鋁合金電子束焊接技術(shù)的研究

【摘要】隨著焊接技術(shù)的不斷提升，尤其是鋁合金電子束焊接的全面應(yīng)用，在航天企業(yè)、交通工具等多方面得到了廣泛的推廣使用。在對鋁合金的焊接技術(shù)上有了進(jìn)一步的研究探討，主要存在有脈沖氬弧焊、焊條電弧焊和氣焊等常規(guī)方法和電子束焊、激光焊等高能束方法。本文旨在具體分析鋁合金電子束的應(yīng)用特點(diǎn)、優(yōu)勢和工作原理，在此基礎(chǔ)上分析當(dāng)前鋁合金電子束焊接的現(xiàn)狀以及存在問題，并深入探討鋁合金電子束焊接技術(shù)的發(fā)展前景，更好的推動電子束焊接技術(shù)的全面進(jìn)步。

【關(guān)鍵詞】鋁合金；電子束焊接技術(shù)；研究

鋁合金電子束焊接技術(shù)是當(dāng)前一種高能束方法，具有熔透性高、接頭性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，成為了鋁合金焊接的重要方法之一。通過對鋁合金電子束焊接技術(shù)中的參數(shù)研究、原理分析，進(jìn)一步掌握電子束焊接技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，并在實(shí)際中提高焊接技術(shù)的效果應(yīng)用，更好的促進(jìn)鋁合金在航天、交通、機(jī)械制作、電工化工等行業(yè)中的效果，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的全面提高。

一、簡述鋁合金電子束焊接技術(shù)的含義和應(yīng)用特點(diǎn)

1、整體概念的掌握。鋁合金電子束焊接是指在一定的真空環(huán)境中，通過采用會聚的告訴電子流轟擊焊件連接部位，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生大量的熱能，實(shí)現(xiàn)與被焊接金屬融合的一種有效焊接方式。能夠?qū)崿F(xiàn)功率密度高、穿透力強(qiáng)、精準(zhǔn)快速等一些特點(diǎn)，通過采用電子束焊接方式，可以有效地減少熱影響區(qū)，提升焊接的接頭強(qiáng)度，從而更好的避免熱裂紋等問題的發(fā)生。在采取合理的焊接工藝措施后，接頭中的氣孔缺陷可得到很好的控制，保證焊縫應(yīng)具有的力學(xué)性能，滿足設(shè)計使用要求。

2、應(yīng)用原理的概述。通過利用電子槍產(chǎn)生的電子，使被高壓電場的速度急劇加大，并經(jīng)過磁透鏡聚焦，形成高密度、高能量的電子流，作用在焊縫處，能量發(fā)生轉(zhuǎn)換(動能轉(zhuǎn)化為熱能)，使焊縫區(qū)的材料迅速熔為一體，在極短的時間內(nèi)冷卻凝固(冷卻速度約2200℃／s)，從而實(shí)現(xiàn)焊接。

3、特征表現(xiàn)的概括。對于鋁合金電子束焊接技術(shù)的應(yīng)用，主要存在多方面的應(yīng)用特點(diǎn)，可以從材料選用、尺寸大小等各個方面進(jìn)行分析。一是電子束焊接技術(shù)沒有引入焊接材料，要求通過待熔體的熔合，尤其是焊縫的純潔度比較高。二是鋁合金電子束的斑點(diǎn)尺寸很小，功率密度非常大，焊縫深度也比較寬，在焊接一些較厚的板底時，不需要開坡口，能有效節(jié)省材料和能源。三是鋁合金焊接的時候，焊接熱源的調(diào)節(jié)溫度范圍比較大而且易于精確調(diào)整，能有效的焊接各種貴金屬，并通過現(xiàn)代技術(shù)手段的應(yīng)用，控制電子束的偏移，并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜焊縫的自動化焊接，具有具有熔透性高、接頭性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，成為了鋁合金焊接的重要方法之一。

二、分析鋁合金電子束焊接技術(shù)實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀和存在問題

1、接頭缺陷的主要表現(xiàn)。盡管鋁合金電子束焊解決了鋁合金焊接存在的諸多問題，但鋁合金焊接仍存在許多缺陷，主要包括氣孔、裂紋、焊縫成形不良以及合金元素?zé)龘p等。一是針對空心鋁球的電子束焊接，分析了氣孔和裂紋等缺陷產(chǎn)生的原因。二是對鋁合金電子束焊接氣孔進(jìn)行了分析，指出了各參數(shù)條件與氣孔產(chǎn)生之間的關(guān)系。三是研究了5A06鋁合金電子束焊接后熔池內(nèi)Mg元素的分布及其對焊縫硬度的影響，并分析了焊接工藝參數(shù)對Mg元素?zé)龘p行為的影響。四是對2A12鋁合金真空電子束焊接氣孔缺陷進(jìn)行了分析，表明影響焊縫度的主要因素是焊接過程中產(chǎn)生的氣孔缺陷，在采取一定的焊接工藝措施后，接頭中的氣孔缺陷可得到很好地控制，保證了焊縫所需的力學(xué)性能。

