摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了電子束焊接這種先進(jìn)的連接技術(shù)，包括電子束焊接的概念、技術(shù)特點(diǎn)和分類(lèi)等，概述了電子束焊接技術(shù)的發(fā)展歷程。簡(jiǎn)要介紹了這種新技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、研究現(xiàn)狀和應(yīng)用情況，重點(diǎn)介紹了我國(guó)大飛機(jī)生產(chǎn)的可行性和研究現(xiàn)狀，指出它在異種材料連接的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：電子束焊接技術(shù)；研究發(fā)展現(xiàn)狀；應(yīng)用；大飛機(jī)；異種材料連接

一，前言

焊接是將同種或不同材質(zhì)、通過(guò)加熱或加壓或同時(shí)加壓又加熱，達(dá)到原子間結(jié)合而形成永久連接的工藝。下面簡(jiǎn)單介紹幾種重要的現(xiàn)代焊接方法。

1957年美國(guó)的蓋奇發(fā)明等離子弧焊；40年代德國(guó)和法國(guó)發(fā)明的電子束焊，也在50年代得到實(shí)用和進(jìn)一步發(fā)展；60年代又出現(xiàn)激光焊等離子、電子束和激光焊接方法的出現(xiàn)，標(biāo)志著高能量密度熔焊的新發(fā)展，大大改善了材料的焊接性，使許多難以用其他方法焊接的材料和結(jié)構(gòu)得以焊接^[1]。

在工業(yè)生產(chǎn)中得到實(shí)際應(yīng)用的高能束焊接方法有等離子弧焊、電子束焊和激光束焊。這些焊接方法的共同特點(diǎn)是熱源的能量密度高，可以一次行程穿透較厚的接頭而無(wú)需預(yù)制坡口，簡(jiǎn)化了制造工藝，而且束流的中心溫度相當(dāng)高，足以熔化任何金屬材料，因此具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，工業(yè)應(yīng)用的前景廣闊^[1]。下面僅對(duì)電子束焊做一下介紹。

二，電子束焊接技術(shù)簡(jiǎn)介

電子束焊接(EBW)是利用電子槍中陰極所產(chǎn)生的電子在陰陽(yáng)極間的高壓(25～300kV) 加速電場(chǎng)作用下被拉出，并加速到很高的速度(0.3～0.7倍光速#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#)，經(jīng)一級(jí)或二級(jí)磁透鏡聚焦后，形成密集的高速電子流，當(dāng)其撞擊在工件接縫處時(shí)，其動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，使材料迅速熔化而達(dá)到焊接的目的^[2]。

2.1 電子束焊接技術(shù)特點(diǎn)^[2]

第一，電子束焊接能量密度很高，對(duì)于任何材料，包括高熔點(diǎn)鎢、鉬等材料，其焊縫都能快速熔化。一般靠零件自身材料熔接而成。

第二，電子束焊接在真空中進(jìn)行，可防止材料氧化及其它有害氣體侵入。

第三，電子束焊接不僅能量密度高，可以獲得很大的焊縫深寬比，焊縫又深又窄，因而焊接零件變形小。

第四，#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#焊接兩種物理性質(zhì)差異大(如熱傳導(dǎo)或熱容量) 的材料所構(gòu)成的零件時(shí)，兩種材料可同時(shí)瞬間熔化再快速凝固。

第五，電子束可以聚得很細(xì)，偏轉(zhuǎn)方便，所以可焊很精細(xì)零件?？珊鸽y以達(dá)到的焊接點(diǎn)，因此對(duì)特殊結(jié)構(gòu)和特別精細(xì)的零件用電子束焊接是非常適宜的。

第六，能量密度高，焊接速度快，熱影響區(qū)范圍很小。

2.2 電子束焊接的分類(lèi)^[2]

按照電子束加速電壓的不同，即按電子束熱源特點(diǎn)的不同，可有高(電)壓電子束焊接、中(電)壓電子束焊接和低(電)壓電子束焊接之分，表一列出了這種分類(lèi)方法電子束流束源的特點(diǎn)#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#^[3]；按保護(hù)焊接熔池金屬的環(huán)境不同，有高真空、低真空和非真空電子束焊接之分；按焊接時(shí)整個(gè)焊件是否完全處在真空室內(nèi)，有全真空和局部真空電子束焊接之分。

