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1、13三章教案教师课时计划（首页）序号专业及班级授课类型13授课日期讲课课题第3章 电子束焊 第五节 电子束焊的应用实例第六节电子束焊的操作与安全防护教学目的1、 掌握摩擦焊的基本原理2、 了解摩擦焊的应用3、 了解摩擦焊的分类重点与难点1、 摩擦焊的基本原理2、 摩擦焊的类型时间(分)内 容 及 教 授 方 法教 具 四 异种材料的电子束焊五 高温合金的电子束焊第五节 电子束焊的应用实例 一在电子和仪表工业中的应用 二 在汽车零件生产中的应用 三 电子束焊应用前景第六节 电子束焊的操作与安全防护 一 真空系统的操作及注意事项二 焊接操作三 安全防护课后记录检查意见 签字教师课时计划（付页）四、

2、异种材料的电子束焊异种材料电子束焊的焊接性取决于被焊材料各自的物理化学性能。彼此可以形成固溶体的异种金属焊接性良好，易生成金属间化合物的异种金属的接头韧性差。各种金属组合采用电子束焊的可能性列于表3-14。对于不能互溶和难以直接电子束焊接的异种金属，可以通过加入两种金属兼容的中间过渡金属（通常采用箔片）或加入填充金属来实现焊接，见表3-15 。例如铜和钢焊接时加入镍片作过渡金属，可使焊缝密实和均匀，接头性能良好。用电子束焊接异种材料时，可以采取的工艺措施如下： l）两种材料的熔点接近，这种情况对焊接无特殊要求，可将电子束指向接头中间；如果要求焊缝金属的熔合比不同，以改善组织性能时，可把电子束倾

3、斜一角度而偏于要求熔合比多的母材一边。 2）两种材料的熔点相差较大，这种情况下，为了防止低熔点母材熔化流失，可将电子束集中在熔点较高的母材一侧。焊接时不让低熔点母材熔化过多而影响焊缝质量，可利用铜护板传递热量，以保证两种母材受热均匀。为了防止焊缝根部未焊透等缺陷，应改变电子束刊焊件表面的倾斜角，在大多数情况下，电子束应指向熔点较高的母材。 3）异种金属相互接触和受热时会产生电位差，这会引起电子束偏向一侧，应注意这一特殊现象，防止焊偏等。 4）焊接难熔的异种金属时应尽量降低热输入，采用小束斑，尽可能在固溶状态下施焊，得后进行时效处理。教师课时计划（付页）1、钢与有色金属的电子束焊（1）钢与铝、铜

4、的电子束焊 为了提高钢与铝焊接接头的性能，选用Ag作为中间过渡层的电子束焊，焊接接头的强度可提高到117.656.8MPa。因为Ag不会与Fe生成金属间化合物，焊接接头试样断裂在铝一侧的母材上。Q235碳钢与铜可直接进行电子束焊接，但最好采用中间过渡层的焊接力法，可采用Ni、Al或Ni-Cu 等作中间过渡层。（2）钢与钛的电子束焊钢与钛及钛合金的真空电子束焊的最大特点时获得窄而深的焊缝，而且热影响区也很窄。由于是在真空中焊接，钢与钛的电子束焊可以获得良好质量的焊接接头。（3）不锈钢与钼的电子束焊不锈钢与铝的焊接可以采用电子束焊，焊接时使电子束焦点偏离开钼的一侧，以调节和控制钼的加热温度。只要焊

5、接表面加工合适和工艺参数选择适当，熔化的不锈钢就能很好地浸润固态相的表面，形成具有一定力学性能的接头。（4）不锈钢与钨的电子束焊不锈钢与钨焊接时，为了获得满意的焊接接头，必须采取特殊的焊接工艺和有效的焊接措施。不锈钢与钨电子束焊的工艺步骤如下：a. 焊前对不锈钢和金属钨进行认真地清理和酸洗。b. 为了防止焊接接头氧化，焊前再将被焊接头用酒精或丙酮进行除油和脱水。c. 焊接过程中应注意真空室中的真空度，要求真空度在1.3310-5以上。教师课时计划（付页）d. 不锈钢与钨真空电子束焊的工艺参数：电压为17.5kV，焊接电流为70mA，焊接速度为30m/h 。e. 焊后取出焊件并缓冷。待焊件冷至常

