电子束焊接范文

时间:2023-03-09 02:28:57

电子束焊接

电子束焊接范文第1篇

【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

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

电子束焊接范文第2篇

【关键词】真空电子束焊接 工艺参数 焊接质量

真空电子束焊是利用定向高速运动的电子束流撞击工件使动能转化为热能而使工件熔化,形成焊缝。电子束焊接技术因其高能量密度和优良的焊接质量,率先在国内航空工业得到应用。本文针对电子束焊接在生产中遇到的某载重卡车车桥承载大、疲劳强度高进行了分析,解决了产品的焊接质量问题。

1 产品结构及对焊缝的质量要求

图1 车桥结构示意图

桥壳中段是由16Mn板材冲压后焊接而成,轴头是30Mn2铸件加工而成,中段与轴头的焊缝是车桥主要受力焊缝,要求很高的疲劳强度。因此设计为真空电子束焊接结构。这里采用的是止口式嵌入结构,这种结构的目的在于需要达到以下要求:(1)实施熔透焊时焊缝不会低于母材。(2)将电子束焊常有的根部钉尖缺陷引入到不受力的内衬环上。中段与轴头的焊缝根据在垂直弯曲载荷下应力状态的不同,分为中性区、压应力区、张应力区,张应力区不允许存在咬边,压应力区和中性区咬边深度≤0.2mm。(3)不允许表面可见气孔。(4)内部焊缝需100%超声波检验。(5)不允许裂纹、未熔合、未焊透。(6)按图1示,车桥要承受最大载荷P1=320KN,最小载荷P2=20KN,频率f=5Hz,疲劳次数≥120万次

2 产品材料、结构的焊接性分析

车桥的真空电子束焊缝具有很高的质量要求,主要问题如下:

2.1 裂纹

桥壳中段材料为16Mn,轴头材料为30Mn2,从材料的成份可见,这两种低合金钢均有较高的碳当量,尤其30Mn2超过了0.5,在焊接冷却过程易形成淬火组织,使焊接区硬度提高,塑性下降,易出现裂纹。

2.2 气孔

产生气孔的主要原因有:(1)母材中溶解的气体在凝固过程中来不及逸出;(2)零件毛坯中原来存在的气孔缺陷和难于清理的油污被重新卷入焊缝;(3)深熔深焊接凝固过程中体积收缩引起的收缩孔。

2.3 焊偏

焊缝的有效深度为13.6mm,钉尖缺陷引出深度最佳为3~5mm,焊缝总的熔深为17mm~19mm。电子束焊缝通常是很窄的,桥壳批生产加工中零件对接端面的垂直精度要求并不是很高,稍微对不正焊缝就会产生焊偏。

3 产品的电子束焊接工艺

3.1 焊前清理

电子束焊熔深大,产品17~19mm的焊缝深度可一次焊透,无需开坡口,加焊丝。由于产品零件经过冲压、焊接、机加等多道工序,零件表面存在大量的油污、铁锈,对于束焊质量会产生很大的影响,同时,焊接产生的大量油污蒸汽会对真空室造成污染。因此,电子束焊前,应严格对焊接区域附近进行清理,具体步骤如下:

(1)对轴头采用汽油进行整体清洗,去除油污;

(2)对桥壳中段对接面及两侧进行抛光除锈;

(3)装配前焊缝对接面及两侧用无水酒精擦拭;

(4)清理完毕后,应立即装配产品,置入真空室内抽真空保护。

3.2 产品装配方式

电子束焊接是利用小孔效应成型,为防止焊漏、缩孔等缺陷,对接装配间隙的要求十分严格,通常不大于0.1mm。车桥的这种止口嵌入式焊缝结构还要求内衬环与零件内孔的配合间隙不大于0.5mm。

为适应批量生产高效、方便的要求,轴头与中段的装配连接我们采用的是夹具连接方式。

产品的这种拉紧式装配,可以给接头预紧力,焊接时抵消部分焊接收缩时所受的拉应力,降低裂纹的产生几率。另外,足够大的预紧力,可以防止焊缝在焊接过程中受热张开,从而省去电子束焊定位的工序。这里要求装配预紧力矩不小于30Kg・m。

3.3 工艺参数的选择

我们使用的真空电子束焊机,是高真空(2×10-4Tr)中压(60KV)型焊机,可编程自动控制焊接过程。电压值60KV不可调,其余主要设置的焊接参数如下:

3.3.1 工作距离

车桥焊接时,电子枪位于焊缝正上方,实施平焊。有效工作距离范围是:50mm~400mm。在电子束焊接过程中,焊缝金属易挥发和电离,产生的金属蒸汽和飞溅可能进入到电子枪中,对枪体污染或造成高压击穿,为防止金属蒸汽或离子进入电子枪中,工作距离应选择大一些。依据经验,该产品工作距离设定在250mm。

3.3.2 聚焦电流

聚焦电流是调节电子束焦点位置的。焦点位置对于焊缝的成型深宽比影响很大,对于钢材产品大于10mm焊接熔深,通常采用下焦点法聚焦。为实现17mm左右的熔深,同时控制有效焊缝的宽度在2mm以上,依据经验将束流焦点设在焊缝表面下5mm。

3.3.3 扫描方式

电子束可以通过扫描方式控制束流的能量密度,从而控制焊缝成型。轴头材料碳当量较高,易造成裂缝缺陷,在保证产品焊透,同时控制热输入,应选择能量密度偏低的圆形扫描方式。此方式可以使小孔呈圆柱形下潜,焊接受热区域较大,整个焊缝熔宽接近,避免液态金属凝固过快,可防止裂缝的生成。

3.3.4 焊接速度和焊接电流的匹配

我们利用产品模拟焊接试样分别进行了多组低速小电流和高速大电流的试验对比,结果如表:

可见低速小电流的焊接效果非常理想,可以达到焊缝质量控制要求。

3.4 焊缝整形

为避免应力集中,车桥表面焊缝的要求是很高的,必须采用散焦小束流的方式进行外观焊缝整形焊接,使焊缝圆滑美观。

4 补焊

焊缝质量经超声检验后,如不满足车桥质量控制标准,可对焊缝进行全长或局部电子束重熔补焊,消除缺陷。补焊时为保证溶深,应将缺陷处的焊缝余高打磨平。

5 工艺实施效果

(1)利用制定的焊接工艺进行了一万多件车桥的焊接,经100%超声检测,只有8.2%车桥一次焊接不合格,产品质量稳定,完全能够满足批量生产焊接的要求。

(2)对每1000根车桥抽检进行疲劳强度的测试,均能满足要求。

6 结语

通过对产品结构及材料认真的分析,利用焊接模拟试样,确定了合理的焊接参数,采取焊接前认真清理、拉紧式装配等措施,应用真空电子束焊接技术,成功焊接了载重车桥,焊缝内在质量满足要求,表观焊缝成型美观,为真空电子束焊接在车桥批量生产中的应用奠定了基础。

参与文献:

[1]中国机械学会焊接学会.焊接手册[M].第二卷.北京:机械工业出版社,2004.

电子束焊接范文第3篇

【关键词】电子焊接;电子束;工业

一、电子束焊接的特点

因为是由于电子束是由于高密度电子的聚集而产生的,所以在电子束用于焊接时会使得焊接产生的融化小孔有所变化,根据融化小孔的变化可以推断出电子束焊接时的真空度的大小。由此可以将电子束焊接分为三个种类高真空焊接、低真空焊接和非真空焊接。电子束焊接中电子束的形成是经过高压加速器进行高压加速,在通过内部的磁透镜进行汇聚进行成束,在竞夺关口被发射出来,在电子束在碰到真空或非真空焊接构建时具有相当大的动力,在接触瞬间动能转化为热能,形成极高温度进而将金属消融,达到焊接的作用。其中关于电子束的特点主要具有以下几个方面:

1、电子束焊接技术能偶产生相当之高的温度,能够融化任何材料,并且焊接速度快。链接时主要依靠的时材料之间的自我融合。

2、电子束由于是在真空环境中进行焊接,早根本上防止了其他氧化杂杂质的参与,提高了焊接部件的纯度。

3、由于电子束中电子含有的能量极高,所致温度够高,所以加工的构建焊缝深且窄,并且对于构建的形状影响较小。

4、由于电子束的束宽小,所以在进行换位焊接时较为方便,并且因为如此他在焊接精细部件上拥有极大的优势。又由于他温度极高,所以又可焊接熔点高的材料。尤其在航天领域应用极为平常。

5、能量高、束宽小。焊接成效快,对于手边几乎无影响。

二、电子束焊接在电子和仪表工业中的应用

电纸书焊接被应用最为广泛的两个行业就是电子加工行业和一起工业,因为这些红叶在焊接器材才要求的焊接纯度较高,只要在高真空度的电子书焊接技术才能够达到相关标准,所以在这些工业中电子束焊接技术占有着重要的地位。