2、焊縫成形的方法應(yīng)用。通過對焊縫成形的標(biāo)準(zhǔn)化評價，可以知道焊接質(zhì)量的好壞，因此，焊縫成形是評價焊縫質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，鋁合金電子束焊接由于具有焊縫深寬比大的優(yōu)勢，更能體現(xiàn)出焊縫成形的體征。熔深作為影響鋁合金電子束焊接接頭性能的重要因素，尤其是在其他參數(shù)基本不變的情況下，電子束焊熔深和加速電壓U、電子束流Ib成正比，與束斑直徑(受聚焦電流If影響)、工作距離D、焊接速度v成反比，據(jù)此可以設(shè)計合適的工藝參數(shù)，確保焊縫成形。采用低加速電壓、大束流、過剩熱輸入和低焊接速度的軟焊接規(guī)范，確保了2219鋁合金焊接中得到良好的焊縫成形和合理提高，為研究焊縫成形提供新方法。

3、綜合技術(shù)的全盤運(yùn)用。盡管鋁合金中的某些低沸點(diǎn)元素對誘導(dǎo)小孔的產(chǎn)生起到促進(jìn)作用，由于其電離能低，鋁合金激光焊，金屬蒸氣易于電離，導(dǎo)致等離子體本身吸收過多激光能量，使得作用于熔池中的激光能量降低，為了消除等離子體的不利影響，通常采取加大保護(hù)氣體流量、附加側(cè)面噴嘴吹除以及改變工件焊接位置等。在焊接過程中熔池中的金屬蒸氣和等離子體還會以一定的壓力和頻率從熔池中噴出，使得熔池底部的金屬在激光的直接照射下產(chǎn)生較大熔深。

三、探討鋁合金電子束焊接技術(shù)的發(fā)展情景和規(guī)模效益

1、焊接參數(shù)的具體應(yīng)用。在全面權(quán)衡焊接參數(shù)之間的制約性基礎(chǔ)之上，不斷完善設(shè)備參數(shù)之間的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用，對電子束流Ib、聚焦電流I、加速電壓U、焊接速度v和工作距離D等參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制，從設(shè)備上確保參數(shù)精度控制，為獲得理想優(yōu)化的焊接參數(shù)提供保證；另一方面，需要將數(shù)據(jù)庫技術(shù)、專家系統(tǒng)、模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等引入到電子束焊設(shè)備中，使設(shè)備能夠具有自調(diào)節(jié)最優(yōu)參數(shù)的能力。

2、鋁合金電子束焊接技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究逐步深入。在加強(qiáng)鋁合金電子束焊接技術(shù)的同時，將理論研究作為提升焊接技術(shù)水平的一個重要目標(biāo)，尤其是在當(dāng)前對鋁合金電子束焊接技術(shù)的理論研究還不夠成熟，有更多不完善的地方，在焊接技術(shù)的理論研討上，將來主要是圍繞電子束的流特性、電子束焊本質(zhì)、電子束焊接熔化原理、參數(shù)掌控、冶金結(jié)晶過程以及溫度控制、熱量吸收等多方面展開，尤其是電子束的缺陷機(jī)理以及防治措施上進(jìn)行深入的探討，在具體操作的基礎(chǔ)上，將實(shí)際應(yīng)用與理論研究結(jié)合起來，針對當(dāng)前鋁合金電子束焊接技術(shù)應(yīng)用中的問題和短腿，為電子束焊接技術(shù)的進(jìn)一步完善提供厚實(shí)的理論支持，并將收到更好的發(fā)展前景。

3、數(shù)值模擬技術(shù)的逐步推廣應(yīng)用。在加強(qiáng)對鋁合金電子束焊接技術(shù)的監(jiān)控方面展開研究的基礎(chǔ)上，可以采用圖像處理技術(shù)來檢測鋁合金電子束焊接的全過程，并通過現(xiàn)代化信息技術(shù)的開展，實(shí)現(xiàn)對鋁合金電子束焊接技術(shù)中熔池與焊接質(zhì)量的相關(guān)模型，尤其是是對鋁合金電子束焊接過程中檢測產(chǎn)生的帶電粒子，進(jìn)行深入的檢測，將電子束焊接原理得到進(jìn)一步的完善和提高。可以有效加強(qiáng)數(shù)值模擬技術(shù)在鋁合金電子束焊接中的作用現(xiàn)顯示，完善鋁合金電子束焊接的熱源模型，推進(jìn)鋁合金電子束焊溫度場、應(yīng)力場、鋁合金電子束焊焊縫成形、電子束焊接缺陷產(chǎn)生機(jī)理及防止措施等方面的模擬研究工作，并與實(shí)際試驗(yàn)相互結(jié)合，將其結(jié)果用來指導(dǎo)實(shí)際工況。

四、總結(jié)

從鋁合金電子束焊接技術(shù)的應(yīng)用原理和特征表現(xiàn)出發(fā)，在全面分析電子束焊接技術(shù)的現(xiàn)狀，并通過一些其他的焊接技術(shù)，譬如MIG 焊、TIG焊，攪拌摩擦焊等的實(shí)踐比較和應(yīng)用，加大對鋁合金電子束焊接技術(shù)的深入研究，并不斷改善設(shè)備管理模式，完善工藝制作技術(shù)，更好的推廣鋁合金電子束焊接技術(shù)在各個工業(yè)以及其他領(lǐng)域的應(yīng)用，推動經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展。

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