当束功率密度低于105W/cm2时,电子束的能量在工件表面将转换为热能,由于工件表面的散热条件较好,通过热传导的方式,熔池有向工件深层发展的趋势,此时焊缝熔深较浅,称为熔化成形。
当束功率密度增大到超过105W/cm2时,焊缝表面金属迅速熔化且剧烈蒸发,在蒸发反作用力的排斥下,熔池下凹,排开液态金属而露出新的固态金属表面,使电子束可以穿透到相当的深度,形成一个细长的束孔。
随着电子束的移动,束孔的金属不断熔化并被排斥到熔池后方,冷凝后形成焊缝,这种焊缝称为深穿入成形。电子束焊接中主要采用这种成形方法以发挥其深宽比较大的优点。
电子束焊接的优势
①能量密度高(1010-1013W/m2)。焊缝窄,热影响区小且具有平行边缘,焊接变形小;一般焊接无需填充金属;对于的工业产品具有较高的焊接速度;可获得深宽比大的焊缝,焊接厚件时不开坡口一次成形。
②真空条件下焊接。避免在焊接过程中工件氧化,焊缝纯净度高。
③可靠性及重复性好。焊接参数自动控制,能够焊缝质量;焊接参数易于调节,工艺适应性强。
④适用于异种金属材料焊接,包括部分陶瓷材料。
真空电子束钎焊作为一种、GX率、控制的制造技术,对各种精密、复杂部件的连接制造具有非常重要的意义。用电子束作为加热源进行真空钎焊,就是用电子束高速扫描,使电子束由点热源转化为面热源,实现零件的局部高速均匀加热。该工艺具有普通真空钎焊无法比拟的性,如高温停留时间短、大大减少钎料对母材的溶蚀、输入能量精密可控、能量输入路径可任意编辑等。
将活性剂应用于电子束焊也是目前活性焊接研究的重要领域之一。在一定条件下,活性剂对电子束焊的熔深影响很大,现已逐步形成了活性电子束焊的新技术。
与传统电子束焊相比,活性电子束焊的特点为:
①使用活性剂可明显减小熔池上部宽度,改变熔池形状。
②SiO2、TiO2、Cr2O3单组元活性剂对电子束焊接熔深增加有影响。
③由SiO2、TiO2、Cr2O3等组成的多组元不锈钢电子束焊活性剂,可使聚焦电子束焊接熔深增加两倍多。
④使用活性剂后,聚焦电流和束流对电子束焊熔深增加有影响。
通常情况下,根据电子枪的类型选取某一数值,在相同的功率、不同的加速电压下,所得焊缝深度和形状是不同的。提高加速电压可增加焊缝的熔深,在保持其他参数不变的条件下,焊缝横断面深宽比与加速电压成正比例。当焊接大厚件并要求得到窄而平的焊缝,或电子枪与焊件间的距离较大时可提高加速电压。在这次试验中,由于焊接距离较大,因此,要对达到8mm厚的铝合金件达到焊透的效果,加速电压基本控制在30~60kV。
电子束焊对零件焊接部位的清洁度要求较高。在焊接前要将焊接表面的油、锈、氧化物以及其他杂质清除干净。少数零件焊接时,可用汽油清洗去油污,再用丙酮擦洗脱水和脱脂;大批量零件进行焊接时,可采用机械化清洗方式。清洗完毕后,在矩时间内进行焊接。