6、温时，进行焊接接头检验，发现焊接缺陷及时返修。2、异种有色金属的电子束焊1）铜与铝的电子束焊铜与铝焊接并带有中间合金层时，采用正确的电子束焊工艺，可获得优良的焊接接头。中间金属层可采用0.7mm厚度的银。一些冶金上不相容的金属可通过填充另一种与两者皆相容的金属薄片来实现电子束焊，例如填夹镍片可以使韧性铜与钢或两种不同的韧性铜焊在一起，填夹铝片可以使沸腾钢焊在一起，填夹镍基合金可使不锈钢与结构钢焊在一起等。2）锆与铌的电子束焊锆（Zr）主要用于原子能发电厂、核潜艇及核动力舰船的原子反应堆，也可以用于反应塔、热交换器等。铌（Nb）是重要的合金钢填加剂。广泛用于冶金、化工、电子和航空航天等尖端技术。

7、锆与铌的热物理性能不同，锆的热导率小，焊后产生的变形大，在应力作用下易形成裂纹。锆与铌的焊接性差，要获得满意的焊接接头，必须采取合适的焊接方法和工艺措施。3、陶瓷与金属的电子束焊20世纪 60 年代以来，国外已开始将电子束焊应用到金属陶瓷封接工艺中，这种方法扩大了选用材料的范围，也提高了封接件的气密性和力学性能，满足了多方面的需要。教师课时计划（付页）（1）陶瓷与金属电子束焊的特点陶瓷与金属的真空电子束焊是一种很有效的焊接方法，它有许多优点，由于是在真空条件下，能防止空气中的氧、氮等污染，有利于陶瓷与活性金属的焊接，焊后的气密性良好。电子束经聚焦能形成很细小的直径，可小到0.11.0mm 范围

8、，其功率密度可提高到107109W/cm2的程度。因而电了束穿透力很强，加热面积很小，焊缝熔宽小、熔深很大，熔宽与熔深之比可达到110150。这样不仅焊接热影响区小，而且应力变形也是极其微小的。这对于精加工件可作为最后一道工序，可以保证焊后结构的精度。（2）陶瓷与金属电子束焊的工艺过程a. 把焊件表面处理干净，将工件放在预热炉内进行预热；b. 当真空室的真空度达到10-2Pa 之后，开始用 W 丝热阻炉对工件进行预热，在 30 min内可由室温上升到16001800；c. 在预热恒温下，让电子束扫射被焊工件的金属一侧，开始焊接； d. 焊后降温退火，预热炉要在10min之内使电压降到零值，然后

9、使焊件在真空炉内自然冷却1h，以后才能出炉。陶瓷与金属真空电子束焊的焊接参数对接头质量影响很大，尤其对焊缝熔深和熔宽的影响更加敏感，这也是衡量电子束焊接的重要指标。选择合适的焊接参数可以使焊缝形状、强度、气密性等达到设计要求。氧化铝陶瓷、高纯度A12O3、半透明的A12O3陶瓷与金属之间的电子束焊接时，可选择如下焊接参数：功率3kw，加速电教师课时计划（付页）压150kV ，最大的电子束电流为20mA ，用电子束聚焦直径0.250.27mm 的高压电子束焊机进行直接焊接，可获得良好的焊接质量。高纯度A12O3陶瓷与难熔金属（W、Mo、Nb、Fe-Co-Ni合金）电子束焊接时，也可采用上述焊接参

