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电子束焊接(EBW)是一种融合焊接工艺,其中将高速电子束施加到两种要连接的材料上。当电子的动能在撞击时转化为热量时,工件熔化并一起流动。电子束焊接通常在真空条件下执行,以防止电子束散逸。
设备包括:
电子枪,产生电子束,
工作腔,大部分被抽成“低”或“高”真空,
工件机械手(定位机构),
电源以及控制和监视电子设备。
在电子枪中,自由电子是从热金属带(或金属丝)通过热发射获得的。然后通过三个电极产生的电场将它们加速并形成狭窄的会聚束:电子发射带,连接到高压(加速)电源(30-200 kV)负极和正极的阴极。高压电极、阳极。第三个电极相对于阴极带负电,称为Wehnelt电极或控制电极。它的负电位控制发射的电子进入加速场的部分,即电子束电流。
通过聚焦透镜后,光束可以直接或通过偏转系统偏转后用于焊接。它由两对线圈组成,每个X和Y方向一个。这些可以用于“静态”或“动态”偏转。静态偏转对于通过焊接定位梁很有用。动态偏转是通过向偏转线圈提供可由计算机控制的电流来实现的。这为电子束应用开辟了新的可能性,例如表面硬化或退火,的电子束定位等。
快速偏转系统也可以用于成像和雕刻(如果配备了适当的电子设备)。在这种情况下,设备像扫描电子显微镜一样操作,分辨率约为0.1毫米(受光束直径限制)。在类似的模式下,由计算机控制的细光束可以通过熔化薄的表面层在金属表面“写”或“画”图片。
真空工作室可以具有任何期望的体积,从几升到几百立方米。它们可以配备电子枪,以提供任何所需的功率高达100 kW的电子束,如果需要,甚至更高。在微电子束装置中,尺寸可以到十分之一毫米的部件可以被焊接。在具有足够高功率电子束的焊机中,可以实现300 mm深的焊接。还有一些焊接机,其中电子束从真空中带到大气中。使用这种设备,无需的工作室即可焊接非常大的物体。
电子束焊机加工是在真空条件下,利用电流加热阴极发射电子束,带负电荷的电子束高速飞向阳极,途中经加快极加快,并经过电磁透镜聚集,使能量密度十分会集,可以把一千瓦或更高的功率会集到直径为5~10μm的斑驳上,获得高达109W/cm2左右的功率密度。如此高的功率密度,可使任何材料被冲击部分的温度,在百万分之一秒时间内升高到摄氏几千度以上,热量还来不及向周围扩散,就已把局部材料瞬时熔化、气化直到蒸腾去除。随着孔不断变深,电子束焊机照耀点亦越深入。由于孔的内侧壁对电子束发生"壁聚集",所以加工点或许到达很深的深度,从而可打出很细很深的微孔。
电子束焊按被焊工件所在环境的真空度可分为三种:高真空电子束焊,低真空电子束焊和非真空电子束焊:
高真空电子束焊在10-4~10-1Pa的压强下进行。真空条件,可以对熔池的“维护”防止金属元素的氧化和烧损,适用于活性金属、难熔金属和质量要求高的工件的焊接。
低真空电子束焊在10-1~10Pa的压强下进行,也具有束流密度和功率密度高的特征。由于只需抽到低真空,缩短了抽真空时间,提高了出产率,适用于批量大的零件的焊接和在出产线上运用。
一台典型的真空电子束焊机首要包括了主机,控制箱,高压电源,真空抽气系统和监测控制器四大部分。
1.真空电子束焊机主机由电子枪、真空室和工件传动系统及操作台组成。
2.真空电子束焊机的高压电源包括:阳压主电源、阴极加热电源,以及束流控制用高压电源系统。
3.真空电子束焊机的控制箱包括:高压电源控制设备、电子枪阴极加热电源的控制系统、束流控制设备、聚集电源控制设备,以及束偏转发生器等。
4.真空抽气系统包括:电子枪抽气系统、作业室抽气系统?以及真空控制及监测设备。