表1 電子束流束源類(lèi)型及特點(diǎn)

三，電子束焊的研究發(fā)展現(xiàn)狀

早在上世紀(jì)80年代初期，電子束焊已進(jìn)入成熟的發(fā)展階段。由于電子束的能量密度高達(dá)300~500kW/mm，因此，一次穿透能力強(qiáng)、生產(chǎn)效率高，焊接過(guò)程可在高真空、半真空和非真空條件下完成，焊縫的純凈度高、質(zhì)量?jī)?yōu)異，已在飛機(jī)、火箭、汽車(chē)、機(jī)器傳動(dòng)部件以及活性金屬焊件連接中得到較廣泛的應(yīng)用。

　  電子束焊接是目前最成熟的高能束流加工方法之一。20世紀(jì)60年代初，開(kāi)始應(yīng)用于原子能工業(yè)、飛機(jī)制造業(yè)和宇航工業(yè)中貴重金屬的焊接。隨著現(xiàn)代原子能、航空和宇航等尖端技術(shù)的應(yīng)用而迅速發(fā)展起來(lái)，成功地解決了為現(xiàn)代尖端產(chǎn)品而發(fā)展的各種新型材料的焊接問(wèn)題。在汽車(chē)工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)等領(lǐng)域逐漸代替了以往的加工方法和生產(chǎn)流程，應(yīng)用日益廣泛^{#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#[2]}。

3.1 國(guó)內(nèi)電子束焊接技術(shù)的研究發(fā)展現(xiàn)狀^[2]

20世紀(jì)60年代初，我國(guó)開(kāi)始跟蹤世界電子束焊接技術(shù)的發(fā)展，并開(kāi)始了電子束焊接設(shè)備及工藝的研究工作。航空工業(yè)總公司北京航空工藝研究所、廣西桂林電器科學(xué)研究所及中科院沈陽(yáng)金屬研究所均是較早開(kāi)展此項(xiàng)工作的單位。至今已研制生產(chǎn)出不同類(lèi)型和功能的電子束焊機(jī)上百臺(tái)。近20年來(lái)，出現(xiàn)了關(guān)鍵部件(電子槍、高壓電源等) 引進(jìn)、其它部件國(guó)內(nèi)配套的引進(jìn)方式，我國(guó)研制成功了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)生產(chǎn)中使用的GDH—15型高壓電子束焊機(jī)：加速電壓為150kV，功率為15kW。此焊機(jī)已在航空動(dòng)力機(jī)械制造中使用#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#，解決了航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件的焊接,產(chǎn)品返銷(xiāo)國(guó)外。北京航空工藝研究所在1992年研制成功了ZD150—5A型高壓電子束焊機(jī)，此焊機(jī)是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)、自行制造的高壓電子槍和大型真空室的高壓電子束焊機(jī)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，達(dá)到當(dāng)時(shí)世界先進(jìn)水平。我國(guó)的中小功率電子束焊機(jī)已接近或趕上國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平，有明顯的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)。近20年來(lái)，有關(guān)電子束焊接的文獻(xiàn)大多集中在焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化、焊接冶金和穿透機(jī)理的研究、焊接技術(shù)的應(yīng)用及焊接接頭基本力學(xué)行為等方面。在我國(guó)，電子束焊焊接技術(shù)在工業(yè)中將進(jìn)一步應(yīng)用，但需解決的問(wèn)題是：焊接可靠性，穩(wěn)定性及質(zhì)量在線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展；#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#新產(chǎn)品設(shè)計(jì)與電子束技術(shù)的有機(jī)結(jié)合；焊縫自動(dòng)對(duì)中與跟蹤的自適應(yīng)控制技術(shù)的發(fā)展；深穿透機(jī)理及電子束與材料交互作用等物理現(xiàn)象的進(jìn)一步探求。