關(guān)于電子束焊接技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究探析

李兵

摘 要：電子焊接技術(shù)經(jīng)過(guò)多年來(lái)的不斷完善和發(fā)展，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和生活中重要的組成部分。本文簡(jiǎn)要說(shuō)明了電子焊接術(shù)的基本工作原理，重點(diǎn)分析了國(guó)內(nèi)外對(duì)電子焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并展望了電子焊接技術(shù)未來(lái)的研究方向。

關(guān)鍵詞：電子束焊接技術(shù)；國(guó)內(nèi)研究；國(guó)外研究

0 引言

隨著航空航天、核能、微電子等行業(yè)的快速發(fā)展，加強(qiáng)了對(duì)高韌性、高硬度的鋁合金及其他耐高溫金屬材料和復(fù)合材料的需求，這對(duì)焊接工藝提出了更高的要求。電子束焊接技術(shù)是一種新型的焊接工藝，與傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比，具有穩(wěn)定性高、焊縫窄等特點(diǎn)，各國(guó)對(duì)電子束焊接技術(shù)的研究也取得了一定進(jìn)展。

1 電子束焊接的基本原理

電子束焊接是指在焊接過(guò)程中，經(jīng)過(guò)電子槍產(chǎn)生，在電子光學(xué)系統(tǒng)和高壓加速共同融合后產(chǎn)生了功率密度較高的電子束，電子束撞擊到工件面上后，就能將電子的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，促使金融的熔化。熔化后的金屬在高壓金屬蒸汽的作用下被排開(kāi)，電子束趁機(jī)繼續(xù)撞擊固態(tài)金屬，并在被焊接的工件上鉆出一個(gè)鎖性小孔，液體金屬包圍小孔周?chē)Ｒ?jiàn)下圖。然后，在工件和電子束的相對(duì)移動(dòng)作用下，液體金屬會(huì)沿著小孔周?chē)蛉鄢睾蟛苛鲃?dòng)，經(jīng)過(guò)冷卻和凝固后形成焊縫。

2 國(guó)內(nèi)外電子束焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1948年西德物理學(xué)家K.H.Steigerwald首次提出了電子束焊接的設(shè)想，這是電子束焊接的起源[1]。隨后法國(guó)J.A.Stohr 博士于1954年成功的對(duì)核反應(yīng)堆燃料包殼進(jìn)行焊接，象征著電子束焊接金屬的成功，三年后在法國(guó)巴黎召開(kāi)的“國(guó)際原子能燃料元件技術(shù)大會(huì)”上第一次公布了電子束焊接技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)者電子束焊接作為一種新型焊接技術(shù)的誕生。之后世界各國(guó)，如美國(guó)、前蘇聯(lián)、日本、英國(guó)等國(guó)都開(kāi)始對(duì)電子束焊接技術(shù)進(jìn)行研究，我國(guó)直至上世紀(jì)60年代，才開(kāi)始著手研究電子束焊接技術(shù)。

2.1國(guó)外對(duì)電子束焊接技術(shù)的研究

國(guó)外乃至全球電子焊接技術(shù)較為發(fā)展的國(guó)家是德國(guó)、美國(guó)、日本等。在工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的電子束焊接設(shè)備功率要<150kW，加速電壓<200kV，一次可焊接最大厚度的鋁合金為50mm，鋼板為300mm[2]。

目前，國(guó)外在電子束焊接設(shè)備的研發(fā)中具有代表性的國(guó)家有德國(guó)（PTR精密技術(shù)有限公司）、法國(guó)（TECH-META公司）以及烏克蘭（巴頓電焊研究所）。其中烏克蘭巴頓研究所生產(chǎn)的高壓電子束焊機(jī)有著穩(wěn)定的性能和成熟的技術(shù)，早在前蘇聯(lián)的航空宇航焊接試驗(yàn)中就得到了成功的實(shí)踐。日本研發(fā)了一種功率在300KW，加速電壓在600kV等超高壓電子束焊機(jī)，這中焊機(jī)能一次性焊接200mm厚度的不銹鋼，深度比為70：1。近年來(lái)，日、德等國(guó)研究了雙槍和填絲電子焊機(jī)技術(shù)，法國(guó)成功研制出了三金屬薄帶材的電子束焊機(jī)。

