電子束焊接

電子束焊接技術是將高能電子束作為加工熱源，用高能量密度的電子束轟擊焊件接頭處的金屬 ,使其快速熔融 ,然後迅速冷卻來達到焊接的目的。

簡介

電子束焊接因具有不用焊條、不易氧化、工藝重複性好及熱變形量小的優點而廣泛套用於航空航天、原子能、國防及軍工、汽車和電氣電工儀表等眾多行業。電子束焊接的基本原理是電子槍中的陰極由於直接或間接加熱而發射電子，該電子在高壓靜電場的加速下再通過電磁場的聚焦就可以形成能量密度極高的電子束，用此電子束去轟擊工件，巨大的動能轉化為熱能，使焊接處工件熔化，形成熔池，從而實現對工件的焊接。

歷史發展

根據電子束焊接的基本原理，西方國家在70年代末期研究開發出雙金屬鋸帶電子束焊接新工藝生產線，代替傳統的普通高速鋼鋸帶生產工藝，從而大量節省了高速鋼，並提高了鋸帶的使用壽命。雙金屬鋸帶就是把具有彈性性能好的彈簧鋼和切削能力強的高速鋼通過電子束焊接方法而獲得的一種新型鋸帶。我國在80年代後期相繼從德國引進若干條生產線以滿足國內市場高速發展的需要，但還不能完全滿足其市場要求。

由於電子束焊接包含了機械、真空、高電壓和電磁場理論、電子光學、自動控制和計算機等多學科技術，對國內一般廠商來說技術難度較大，而引進費用又昂貴，為此桂林電氣科學研究所結合國外技術及多年從事電子束技術研究開發經驗，研製成功了我國第一條國產雙金屬鋸帶生產線設備。其中高壓電源是雙金屬鋸帶焊接設備的關鍵技術之一，它主要為電子槍提供加速電壓，其性能好壞直接決定電子束焊接工藝和焊接質量。為此許多電子束焊機製造商及研究機構均對高壓電源的可靠性、高壓保護、高壓打火對焊件的影響進行了研究，並相應製造出具有較高性能的高壓電源，以滿足不同的電子束焊機的需要。由於雙金屬焊接要求平行焊縫，要用高壓電子束焊機(100kV以上)焊接雙金屬鋸帶，為此開展高壓電源的開發和研究工作是非常必要的。

基本原理

電子是物質的一種基本粒子，通常情況下他們圍繞原子核高速運轉。當給電子一定的能量，他們能脫離軌道躍遷出來。加熱一個陰極，使得其釋放並形成自由電子云，當電壓加大到30到200kv時，電子將被加速，並向陽極運動。

特點

1 )電子束焊接的能量密度高 ，可焊接一般電弧焊難以實現的焊縫；

2)電子束焊接是在真空中進行 ，焊縫的化學成分穩定且純淨 ,接頭強度高 ,焊縫質量高；

3)電子束焊接速度快 ,熱影響區小 ，焊接熱變形小；

4)電子束焊接適用於焊接幾乎所有的金屬材料，尤其適合鋁材焊接；

5)電子束焊接可獲得深寬比大的焊縫 (20∶ 1～50∶ 1) ,焊接厚件時可以不開坡口一次成形；

6)電子束焊接結合計算機技術 ，實現了工藝參數的精確控制 ，使焊接過程完全自動化。

電子束焊接技術是目前發展最快 ，套用最為廣泛的電子束技術。

套用

由於電子束流具有以上特點，目前，已被廣泛地套用於高硬度、易氧化或韌性材料的微細小的打孔，複雜形狀的銑切，金屬材料的焊接、熔化和分割，表面淬硬、光刻和拋光，以及電子行業中的微型積體電路和超大規模積體電路等的精密微細加工中。隨著研究的不斷深入，電子束加工已成為高科技發展不可缺少的特種加工手段之一。

電子束表面改性

電子束表面改性是利用電子束的高能、高熱特點對材料表面進行改性處理。主要的改性手段有：電子束表面合金化、電子束表面淬火、電子束表面熔覆、電子束表面熔凝以及製造表面非晶態層。經過改性後的材料表面組織結構得到改善，強度和硬度得到大幅提高，耐腐蝕性和防水性也相應地得到增強。

電子束物理氣相沉積

電子束物理氣相沉積(EB—PVD)是電子束技術與物理氣相沉積技術的有機結合，是利用高能電子轟擊沉積材料，使其迅速升溫氣化而凝聚在基體材料表面的一種表面加工工藝。根據沉積材料的性質，可以使塗層具有優良的隔熱、耐磨、耐腐蝕和耐沖刷性能，對基體材料產生一定的保護作用。

該技術目前主要套用於以下幾個方面。

1)耐磨塗層：選用硬度高的耐磨塗層材料沉積於工具和模具表面，可以大幅度提高工具和模具的使用壽命。

2)防腐塗層：由於EB．PVD技術製備出的塗層緻密程度高，對於在腐蝕環境下工作的零件，其防腐效果非常好。除此之外，EB．PVD得到的塗層形貌良好，殘餘應力也明顯地提高了基體材料的防腐性能。

3)熱障塗層：熱障塗層(TBCs)是由絕熱性能良好的陶瓷材料構成，它沉積在耐高溫金屬或超合金表面，熱障塗層對於基底材料起到隔熱作用，降低基底溫度，使得用其製成的器件(如發動機渦輪葉片)能在高溫下運行，並且可以使器件(發動機等)熱效率達到60%以上。同時，TBCs還具有抗腐蝕和抗氧化的作用。