1、电子元器件焊接

(1)精密电子元器的焊接

由于电子元件太过精密导致在焊接过程中要时刻注意是否对周围造成影响,这种情形形下采用电子束焊接技术的话就能很好的比秒对于周围精密部位的影响,而且焊接温度也能够达到电子元件的要求。他能够极大的提高产品的生产率。

(2)特殊工件的焊接

在电子工业中一些部件的整体焊接难度过大,一般对于这种情况就采取分开焊接的手段,在组合成型。

2、仪表元件的焊接

(1)传感器的封装焊接

在对一些微小部件机型加工时候,需要的焊接技术相当苛刻,同时还要保证焊接环境的密封性能好和对于焊接部件形状损害较轻的。特殊者还会对局部的问题有特殊的要求。

(2)封装焊接

对于在焊接过程中有真空度要求的焊接工艺电子束焊接技术拥有着先天上的优势。即一些仪表期间的封装焊接。还有一些超导材料的焊接由于材料的特性,不允许杂质的混入,这个时候真空焊接技术正好使用。

三、电子束焊接在工业中的应用

1、飞机和航天飞行器

电子束已被用来将钛锻件焊接成新型直升机的转翼,现代战斗机的机翼箱等。发动机上一些其他部件如透平罩、压缩机箱体以及飞机的燃料驱动系统和着陆起落架等也都采用了电子束焊接。

由于电子束焊接的变形和热影响区小,已被用于航天飞机发动机的装配焊接,如主燃烧室、热气歧管、高(低)压燃料涡轮泵、高(低)压氧化剂涡轮泵、燃料预燃烧室、氧化剂预燃烧器等间的焊接。

2、发电设备

电子束焊接以其独有的优点正在发电设备的制造方面取代传统的焊接方法。如美国、日本等国家都已使用真空电子束焊接取代埋弧焊工艺焊接汽轮机定子和汽轮机导向叶片。使用埋弧焊需要几天才能完成的焊接,使用电子束焊接后仅需几个小时就能完成。

3、汽车工业

使用电子束焊接方法焊接汽车后桥,省去了坡口的制作的准备。由于在真空条件下施焊,电子束焊接大大地清除了产生气孔、裂纹、夹渣等这些缺陷的可能,强度得到了保证,获得了极佳的经济效益。此外,真空电子束焊接还用来焊接汽车驱动轮、扭矩变换器、行星齿轮支座、飞轮、滑叉等,都取得了前所未有的效果。

4、电子元器件

随着现代工业对电子线路和元器件的要求越来越高,电子束焊在电子行业发挥着越来越重要的作用。真空电子束用来焊接密封晶体管已取代钎代焊焊接晶体管连接接头。有些电子线路和元器件要求其焊缝在焊完后继续保持在真空密封装置内,焊缝不得有腐蚀性杂质,电子束焊接正是满足这种要求的最有效方法。

5、机械基础件

电子束也用来焊接有特殊要求的机械基础件,如轴、轴承、齿轮、金属带锯、双金属带等。对于硬度极高的金属的切断,使用电子束,可将高速钢型材焊在柔韧的载体带上。适当选择高速钢型材宽度,使得铣锯齿时,齿间,即断裂危险区位于柔韧性载体带上,这样,就能使高速钢齿尖达到最佳硬度,带锯能在最佳经济效益下实现最大负荷。

6、核工业产品

电子束焊接最早应用于核工业产品部件,近些年来,在这一领域得到更充分的发展。如:一种核工业多种用途的真空电子束焊机,在离子推进系统中,它应用于难熔、耐蚀金属的焊接和不同金属之间的连接,焊缝无裂纹和泄漏,变形也相当小。

四、总结

随着工业发展的不断进步,各种高精尖设备的生产将极大的服务人类社会,但是在这背后趋势对于这些高精尖技术的加工工艺拥有了更加苛刻的要求。电子束焊接技术能够满足现阶段所有的高精尖技术的焊接要求,这使得他在各个工业领域中得到了极为广泛的应用。并且在其他正在研究的行业中也发挥出他独特的作用,如原子、航天、核工业等等。这使得各个国家都在电子束焊接技术的开发研究上投入了大量的人力物力。我国在电子束焊接技术的研究方面也已经在不断的在加大力度,争取在世界范围内保持着领先的地位。但是由于电子束焊接技术涉及到了与金属块之间的物理化学作用,导致在现阶段的研究上面没有取得较大的突破,但是这又不断的研究分析现阶段手中的资料以及透彻分析局限性,我想在不久的将来我国关于电子束焊接技术的研究一定能够取得里程碑式的突破。

参考文献

电子束焊接范文第4篇

关键词:电子束焊;多工位焊接;自动控制

中图分类号:TG506 文献标识码:A

电子束焊机工作时需将工作仓抽真空,达到工艺规定的真空度才能进行电子束焊接工作。在较大的电子束焊机上焊接小型零件时,抽真空时间所占比例非常大,可达焊接工作周期的80%。为提高小零件的焊接效率,本文设计了多工位电子束焊接装置,工作时可同时装夹多个零件,在一次抽真空后由原来只能焊接一个零件变为焊接多个零件,使工作效率大大提高。

1 总体方案设计

根据焊接零件的尺寸及设备的工作空间,多工位焊接装置由分度机构和夹头转动机构组成。焊接时零件旋转的动力由焊机转盘夹头输入,通过齿轮传动系统带动零件旋转。传动系统的输入、输出齿轮啮合尺寸完全相同,保证零件旋转速度与电子束焊机转盘夹头一致,分度时还可使零件通过自转与公转始终保持装夹时的垂直位置。工位转换由伺服电机带动分度盘实现。控制系统可实现定角度的自动分度,也可实现任意角度的手动分度。分度机构由伺服电机、传动机构、分度盘、底座组成。当一个工作位置的焊接工作结束后,分度转盘由伺服电机带动转到下个焊接工作位置。为保证分度过程的平稳,分度盘的旋转速度设计为2rpm。分度角度可预先设置,由控制系统控制伺服电机自动完成预设角度,如需做调整,也可使用设备的手动调整功能,实现正反方向任意角度的手动微调。根据零件细长的外型特点,在设计中采用了主动齿轮与被焊零件分布于分度盘两侧的结构方式,以节省空间,采用专用夹头或通用性很强的自定心三爪卡盘夹持零件,保证零件回转时的精度。

2 多工位焊接装置的控制

多工位焊接装置采用伺服系统实现分度角度、转动速度的控制,同时设置了手动调节控制功能,实现任意方向任意角度的手动调节。分度控制系统设计时选用了带有制动器的伺服电机,保证分度精度及分度后的位置锁定不变。当一个工位的焊接工作结束后,启动分度控制系统,控制系统根据预先置入的分度角度参数及分度转速参数驱动伺服电机自动完成从一个焊接工位到下一个焊接工位的转换。在进行多工位电子束焊接时,同时焊接多个零件,为使操作者更好地了解目前焊接零件的位置,控制系统中还设置了工位显示器,提示操作者目前正在进行焊接的工位。

2.1 控制系统的组成。控制系统由PLC、伺服电机驱动器、伺服电机、操作单元、显示单元等组成。其中PLC选用CP1H-XA40DT-D, 是小型一体化、高功能的可编程序控制器。伺服电机选用MADDT1205交流伺服电机,伺服电机驱动器选用与之相配的MSMD012P1V。由于本装置是独立于电子束焊机,无法构成闭环控制系统,所以只能靠高精度的伺服电机来保证精度。MADDT1205交流伺服电机它内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。

2.2 主回路与控制回路。控制系统的电气原理如图1所示。

2.3 电气原理图。HL1为电源指示灯,当QF1闭合后,电源指示灯亮。SB1为给PLC和伺服电机驱动器供电的按钮,按下SB1则继电器KM1吸合,PLC和伺服电机驱动器得电,可以进行对多工位焊接装置的操作。HL2为可以对多工位焊接装置操作的指示灯。SB2为切断PLC和伺服电机驱动器电源的按钮,按下SB2则无法对多工位焊接装置进行操作。两个电源分别为伺服电机驱动器和PLC的24V电源。HL3和HL6分别为他们的指示灯。

2.4 伺服电机驱动器与分度控制。伺服电机驱动器有位置、速度和转矩三种控制方式。我们选用的是位置控制方式,在这种控制方式下,位置信号输出一个脉冲,伺服电机旋转一个角度(由用户自己定义,本文选用一个脉冲旋转60°)。COM+和COM-为伺服电机驱动器的24V电源接口。ALM+,和ALM-为伺服电机驱动器报警信号输出端口,它们之间为一常闭触点,当伺服电机驱动器产生报警后,触点断开。SPV-ON为伺服使能开关,当不需要控制伺服使能时可以长接电源负极。PG为旋转编码器,用来保证伺服电机的精度。分度盘的旋转是由伺服电机带动的,在位置控制方式下,伺服电机驱动器每接收到一个脉冲信号,伺服电机旋转60°,通过减速机带动分度盘旋转一定角度。减速机到分度盘的总传动速比为595×41/20=1219.75。从一个工位转换到下一工位,分度盘旋转45°,伺服电机需旋转1219.75×45/360 =152.47(圈),则位置信号需要发出的脉冲数应为152.5×360/60=914.8(个)。经现场检测验证,使分度盘旋转一个工位需要915个脉冲,与理论计算值相同。

