看图说话——浅析真空电子束焊接的应用

浅蓝色

十四问：铝合金的焊接性怎么样？
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: S1 c% y5 V  K% r% S' b答：铝合金是一类非常常用的材料，在很多的领域应用的非常广泛，尤其在航空航天领域，大量使用的除了钛合金就是各种材料的铝合金了，我平时接触比较多的是防锈铝系列，从LF5，LF6到LF21等都接触的比较多。铝合金材料给人的感觉便是不同牌号的铝合金的焊接差异非常之大。而且我所焊接的深度从0.5mm到50mm都不等，各种尺寸，各种接头的都用。下面给大家上几张图，一起分析一下。



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图二十四到二十八为防锈铝LF5的焊接，焊接的深度在5mm左右，这个铝盒子的焊接有三条焊缝，从图上很清晰的看到，这个焊缝比较困难的一点便是它都不是普通的对接的焊缝，严格意义上来说这些都是角接的焊缝。对于一般的电子束焊接的来说，有两个方法可以实现这个的焊接，一是采用采用束流静态偏转功能，二是通过轴的偏转一定的角度，使得束流可以直接到达焊缝。以上的焊缝都是采用第二种方法来实现，实现在真空室外面调整到一定的角度，然后提前做好工艺参数之后再进行焊接。对于铝合金的焊接的最重要的一点就是焊前的清理工作非常，非常，非常的重要。本身对于铝合金来说，对于一般的焊接方法就是比较困难的，焊接的时候产生的缺陷比较多，尤其是气孔，裂纹了。而且铝合金表面有一层非常难处理的氧化膜。对于防锈铝一样也要处理这个东西，虽然真空电子束焊接是在真空下进行焊接，已经把气孔的可能性排除到最小了，但是本身的氧化膜不清理干净的话，仍然会产生气孔等缺陷。因此一般而言，焊前都会对铝合金进行酸碱洗，或者用刮刀直接刮掉一层，这样可以最大限度的减小气孔的可能性。但是一定要注意这个安装间隙，尤其是用刮刀后和很有可能使得安装间隙过大，这样焊接出现很大的问题，对于铝合金而言，一点的安装间隙都会有可能造成焊接质量的不稳定和焊后应力引起的变形，等等。对于上面的这个零件而言，一是注意焊接顺序，二是注意工件的安装保证，事前估计焊后变形，做好焊接工艺，这样才可以最大限度的保证焊接质量。（图片自拍，已取得客户同意发布）
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% i" g" Y3 a4 u9 }' E# G5 G4 Y( @十五问：“小小的售后”问：“你说的焊接深度我是否可以理解为熔深？这个属于融化焊？那填充材料是？”

) T& i: E# T: Q% `, X答：首先很感谢您对我这篇帖子的关注。对于您的问题我做如下回复：
我这里所指的焊接深度并不完全是指熔深，一般而言，我指的是有效焊接深度。具体来说便是熔深>有效焊接深度。

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图二十九，三十，您很幸运，我刚刚找到两张有缺陷的可以用于对比的焊缝的截面图，如果不考虑其他的缺陷，单纯的考虑一下熔深的话，您就会发现问题了。上图是铝合金，焊接深度在25mm左右。因此上面一张的熔深差不多是25mm左右，但是下面一张就不一样了，电子束焊接的原理是小孔效应，一般会有钉尖缺陷，对于下面图而言，则钉尖缺陷比较的明显，因此对于地下的7mm左右的地方就是一个空洞，一个缺陷，是无效的，所以熔深是25mm左右，，但是有效的焊接的深度，有效的熔深其实是不到20mm的，当然在正常的焊接的产品中是不允许存在下面那张图片上面的问题的。不知道这样的解释，您是否满意。
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$ [. R. r$ @% v对于这个属于融化焊？那填充材料是？这个问题我做如下回复：
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: n  i- F$ b  \  }8 N1 N电子束焊接却是是属于“熔”化焊接（不是“融”化焊接哦，注意用字哦）。一般来说我们再用电子束焊接的时候很少添加填充材料，即不添加任何的焊材，助焊剂之类的东西。完全是使用熔化木材的金属来填充焊缝，焊前的装配间隙是非常小的，我对客户产品的要求一般是越小越小，如果非要说一个数字，我希望是小于0.05mm，因为电子束焊接本身就是属于精密焊接，如果焊前的装配间隙过大时无法保证焊接质量，无法保证焊后变形的。本身有些产品焊后的变形量就要求小于0.05mm，如果焊前间隙过大，这个产品焊接后肯定是废品。幸运的是，我们的客户一般的加工精度都还是不错的。有好多的客户的加工后的装配间隙都是小于0.01mm的，我们的塞尺都是无能无力，在焊接过程中有时候连找到焊缝都是十分的困难，这样的装配间隙焊接出来的质量肯定是非常好的。关于这个问题我会单独的列一个问题出来回复。当然也不是绝对的，有时候有特殊要求的我们可以填丝焊接，但是这种情况比较少，我本身很少做，有时候焊接有缺陷的时候，有些地方可以适当的填一些木材金属，再焊接，不知道这样是否也可以理解为有填充材料。


