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1、特种连接方法special joining technology,第6讲,各种材料的电子束焊,主要包括钢、有色金属、高温合金、金属间化合物、异种材料的电子束焊,1. 钢 低碳钢：焊缝、HAZ组织细小，易采用电子束焊 非热处理钢易焊接 低合金钢： 热处理强化钢易出现HAZ硬度下降 和裂纹，则需焊后回火、合理设计 接头、预热、缓冷 不锈钢：可电子束焊，但马氏体不锈钢焊后易产 生淬硬马氏体，采取散焦电子束预热,特种连接方法special joining technology,特种连接方法special joining technology,30Cr3钢壳体淬火状态下真空电子束焊,制造工艺 传统：分段
2、筒体旋压退火电子束焊整体热处理（淬火 回火） 改造：分段筒体旋压退火热处理（淬火回火）真空 电子束焊 技术要求 射线检验I级要求，接头抗拉强度1.617GPa，塑性断裂，爆破 压力大于26.8MPa,特种连接方法special joining technology,焊接问题 冷裂：Ceq1.2%，需采取预热、降低焊接速度、焊后加热 或缓冷 过热区脆化：淬硬性大，过热区易产生高碳马氏体，小线能 量，减少高温停留时间，同时预热和缓冷 HAZ软化：加热到热处理时的回火温度后出现软化，尤其是 低温回火材料，软化区的温度范围越大，采用小线 能量、快速焊。,特种连接方法special joining te
3、chnology,特种连接方法special joining technology,工艺措施及参数 高真空度：2102Pa 提高加速电压：德国产电子束焊机，最大加速电压150kV 焊前预热：散焦电子束 焊后热处理：散焦电子束，类似回火,特种连接方法special joining technology,焊后焊缝无裂纹，接头强度1.681.71GPa，爆破压力27MPa， 断口呈塑性断裂，接头组织与原制造工艺基本一致,特种连接方法special joining technology,2. 有色金属 铝及铝合金 纯铝及非热处理强化铝合金HAZ小，变形小， 不加焊丝，接头性能等同于母材，单道焊厚度 达
4、475mm。 热处理强化铝易产生裂纹和气孔，需加焊丝、 降低焊速、焊后固溶处理等改善。,铜及铜合金 穿透性焊接较为优越，真空电子束焊可完全避免 接头的氧化。 含Zn、Sn、P低熔点元素的黄铜和青铜时，易造 成焊缝合金元素损失，需避免电子束长时间聚焦 于焊缝，焦点处于工件表面上方或摆动电子束 厚大件，为避免飞溅，可用散射电子束修饰焊缝,特种连接方法special joining technology,特种连接方法special joining technology,钛及钛合金 Ti在高温下吸收O和N，降低韧性，真空电子束10-3Pa， 避免污染，是99.99%Ar保护效果的1000倍；再是， 与
5、GTAW相比，HAZ和WM窄，组织细小，接头强度 高，塑韧性好。 表3.12和3.13 例如，F4战斗机中央翼盒长7m，宽0.9m，整个结 构由TC4钛合金件组成，共70条焊缝，焊接厚度 1757.2mm，全部焊缝长55m，电子束焊使整个结构 减轻270kg。,特种连接方法special joining technology,3. 高温合金 （表3.24，3.25） 固溶强化和沉淀强化高温合金都可焊，焊前最好使固 溶或退火状态，某些液化裂纹敏感合金则采取小热输 入和合适的焦距，减小焊缝弯曲部位的过热。 焊接缺陷及防止 HAZ液化裂纹：采用杂质低的母材，减少晶界的低熔 点相，采用较低的焊接热输入
6、，防止HAZ晶粒长大和 晶界局部液化，必要时添加抗裂性好的焊丝。 焊缝气孔：母材纯净度、表面粗糙度和焊前清理。 未熔合和咬边：防止电子束偏转，使之与工件垂直， 退磁，调整聚焦位置,特种连接方法special joining technology,4. 金属间化合物 （抗氧化、耐腐蚀、耐高温） TiAl： 室温塑性低，添加Cr、Mn、V、Mo获得 （2 ）组织，快速冷却时， 转变为，脆性 增大 。因此，需降低冷却速度和适当提高预热温度。,Ti3Al：,特种连接方法special joining technology,yu,特种连接方法special joining technology,关键是采
7、用小线能量，因为线能量越大，弯曲韧性越 差，硬度变化越明显（HAZ增大，FZ降低）,特种连接方法special joining technology,Fe-Al：成本低、抗氧化、耐腐蚀性能优，但氢脆 敏感性强，采用非真空条件下的熔化焊，易产生裂 纹。,各种材料电子束焊实例,特种连接方法special joining technology,特种连接方法special joining technology,特种连接方法special joining technology,特种连接方法special joining technology,5. 异种材料 两种材料热物理性能差较大时，需要加入中间 过渡
8、金属，介于两种材料之间的活性金属，例 如Ti、Nb、Al、Cu等。 电子束位置：熔点相差不大，位于焊缝中间； 要求熔合比不同时，可偏向多的一侧； 熔点差较大时，偏向高熔点一侧 可用于钢与有色金属、异种有色金属以及陶瓷 与金属的焊接,特种连接方法special joining technology,陶瓷与金属的电子束焊 真空下焊接，能防止O、N的污染，焊后接头气密性良 好。 专用真空电子束焊机，高真空低压型，电子束光斑直 径小0.11.0mm，Pd107109W/cm2,穿透力强，熔宽 小，熔深大，熔宽比达1:50。 工艺过程： 焊前清理：表面去锈、去油、打磨 B. 焊前预热：真空度102Pa后
9、，30min内升至16001800,特种连接方法special joining technology,C: 焊接，选择中间层金属，加速电压，功率和电子束 电流 D：降温退火：预热炉在10min内电压降为0，焊件在真 空炉内冷却1h后方出炉。,传感器的真空电子束焊 结 构：不锈钢管内套陶瓷管，搭接焊缝。 焊接工艺：焊前清洗；预热（1200，升温速度4050/min， 保温45min）；焊接，电子束偏向陶瓷一侧；一条 焊缝焊完后，再重新预热，焊第二条 焊缝；随炉缓 慢冷却至300后空冷。 质量检验：焊接缺陷检查，裂纹、气孔等，如不合格重新焊接。 图3.15、3.16,特种连接方法special joining technology,
