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影响电子束焊接质量的几个工艺因素2 |
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| 5.电子束焦斑及轰击部位 电子束焊接的一大特点是焊缝窄、熔深大，这是由于电子焦斑可聚焦得很细，一般焦点直径在0.5—1mm左右(取决于电子束功率大小)。 (1)常规焊接。电子束焊接工件时，一般情况下将电子束焦斑调到最佳状态，即束斑聚焦在工件表面(对于厚度较大的工件，焦点位置控制到工件内部)。电子束轰击的部位则是在工件的接触缝(焊缝)上。 (2)束斑略偏于焊缝一侧的焊接。对于某些情况或工件，能否取得焊接的成功，电子束的轰击部位起着关键作用。如厚薄不均的工件，电子束轰击应偏于厚工件一侧；熔点各异的工件，电子束轰击则应偏于熔点较高的工件一侧。有些特殊的工件，更要视具体情况而定，例如多孔钨与钼的焊接，虽然钨的熔点较高，但为了能够获得光滑的焊缝，电子束轰击偏于钼材，使钼件局部熔融后流附到多孔钨表面和内部(表层)[5]。又如铌与钼焊接，电子束轰击部位与焊缝的强度密切相关，如果轰击于焊缝正中，则它的强度为66.6N/mm2，属于沿晶断裂(图5(a))；如果电子束轰击偏于Nb侧约0.2mm，则焊接强度大于279.5N/mm2，呈穿晶断裂(图5(b))。这是由于Nb具有良好塑性和一定吸气能力，会使晶界上气体成分减少，焊缝质量较高；而钼的晶格再结晶后晶粒粗大，加之晶界杂质影响，钼熔焊后呈脆性[5]。 (3)电子束散焦焊接。对于某些工件的焊接，电子束略为散焦效果更佳，如网状工件的焊接，如果电子束聚焦得过细，焊接时工件易被切断。 6.预热和退火 对于某些材料或结构件的焊接，为了防止裂纹的产生，对被焊接的工件需要进行预热或焊后退火处理。 (1)电子束预热和退火。利用较小功率并且散焦的电子束轰击工件，使工件具有一定的温度，以达到预热或退火的目的。具体工艺(温差)视不同的材料和工件结构而定，因为它亦涉及到材料组织的相变问题。 (2)辅助预热和退火。利用电阻炉或石墨炉来对工件进行预热和退火。我们在进行陶瓷与金属的焊接工艺试验时，化了比较大的精力于电阻炉的试制(图6)及预热退火工艺的操作(图7)。最终达到了良好效果，取得了陶瓷与金属焊接的成功[6]。 7.添加材料(填丝) 通常电子束焊接不用任何焊料，但是对于某些特殊结构的工件和某些异种材料，为了取得焊接的成功，除了采用电子束轰击偏于焊缝一侧等方法之外，还可以添加第三种材料，即用填丝的方法。 (1)钎焊。这里用的第三种材料起到钎料的作用，即此材料熔化后将两个另件粘接 在一起，或使焊缝两侧表层有一些扩散作用，此时工件基材尚未熔化。如图8所示的小齿轮焊接，为了防止齿与轴的变形过大，电子束轰击仅使钎料(银铜钎料)熔化，将小齿轮与轴粘接起来，联接强度达到设计要求(扭矩强度大于118N.cm)，同时变形量很小(轴的跳动量小于0.05mm)。 (2)填丝焊接。对于可焊性较差的异种材料，为了不致出现裂纹，能够得到良好的金相组织，可以在焊缝中添加一种填充材料，以起到过渡作用，焊接时此材料与局部基材均同时熔化。焊缝的硬度、合金元素的组成和微观结构，取决于焊接参数和所用的填充材料。这种填充材料形状呈丝状或片状；自动填丝焊机则利用送丝机构进行填丝熔融焊接。填充材料的成份视被焊工件的材料而定，必须考虑到能与基材形成合适的组成(如固溶体等)，例如镍基材料、银基材料、硅铝材料等。 8.其它因素 在实际焊接过程中，为了解决碰到的难道并获得良好的焊接性能，还有许多因素需要注意，虽然对于每一个工件而言，不一定必须面面俱到，但对于某些情况还是有作用的。 8.1真空度的影响 按工件所在焊接室的真空度的不同，可分为高真空、低真空(包括局部低真空)、非真空(局部保护气氛)焊接。工件的焊缝深度以及焊缝质量是有很大区别的。选用何种状态焊接，视被焊工件的材料和结构等而定。 8.2电子束跟踪焊接 对于曲线焊缝或偏斜焊缝，用电子束自动跟踪焊缝的焊接方法是比较合适的。它是利用电子束在焊缝的前方以极快的速度进行探测扫描，收取焊缝两侧的二次电子作为信号，来控制跟踪焊缝(电子束偏移或工作台移动)。我们在试验时，利用记忆示波器拍摄到了正常运行时的二次电子信号电压波形照片，同时获得了焊接曲线焊缝的成功(图9)。 8.3电子束偏摆焊接 有时可将被焊工件固定在工作台上，利用程控的偏摆电子束环绕被焊件的焊缝进行焊接，它适用于尺寸较小、厚度较薄工件的对称焊缝，如图10所示的方波导与法兰的焊接。此工作过程比较简单，适用于多工位装置的多工件焊接，对提高生产效率有一定帮助。 8.4电子束扫描焊接 对于厚度较大的工件，为了使焊缝 熔池内的气体能够充分排出，以减少焊 缝中的气孔或裂纹，利用扫描电子束是很有意义的。它实质上是一种电子束搅动焊缝熔池的作用，从而使气体排出。有时为了取得异种材料焊接成功，亦可以进行扫描焊接。电子束扫描的波形、频率和幅度等因素视具体情况而定。 8.5脉冲焊接 为了防止被焊工件过热和达到其它特殊目的(如提高薄件焊缝的深宽比)，利用脉冲电子束焊接是很合适的。通过试验来确定束流峰值、脉冲宽度、重复频率、平均输入功率及焊接速度等参数。 8.6修饰焊接 有些工件的焊缝需要有较高的光洁度或有其它原因，可以采用修饰焊接的工艺过程。一般讲，修饰焊的电子束功率密度低于实际焊接的功率密率。 9.结束语 电子束焊接是一种高技术加工手段，属于先进制造技术，焊接设备(焊机)越来越先进；但作为一项工艺技术，影响焊接质量的因素则需要在实践中探索并给予综合分析。 我们通过长期的试验和应用研究，找到了一些通用规律和特殊的经验，虽然不可能包罗全部，但对于从事电子束焊接工作者，可能会有一些帮助。 |
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