2.5 PLC系统。本系统共有5个开关量输入,5个开关量输出PLC的。通过程序编写实现多工位装置定角度的自动分度,也可实现任意角度的手动分度。按下按钮,分度装置就会旋转一个工位,系统拥有急停按钮、微调旋钮、分度允许指示灯、分度禁止指示灯。

结语

多工位电子束焊接装置最多可同时装夹八个零件,可实现预置角度的自动分度和任意角度的手动分度及工位显示,抽真空时间大幅缩短,加工效率大幅度提高,对小型零件的电子束焊接具有广阔的应用前景。

参考文献

电子束焊接范文第5篇

[关键词]TC4钛合金;电子束焊接接头;力学性能

中图分类号:V45 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)06-0267-02

1、引言

21世纪高推重比发动机要求减轻结构重量,降低研制和制造成本,这对制造技术提出了更加苛刻的要求,使发动机结构工艺性更加恶化,其中整体叶盘制造技术是高推重比发动机的关键制造技术。由于整体叶盘的重量较轻,强度较高等原因,在航空领域占有重要地位。钛合金电子束焊接作为其中一种制造方法,具有研究价值。

朱蕴卿等人采用超声法测量焊接接头上母材区域到焊缝区域弹性常数的变化规律并量化近焊缝弹性模量异常区域的宽度,取得理想的结果。尹丽香0等人通过室温冲击、室温拉伸、室温缺口拉伸、高温拉伸、持久拉伸及显微硬度等力学性能试验和金相显微组织分析、断口扫描分析等,对TC4钛合金电子束焊接接头的组织和力学性能进行了分析和研究。这些研究对设备的要求高,周期长。

硬度实验是一种简便的力学性能测试方法,为了能用硬度实验代替某些力学性能实验,本文通过TC4电子束焊接接头的拉伸实验、显微硬度实验量化TC4钛合金电子束焊接接头的区域长度和力学性能特征,建立并验证了TC4电子束焊接接头的抗拉强度与硬度的关系模型。

1、显微硬度实验

试验用材为10mm厚的锻造的TCA合金(Ti 6A~4V)板材,采用瑞士CSM压痕测试仪测试钛合金板的显微硬度。图1为显微硬度测试方案,保载时间5s,载荷500G,测量间距为0.1mm。

从图2可见TC4电子束焊接接头显微硬度测试结果。由图中可以看出:TCA电子束焊接接头由三个区域组成,分别为焊缝(Fz),热影响区(HAZ)以及母材(BM)。焊缝的硬度最高,热影响区作为过渡区域硬度梯度很大,母材的硬度最低(见图1、2)。

2、室温拉伸实验

通过室温拉伸实验获得母材、焊缝以及焊接接头的拉伸性能以期为验证强度和硬度模型提供实验数据。

实验前准备3种试样,分别为焊接接头、母材和焊缝的试样,如图3所示。按GB/T228-2010标准制作,试样的形状和尺寸如图4所示,板厚2mm。室温拉伸实验在Zwick/Z150电子万能材料实验机上以受控的速度施加轴向拉伸力直至试样断裂。试验温度10~30℃,温度波动不大于2℃,湿度不大于80%。

表1、2、3分别为焊缝、母材、焊接接头的室温拉伸结果。

由图5可知,焊接接头试样在母材区断裂。对比表2和表3可知,焊接接头中的母材比纯母材的抗拉强度高。这表明:虽然焊接过程中产生的热并没有改变母材的微观组织,但是改变了母材的力学性能。从广义上说,焊接结构中的母材也可以定义为热影响区。

对比表1和表2可知,焊缝的抗拉强度和屈服强度均大于母材况图4、5、6)。

3 TG4钛合金的硬度与强度关系模型

Toshio ENJO[51等人通过实验获得不同热处理温度下TC4钛合金的硬度.和强度的分布情况,(如表4)。

拟合TC4钛合金在不同热处理温度下强度和硬度值,即可得到强度与硬度的关系模型:

其中бb代表抗拉强度,hv代表维氏硬度。

根据TC4电子束焊接接头的显微硬度和室温拉伸实验和可知:焊缝的抗拉强度均值为1016Mpa,

硬度均值为370.75HV。由(1)式估算焊缝的抗拉强度为996Mpa,误差为1.97%。

4、结论

(1)TC4钛合金焊接接头的微观硬度试验表明:焊缝的硬度最高,热影响区作为过渡区域硬度梯度很大,母材的硬度最低。

(2)本文参照相关试验标准制定了TC4钛合金力学性能的测试方案,并测试了焊接接头的力学性能。试验表明:焊缝的抗拉强度和屈服强度均大于母材;虽然焊接过程中产生的热并没有改变母材的微观组织,但是改变了母材的力学性能。

电子束焊接范文第6篇

关键词: 电子束焊接设备;电气安全;电子枪系统;真空;性能试验

中图分类号: TP242.2,TH115

Acceptance scheme design of electron welding equipment

Chen Heng1,2,Shi Chunbiao1,2,Yu Wei1,2

(1.Institute of Mechanical Manufacturing Technology, China Academe Engineering Physics, Mianyang 621900,China;

2. National Machine Tool Production Quality Supervision Testing Center(Sichuan), Mianyang 621900,China)

Abstract: A systemic and comprehensive program was designed to check the electron welding equipment from safety, capability and work performance. How to test a electron welding equipment was designed from electrical safety, electron gun system, vacuum system, work performance and other aspects. It provides a reference for the developers of electron welding equipment during their designing work.

Key words: electron welding equipment; electrical safety; electron gun system; vacuum; performance test

1.2^缘电阻试验

绝缘电阻试验的主要目的是验证机床动力电路、控制电路中相线/部件相对于外露可导电部分的绝缘能力,评判机床防漏电水平。该试验主要参考标准为GB/T 26675―2011[3]。机床电气系统绝缘电阻试验主要包括整机测试、动力电路测试以及控制电路测试,在机床验收中主要以整机测试为主。整机测试方法为在保护接地导线和电源端子间施加DC500 V电压,稳定后测量绝缘电阻,其难点在于对测试机床电气结构的调整。一般情况下,需对电气结构作如下调整:断开浪涌保护器件、用短接线短接动力电路的所有执行部件的控制电器(接触器、继电器、空气开关等),使动力电路处于接通状态;短接变压器的初级与次级;断开控制电路与保护联结电路的连接等。

[BT2]1.3耐压试验

耐压性能是考核机床绝缘的一个重要指标,当外界电流出现高压渗入时仍能确保电路对设备的良好绝缘,防止设备在运行中被击穿,造成触电或其它事故。耐压试验只针对动力电路,且必须在绝缘电阻试验通过的基础上才能进行。试验在外部保护接地端子PE和相线之间进行,试验电压在10 s内从0 V上升到1 000 V,并保持5 s,如果没有发生击穿现象,则符合试验主要参考标准GB/T 26676-2011[4]要求。另外,外绝缘破坏性放电电压与试验时的大气条件有关,放电电压随空气密度增加而升高。为保证耐压试验结果的准确,不应在图1所示的温度和湿度阴影区域外进行耐压试验。

除此之外,电气安全项目中还有一个特别值得注意的地方是高压电源的安全防护。高压电源是电子束焊接设备的主要部分,它为电子束焊接设备提供加速电源和偏压电源。研究表明,高压电源在工作时,电源的内部会产生过电压或过电流以致损坏电源或IGBT,[HJ]因此必须采取保护电路来保证电源的安全工作[5]。高压电源保护电路应包括过压保护电路、梯度上升及下降电路与过电流保护电路。

[BT1]2电子枪系统

电子枪系统是整个电子束焊接设备的核心部分,其性能能够直接反映整个电子束焊接设备的好坏,是验收的关键环节。通过对于标准的分析与所内多年使用、维护经验指导,总结出以下几个电子枪系统重点检测项目:加速电压、束流、聚焦电流等。

根据标准《Welding-Acceptance inspection of electron beam welding machines-Part 1:Principles and acceptance conditions》 ISO 14744-1中规定。表2中给出的检测项目限值是根据国外多年测试数据积累给出。若无特殊要求,以下限值的设定能够为电子枪系统的性能评判提供准确、可靠的基准。