10、数用高压电子束焊机进行焊接。同时还可用厚度为0.5mm 的Nb片作为中间过渡层，进行两个半透明的A12O3陶瓷对接接头的电子束焊接还可以用直径1.0mm 的金属钼针与氧化铝陶瓷实行电子束焊接。目前真空电子束焊接多用于难熔金属（W、Mo、Ta、Ni）等）与陶瓷的焊接，而且要使陶瓷的线膨胀系数与金属的线膨胀系数相近，达到连接的匹配性。由于电子束的加热斑点很小，可以集中在一个非常小的面积上加热，这时只要采取焊前预热，焊后缓漫冷却以及接头形式合理设计等措施，即可以获得满足使用要求的焊接接头。五、高温合金的电子束焊1、焊接特点2、接头形式电子束焊接头可以采用对接、角接、端接、卷边接，也可以采用丁字接和搭

11、接形式。推荐采用平对接、锁底对接和带垫板对接形式。3、焊接工艺焊前对有磁性的工作台及装配夹具均应退磁，其磁通量密度不大于 2104T。焊接件应仔细清理，表面不应有油污、油漆、氧化物等夹杂物。经存放或运输的零件，焊前还需要用绸布蘸丙酮擦拭焊接处，零件装配应使接头紧密配合和对齐。教师课时计划（付页）4、焊接缺陷及防止高温合金电子束焊的焊接缺陷主要是热影响区的液化裂纹及焊缝中的气孔、未熔合等。热影响区的裂纹多分布在焊缝钉头转角处，并沿熔合线延伸。形成裂纹的概率与母材裂纹敏感性及焊接工艺参数和焊接件的刚度有关。防止焊接裂纹的措施有：采用含杂质低的优质母材，减少晶界的低熔点相；采用较低的焊接热输入，防止

12、热影响区晶粒长大和晶界局部液化；控制焊缝形状，减少应力集中；必要时填加抗裂性好的焊丝。焊缝中的气孔形成与母材纯净度、表面粗糙度、焊前清理有关，并且在非穿透焊接时容易在根部形成长气孔。防止气孔的措施有：加强铸件和锻件的焊前检验，在焊接端面附近不应有气孔、缩孔、夹杂等缺陷；提高焊接端面的加工精度；适当限制焊接速度；在允许的条件下，采用重复焊接的方法。电子束焊的焊缝偏移容易导致未熔合和咬边缺陷。其防治措施有：保证零件表面与电子束轴线垂直；对夹具进行完全巡磁，防止残余磁性使电子束产生横向偏移，形成偏焊现象；调整电子束的聚焦位置。电子束焊的固有焊缝下凹缺陷，可以采用双凸肩接头形式和填加焊丝的方法弥补。第

13、五节 电子束焊的应用实例一、电子束在电子和仪表工业中的应用二、在汽车零件中的应用几种非真空电子束焊焊接的典型汽车组件如下： 汽车扭矩转换器 汽车变速箱齿轮组件 铝合金仪表板的焊接三、电子束焊的应用前景a. 电子束焊在复杂零件的大批量生产中将有较大的发展。例如在汽车工业中，采用电子束焊技术焊接汽车的齿轮和后桥，可以提高工作效率、降低成本、提高零件的质量。b. 在航空航天工业中，电子束焊技术将继续扩大其应用，并发展电子束焊的在线检测技术。c. 由于电子束焊在厚大件焊接中有独特的优势，所以在能源、重工业中大有用武之地。d. 在修复领域，电子束焊技术将是有价值的工艺方法之一。 e. 电子束焊的焊接设备

14、将趋向于多功能及柔性化。电子束焊已属成熟技术，随着应用领域的扩大，出于经济方面的考虑，多功能电子束焊的焊接设备和集成工艺以及电子束焊机的柔性化将越来越显得重要。f. 电子束焊接将是实现空间结构焊接的弧有力工具。宇航技术中所用的各类火箭、卫星、飞船、空间站、太阳能电站等的结构件、发动机以及各种仪器均需用焊接技术，而电子束焊是满足其需求的强有力的工具。宇航零部件所用电子束焊的焊接设备可分为两类： 一类是常规的电子束焊机，用来焊接可以在地面进行装配的零部件；另一类是在太空条件下所用的电子束焊机。需要宇航员到太空进行焊接操作，因此要适应太空的特殊环境。教师课时计划（付页）第六节 电子束焊的操作及注意事

