真空电子束焊接及应用.pdf

52
DONGFANG TURBINE
真空电子東焊接及应用
王喆张慧温银江
(东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000
摘要:文章简单介绍了电子東焊接的基本原理,通过对电子東工艺参数分析,详细阐述了各工艺参数对焊缝形态和结
构的影响;为了解决实际生产中的难题,重点分析了电子東焊接出现的飞溅及气孔、磁场引起的焊缝质量下降及异种金
属焊鏠偏移的问题,提出了解决的措池和方案。
关键词:电子束焊接;エ艺参教;场;飞溅及气孔;异种金属焊接
The Application of Vacuum Electron Beam Weld
Wang Zhe, Zhang Hui, Wen Yinjiang
(Dongfang Turbine Co, Ltd Deyang Sichuan 618000)
Abstract: This article simply introduced the theory of EBW and analyzed the process parameter which expatiating the affection of
weld appearance and structure. To solve the problem of practical production, this paper analyzed the weld spatter and pore, the
magnetic which affected the weld quality and the offset beam problem while welding dissimilar metals, finally gave out
solutions and measures
Key words: EBW, process parameter, magnetic, spatter and pore, dissimilar metal welding
接也应用到汽轮机制造领域。本文针对电子束焊
0引
接在生产中遇到的实际问题进行了分析,提出了
解决的措施和方案。
电子束焊接是近五十年来发展起来的高能密
度熔化焊方法,其后由于电子技术的飞速发展,1真空电子束基本原理
真空技术和高压技术的不断发展,又研究出真空
电子東焊接技术。由于真空电子束具有焊缝化学
真空电子束(见图1)是通过加热阴极,提高
成分纯净、电子東穿透深、热影响区小、焊接接阴极温度,从而增加阴极表面自由电子的能量,
头强度高、零件变形小、过程控制精度高、特别这样电子就能克服势垒并从金属表面逃逸出来,
是焊接中生产效率高、生产过程自动化程度高等并对阴极施加负高压,在电场的作用下使阴极发
优点,解决了常规焊接方法无法进行的许多问射出电子,形成一个电子束源,源源不断地提供
题,因此现已大量应用于机械制造和电子技术等新的电子。
领域。近年来,随着东汽生产技术水平的不断提
控制电极位于阴极,有单独的电源为其提供
高,先进的技术和设备不断引进,真空电子東焊较高的负电压,主要作用是调节电子束流,处于
作者简介:王喆(1984-),工学硕士,助理工程师,主要从事汽轮机焊接技术工作。
方輸
DONGFANG TURBINE
53
适当电位上的控制电极能够将电子排斥到阴极,射,能量不集中,达不到焊接要求,因此,在聚
随着控制电压升高,电子发射面将减小,电子束焦线圈中通入电流产生磁场,通过磁场向内作用
流减小,直至将有效发射面降到零,来切断电子于发散的电子束上,使电子東聚焦,达到焊接要
束流。
求。聚焦线圈的原理类似于聚光透镜聚焦的原
理。焊接时,通过改变聚焦线圈的电流来改变电
极
子束的焦距。
控制电极
偏转系统旨在对已聚焦的电子東进行控制,
阳极
将电子束移离其正常的无偏转轴,或沿X轴或Y轴
电子束
运动电子東,或以任意角度移动电子束。通常情
聚焦线图
况下,由于环境的影响,偏转多用于保证电子束
对准焊接中心。校正系统保证电子東、控制电
电子束编转校正系统
极、阳极中心对准,还可以进一步校准电子束,
用来补偿电/磁干扰效应以及电子束的像散。
直空家
2电子束焊接
2.1焊接结构及配合间隙
东汽目前真空电子束焊接主要应用于隔板制
图1真空电子束焊接原理示意图
造,其中焊接典型结构如图2所示。图2a所示为百
阳极接地与阴极形成一个高压电场,在电场万千瓦汽机隔板,叶栅结构为围带式;图2b所示
力的作用下使电子加速向阳极方向移动,电子通为燃机隔板,叶栅结构为拂配式,内环2~3条焊
过阳极中间环孔进入到一个没有电场的区域,其。缝为电子東焊缝,外环1条焊缝为电子東焊缝。为
速度达到恒定的最大值。电子的速度与所施加的了达到最佳的焊接效果,焊接结构和配合间隙的
负高压关系如下
设计尤为重要,既要考虑到工件在整机中的作
v=(20V/m)05
用,又要考虑被焊材料的可焊性和具体的工艺要
式中:vー电子的速度;
求,才能设计出最合理的焊缝结构和间隙尺寸
Q一电子的电荷量,6.6×10C
了東
也子焊
mー电子的质量,9.1×10kg
电子東
V一该点的点位伏特数。
具体数值见表1,电压差越高,电场力越大,
电子的速度也越快。1V电压作用下电子的速度达
电子東焊
到593km/s,150kv高压作用下电子的速度高达光
b)
速的63.4%。通过高速电子轰击待焊工件产生巨大
图2隔板电子束焊缝结构图
的能量熔化金属,形成熔池,冷却后形成连续焊
图3a所示为汽机隔板焊接示意图,电子束的
缝。
焊接方向与结构缝平行。图3b所示为燃机隔板,
表1电子束加速电压与电子速度的关系
电子束的焊接方向与拂配缝垂直。
加速电压U
电子速度(km/s)
光速比
从焊接结构上看,汽机隔板的结构缝为环形
593
0.2%结构,整个焊接都沿着结构缝进行,而燃机隔板
18727
142658
47.6%焊缝虽然也为环形焊鏠,但整个焊鏠不是沿着拂
6.3%
配缝,而是垂直于拂配缝,且绝大部分焊缝在叶
150kV
190161
片本体上;从工艺上看,装配过程中燃机都是
电子束通过阳极后以发散的几何形状向外发片一片的拂配叶栅,叶片尺寸较小,形状规则,