[科普中国]-低真空电子束焊机

简介

低真空电子束焊是在10-1～10Pa的压强下进行的。压强为4Pa时束流密度及其相应的功率密度的最大值与高真空的最大值相差很小。因此，低真空电子束焊也具有束流密度和功率密度高的特点。由于只需抽到低真空，明显地缩短了抽真空时间，提高了生产率，适用于批量大的零件的焊接和在生产线上使用。例如：变速器组合齿轮多采用低真空电子束焊接。3

分类电子束焊机通常分为高真空、低真空和非真空三种类型。

1)高真空电子束焊机焊接

在高真空工作室内进行。工作室和电子枪可用一套真空机组抽真空，也可用两套机组分别抽真空。为防止扩散泵油污染工作室，工作室和电子枪室通道口处设有隔离阀。

2)低真空电子束焊机焊接

在低真空工作室内进行，但电子枪仍可在高真空条件下工作。电子束通过隔离阀和气阻通道进入工作室。电子枪和工作室各用一套独立的抽气机组单独抽真空。

3)非真空电子束焊机焊机

没有真空工作室。电子束在高真空条件下产生，然后通过一组光阑、气阻通道和若干级真空小室，引入到大气压力下的环境中对工作进行施焊。各真空室采用独立的抽真空系统，以便在电子枪和大气间形成压力依次增大的真空梯度。3

工作原理电子束是从电子枪中产生的。通常电子是以热发射或场致发射的方式从发射体（阴极）逸出。在25～300kV的加速电压的作用下，电子被加速到0.3～0.7倍的光速，具有一定的动能，经电子枪中静电透镜和电磁透镜的作用，电子会聚成功率密度很高的电子束。

这种电子束撞击到工作表面，电子的动能就转变为热能，使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸气的作用下熔化的金属被排开，电子束就能继续撞击深处的固态金属，很快在被焊工件上“钻”出一个锁形小孔，小孔的周围被液态金属包围。随着电子束与工件的相对移动，液态金属沿小孔周围流向熔池后部，逐渐冷却、凝固形成了焊缝。

电子束传送到焊接接头的热量和其熔化金属的效果与束流强度、加速电压、焊接速度、电子束斑点质量以及被焊材料的性能等因素有密切的关系。3

系统要求低真空型电子束焊接机的真空系统必须满足如下几个要求：

①枪室和焊接室之间的压差要足够的大，以保证枪室的工作压强不高于6.6×10-2Pa，而且要保证电子枪的阴阳极区域的气压尽可能稳定。

②焊接室的工作压力处于低真空状态，但要保证：电子束在工件上的穿透能力接近高真空条件下的穿透能力；在低真空状态下的焊接气氛要保障达到优良的焊缝冶金质量。

③电子束在低真空区飞行的距离尽可能短，以减少电子束的散射损失。

由于在气体中飞行的电子同气体分子和其它粒子间会发生相互作用，又由于核电场的作用，会造成部分电子偏离原来的路线，这一类的离散叫弹性散射。电子的弹性散射又同气体分子的种类、气体密度、电子能量(或加速电压)以及电子飞行的路程有关。国外在这方面作了不少研究工作。大量实践都证明了加速电压为60kV时，电子束飞行距离为500mm左右。当焊接室压力为3Pa～4Pa时，电子束在工件上的穿透能力基本上同高真空条件下一样。当焊接室压力升高到6.6Pa时，仍能得到非常满意的穿透性能。2