電子束焊接

　　定義

　　在當今時代，電子束焊接術的每一個進步的積累,使人類的航空制造技術更加的完善和強健。電子束技術的高穩(wěn)定和高強度的特性使飛行器冶金有了更加先進科學和結構精密的設計。如今存在的重要的技術實際上是在減少分解，加熱，和殘余應力的同時來減少氫脆變，限制氧氣和氫污染物。電子束焊接技術作為焊接整合領域的重要技術，如今已經(jīng)越來越深地影響到航空飛行器的制造和設計領域。這其中重要的原因是它有著先進的自動焊縫跟蹤，射束偏轉(zhuǎn)，多溶池焊接。

　　機身

　　每一個新的機身，引擎，或者是組裝配件的設計都可以考慮用電子束技術來完成。在機身設計上，與物料選擇最相關的三個標準是：靜態(tài)強度，飛行彈性，和金屬的疲勞壽命. 焊接最大的特點是當使用電子束焊接儀器時操作員能精準控制。利用這些精準的高質(zhì)量儀器，可以將焊接縫實現(xiàn)控制在很窄的束矢量內(nèi)，從而實時有效地減少主要參數(shù)的偏離；其他的控制還包括：速度跟蹤，角度，強度，集中性，描圖，以及熱量特性。在最縝密的規(guī)格操作下的CNC控制系統(tǒng)，是通過背散射 的電子傳感片來傳遞信息，這同時也實現(xiàn)了實時光譜控制。金屬飛行器件的結構整合和減輕負重設計是目前最大的挑戰(zhàn)，要完成這些需求，電子束技術是非常重要的因素。

　　引擎

　　飛行器引擎產(chǎn)業(yè)無可厚非地需要設計和建造有價值的零部件，這些可以包括：鼓狀物，輪子，環(huán)狀物，齒輪，以及機翼。而這些部件的焊接參數(shù)一旦確定下來，在整個生產(chǎn)過程中必須保持精確不變。如果沒有成本限制或者新的評估證明，WPS(焊接，過程，規(guī)格)都不可以輕易改變。對于焊接制造儀器和電子束焊接設備也是同理。這主要是因為有些材料，比如涅制的超耐熱不銹鋼，是特別為航空燃氣輪機制造的，必須在特定的溫度下嚴格操作。這類超耐熱不銹鋼對因熱導致的裂開非常的敏感，所以要求整個過程的參數(shù)，包括焊前和焊接后熱處理，必須嚴格評估和備份。而真空室電子束焊接機恰如其分地實現(xiàn)地這一要求。

　　推進槽和推進系統(tǒng)

　　推進槽，燃料管理系統(tǒng)，噴嘴，階段槽，微孔膜，注射元件，入口閥和出口閥；所有鈦合金的元器件，都是未來航空平臺永恒不變的重要組成部分。由于每個部件的細微革新，加工的限制規(guī)格和精準性要求有比較經(jīng)濟可行而且接近完美無瑕的解決方案。我們所面臨的困擾是：在人工監(jiān)控的操作條件下，人們卻不再能在最佳的焊接速度上精準地觀測到焊接縫，所以用設備控制流程是非常重要的。背散射電子觀測系統(tǒng)作為一種標準，已經(jīng)獲得了全世界普遍的認可。在焊接過程中信息搜集，處理和使用所用的方法時常是關鍵的問題。用統(tǒng)一的標準來實現(xiàn)零部件的聯(lián)結和加壓，從而滿足現(xiàn)代航空飛行器不見的更加精準的加工規(guī)格，使焊接縫看起來不易被肉眼察覺。目前有一種用沖壓底座的技術制作的鈦部件，整個過程在車床上完成。用電子束技術來掃描不僅僅精準地觀測到連接位置，而且反映了不同的能被肉眼觀測的鈦合金。

　　需要這種精準加工和電子束焊接技術的一種典型的產(chǎn)品就是鈦制衛(wèi)星軌道槽。從內(nèi)部連接縫位置上完成精準縫定位和鑿穿焊接成為了工程師當前所面臨的困難，而唯一的解決方法就是長焦距電子束聚焦和在這個長度上進行精準控制。這么說來，自然而然地又繞回到數(shù)字化控制系統(tǒng)的信息源—背散射電子。傳感器的靈敏度，高精準的電子數(shù)聚焦，精準的偏向，軟件的技術發(fā)展水平和電腦樹枝控制，都是操作者達到最佳技術成果的重要因素。