电子枪系统参数的测量一般是通过引出测试点进行测量。根据ISO标准,测量时,各参数应该进行如下配置。

(1)纹波:加速电压和束流的纹波应该在如下参数配置情况下分别测量。①额定最大加速电压+额定最大束流;额定最大加速电压+0.5倍额定最大束流;额定最大加速电压+0.1倍额定最大束流;②额定最小加速电压+额定最大束流;额定最小加速电压+0.5倍额定最大束流;额定最小加速电压+0.1倍额定最大束流。聚焦电流的纹波应该在额定最大值与额定最小值两种情况下分别测量。

(2)稳定性:加速电压、束流以及聚焦电流的稳定性应该在如下参数配置情况下测量:额定最大加速电压+0.1倍额定最大束流+0.5倍(额定最大聚焦电流+额定最小聚焦电流);连续运行时间不少于30 min。

(3)重复性:加速电压、束流以及聚焦电流的重复性应该在如下参数配置情况下测量:0.5倍(额定最大加速电压+额定最小加速电压)+0.5倍额定最大束流+0.5倍(额定最大聚焦电流+额定最小聚焦电流);开关5次进行重复测量。

[BT1]3真空系统

真空系统一般包括电子枪真空系统(分子泵前级泵、分子泵)、室低真空系统(旋片泵、罗茨泵、低真空阀)、室高真空系统(扩散泵、高真空阀)以及挡板阀、放气阀、真空测量仪器等,它主要用于维持电子枪和真空室的真空状态,以满足零件焊接的需要。

[BT2]3.1真空度

从电子束的加工工艺来说,焊接质量很大程度上取决于真空系统的环境。真空度的提高不但可以减少高速电子束的减速和阻尼现象,而且抽真空的效率对电子束的整个加工时间起着决定性的作用[6]。真空系统的真空度和抽真空时间的评判可以参照表3中的要求进行。

3.2真空系统噪声

真空系统的组成必然决定了其在运行过程中会产生大量的噪声,然而噪声是一种影响十分广泛的环境污染,对人的生理和心理都有严重影响。特别是在企业的机加车间,机床的噪声危害很大,如果达到80 dB(A)以上,将对工人的听觉健康、注意力和情绪造成严重威胁[7]。文中借鉴GB/T 9061―2006 《金属切削机床通用技术条件》中的方法使用2型声级计,按照图2测试点位置进行测量,噪声水平不应超过80 dB(A)。

除此以外,真空室的真空度保持能力也

是评判真空系统性能的重要指标,以真空泄漏率表示。具体试验方法为:首先测量真空室容积V;当真空室达到工作真空度后,读取真空度P1,时间t1;停止真空泵对真空室抽气;经过一定时间t2(一般为12 h)后,读取此时的

式中:V为真空室容积,单位为m3;P1与P2分别为停止真空泵前后的真空室庋梗单位为Pa;t1与t2分别为停止真空泵前后读取真空室气压的时间值,单位为h。

4性能试验

4.1空运转试验

电子束焊接设备在验收的时候需要进行空运转试验,检测各项功能是否正常。其空运转试验可按照表4进行。

4.2负荷运转试验

负荷运转试验应在空运转试验合格后进行,并对其工作台最大承载试验、连续焊接试验等项目进行检测。焊缝电子观察系统的性能检测也在此阶段进行,以能否清晰观察到焊缝位置为判定标准。[FL)]

传动轴在全行程内移动,进给和回退动作应灵活,限位可靠,无爬行现象。检验手轮(柄)操纵力及其反向空程量。

(1)电器检查:通电后检查各指示灯、显示器、继电器、接触器等的工作状态是否正常。操作程序按使用说明书;

(2)电源参数检验:真空电子束焊接设备的供电电源应是三相动力电源系统,且网压波动不能超过±10%;

(3)急停器件急停动作试验5次,应符合GB 5226.1的规定。

控制系统功能试验[]

控制系统应进行如下试验:

(1)多轴运动;(2)灯丝加热优化;(3)高频扫描;(4)焊缝成形;

(5)其它。

工作液系统试验[]在设计规定的最高工作液压力下,应符合以下要求:(1)容器、泵、阀、管路、管接头处不应渗漏;

(2)压力和流量调节装置应灵敏、可靠;压力表和流量表指示应灵敏、正确。[BG)F][HT]

4.3几何精度

电子束焊接设备精度检验应在负荷运转试验前进行,试验后须复检精度(可根据情况抽查某些项目)。电子束焊接设备几何精度检测包括工作台x向(y向)运动在水平面的直线度、工作台x向(y向)运动在垂直面的直线度、转台径向跳动以及转台端面跳动等项目。检验过程中不应调整影响机床性能、精度的机构和零件,否则将对复检精度产生一定影响。

[BT2]4.4试件评定

电子束焊件检验项目主要包括力学性能、外观质量、内部质量和致密性检查四部分[8]。焊件最大深宽比能够集中体现电子束焊接设备的工作性能,因此将其也作为评判焊接质量的关键指标,且高性能的电子束焊接设备焊件最大深宽比能够达到20∶[KG-*2]1以上。

4.5其它

电子束焊接设备检测除了需要完成上述的几个主要项目以外,还存在一些其它需要重点检测的内容,例如真空室尺寸、电子束偏转控制装置、运动系统、控制系统、冷却系统等。这些都是能够直接影响设备是否合格、能否顺利通过验收的重要因素。

5结束语

提出从电气安全、电子枪系统、真空系统和设备性能等方面对电子束焊接设备进行检查验收,是对长期开展电子束焊接设备检测活动的总结。检测项目根据国家及国际相关标准梳理,项目齐全,条理清晰,检测方法可行。为今后电子束焊接设备设计人员提供了系统的依据,有利于电子束焊接设备市场朝着更加正规、标准的方向发展。

参考文献

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[7]宋敏. 机床噪声的防治研究[J].时代农机,2015(3):63-65.

电子束焊接范文第7篇

关键词:高温合金; 电子束焊; 时效热处理; 微观组织;力学性能

中图分类号: TG156

Abstract: The effects of the “twoeight aging” and “shortaging” processes on the microstructure and roomtemperature mechanical properties of Inconel 718 matrix and welding joints were studied. The casting structure morphology was obtained in the welding joints and the γ″ and γ′ reinforcing phases were precipitated in the dendrite crystals. The main dendrite was long and straight. However, the short and straight subdendrite crystals containing δ phase were precipitated on both sides of the main dendrites. The metastable γ″ phase was transformed into the stable δ phase because of the higher temperature of the “shortaging” process. As a result, the microhardness and the strength were lower than those of the “twoeight aging” process, and the elongation was not changed.

Key words: hightemperature alloy; electron beam welding; aging treatment; microstructure; mechanical properties

0前言

Inconel 718是镍基高温合金,具有良好的抗热疲劳、抗氧化和冷、热加工性能,并在650 ℃具有较高的强度和良好持久、疲劳性能[1-2]。被广泛应用于制作航空发动机的气压机盘、涡、机匣和叶片等高温结构部件。

Inconel 718高温合金的热处理方式主要由固溶处理和时效处理两部分组成。经固溶时效处理后析出体心立方γ″ 和面心立方γ′沉淀强化相。其中亚稳相γ″(Ni3Nb)是主要强化相,γ′为辅助强化相(Ni3AlTi)。另外,δ相(Ni3Nb)为γ″相的平衡稳定相,在一定条件下γ″会转变为δ相。采用不同的热处理工艺可使合金获得不同的组织结构,且合金中γ′,γ″和δ相具有不同的形态和体积分数[3-4]。因此使合金呈现不同的力学和蠕变性能等。目前,对该合金的时效研究主要为标准的“双8时效”制度[5],而且多集中于对母材的热处理相变和组织性能研究[6-8],对焊缝的时效组织变化规律研究很少。最近,美国通用电气公司在某份研究报告中针对Inconel 718高温合金提出了“短时效”的热处理制度[9],因此采用两种时效制度进行对比研究,分析其对焊缝和母材的微观组织、相组成和显微硬度的影响规律,为Inconel 718产品焊后热处理提供依据。

1试验材料及工艺

Inconel 718 合金铸锭经开坯、锻造成420 mm×200 mm的锻件。铸锭的高温扩散退火工艺为:1 160 ℃/24 h+1 190 ℃/72 h。锻件采用真空感应+真空自耗的双联冶炼工艺,再经等温锻造而成。初锻温度为1 100 ℃,终锻温度为950 ℃。合金的化学成分如表1所示。

采用线切割工艺从420 mm×200 mm的合金锻件上直接切取若干规格为150 mm×80 mm×4 mm试件用于电子束焊接试验。电子束焊接设备为K49G150CNC型高真空电子束焊机,焊接前试件装夹结构如图1所示。焊接参数如表2所示。

焊接完成的试件分别采用两种时效处理方案:

(1)“双8时效”制度:720 ℃±6 ℃并保温8 h,以(45~65)℃/h冷却速度到620 ℃,并在620 ℃±6 ℃保

温8 h后空冷。

(2)“短时效”制度:真空加热到760 ℃±14 ℃并保5 h,炉冷至649 ℃,在649 ℃±14 ℃保温1 h,空冷至427 ℃以下。

采用上述制度处理的时效试样经研磨抛光,沿焊缝两侧对称测量显微硬度。然后腐蚀试样在金相显微镜下观察,腐蚀剂为:80%HCl+13%HF+7%HNO3。

电子束焊完成后,沿着垂直焊缝方向将板状试件切成规格为120 mm×32 mm×4 mm的若干试样条,并按ASTM E8/E8M―2015a标准加工性能试样,进行室温力学性能检测。

2试验结果

2.1两种时效热处理的母材金相组织

Inconel 718合金经两种时效热处理后的低倍组织如图2所示。热处理前后的基体晶粒尺寸接近且比较均匀,为10~20 μm。采用“双8时效”和“短时效”热处理后的晶界平直。从图2b和图2c发现两种时效处理后的晶内都有细小的粒状和针状晶体析出。

2.2两种时效热处理工艺的焊接^微观组织

经过两种不同时效热处理后,Inconel 718合金试件电子束焊缝、热影响区附近的低倍组织照片如图3和4所示。从图3和图4显微组织照片发现,采用“双8时效”和“短时效”热处理后,熔合线附近晶体为短小的胞状枝晶(图3(Ⅱ)和图4(Ⅱ)区),整个焊缝中心区都呈现清晰的定向生长的树枝晶,主干细长而挺直,二次枝晶短而直,树枝晶的生长方向与焊缝中心的温度梯度垂直,一直生长到焊缝中心处相交,没有等轴晶出现。而且,两种时效热处理后的焊缝上表面和下表面的枝晶相比,焊缝上半部分的枝晶都更加细长。

图4采用“短时效”制度处理后焊缝的微观组织照片干两侧沿垂直枝晶中轴线方向析出短而直的二次晶。而且,“短时效”热处理后树枝晶和二次晶生长比较粗大,呈现鱼骨状结构。

2.3两种时效制度热处理焊接接头的力学性能

2.3.1时效热处理后的室温力学性能

表3中列出了两种时效热处理后焊接试件的室温力学性能。“短时效”热处理的焊接试样强度略低于“双8时效”的焊接试样强度。两种热处理后的延伸率基本没有明显变化。

2.3.2时效热处理后的显微硬度

显微硬度是一种压入硬度,反映被测物体对抗硬物体压入的能力。在进行相分析过程中,通过测量显微硬度来确定所观察组织的种类和性质。在电子束焊

接过程中,焊缝金属经历快速熔化和凝固过程,为铸造组织状态。远离焊缝的金属母材保持原有组织状态不变,而靠近焊缝附近一定范围的金属受到焊缝处热量输入的影响,经历一个固态相变过程。虽然相变区内组织形貌没有明显变化,但是由于相变导致晶界已经出现较大间隙,对抗压入的能力减弱,反映为显微硬度下降。因此焊缝两侧显微硬度变化,可以判断出热影响区的大小。热影响区都是焊接接头内性能薄弱处,因此热影响区大小对焊接接头设计有重要意义。

Inconel 718高温合金电子束焊接头显微硬度的测量方法为,从焊缝中心到两侧间隔一定距离对称打点检测,直到硬度值基本无变化。图6分别是两种时效热处理前后接头两侧显微硬度的变化趋势曲线。

从图6a可以发现未进行热处理的显微硬度从焊缝到母材逐渐增加。焊缝区的硬度最低为280 MPa左右,母材处的硬度最高为380~400 MPa。在焊缝和母材的中间存在一个约为1 mm的硬度逐渐升高区域。说明热影响区宽度约为1 mm。经过两种时效热处理后,焊缝到母材的显微硬度均匀一致,基本保持在450~480 MPa左右,采用“双8时效”热处理接头显微硬度比“短时效”热处理后的硬度略高20 MPa左右。

3分析与讨论

通过上述试验结果发现,不论是采用“双8时效”制度还是“短时效”热处理工艺处理,Inconel 718合金母材中γ基体相中析出较多针状和粒状晶体,多分布在晶界附近。这些针状相是富含Ni、Nb、Cr和Fe等元素的δ相[10]。在高温时效过程中,Nb原子发生扩散并重新分布,促使γ″(Ni3Nb)相依附于γ′相形核析出并长大。随着时间延长,γ″相数量逐渐增加,γ″(Ni3Nb)转变为δ(Ni3Nb)相,δ相起始于晶界,相互平行,并长大成粒状和针状形貌。

在进行电子束焊接时,热源集中,焊缝金属经历快速熔化和快速凝固过程,冷却速度大,因此焊缝区出现铸态组织特征,晶体为定向生长的枝晶形态[10]。从图3和图4中可以看出,采用不同的时效热处理工艺,接头处熔池开始凝固时,

都是在熔池边缘的温度梯度最大,同时此处为晶体形核提供了大量形核位,形核密度大,因此晶体生长速率小,从而形成胞状树枝晶。从熔池边缘到中心的晶体形貌均为细长的树枝晶与短而直的二次晶。这是由于从熔池边缘到中心的温度梯度逐渐减小,生长速度加快,形成方向性明显的树枝晶。随着树枝晶的生长析出,枝晶间的溶质浓度增高,成分过冷逐渐增加,故在树枝晶上横向析出二次枝晶。由于熔池的冷却速度较快,二次枝晶只能生长较短距离,最终形成主干细而长,横向二次晶短而直的微观组织形貌。

图3a和图4a呈现的金相组织显示焊缝上半部分的枝晶相对焊缝下部的生长更加充分,且呈细长的晶体形貌。这是由于电子束焊是高能量密度的焊接方法,可使被焊金属迅速熔化和蒸发形成焊缝。因此焊缝上部的金属熔化并伴随着液态金属的蒸发,导致焊缝上半部分的合金元素烧损相对较多。而下半部分焊缝在上部金属蒸气的反作用下,金属被排开,同时合金元素烧损蒸发受到一定抑制,有益合金元素Ti、Mo等烧损相对较少,细化晶粒作用加强,因此焊缝下部的晶粒相对细小。

图5可以说明,熔池冷却期间,枝晶两侧Cr和Fe元素富集。而δ相是富含Ni、Cr、Fe等元素的析出相,因此时效处理时促使δ相沿特定方向择优生长成针状形态。“短时效”热处理温度为760 ℃高于“双8时效”处理的720 ℃,从晶体动力学角度有利于晶体析出和长大,因此焊缝内树枝晶和二次晶体比“双8时效”后焊缝区晶体更加粗大。

焊缝区金属经历电子束焊接重新熔化,超过其固溶温度(960 ℃),母材中原有的强化相γ″、γ′重新溶入γ奥氏体组织中,导致焊缝区的硬度最低。在近缝区固态金属受焊缝热量影响发生相变,晶界出现增宽和松动,远离焊缝区影响逐渐减小。因此从焊缝到母材,显微硬度逐渐增加。经过时效热处理后,强化相在焊缝和热影响区都均匀析出,因而显微硬度与母材一致。

“短时效”的温度为760 ℃,有利于Al、Ti、Mo、Nb合金元素的析出,因而γ′(Ni3AlTi)和γ″(Ni3Nb)强化相析出能力提高。但γ″是亚稳定相,在高温下容易转变为δ相,从γ″相(Ni3Nb)到稳定的δ相(Ni3Nb)为体心立方结构到正交结构的转变,随着δ相长大,与基体失去共格界面,其晶格畸变强化作用减弱。另外,由于“短时效”的温度比“双8时效”温度偏高,从γ″相转变为δ相的晶格势垒小,故δ相的数量相对增加,过多的δ相会消耗大量固溶强化元素,削弱了基体强度,导致试件的抗拉强度和屈服强度呈现下降趋势,这与显微硬度的变化规律是一致的。

4结论

(1)两种时效热处理后,母材基体中析出较多针状和粒状δ相,相互平行,并长大成粒状和针状形貌。

(2)Inconel 718合金电子束焊缝为铸造组织特征,枝晶主干细长挺直。由于枝晶间的Cr、Fe元素出现成分过冷,导致二次晶为择优生长的δ析出相。

(3)由于“短时效”热处理的温度偏高,有利于γ″亚稳定相向δ稳定相转变。随着δ相数量增加和长大,共格界面消失,其晶格畸变强化作用减弱。同时,过多的δ相会消耗大量固溶强化元素,削弱了基体强度,导致焊件的抗拉强度、屈服强度性能和显微硬度均呈现下降趋势。断面伸长率基本无变化。