图三十一，三十二，从上面一个图中您可以看到装配间隙是非常非常小的，因为这种齿轮都是热装的，所以可以非常好的保证装配间隙，因此焊接出来的效果才可以得以保证（图片来自自拍）。
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十六问：如何保证焊接质量？

答：这是一个非常大，非常宏观，非常笼统的问题。一个产品最后的精度保证是由三方面的精度来保证的。
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首先是设计精度，如果设计精度都是不达标的话，那么以后的精度就比较难说了。目前我国和发达国家相比的话，其实好多的产品方面，我们的设计精度是没有问题的，甚至好多的产品的设计都是比发达国家要更高的。但是有一个问题就是我们的设计人员一般很少是工艺人员出身的，好多的都是初出茅庐的大学生，设计中难免会有很多的不合理，不切合实际的设计，但是总体来说还是不错的。
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其实是加工精度，这个比较的重要。很多的产品的图纸设计的是非常好的，但是一加工出来后连设计人员都不认识。其实这个时候QA，QC要负起责任来，不合格的就坚决不能进来，但是我们中国人民非常容易变通。不合格的加工出来了，扔掉又觉得可惜，于是很多的设计人员就又改了图纸，以适应已经加工好的零件，这样就没有了任何的意义。有人说中国人的东西有四个螺钉的，工人绝对不会帮你拧上四个，我还不信，有一次我把电饭锅拆了，发现里面的四个螺丝钉果然只是拧了三个。哎，不过现在很多的企业的加工精度都上来了，很多都是进口的国外的高精度的设备，很多负责人，有职业精神的加工人员做出的东西都还是非常非常漂亮的，只要设计人员坚持，肯定会做出好东西来的。

再者就是装配精度，不可否认，我们车间的很多的装配工人都是处在社会的最底层，本来实体经济就不景气，制造业就不受重视，而处在最底层的装配工人的待遇又不好，于是招来的工人师傅的素质就不是很高，于是恶性循环，使得装配的质量一直上不去，其实这个是我国和国外的最大的差距。一个好的装配师傅，它起的作用应该是决定性的。它的装配式直接的关系到产品的好坏，是最息息相关的。因此在焊接产品的时候，我一般都是亲自上手和同事一起完成装配，这样装配是什么样子的，要整么调节参数来适应焊缝，这些都是非常重要的。要做到心中有数，才能不慌不忙。

" d' K& ^. d0 X' K下面再附录一篇关于这个方面的文章，虽然有点老了，但是很有指导意义。供大家下载，我认为写的非常精彩。（文章来自互联网）

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  _9 U, l- M0 W* C' X" r# o6 x十七问：铜和不锈钢能否焊接？
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答：很多初学焊接，或者对焊接不熟悉的朋友经常会问这个问题，是可以理解的。但是作为一个搞焊接的就不应该问这么幼稚的问题。

* Q' v+ W, U/ F9 p( s' b异种材料能否焊接，要看什么，关键是要看两种材料的结晶情况，两种金属如能够完全固溶，则可焊性好，如果出现复合组织，则可焊性尚可，若形成金属间相的则不可焊接。
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5 ~; U$ J2 a& o4 w2 _但是实际应用中，即使完全固溶，但是由于其热物理性能，比如热传导性，热膨胀系数，熔化温度的差异，以及在不同温度下 两种金属相互间溶解度的不同，这会给焊接造成困难，出现气孔，裂纹等缺陷或完全不能形成良好的焊接接头。
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! m0 V  T9 C4 c( ]下面给大家看几张图，可以加深理解。
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图三十三，三十四，三十五为自己拍摄的无氧铜与不锈钢的焊接，最后的图三十六为从“道长”的帖子中摘录而来（不好意思哈，道长，我找了半天自己的图片，发现这个铜和不锈钢的这个昨晚金相的自己还真没有拍照，就引用你的了，见谅哈）。图中的无氧铜和不锈钢环焊缝的焊接深度在4mm左右，焊后要求抽真空室大于1*10-9（还真无法编辑，为10的-9次方）mbar。如果焊接有缺陷的，有气孔之类的话，真空室肯定抽不上去的，但是从外观上来看，表面还是不错的。
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从最后一张图来看的话，它们的结晶还是不错的，因为不锈钢与铜在化学性能的方面，从晶格类型，原子半径，原子外层电子数量等方面来看是比较接近的。有利于形成金属间的联系，但是由于在熔点和热物理性能上的差异较大，于是焊接比较有困难。容易形成热裂纹，因为焊后结晶是晶粒间有一层很长薄的低熔点的液态铜，极易引起裂纹，同时铜在熔化过程中容易有气体排出，容易有气孔。但是好在电子束的能量密度是非常高的，在焊接时，使得电子束斑点偏铜一侧，保证焊缝中的含镍量，减少铜的有害作用，保证焊接质量。
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十八问：其他异种材料的焊接性怎么样？
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答：虽然掌握了焊接冶金学，上面的原则，但是也用不着所有的都去做实验，因为我们都是踩着前人的尸体爬过来的，世界上有很多的巨人，我们都是站在他们的肩膀上面，很多的前面的学者已经替我们解决了大部分的问题，剩下的我们基本上都够用了。关于异种材料的焊接性能，我给大家放一张图片，大家对应的看就好了。
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+ \5 K9 N+ s8 ^8 a图三十七，为异种金属各种电子束焊接的可焊接性（图片来源于王之康，高永华，徐宾所著的《真空电子束焊接设备及工艺》），有兴趣的话，大家可以参考参考，感谢前辈们所做的一起。
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- r: x  C* I& E; U& u7 `7 }9 R十九问：焊缝是不是越窄越好，深宽比越大越好？
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答：很多人认为电子束的最大的优点就是焊缝非常的窄，深宽比非常的大，就想当然的认为深宽比越大越好，其实不然，这是一个误区，在实际的生产当中，过窄的焊缝并不可取，单纯的追求深宽比没有太大的意义。理由如下：