　　電子束

　　在光學顯微鏡中，利用電子來代替可見光，在圖像質(zhì)量和信息價值，可靠性和利用率方面有很大的優(yōu)勢。第一，利用電子束放大的倍率可以達到20,000x，而利用可見光的放大倍率只有1000 x。散射電子的特征是：利用被檢查物體表面的電子核相互作用的彈性，散射電子角度范圍可以達到180度，但是平均散射角度為5度。通過這種方式，一小部分散射的原子的原子序數(shù)Z發(fā)生了強烈的改變，通過這種方式可以對原材料做鑒定比較。這就是所謂的原子序數(shù)特征對比。這就是為什么電子束焊接機中需要安裝檢測板來收集散射電子的原因。軟件和CNC系統(tǒng)可以利用這些準確的信息來控制焊接參數(shù)。

　　束流控制

　　收集的信息以數(shù)字形式顯示了電子束流與高能電子的彈性散射的采樣樣本，次電子非彈性散射的采樣樣本以及電磁輻射的采樣樣本之間的能量轉(zhuǎn)換的關系。每種能量來源都可以用專門的傳感器檢測到并對其進行測量。吸收的束射電流也可以被檢測和測量。各種電子放大器采用數(shù)字化的CRT顯示器信號，可以創(chuàng)建重要的的信號強度分布圖。操作人員利用高分辨率的CRT作為其監(jiān)測設備，與此同時，數(shù)字信號傳輸給CNC系統(tǒng)用于回路控制的監(jiān)測和反饋。現(xiàn)今，無線傳感器放置于真空工作室中來實現(xiàn)自動光束對準。該專利在焊縫準確度方面實現(xiàn)了800%超越最好的手動操作。因此，該技術具有可靠性更高，在熱能輸入控制方面優(yōu)勢明顯，在熱能輸入與熱能影響區(qū)域低變形的特點。

　　在焊接過程中，利用高速電子束束流偏離來打出獨立的多孔，其間電子束偏離以及多溶池焊接過程中的電子束混合尤為重要?？刂栖浖涂刂剖鞣较虻钠x板對焊縫的復雜的曲線熱分布的控制起到了關鍵的作用。只有非常熟練的控制才能完成包括飛機設計的復雜任務。因此，專業(yè)人員用電子束焊接機來設計完成特殊的任務。

　　信息周期的簡單描述為一個奇特的電子作為能源做完整的周期運動，載波從電子束發(fā)生器出發(fā)通過聚焦線圈到達工件表面，反射到傳感器，從傳感器轉(zhuǎn)化成數(shù)字電路，通過軟件傳遞到CNC機電控制系統(tǒng)，然后循環(huán)進入能量發(fā)生器并回到陰極能量發(fā)生器用于再生能源。最后將能量用于焊接的孔。

　　一個非常特殊的例子：如果焊接件有一定的加工要求，那么在完成這個周期的同時需要克服焊接過程的熱變形、熱收縮、加工過程輕微缺陷、機器位移導致的變化。當我們可以保證復制我們的工序時，安全系數(shù)才會確定下來。在整個電子束焊接過程中，真空室與CNC以及束流和焊縫跟蹤電腦控制系統(tǒng)相連，保證了焊接的可復制性和可重復性。

　　特點

　　1 )電子束焊接的能量密度高 ,可焊接一般電弧焊難以實現(xiàn)的焊縫;

　　2)電子束焊接是在真空中進行 ,焊縫的化學成分穩(wěn)定且純凈 ,接頭強度高 ,焊縫質(zhì)量高;

　　3)電子束焊接速度快 ,熱影響區(qū)小 ,焊接熱變形小;

　　4)電子束焊接適用于焊接幾乎所有的金屬材料，尤其適合鋁材焊接;

　　5)電子束焊接可獲得深寬比大的焊縫 (20∶ 1～50∶ 1) ,焊接厚件時可以不開坡口一次成形;

　　6)電子束焊接結合計算機技術 ,實現(xiàn)了工藝參數(shù)的精確控制 ,使焊接過程完全自動化。

　　電子束焊接技術是目前發(fā)展最快 ,應用最為廣泛的電子束技術。