电子束焊接技术优化减排成果展示

图5-51 电子束焊接设备及产品

电子束焊是一种高能束流焊接方法，电子束焊接设备及产品如图5-51所示。一定功率的电子束经电子透镜聚焦后，其电流范围为20～1000mA，焦点直径约为0.1～1mm，功率密度可达10⁶W/cm²以上，比普通电弧功率密度高100～1000倍。

目前，国内外针对电子束焊接技术的研发主要集中在以下几个方面：开发大功率电子枪；电子束特性的定量研究；双枪电子束及填丝电子束焊焊接技术的研究；开发大功率表面处理技术；复合式电子束加工设备的研制；非真空电子束焊焊接设备及工艺的研究和应用。其中，开发大厚度工件的电子束焊接、非真空电子束焊接、多工位电子束焊机、数控精密电子束焊机是提高焊接效率，减少资源浪费的有效途径。

6.1.1 大厚度工件的电子束焊接

电子束焊的最大优点是具有深熔透效应。为了保证获得大厚度工件深熔透效果，除了选择合适的电子束焊工艺参数外，还可以采取如下的一些工艺措施：

1）电子束水平入射焊。当焊接熔深超过100mm时，可以采用电子束水平入射焊，从侧向进行焊接。

2）脉冲电子束焊。在同样的功率下，采用脉冲电子束焊可有效地增加熔深。

3）变焦电子束焊。极高的功率密度是获得深熔焊的基本条件。电子束功率密度最高的区域在其焦点上。焊接大厚度焊件时，可使焦点位置随着焊件的熔化速度变化而改变，始终以最大功率密度的电子束轰击待焊金属。

电子束焊接大厚度工件效率高、质量优良，图5-52所示为国产150kV高压电子束焊机焊缝。

图5-52 国产150kV高压电子束焊机焊缝

在日本，加速电压600kV、功率300kW的超高压电子束焊机已问世，一次可焊200mm的不锈钢，深宽比达70：1。

6.1.2 非真空电子束焊接

非真空电子束焊接是在大气压下进行的焊接，不需要真空室，因此焊件尺寸摆脱了真空室限制，同时省去了抽真空时间，焊接效率更高，在汽车行业和冶金行业的大批量生产中有着广泛应用。非真空电子束焊缝要比真空电子束焊宽很多，但同常规气体保护焊相比，仍具有深而窄的特点。图5-53所示为环形焊缝非真空电子束焊接生产线。(https://www.xing528.com)

图5-53 环形焊缝非真空电子束焊接生产线

例如，德国斯图加特大学在25kV电子束焊机上进行母材为AlMg0.4Si1.2的旋转件非真空电子束填丝焊接，加丝材料为AlMg4.5Mn，送丝速度为35m/min，焊接速度可高达60m/min。

在汽车制造领域，手动变速器中同步环与齿轮的非真空电子束焊接的生产率已超过500件/h。

6.1.3 多工位电子束焊接技术

图5-54所示为桂林狮达机电技术工程有限公司开发多工位电子束焊机。

多工位电子束焊机可在其真空室内一次放入几十个工件，提高了设备的利用效率。一个多工位工作台在真空室内运行，室外的多工位工作台可以装卸工件，缩短设备抽真空所用时间，每天可焊接工件1000余件。焊接效率更高的连续式单个工件电子束焊机正在研发中，对特定形状的工件电子束焊接每天可达5000件。

6.1.4 数控精密电子束焊接

数控真空电子束焊机主要针对复杂曲线焊缝，利用CNC系统对X-Y/R运动轴和束流、聚焦等电子束轴联动控制，实现5轴联动，可满足复杂曲线焊缝的要求，避免了采用手工或半自动化焊接机进行焊接，焊接效果差，效率低的问题。图5-55所示为数控电子束焊机及CNC操作台。

图5-54 多工位电子束焊机

图5-55 数控电子束焊机及CNC操作台