参考文献

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收稿日期: 2016-11-28

电子束焊接范文第8篇

关键词:铝合金;焊接工艺;电子束焊

铝合金因具有自重轻、成型性能好、焊接性好、耐腐蚀等优点而被人们广泛关注,并将其运用在各种焊接结构产品当中。相对于钢板材料的焊接,采用铝合金材料焊接可以有效的减轻其重量,因此,在对铝合金采用焊接工艺时,必须采用能量密度大、焊接热输入小等特点的焊接方法。在我国已出现了几种新的焊接工艺,不仅在社会各行各业中得到了广泛的应用,还解决了铝合金焊接难的问题,以下对这几种焊接工艺进行深入分析。

一、搅拌摩擦焊接工艺

在铝合金焊接工艺中,搅拌摩擦焊接工艺的工作原理也就是:首先,采用一种特殊形式的搅拌头,再将其插入到需要焊接的部位,其次,开启设备使搅拌头高速旋转,并与铝合金发生摩擦,此时摩擦的部位就会呈现热塑性状态,并且会随着搅拌头的作用是整个部位都呈现该状态,从而将铝合金焊接在一起。在整个过程中,该焊接工艺并没有熔化金属的过程,而是直接将金属以固态的形式焊接在一起,也就不会存在熔焊焊接的各种缺点,在难以用熔焊焊接的有色金属材料中具有非常大的贡献。目前,我们已将该焊接工艺应用在了铝合金的焊接方面,并取得了不错的成绩。

搅拌摩擦焊接工艺的焊接过程也就是将铝合金搅拌而呈现塑性变形的状态,在经过结晶而达到预计的效果。采用这种焊接工艺能够保证铝合金的完整性,综合性能较好,相对于熔焊焊接工艺而言,在整个过程中搅拌摩擦焊接工艺都不会出现飞尘等,这种焊接工艺本身就是一种固态焊接,因此其加热温度极低,不会对整个结构件产生影响,更是保证了铝合金焊接产品的质量。它不同于普通的摩擦焊接,搅拌摩擦焊接工艺并没有受到设备内部零件的限制,而且具有节能环保的特点。

二、激光焊接工艺

随着工业技术的不断发展,激光焊接工艺作为一种新的技术而得到了不断的发展,因其具有工作效率高、功能强、安全系数高等优点而不断发展起来。在实际工作中,我们将这一焊接工艺运用在铝合金当中,实践证明,这一焊接工艺能够有效的提高铝合金的焊接质量与工作效率,并且会有效的降低其热量的输入,在工业生产中具有非常大的优势。在铝合金构件当中采用这种焊接技术具有以下几点优点:1)热变形的区域小,并且在熔区小的情况下有加大的熔深,能量密度较大;2)能够缩短冷却的时间,很快的将构件连接;3)缩短了焊接的时间,提高了工作效率,降低了经济成本;4)不受到外界压力的影响,焊接质量好;5)如果金属材料在封闭的状态下,这种焊接工艺同样能够进行;6)这种焊接工艺的适应能力极强,在焊接过程中可以采用计算机技术,以此来对焊接的质量进行严格的控制。

目前,我国在采用这种焊接工艺所运用的设备都是CO2与YAG设备,其中CO2设备的功率过大,一般将其运用在厚板焊接当中,如果在铝合金的表面进行焊接,这种设备就会消耗大量的能量,而YAG设备的功率就相对较小,适应能力较强。

三、铝合金的电子束焊接

电子束焊是指在真空环境下,利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处产生的热能,使被焊金属熔合的一种焊接方法。电子束作为焊接热源的突出特点是功率密度高、穿透能力强、精确、快速、可控、保护效果好。对于铝合金电子束焊接,由于能量密度高可大大减小热影响区,提高焊接接头强度,避免热裂纹等缺陷的产生。由于能量密度高,穿透能力强可对难以焊接的铝合金厚板进行焊接。

同传统电弧焊接铝合金相比,电子束焊能量密度高3~4个数量级,与另外一种高能量密度焊接工艺——激光焊接相当。因此焊接接头的热影响区非常小,接头强度较传统焊接方法提高很多。电子束的穿透性能好,可对大厚度的铝合金进行施焊,焊后接头力学性能良好。铝合金焊缝金属的抗裂性能随着焊接能量密度的增加和热输入的减少而增加。所以铝合金电子束焊接接头的抗裂性能要比采用传统焊接方法的焊接接头高很多,一般要比氩弧焊焊缝高出1~1.5倍。铝合金电子束焊焊后残余应力小,变形小,对薄板焊后几乎可做到不变形。电子束焊要求在真空条件下完成,真空是最好的保护手段,在这种条件下可以得到纯净的焊缝金属,避免了空气或保护气体的污染。电子束焊接铝合金在真空重熔时,焊缝中杂质含量微乎其微,焊缝气体含量降低接近一半,从而焊缝塑性、韧性大大提高。电子束可控性好,可以方便地进行扫描、偏转、跟踪等,易于焊接过程的自动化,并且通过电子束扫描熔池可以消除缺陷,提高接头质量。

电子束焊接获得优良的焊缝的最有效方法是焊接过程中同时对刚刚焊过的焊缝进行扫描。回扫间距决定晶粒细化的可控程度,凝固组织可由粗大的柱状晶转化为细小等轴晶。对AlMg0.4Si1.2合金进行扫描焊接与无扫描焊接相比,晶体主轴长度减少到无扫描焊接时的1/5;焊缝硬度提高80%,接近母材水平。铝合金焊缝金属晶粒细化程度对接头性能有重要影响。采用具有回扫运动的电子束扫描焊接,可减少合金元素的损失,细化焊缝组织,使之变为细小的等轴晶,并提高硬度。对于已经成核生长的晶体,如果电子束扫描间距过小在电子束扫描时产生重熔,但导致电子束回扫细化晶粒的作用减弱。

铝合金电子束焊时对电子束流非常敏感,尤其是对于大厚度铝合金板焊接时,电子束流小时不能焊透,大时产生下塌,出现凹坑。铝合金电子束焊接的另外一个难点是焊接气孔。铝合金表面的氧化膜主要成分是Al2O3和MgO,容易吸收大量的水分是铝合金焊缝中气孔的主要来源。铝合金表面氧化膜比重接近基体,容易进入焊缝产生夹杂、气孔。尤其是防锈铝合金电子束焊,气孔问题较为严重。传统TIG焊铝合金时通常采用大的热输入量并在较低的焊接速度下进行焊接,促使氢从熔池中逸出,而电子束焊接铝合金时速度快,热输入量小,氢来不及从熔池中逸出,容易形成气孔。通常电子束焊铝合金采用表面下聚焦和较窄的焊缝以及扫描重熔的方法来防止气孔的产生。另外,电子束焊接要求在真空条件下进行,所以对铝合金大型结构件施焊困难。电子束易受周围环境电磁场的影响,设备比较复杂,费用比较昂贵,所以还没有达到大规模工业化生产。

四、结束语

通过上述,我们详细了解到了铝合金的几种焊接工艺,并且对其适用范围以及特点作了详细的分析,相信在未来的社会发展过程中,铝合金的焊接工艺会有突飞猛进的发展,而这些焊接工艺也会不断完善,从而提高铝合金的焊接质量。

参考文献

[1]中国机械工程学会焊接学会,焊接手册(第一卷)焊接方法与设备[M].北京:机械工业出版社,2001.

电子束焊接范文第9篇

1盘轴类转动件中的主要焊接工艺

电子束焊和惯性摩擦焊在国内外先进航空发动机盘轴类转动件中已经有比较成熟的应用,采用上述焊接工艺进行连接的盘轴类转动件主要有:风扇盘、压气机盘/毂筒、涡轴组件。表1列出了电子束焊和惯性摩擦焊在国外先进商用航空发动机盘轴类转动件中的应用情况。由表1可知,国外在进行先进航空发动机盘轴类转动件的焊接工艺设计时,对电子束焊和惯性摩擦焊这两种焊接方法有不同的选择。其中,GE公司最先对转动件采用惯性摩擦焊,其发动机中绝大部分转动件,包括风扇盘、压气机转子、涡轴组件等采用惯性摩擦焊;R.R.公司主要采用电子束焊,但随着压气机压比及出口温度的增加,同时压气机末级盘采用粉末合金,R.R.公司也开始选用惯性摩擦焊,并建立了2000t的惯性摩擦焊生产线,在Trent1000发动机高压压气机转子、涡轮后短轴和涡转子组件上均采用了惯性摩擦焊;P&W公司对使用温度较低的转子部件主要采用电子束焊。

