(chǎn)生的等離子體有利于電弧的穩(wěn)定;復(fù)合加工可提高加工效率;可提高焊接性差的材料諸如鋁合金、雙相鋼等的焊接性;可增加焊接的穩(wěn)定性和可靠性;通常,激光加絲焊是很敏感的,通過(guò)與電弧的復(fù)合,則變的容易而可靠。

激光-電弧復(fù)合主要是激光與TIG、Plasma以及GMA.通過(guò)激光與電弧的相互影響,可克服每一種方法自身的不足,進(jìn)而產(chǎn)生良好的復(fù)合效應(yīng)。

從能量觀點(diǎn)看,激光電弧復(fù)合對(duì)焊接效率的提高十分顯著。這主要基于兩種效應(yīng),一是較高的能量密度導(dǎo)致了較高的焊接速度;二是兩熱源相互作用的疊加效應(yīng)。

GMA、激光加絲和激光電弧復(fù)合三種方法焊接時(shí)線能量、焊縫斷面以及能量利用率的比較。

Laser -TIG Hybrid可顯著增加焊速,約為TIG焊接時(shí)的2倍;鎢極燒損也大大減小,壽命增加;坡口夾角亦減小焊縫面積與激光焊時(shí)相近。阿亨大學(xué)弗朗和費(fèi)激光技術(shù)學(xué)院研制了一種激光雙弧復(fù)合焊接,與激光單弧復(fù)合焊相比,焊接速度可增加約1/3,線能量減小25%.

英國(guó)Conventry大學(xué)現(xiàn)代連接中心亦有Laser-plasma復(fù)合焊接的報(bào)導(dǎo)。其優(yōu)點(diǎn)是:提高焊接速度和熔深;由于電弧加熱,金屬溫度升高,降低了金屬對(duì)激光的反射率,增加了對(duì)光能的吸收。在小功率CO2激光試驗(yàn)基礎(chǔ)上,還要在12 000W CO2 激光以及光纖傳輸?shù)?kW YAG激光器上進(jìn)行,并為機(jī)器人進(jìn)行PALW打基礎(chǔ)。

1.5鋁合金的激光焊接

鋁合金由于比強(qiáng)度高、抗腐蝕性好而得以廣泛應(yīng)用。CO2激光焊接鋁合金的困難主要在于高的反射率以及導(dǎo)熱性好,難以達(dá)到蒸發(fā)溫度、難于誘導(dǎo)小孔的形成(尤其是對(duì)Mg含量比較小時(shí))以及容易產(chǎn)生氣孔。提高吸收率的措施除了表面化學(xué)改性(如陽(yáng)極氧化)、表面鍍層、表面涂層等外,也有用激光-TIG、激光-MIG的報(bào)道,其中MIG- DC electrode position方法由于表面的清理作用強(qiáng)和加絲的合金化作用效果為好。

1.6激光熔覆

激光熔覆與其它表面改性方法相比,加熱速度快、熱輸入少,變形極小;結(jié)合強(qiáng)度高;稀釋率低;改性層厚度可精確控制,定域性好、可達(dá)性好、生產(chǎn)效率高。

激光熔覆除用于民品外,英、美等國(guó)也已用于航空機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)Ni基渦輪葉片的耐熱、耐磨層的熔覆及修復(fù)。

2.我國(guó)高能束流焊接現(xiàn)狀

國(guó)外電子束焊接發(fā)展可歸結(jié)為:超高能密度裝置研制、設(shè)備智能化柔性化、電子束流特性診斷、束流與物質(zhì)作用機(jī)制研究以及非真空電子束焊設(shè)備及工藝的研究等。

在國(guó)內(nèi),高能束流焊接越來(lái)越引起更多相關(guān)人士諸如焊接、物理、激光、材料、機(jī)床、計(jì)算機(jī)等工作者的關(guān)注。國(guó)內(nèi)在設(shè)備水平上,與國(guó)外有一定差距,但在工藝研究上,水平則較為接近,甚至在某些方面還有自己的特色。

2.1 激光焊接

在設(shè)備生產(chǎn)與研究上,主要生產(chǎn)千瓦級(jí)的CO2激光設(shè)備和1千瓦以下的固體YAG激光設(shè)備。

國(guó)內(nèi)對(duì)激光焊接研究主要集中在激光焊接等離子體形成機(jī)理、特性分析、檢測(cè)、控制、深熔激光焊接模擬、激光-電弧復(fù)合熱源的應(yīng)用、激光堆焊等。清華大學(xué)從聲和電的角度,分析了熔透狀態(tài)的聲信號(hào),提出了激光焊接等離子體的等效電路及電特性數(shù)學(xué)模型;在抑制等離子體的負(fù)面效應(yīng)方面,清華大學(xué)張旭東、陳武柱等提出了側(cè)吸法;國(guó)家產(chǎn)學(xué)研激光技術(shù)中心的肖榮詩(shī)、左鐵釧提出了雙層內(nèi)外圓管吹送異種氣體法;西北工業(yè)大學(xué)的劉金合提出了外加磁場(chǎng)法。

2.2電子束焊接

我國(guó)自行研制電子束焊機(jī)始于1960年代,至今已研制生產(chǎn)出不同類型和功能的電子束焊機(jī)上百臺(tái),并形成了一支研制生產(chǎn)的技術(shù)隊(duì)伍,能為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)提供小功率的電子束焊機(jī)。

近年來(lái),出現(xiàn)了關(guān)鍵部件(電子槍,高壓電源等)引進(jìn)、其它部件國(guó)內(nèi)配套的引進(jìn)方式,這種方式的優(yōu)點(diǎn)是:設(shè)備既保持了較高的技術(shù)水平,又能大大降低成本,同時(shí)還能對(duì)用戶提供較完善的售后服務(wù)。

目前,以科學(xué)院電工所的EBW系列為代表的汽車齒輪專用電子束焊機(jī)占據(jù)了國(guó)內(nèi)汽車齒輪電子束焊接的主要市場(chǎng)份額;我國(guó)的中小功率電子束焊機(jī)已接近或趕上國(guó)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平,而價(jià)格僅為國(guó)外同類產(chǎn)品的1/4左右,有明顯的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)。

2.3等離子弧焊接