揭秘电子束焊接的奥秘

电子束焊接——是幕后英雄还是针尖工艺？

直到最近，电子束焊接都被认为是一个非常复杂的过程，不容易控制。但是现代化的工厂和控制技术使其易于操作，使得工业界越来越多地转向该技术，因为它提供了许多优势，特别是在以前被认为难以焊接的应用领域。

电子束过程产生深、平行且狭窄的焊缝。角变形和横向收缩以及其他干扰的影响是最小的。它的应用范围非常广泛，包括从焊接最小的部件到接合单次操作壁厚超过150mm的工件。这些优点还有利于机械部件的设计、航空航天工业中单个部件的加工、建造船只和新能源车以及汽车大批系列的生产。

将分解的电子作为聚焦光束

通常，电子与原子紧紧绑定，但它们可以通过提供能量从原子壳中释放出来。在电子束焊接中，首先加热阴极产生自由电子云，然后阳极会强烈得使之加速。通过控制网络和电磁透镜将这些自由的电子聚焦成光束。电子束的速度能达到1/3-2/3的光速。由于电子束很容易被磁偏转，因此可以精确控制。

焊接过程在真空中进行并且利用电子能量的转移，当电子变慢的时候，电子撞击物质时释放出热量。周围的材料大部分还维持较低的温度。深度焊接效果可确保细长、平行且深接缝超过 150 mm。在能量密度超过106 W/cm2时，熔融材料在中心蒸发，这使得液体材料周围产生毛细管状的蒸汽。

真空支持活性金属（如钛、硅或镍）的加工，甚至比使用保护性气体更便宜。一般来说，在真空下工作可使工件保持清洁和更好的焊缝质量。智能型空气锁的理念可防止以牺牲生产时间为代价而产生的真空。

电子束焊接的直接对比

最后在最终选择生产技术时，成本是主要因素之一。虽然激光束焊接的投资成本随着焊接的深度而线性增加，它们与电子束焊接的功率却无关。在根据所需深度的不同，电子束直接比较可能更为昂贵，但在更高功率水平上却相当的便宜。

与电子束焊接一样，电弧焊接工艺近年来也大有发展。相比之下，电子束焊接的成本几乎与焊接材料无关，因为不需要填料材料。辅助工艺成本基本限于功耗，与其他聚变焊接工艺相比，功耗非常低。此外，无需任何气体或相应的粉末来保护焊池，因为工艺产生的真空可提供最佳的边界条件。

很明显，电子束对于长焊缝特别有效。这不适用于尺寸与接缝长度呈不利关系的组件。使用传统方法，可以更加经济高效地焊接非常大的工件上的小接缝。

制造商在生产过程中越早涉及电子束服务供应商，就更好能利用该方法的优点。一些被认为难以焊接的材料，如 Inconell 713，已经用于制造数百万个涡轮增压器部件。

深度焊接效果：通过熔化和蒸发，电子束可以深入材料，焊接熔池穿透工件。