2盘轴类转动件的焊接工艺性分析

材料的可焊性是焊接工艺性分析最重要的考虑因素,针对盘轴类转动件中常用的材料,包括Ti17、IN718等,其电子束焊和惯性摩擦焊的可焊性均较好,可以获得满足设计需求的焊接接头。但是,随着新型高温合金、粉末合金(如U720Li、Rene'88DT、RR1000等)在转动件中的逐步应用,尤其对于异种材料的转动件,电子束焊工艺难以获得满意的焊接接头,主要原因是:(1)新型高温合金中,含有高体积百分比的γ'强化相,成分复杂,熔焊时容易形成结晶裂纹、热影响区液化裂纹和应变时效裂纹,而且这一问题随着γ'相含量的增加而趋严重;(2)异种材料之间的焊接由于组织、熔点、热导率、热膨胀系数等的差异,在熔焊过程中会引起某些化学成分的扩散,造成组织偏析,并可能产生较大的热应力,造成裂纹等缺陷;(3)由晶界液化而产生的微裂纹难以避免,而且难以通过无损检测方法检查出来。惯性摩擦焊的焊接过程是固相焊接,很好地避免了熔化焊过程中产生的裂纹问题和质量检测问题,因此,针对高温盘轴类转动件的同种/异种新型高温合金的连接,惯性摩擦焊成为目前唯一可行的方法。正是由于在Trent1000发动机中应用了RR1000粉末高温合金这种新型高温合金,R.R.公司采用了惯性摩擦焊工艺连接盘轴类转动件。另外,在先进航空发动机盘轴类转动件的结构设计中,为了实现减重和降低成本的目的,异种材料的焊接,尤其是新型高温合金的异种材料连接,成为航空发动机中盘轴类转动件之间进行连接的新形式。GE公司已将异种材料的惯性摩擦焊应用于GE90发动机的盘轴类转动件中,该发动机压气机8~10级毂筒中,既有IN718与Rene'88DT异种材料的焊接,也有Rene'88DT同种材料的焊接。R.R.公司也对U720Li、RR1000新型高温合金相关同种材料以及异种材料的惯性摩擦焊工艺进行了研究。可以看出,对于普通的钛合金、高温合金等盘轴类转动件的焊接,采用电子束焊或惯性摩擦焊都是可行的焊接方法。但针对新型高温合金,尤其是新型高温合金异种材料之间的连接,惯性摩擦焊是目前实现转动件焊接唯一可行的方法。

3电子束焊和惯性摩擦焊接头的组织与性能对比

电子束焊和惯性摩擦焊的焊接机理不同:电子束焊是熔化焊接,而惯性摩擦焊是固态焊接。因此,两种焊接工艺对焊接接头的组织状态、晶粒大小和接头性能也会产生不同的影响。

3.1钛合金焊接接头的组织与性能对比

航空发动机盘轴类转动件常用的钛合金主要为Ti-6Al-4V、Ti17、Ti6246、Ti6242等,其主要应用的盘轴类转动件为风扇盘和压气机低温端。对于钛合金,采用电子束焊和惯性摩擦焊两种方法获得的接头组织不同,但接头性能差别不大。以转动件中常用的α-β型Ti17合金为例,其电子束焊接头的焊缝区显微组织中β相基体上分布着细长针状α相,β晶粒尺寸为50μm~120μm;热影响区显微组织与母材组织一致,平均晶粒尺寸约为180μm[1]。惯性摩擦焊接头为细晶的锻造组织,热影响区组织为α+β相,并且β相呈针状均匀分布在α相的基体上,与母材组织相同,焊缝组织为细小的等轴晶,晶粒度小于母材[2]。Ti17合金的电子束焊和惯性摩擦焊的接头组织相差较小,其接头性能也差别不大:Ti17合金电子束焊接头的抗拉强度和缺口敏感性均高于母材;其惯性摩擦焊接头强度稍高于或等于母材强度,塑形略低于母材,接头疲劳性能与母材相当。因此,在航空发动机钛合金盘轴类转动件焊接结构中,电子束焊和惯性摩擦焊的应用均非常广泛。

3.2高温合金焊接接头的组织与性能对比

在商用航空发动机盘轴类转动件中,应用最为成熟的高温合金是IN718合金,随着航空发动机压比的提高,对盘轴类转动件的使用温度和性能提出了更高要求,因此,新型高温合金U720Li、Rene'88DT、RR1000等成为高压压气机高温端的重要材料。

3.2.1同种高温合金的电子束焊和惯性摩擦焊

(1)IN718合金。针对成熟盘轴类转动件中的IN718合金,国内外分别对其电子束焊和惯性摩擦焊接头的组织和性能进行了系统深入的研究。在焊接过程中,电子束焊的焊缝区的温度达到母材的熔化温度(约1300℃),因此,电子束焊接头的组织会发生较大的变化;惯性摩擦焊焊缝则是在强大的摩擦压力和扭矩的联合作用下形成的,热变形金属的动态再结晶过程进行得相当剧烈而充分,其晶粒组织呈细小均匀的等轴晶特征,同时由于焊接时间很短,致使动态再结晶过程充分而动态回复不足,最终得到细晶和超细晶组织。一般来说,在IN718合金母材晶粒度相同的情况下,电子束焊接头为粗大的铸造枝晶组织,晶粒会达到20μm~30μm,而惯性摩擦焊的焊缝组织为锻态组织,晶粒度为10μm~20μm。另外,电子束焊接头的热影响区在焊接过程中的温度一般会达到700℃~1200℃,即热影响区处于热处理状态,晶粒长大使其成为接头的最薄弱环节;而惯性摩擦焊热影响区很小,且不存在晶粒长大现象,因此对焊接接头性能无明显影响。由于焊接接头的组织差别较大,IN718合金在采用不同焊接方法后,其性能也有较大区别。电子束焊接头由于组织粗大,通常其拉伸性能、断裂性能、高温断裂韧度均低于母材[3-5]。而IN718合金在惯性摩擦焊过程中γ'强化相在邻近焊缝处溶解,并不会发生沉淀,其接头的组织仍是与母材相同的锻态组织,同时晶粒度与母材相近,因此,其接头的强度、塑性、显微硬度和高温持久性能一般接近甚至高于母材[6-7]。可见,IN718合金的电子束焊和惯性摩擦焊接头在组织上存在较大差异,电子束焊接头的粗大组织造成其接头性能低于母材,而惯性摩擦焊接头的细晶组织使得其性能接近甚至高于母材。(2)新型高温合金。由于电子束焊是熔化焊过程,而新型高温合金(U720Li、Rene'88DT、RR1000)中γ'强化相的体积百分比比较高,因此在电子束焊的熔化过程中容易产生各种裂纹缺陷,而惯性摩擦焊过程是固相焊接,通过发生塑性变形和流动进行连接,不会产生熔化,因此不会产生电子束焊接出现的缺陷问题。MTU公司开展多年的粉末冶金高温合金惯性摩擦焊工艺研究,研究结果表明:惯性摩擦焊是焊接粉末高温合金的最佳工艺方法,其中Udimet700、Waspaloy、IN100和Rene'95粉末高温合金焊接接头的力学性能接近母材或与母材等强。近几年,国外先进航空发动机公司针对盘轴类转动件的设计需求,联合各高校对U720Li、RR1000、Rene'88DT、IN718等高温合金同种材料之间的惯性摩擦焊进行了广泛的研究。研究表明:U720Li、RR1000高温合金在进行惯性摩擦焊时,由于发生溶解的γ'强化相在冷却过程中发生大量沉淀,使得其在热影响区的硬度和屈服强度较高[8]。在国内,针对新型粉末高温合金FGH96的惯性摩擦焊工艺尚处于研究阶段。目前的研究结果表明,FGH96惯性摩擦焊接头的拉伸曲线与母材基本相同;焊接接头常温拉伸的断裂位置在接头热影响区细晶组织和粗晶组织的结合处,其断裂方式为韧性断裂[9]。

3.2.2异种高温合金的电子束焊和惯性摩擦焊

为了追求高的压气机效率,先进航空发动机的压气机末级已开始采用新型高温合金、粉末合金,因此异种材料的焊接结构成为必要的结构形式。在先进航空发动机盘轴类转动件中,异种高温合金之间的连接主要涉及到IN718合金和新型高温合金之间进行的连接。由于新型高温合金中γ'强化相的体积百分比较高,成分复杂,异种材料之间的组织和物理性能方面存在较大差异,电子束焊可焊性较差,缺陷不易检测,接头性能不能满足设计需求,因此,针对异种高温合金转动件,惯性摩擦焊成为唯一可行的焊接方法。从国外的研究结果中可以看出,U720Li+IN718、RR1000+IN718异种材料之间的惯性摩擦焊可焊性良好,其焊缝中无微小孔洞、微小裂纹和明显的扩散现象[10]。U720Li+IN718惯性摩擦焊接头性能一般高于较弱的母材,低于较强的母材,例如:其焊接接头的屈服强度、650℃的疲劳性能高于较弱的母材IN718,低于U720Li;650℃的延伸率高于U720Li,低于IN718[11]。RR1000+IN718惯性摩擦焊接头在焊后热处理后,硬度高于IN718和RR1000母材,但由于晶界的氧化,裂纹的扩展速率较母材高[12]。

