电子束焊接技术

电子束焊接是利用高能量电子束流轰击工件后，将束流的动能转化成热能而使被焊件熔化所完成的焊接。焊接全过程都是在真空环境下完成的。
电子束焊接的核心装置是电子枪，它是发射、形成和汇聚电子束流的装置。电子的发射是发射极即阴极在加热后（直接式或间接式）使电子获得能量，当能量超过电子的逸出功时，电子便脱离发射极，在高压电场的作用下飞向阳极（被焊件），散射的电子束群在聚集极和磁聚焦线圈（即电子透镜）的管束和强制引导下又重新聚焦成束。电子枪组成如图4-31所示。

电子束焊接方法可以焊接的金属材料很广泛，包括黑色金属、有色金属、稀有金属、难熔金属、贵金属以及其合金。电子束焊接的显著特点是：能量密度高，单道焊接碳钢厚度可超过100mm;焊缝形状为“剑形”，即熔深与熔宽比超过20;焊缝不受O2、N2、H2等其他气体污染。
电子束焊接方法特别适用于焊接已经精加工后的组装件，即要求焊后变形量极小，可以焊接热处理强化或冷作硬化后的金属材料，它不恶化接头的力学性能，还适宜焊接某些在焊后内部为真空状态的焊件。无论厚板还是薄板的对接接头，电子束焊接时都无需开坡口。
电子束焊接的优点很多，但也有一些缺点，如设备结构比较复杂，焊接件尺寸受真空室尺寸限制，设备的组成部分多，有电子枪、高压电源、真空系统、传动系统，还有电气控制系统等，所以设备的总体价格昂贵，焊接费用大。
电子束焊接的应用实例较多，如焊接压力容器，尤其是高压压力容器，采用的金属材料多为合金钢、难熔金属及其合金，而且厚度较厚。还有核反应堆燃料罐外壳、化工行业的压力容器、热交换器、球形储罐、汽车制造的双金属齿轮、发动机外壳、航空飞机制造中使用的发动机喷管、双螺旋线齿轮、起落架、压气机转子、涡轮盘等。在宇航业方面有火箭和导弹的外壳，还有宇航空间站的安装中除用紧固件连接外，还采用电子束焊接。重型机械制造中，超厚板压力容器及管道的焊接也用电子束焊接。

1 锆合金与不锈钢管接头制造
核反应堆燃料元件的包壳材料为锆合金所制。由于锆合金价格昂贵，所以只限用于堆内，而堆外采用不锈钢替代，但是锆合金和不锈钢之间不能采用熔化焊。所以采用锆合金和不锈钢之间的过渡接头，堆内是锆合金与锆合金相熔焊，而堆外是不锈钢与不锈钢相熔焊。这样就可以圆满解决堆内外热力循环的过程。

锆合金与不锈钢管接头制造工艺如图4-32所示。按图样将锆合金、不锈钢和镍箔加工成管接头的组合件，其中镍箔是锆合金和不锈钢的中间结合层。其厚度8为0.1mm,因为在高温、高压、

高真空情况下，锆合金与镍、不锈钢与镍有较高的分子相互扩散功能，相互的固溶度较大。
然后将不锈钢镍箔和锆合金依次装入包套中，包套如图4-33所示。包套是由Q235A钢管焊成，内管和外管的尺寸配合锆合金一镍一不锈钢的尺寸而定。包套的下盖预先焊好，上盖待接头坯料装入后再用电子束封焊。

为了确保接头的连接质量，重要条件之一是保证包套封焊后内部是高真空，真空度在0.067Pa以上，所以坯料依次装入包套内是机械手在真空状态下进行的。上盖盖好后，用电子束将内管和外管两个环焊缝焊好，即成为管接头的挤压坯料。将管接头坯料加热至900℃后用挤压机将坯料挤压成管状，经机加工后即获得如图4-34所示的锆合金一不锈钢的管接头。

2真空电子束封焊铌钛与铜的挤压锭铌钛超导丝是铌钛合金为丝芯，紫铜为外包覆的复合丝材。
铌钛合金丝与紫铜复合的优劣将影响超导丝的性能。为了保证铌钛超导线的优良性能，采用真空电子束封焊铌钛与铜的挤压锭是十分必要的。
铌钛与铜超导丝的挤压坯料如图4-35所示。将铌钛合金锭装入铜包套内，以及包套上盖盖上都是在高真空环境下用机械手完成的，然后用电子束封焊包套的环焊缝，这种真空封焊方法是其他任何焊接方法无法替代的。铌钛超导挤压坯料加热至900℃并挤压成铌钛与铜超导丝材。

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