  B, o8 F1 r+ I" |. w  s  [4 g一是，过窄的焊缝容易造成焊缝不牢等缺陷，你想啊，太窄的话，熔化的金属少，这样如果是很重很大的两部分焊接在一起，或者又需要承受很大的应力的话，这样强度有可能不够。

二是，太窄的焊缝对于焊件的装配精度要求的非常高，如果装配间隙过大，则很容易造成由于熔化金属不够不足以填充焊缝引起空洞，裂纹等缺陷。

1 S; E' J) v) p7 F* Y9 t三是，对设备的性能要求高，要求非常高的稳定性，对工艺参数的制定有非常高的水平。一旦性能有一点不稳定，工艺参数有一点的变化，这么极限的焊缝则很难重复。
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+ R- `( A) D* f6 ^' p7 k( M) k; E2 E% Y下面上图给大家理解一下。
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9 w8 e1 R+ t, C4 A, i( J2 v图三十八，三十九，非常具有代表性，还是这两张图，深度分别都是15mm,30mm,40mm左右。很显然，上面一张使用150KV，电子束脉冲焊接出来的焊缝的深宽比更大，宽度是小于0.5mm，深度40mm，深宽比是大于80的，但是下面一个，深宽比也就小于40，你觉得那个好，更能够应用在实际的焊缝中。上面一个的话，要求更高的装配精度，更极限的参数，加入焊缝有一点不垂直，则焊缝可能都会偏离焊接的间隙，但对于下面一个，焊缝就安全的多了，可以有更大的裕度。所以说乔丹与姚明的差别也就是一个伟大球员和优秀球员的区别，做出这两个焊缝的工艺人员是优秀的工艺人员与合格工艺人员的区别。

3 Q1 i( |. y8 |+ q/ i, n今天就到此为止，明天还要上班，等有时间再和大家分享更多的焊接的乐趣。本人才疏学浅，在写的过程中难免有错误和疏漏，还请各位多多包涵，希望大家提出宝贵的意见和建议， 这样对我也是一个非常大的帮助。希望大家多提问，如果能回答，我会尽量回复。
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小白菜

太给力了

wsxm82

这个很给力，只是了解不多，谢谢楼主！

浅蓝色

螺旋线  据俺了解的情况,涡轮增压器有用电子束的,比如比亚迪,但是老断.博格华纳是摩擦焊.俺猜想原因是摩擦焊的挤压工艺过程实际相当于锻造.  发表于 昨天 22:34
7 v2 H9 F1 a! `4 `+ W' b1 A关于这个问题的答复： 首先关于这个老断的问题，一可能是工艺的问题，工艺没有做好有可能会出来这种情况，二可能是设备的问题，设备可能不稳定等等都由可能。其实，博格华纳本身做涡轮增压器就非常专业，比比亚迪要强很多。再次，博格华纳有电子束焊接设备，而且我公司给博格华纳用电子束焊接涡轮增压器已经很多很多很多年了。最后，这个涡轮增压器也有很多种，有汽车用的，有船用的，有火车用的，非常多的种类，采用哪种方法来焊接是一个综合的考虑，这个断不断和许多的因素相关，不能武断的说是电子束焊接就不好。不知道这样的回复满不满意？？
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补充内容 (2013-12-26 11:29):
有机会来我公司参观一下，国内有电子束的还是蛮多的，还有比较有意思的

咪嗪

) K; l! r3 _  w7 b# p9 ]好东西，长见识！

浅蓝色

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精密清洗

深了！老长见识了

瑞士欧博瑞

焊接时请注意防护哦，增添一个瑞士optrel欧博瑞的焊接面罩吧