2.2 國(guó)內(nèi)對(duì)電子束焊接技術(shù)的研究

我國(guó)最早開(kāi)始研究電子束焊接技術(shù)的組織和單位是北京航空研究所、中科院沈陽(yáng)金屬研究所以及廣西桂林電氣科學(xué)研究所，目前已經(jīng)研制出了近百臺(tái)不同類(lèi)型和功能的電子束焊機(jī)。我國(guó)成功研制的第一臺(tái)電子束焊機(jī)是GDH-15型高壓電子束焊機(jī)，主要用于航空動(dòng)力機(jī)械制造，其功率為15kW，加速電壓為150kV。我國(guó)第一臺(tái)自主設(shè)計(jì)和制造的高壓電子槍、大型真空室高壓電子束焊機(jī)是北京航空工藝研究所于1992年研制的。近年來(lái)，我國(guó)有關(guān)電子束焊機(jī)研究的文獻(xiàn)主要集中在焊接冶金及穿透機(jī)理、焊接技術(shù)的應(yīng)用、優(yōu)化焊接參數(shù)等，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在一定差距，需要繼續(xù)探索和實(shí)踐。

3 展望電子束焊接技術(shù)的未來(lái)研究方向

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電子束焊接技術(shù)也將呈現(xiàn)代化、科技化發(fā)展，其研究的主要方向體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。首先，要開(kāi)拓解決制約新材料和結(jié)構(gòu)應(yīng)用的有效途徑。在研究和開(kāi)發(fā)新材料的電子束焊接技術(shù)時(shí)，要從焊接科技和材料研制兩方面入手。材料研制上，材料的性能與焊接性能往往是一對(duì)難以協(xié)調(diào)的矛盾，新型的材料并不意味著有較高焊接性能，而通過(guò)對(duì)材料性能的研制，能盡量化解這對(duì)矛盾。焊接科技上，在對(duì)高性能材料的研制過(guò)程中，通過(guò)采用科學(xué)的焊接技術(shù)能有效的將焊接性納入到高性能的技術(shù)指標(biāo)中。因此，焊接技術(shù)人員要與材料研制人員加強(qiáng)交流和溝通，提高材料的可焊接性。

其次，要研發(fā)新的焊接工藝，提高焊接產(chǎn)品的質(zhì)量。為了消除焊接是制造過(guò)程中永遠(yuǎn)的“弱勢(shì)環(huán)節(jié)”的傳統(tǒng)觀(guān)念，焊接行業(yè)必須做好長(zhǎng)期的研究準(zhǔn)備，通過(guò)不斷研發(fā)新的焊接工藝，來(lái)提高焊接的性能和促進(jìn)焊接質(zhì)量控制的智能化發(fā)展，確保焊接的“零裂縫”。最后，要優(yōu)化電子束焊接的生產(chǎn)環(huán)境，提高焊接行業(yè)在社會(huì)中的地位，以吸引更多優(yōu)秀人才的加盟。通過(guò)研制新的材料和焊接工藝，除了能降低焊接的成本，提高焊接生產(chǎn)效率外，還能大幅降低焊接對(duì)環(huán)境和自然資源的影響。焊接人員通過(guò)對(duì)噪音、輻射等進(jìn)行消除，能大大優(yōu)化焊接的工作環(huán)境，改變焊接在社會(huì)中“臟、苦、累”的負(fù)面形象，以吸引更多高素質(zhì)的焊接人才投身到焊接的事業(yè)當(dāng)中去，促進(jìn)我國(guó)焊接行業(yè)的穩(wěn)定、高速、可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的時(shí)代，國(guó)內(nèi)外對(duì)電子束焊接技術(shù)的研究取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，尤其是在焊接理論研究和工藝的實(shí)踐上有一定的研究成果。不過(guò)，受限于研究分析手段等因素影響，還有很大的研究空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]張秉剛，吳林，馮吉才.國(guó)內(nèi)外電子束焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].焊接，2012，26（02）：19-20.

[2]王春東.電焊焊接技術(shù)淺析[J].黑龍江科學(xué)，2014，36（08）：21-22.