4围绕商用航空发动机盘轴类转动件需开展的焊接工艺研究

电子束焊和惯性摩擦焊作为商用航空发动机盘轴类转动件制造的重要焊接工艺,已经成功应用于国外多种先进商用航空发动机型号,同时,国外不断开展对新材料和新结构焊接工艺的研究,积累了大量试验数据。国内在这方面仍存在较大的差距,不能完全满足商用航空发动机的研制需求,需要从以下两个方面进行系统研究。(1)新材料/新结构焊接工艺的研究。随着国内大客发动机研制项目的开展,盘轴类转动件需要采用新材料和新结构以满足商用航空发动机长寿命、高可靠性和低成本等设计要求。但由于国内针对新材料和新结构的焊接技术研究基础较为薄弱,因此需要尽快针对新材料(如新型钛合金、高温合金、粉末合金)开展相关焊接工艺研究,包括可焊性研究、组织与性能研究、焊前/焊后热处理制度研究等。(2)焊接接头性能数据的测试。盘轴类转动件的载荷条件严苛,根据商用航空发动机盘轴类转动件的使用条件,主要对焊接接头的以下性能,包括拉伸、冲击、扭转、蠕变、持久、疲劳等性能有明确要求,并且需要通过对焊接接头进行断裂韧性、裂纹扩展等性能的分析,对焊接结构进行寿命预测。国内目前针对盘轴类转动件焊接接头的性能数据测试不充分,需要系统地进行接头性能数据的测试,为焊接结构的设计提供数据支持。

5结束语

电子束焊和惯性摩擦焊作为商用航空发动机盘轴类转动件制造的重要工艺,已经成功应用于国外多种先进商用航空发动机型号。随着我国大客发动机研制项目的展开,对盘轴类转动件的焊接工艺提出了长寿命、高可靠性等更高的要求,尤其是新材料在大客发动机转动件中的应用,需要加快焊接技术的研究,实现焊接技术在大客发动机盘轴类转动件中的工程化应用。

电子束焊接范文第10篇

【关键词】高能束流焊接技术;发展;现状;领域

高能束流(High Energy Density Beam)加工技术包含了以激光束、电子束和等离子弧为热源对材料或构件进行特种加工的各类工艺方法。高能束流焊(或高能密度焊)是指焊接功率密度比通常的氩弧焊(TIG、MIG)或CO2气体保护焊高的一类焊接方法。

1 高能束流焊接的应用领域

当前高能束流焊接被关注的主要领域是:

⑴高能束流设备的大型化 — 功率大型化及可加工零件(乃至零件集成)的大型化。

⑵新型设备的研制,诸如,脉冲工作方式以及短波长激光器等。

⑶设备的智能化以及加工的柔性化。

⑷束流品质的提高及诊断。

⑸束流、工件、工艺介质相互作用机制的研究。

⑹束流的复合。

⑺新材料的焊接

2 我国高能束流焊接现状

在国内,高能束流焊接越来越引起更多相关人士诸如焊接、物理、激光、材料、机床、计算机等工作者的关注。国内在设备水平上,与国外有一定差距,但在工艺研究上,水平则较为接近,甚至在某些方面还有自己的特色。

2.1 激光焊接

在设备生产与研究上,主要有华工的气体激光加工国家工程中心、电子部11所的固体激光加工国家工程中心、中国大恒激光工程公司、上海团结百超数控激光设备有限公司等,主要生产千瓦级的CO2激光设备和1千瓦以下的固体YAG激光设备。

国内对激光焊接研究主要集中在激光焊接等离子体形成机理、特性分析、检测、控制、深熔激光焊接模拟、激光—电弧复合热源的应用、激光堆焊、超级钢焊接、水下激光焊接、宽板激光拼焊(Tailored Blank Laser Welding)、填丝激光焊、铝合金激光焊、激光切割质量控制等。从事激光焊接研究比较多的主要有华中理工大学、国家产学研激光技术中心、清华大学、哈尔滨焊接研究所、北京航空工艺研究所、哈尔滨工业大学、西北工业大学等。清华大学从声和电的角度,分析了熔透状态的声信号,提出了激光焊接等离子体的等效电路及电特性数学模型;在抑制等离子体的负面效应方面,清华大学张旭东、陈武柱等提出了侧吸法;国家产学研激光技术中心的肖荣诗、左铁钏提出了双层内外圆管吹送异种气体法;西北工业大学的刘金合提出了外加磁场法。哈尔滨焊接研究所引进德国HAAS公司生产的2kW Nd:YAG激光发生器,建立了大功率固体激光加工中心,开展了材料为碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金等多种材料的大功率固体激光焊接工艺研究以及激光—电弧复合热源焊接技术研究。

2.2 电子束焊接

我国自行研制电子束焊机始于60年代,至今已研制生产出不同类型和功能的电子束焊机上百台,并形成了一支研制生产的技术队伍,能为国内市场提供小功率的电子束焊机。

近年来,出现了关键部件(电子枪,高压电源等)引进、其它部件国内配套的引进方式,这种方式的优点是:设备既保持了较高的技术水平,又能大大降低成本,同时还能对用户提供较完善的售后服务。北京航空工艺研究所以此方式为某航空厂实施设备的总体设计和总成,实现了某重要构件的真空电子束焊接;桂林电器科学研究所也通过这种方式开发了HDG(Z)-6型双金属带材高压电子束连续自动焊接生产线,该机加速电压120kV、束流0~50mA、电子束功率6kW,带材运行速度0~15m/min,从而使我国挤身于世界上能生产这种生产线的几个国家之一。北京中科电气高技术公司近期为上海通用汽车公司研制成功自动变速车液力扭变器涡轮组件电子束焊机,70 s内可完成两条端面圆焊缝的焊接,并已投入商业化生产。

目前,以科学院电工所的EBW系列为代表的汽车齿轮专用电子束焊机占据了国内汽车齿轮电子束焊接的主要市场份额;我国的中小功率电子束焊机已接近或赶上国外同类产品的先进水平,而价格仅为国外同类产品的1/4左右,有明显的性能价格比优势。

在机理及工艺研究上,北京航空工艺研究所、北京航空航天大学、天津大学、上海交通大学、西北工业大学、中国科学电工所、桂林电器科学研究所、西安航空发动机公司、航天材料及工艺研究所、哈尔滨焊接研究所开展的工作涉及熔池小孔动力学、电子束钎焊、接头疲劳裂纹扩展行为、接头残余应力、填丝焊接、局部真空焊接时的焊缝轨迹示教等。

2.3 等离子弧焊接

在等离子弧焊设备方面,西北工业大学的李京龙、白钢等开展了脉动等离子喷焊技术研究,通过在工件和喷枪阳极(喷嘴)间接入高频的IGBT无触点开关,成功地实现了转移弧和非转移弧的高频交替工作,实现了单一电源下的等离子喷焊。西安交通大学的王雅生等开展了适宜于AI、Mg及其合金的变极性等离子弧焊设备的研究,主弧的正、负半波分别由两台直流电源供电,对工件(铝)实现了变极性焊接,它不仅使电弧稳定,而且还有可靠的阴极清理作用。北京航空工艺研究所开展了脉冲等离子弧焊的“一脉一孔”的工艺研究;在穿孔等离子弧焊小孔特征及行为检测方面,哈尔滨工业大学、北京航空工艺研究所以及清华大学分别通过光谱信息、电弧电压和电流的频谱分析,检测小孔的建立、闭合以及小孔尺寸;天津大学的王惜宝、张文钺分析了等离子弧粉末堆焊时粉末在转移弧中的输运行为及其主要影响因素,计算了铁基合金粉末和碳化硼粉末、不同参数下在弧柱中的输运速度分布及沿弧柱横截面上的粉通量分布。

3 关于电子束焊接和等离子弧焊接的最新进展

国外电子束焊接发展可归结为:超高能密度装置研制、设备智能化柔性化、电子束流特性诊断、束流与物质作用机制研究以及非真空电子束焊设备及工艺的研究.等。

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 。

日、俄、德开展了双枪及填丝电子束焊技术的研究。在对大厚度板第一次焊接的基础上,通过第二次填丝来弥补顶部下凹或咬边缺陷;日本采用双抢实现了薄板的超高速焊接,反面无飞溅,成形良好。

法国研制成功的双金属和三金属薄带材电子束焊接也颇引人关注。关于非真空电子束焊接,德国实现了母材为Al Mg0.4 Si1.2的旋转件的填丝焊接,加丝材料为AlMg4.5Mn ,送丝速度35m / min ,焊接速度高达60m / min 。该研究在斯图加特大学的25kW电子束焊机上完成。

非真空电子束焊接(EBW—NV)在汽车制造领域一直倍受重视。例如,手动变速器中同步环与齿轮的非真空电子束焊接,生产率已超过500件/小时。

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