15、项一、真空系统的操作及注意事项a. 真空系统必须在接通冷却水后才能启动。b. 机械泵启动时，必须先打开机械泵抽气门的阀门，使其与大气相通，待其运转正常后迅速与大气切断而转向需要抽气的部件。 c. 扩散泵必须在机械泵预抽真空达到一定的真空度时才能加热。停止加热后，必须待扩散泵完全冷却下来才能关闭机械泵，否则扩散泵的油易被氧化。d. 停止机械泵前，必须先关闭机械泵抽气口的阀门，使其与真空系统断开，再与大气接通，以免机械泵油进入真空系统。e. 真空系统及工作室内部应保持良好的真空卫生，停止工作时必须保持其内部有一定的真空度。二、焊接操作（1）启动在真空室内的工件安装就绪后，关闭直空室门，然后接通冷却

16、水，闭合总电源开关。按真空系统的操作顺序启动机械泵和扩散泵，待真空室内的真空度达到预定值时，便可进入施焊阶段。 （2）焊接将电子枪的供电电源接通，并逐渐升高加速电压使之达到所需的数值。然后相应地调节灯丝电流和轰击电压，使有适当小的电子束流射出，在工件上能看出电子束焦点，再调节聚焦电流，使电子束的焦点达到最佳状态。假如焦点偏离焊缝，可 教师课时计划（付页）调节偏转线圈电流或电子枪作横向移动使其对中。此时调节轰击电源使电子束电流达到预定数值。按下启动按钮，工件即按预定速度移动，进入正常焊接过程（3）停止焊接结束时，必须先逐渐减小偏转电压使电子束焦点离开焊缝，然后把加速电压降低到零，并把灯丝电源及传

17、动装置的电源降到零值，此后切断高压电源、聚焦偏转电源和传动装置电源，这样就完成了一次焊接。待工件冷却后，按真空操作程序从真空室中取出工件。三、安全防护1、防止高压电击的措施高压电子束焊机的加速电压可达150kV，触电危险性很大，必须采取尽可能完善的绝缘防护措施：a. 保证高压电源和电子枪有足够的绝缘，耐压试验应为额定电压的1.5倍；d. 电子束焊机应安装电压报警或其他电子联动装置，以便在出现故障时自动断电；b. 设备外壳应接地良好，采用专用地线，设备外壳用截面积大于12mm 2的粗铜线接地，接地电阻应小于3；c. 更换阴极组件或维修时，应切断高压电源，并用接地良好的放电棒接触准备更换的零件或需

18、要维修的地方，放完电后才可以操作；e. 焊工操作时应戴耐高压的绝缘手套、穿绝缘鞋。 教师课时计划（付页）2、X射线的防护电子束焊接时，约有1以下的射线能量转变为X射线辐射。我国规定，对无监护的工作人员允许的X射线剂量不应大于0.25mR/h 。因此必须加强对X射线的防护措施：a. 加速电压低于60kV 的焊机，一般靠焊机外壳的钢板厚度来防护；b. 加速电压高于60kV的焊机，外壳应附加足够厚度加铅板加强防护；c. 电子束焊机在高电压下运行，观察窗应选用铅玻璃，铅玻璃的厚度可按相应的铅当量选择（见表3-18）；d. 工作场所的而积一般不应小于40m2，室高不小于3.5m，对于高压大功率电子束设备，可将高压电源设备和抽气装置与工作人员的操作室分开；e. 焊接过程中不准用肉眼观察熔池，必须要时应佩戴铅玻璃防护眼镜。此外，设备周围应通风良好，工作场所应安装抽气装置，以便将真空室排出的油气、烟尘等及时排出。小结作业