铝合金电子束焊接技术的研究

【摘要】随着焊接技术的不断提升，尤其是铝合金电子束焊接的全面应用，在航天企业、交通工具等多方面得到了广泛的推广使用。在对铝合金的焊接技术上有了进一步的研究探讨，主要存在有脉冲氩弧焊、焊条电弧焊和气焊等常规方法和电子束焊、激光焊等高能束方法。本文旨在具体分析铝合金电子束的应用特点、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；电子束焊接技术；研究

铝合金电子束焊接技术是当前一种高能束方法，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。通过对铝合金电子束焊接技术中的参数研究、原理分析，进一步掌握电子束焊接技术的应用特点，并在实际中提高焊接技术的效果应用，更好的促进铝合金在航天、交通、机械制作、电工化工等行业中的效果，促进经济效益的全面提高。

一、简述铝合金电子束焊接技术的含义和应用特点

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，通过采用会聚的告诉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。

2、应用原理的概述。通过利用电子枪产生的电子，使被高压电场的速度急剧加大，并经过磁透镜聚焦，形成高密度、高能量的电子流，作用在焊缝处，能量发生转换(动能转化为热能)，使焊缝区的材料迅速熔为一体，在极短的时间内冷却凝固(冷却速度约2200℃／s)，从而实现焊接。

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，焊缝深度也比较宽，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。

二、分析铝合金电子束焊接技术实际应用现状和存在问题

1、接头缺陷的主要表现。尽管铝合金电子束焊解决了铝合金焊接存在的诸多问题，但铝合金焊接仍存在许多缺陷，主要包括气孔、裂纹、焊缝成形不良以及合金元素烧损等。一是针对空心铝球的电子束焊接，分析了气孔和裂纹等缺陷产生的原因。二是对铝合金电子束焊接气孔进行了分析，指出了各参数条件与气孔产生之间的关系。三是研究了5A06铝合金电子束焊接后熔池内Mg元素的分布及其对焊缝硬度的影响，并分析了焊接工艺参数对Mg元素烧损行为的影响。四是对2A12铝合金真空电子束焊接气孔缺陷进行了分析，表明影响焊缝度的主要因素是焊接过程中产生的气孔缺陷，在采取一定的焊接工艺措施后，接头中的气孔缺陷可得到很好地控制，保证了焊缝所需的力学性能。

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2219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、综合技术的全盘运用。尽管铝合金中的某些低沸点元素对诱导小孔的产生起到促进作用，由于其电离能低，铝合金激光焊，金属蒸气易于电离，导致等离子体本身吸收过多激光能量，使得作用于熔池中的激光能量降低，为了消除等离子体的不利影响，通常采取加大保护气体流量、附加侧面喷嘴吹除以及改变工件焊接位置等。在焊接过程中熔池中的金属蒸气和等离子体还会以一定的压力和频率从熔池中喷出，使得熔池底部的金属在激光的直接照射下产生较大熔深。

三、探讨铝合金电子束焊接技术的发展情景和规模效益

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。

2、铝合金电子束焊接技术的基础理论研究逐步深入。在加强铝合金电子束焊接技术的同时，将理论研究作为提升焊接技术水平的一个重要目标，尤其是在当前对铝合金电子束焊接技术的理论研究还不够成熟，有更多不完善的地方，在焊接技术的理论研讨上，将来主要是围绕电子束的流特性、电子束焊本质、电子束焊接熔化原理、参数掌控、冶金结晶过程以及温度控制、热量吸收等多方面展开，尤其是电子束的缺陷机理以及防治措施上进行深入的探讨，在具体操作的基础上，将实际应用与理论研究结合起来，针对当前铝合金电子束焊接技术应用中的问题和短腿，为电子束焊接技术的进一步完善提供厚实的理论支持，并将收到更好的发展前景。

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工况。

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

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