铝合金电子束焊接技术的研究李学成

铝合金电子束焊接技术的研究李学成

李学成安晶

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江哈尔滨150066

摘要：电子束焊接由于具有独特的优势，在各行各业当中应用十分广泛，铝合金电子束焊接要想获得高质量的焊缝，需要注意很多问题，在对铝合金的焊接技术上有了进一步的研究探讨。本文旨在具体分析铝合金电子束焊的应用特点、优势和工作原理，在此基础上分析当前铝合金电子束焊接的现状以及存在问题，并深入探讨铝合金电子束焊接技术的发展前景，更好的推动电子束焊接技术的全面进步。

关键词：铝合金；电子束焊；焊缝

1简述铝合金电子束焊接技术的含义和应用特点

1.1整体概念的掌握

铝合金电子束焊接是指在一定的真空环境中，通过汇聚的电子流轰击焊件连接部位，在此基础上产生大量的热能，实现与被焊接金属融合的一种有效焊接方式。能够实现功率密度高、穿透力强、精准快速等一些特点，通过采用电子束焊接方式，可以有效地减少热影响区，提升焊接的接头强度，从而更好的避免热裂纹等问题的发生。在采取合理的焊接工艺措施后，接头中的气孔缺陷可得到很好的控制，保证焊缝应具有的力学性能，满足设计使用要求。

1.2电子束焊接的形成机理

电子束焊接所使用的是高能量密度的电子束，而且所有的电子束集中作用，这使得电子束焊接的形成机理与其它的焊接有很大的不同

电子束的焊接的程序是：经过高压加速装置，形成高功率的电子束流，之后使用磁透镜得到很小的焦点，之后经过焊接，电子的动能变为热能，实现焊接的目的。电子焊接的特点是：加热功率密度大，焊接速度快；可以得到合适的焊缝；真空焊接的焊缝有很高的纯洁度；焊接工艺具有很强的适应性；可以焊接很多金属材料；热影响区域很小，变形小。当然，电子束焊接技术也有不足之处，焊接复杂，所需要的费用会比较高；对接头装配的要求比较严格；真空焊接的时候受到工作室的限制，每次都需要重新抽真空；冷却会快速凝固，很容易引起焊接的缺陷；容易受到磁场的干扰。。

1.3特征表现的概括

对于铝合金电子束焊接技术的应用，主要存在多方面的应用特点，可以从材料选用、尺寸大小等各个方面进行分析。一是电子束焊接技术没有引入焊接材料，要求通过待熔体的熔合，尤其是焊缝的纯洁度比较高。二是铝合金电子束的斑点尺寸很小，功率密度非常大，焊缝深度也比较大，在焊接一些较厚的板底时，不需要开坡口，能有效节省材料和能源。三是铝合金焊接的时候，焊接热源的调节温度范围比较大而且易于精确调整，能有效的焊接各种贵重金属，并通过现代技术手段的应用，控制电子束的偏移，并实现复杂焊缝的自动化焊接，具有具有熔透性高、接头性能优良等优点，成为了铝合金焊接的重要方法之一。

2分析铝合金电子束焊接技术实际应用现状和存在问题

2.1铝合金材料结构和特性的分析

在焊接实践中，会碰到形形色色的工件，焊缝结构也各不相同，但总体上可分为：对焊缝、端焊缝、角焊缝（包括穿透焊缝），或区分为直线焊缝、环线焊缝、曲线焊缝、点焊缝，还有等截面焊缝和变截面焊缝等。为了达到最佳焊接效果，焊缝结构和配合间隙的设计至关重要，既要考虑工件（部件）在整机中的作用，又必须满足被焊材料可焊性和具体焊接工艺的要求。所以在实施焊接之前，应该与工程设计人员共同讨论焊接件的焊缝结构，或通过工艺试验确定合理的结构与间隙尺寸。?

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。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。辅助预热和退火。利用电阻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及预热退火工艺的操作。最终达到了良好效果，取得了陶瓷与金属焊接的成功。

2.2焊缝成形的方法应用

通过对焊缝成形的标准化评价，可以知道焊接质量的好坏，因此，焊缝成形是评价焊缝质量的一个重要指标，铝合金电子束焊接由于具有焊缝深宽比大的优势，更能体现出焊缝成形的体征。熔深作为影响铝合金电子束焊接接头性能的重要因素，尤其是在其他参数基本不变的情况下，电子束焊熔深和加速电压U、电子束流Ib成正比，与束斑直径(受聚焦电流If影响)、工作距离D、焊接速度v成反比，据此可以设计合适的工艺参数，确保焊缝成形。采用低加速电压、大束流、过剩热输入和低焊接速度的软焊接规范，确保了铝合金焊接中得到良好的焊缝成形和合理提高，为研究焊缝成形提供新方法。

3探讨铝合金电子束焊接技术的发展情景和规模效益

3.1焊接参数的具体应用

在全面权衡焊接参数之间的制约性基础之上，不断完善设备参数之间的监控系统应用，对电子束流Ib、聚焦电流I、加速电压U、焊接速度v和工作距离D等参数实现实时控制，从设备上确保参数精度控制，为获得理想优化的焊接参数提供保证；另一方面，需要将数据库技术、专家系统、模糊控制技术、神经网络技术等引入到电子束焊设备中，使设备能够具有自调节最优参数的能力。

3.2铝合金电子束焊接技术的基础理论研究逐步深入

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。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。辅助预热和退火。利用电阻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及预热退火工艺的操作。最终达到了良好效果，取得了陶瓷与金属焊接的成功。

3.3数值模拟技术的逐步推广应用

在加强对铝合金电子束焊接技术的监控方面展开研究的基础上，可以采用图像处理技术来检测铝合金电子束焊接的全过程，并通过现代化信息技术的开展，实现对铝合金电子束焊接技术中熔池与焊接质量的相关模型，尤其是是对铝合金电子束焊接过程中检测产生的带电粒子，进行深入的检测，将电子束焊接原理得到进一步的完善和提高。可以有效加强数值模拟技术在铝合金电子束焊接中的作用现显示，完善铝合金电子束焊接的热源模型，推进铝合金电子束焊温度场、应力场、铝合金电子束焊焊缝成形、电子束焊接缺陷产生机理及防止措施等方面的模拟研究工作，并与实际试验相互结合，将其结果用来指导实际情况。

四、总结

从铝合金电子束焊接技术的应用原理和特征表现出发，在全面分析电子束焊接技术的现状，并通过一些其他的焊接技术，譬如MIG焊、TIG焊，搅拌摩擦焊等的实践比较和应用，加大对铝合金电子束焊接技术的深入研究，并不断改善设备管理模式，完善工艺制作技术，更好的推广铝合金电子束焊接技术在各个工业以及其他领域的应用，推动经济社会的快速发展。

参考文献:

[1]杨遇春.铝和轨道交通运输[J].中国工程科学,2008,10(5):79－84．

[2]李慧中,张新明,陈明安等.2519铝合金焊接接头的组织与性能[J].中国有色金属学报,2004,14(6)：956－960．