有色合金的電子束焊接工藝分析

薛慶增

摘 要：隨著科技進(jìn)步和航空航天事業(yè)的發(fā)展，對(duì)材料的需求越來越高，提高飛行器性能的同時(shí)也要減輕自重，節(jié)約能源。鋁、鎂、鈦有色合金材料應(yīng)運(yùn)而生，使用范圍越來越廣，隨著有色合金的廣泛使用，其焊接方法也凸顯出了重要地位，其中電子束焊接工藝與其他焊接工藝相比，有著不和替代的優(yōu)勢(shì)，是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，文章介紹了電子束焊接的原理，特點(diǎn)及鋁、鎂、鈦合金的電子束焊接研究現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：電子束焊；航空；航天

鋁、鎂、鈦等這些輕金屬把航空航天器推上了天，沒有這些輕金屬就沒有現(xiàn)在的航空航天業(yè)，輕金屬對(duì)航空航天業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，然而，隨著科技的進(jìn)步，航空航天事業(yè)的發(fā)展，對(duì)材料的要求也越來越高，不但要提高飛行器的性能，還要減輕自重以節(jié)約能源降低費(fèi)用，鋁、鎂、鈦這些輕金屬的合金材料應(yīng)運(yùn)而生，在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著航空航天工業(yè)中有色合金較大范圍的使用，對(duì)合金構(gòu)件的需求也不段提高，電子束焊接工藝是適用于有色合金的焊接工藝之一。

1 電子束焊的原理

電子束焊的電子束是從電子槍中產(chǎn)生的，電子槍中的陰極受熱發(fā)射電子，該電子被高壓電場(chǎng)加速以及電磁透鏡聚焦后，就會(huì)形成具有極高能量密度的電子束，電子束撞擊到工件表面，電子巨大的動(dòng)能就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使金屬迅速熔化，?shí)現(xiàn)對(duì)工件的焊接[1，2]。

2 電子束焊的特點(diǎn)[3，4]

（1）功率密度高，電子束功率可從幾十千瓦到一百千瓦以上。電子束束斑的功率密度可達(dá)106～108W/cm2，比電弧功率密度約高100～1000倍。

（2）焊接速度快，焊接熱影響區(qū)小，焊接變形小。

（3）電子束穿透能力強(qiáng)，焊縫深寬比大。

（4）焊接過程中不行引入焊接材料，焊縫的純潔度高。

3 有色合金的電子束焊接工藝

3.1 鈦合金

鈦及鈦合金具有比強(qiáng)度高、抗腐蝕性好、溫度適應(yīng)范圍廣等一系列突出優(yōu)點(diǎn)，航空航天科研事業(yè)和生產(chǎn)的發(fā)展與鈦合金的推廣應(yīng)用有著密不可分的聯(lián)系[5]。鈦合金在航空航天工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

電子束焊接工藝在真空環(huán)境下進(jìn)行，可避免空氣對(duì)鈦合金的污染，降低裂縫等缺陷的幾率，是一種非常適合鈦合金的焊接技術(shù)[6]。

朱少旺[7]對(duì)Ti60合金薄板對(duì)接件進(jìn)行了電子束焊接工藝研究。通過電子束焊接性實(shí)驗(yàn)，他研究了電子束焊接工藝的參數(shù)對(duì)焊縫表面成形及焊接接頭顯微組織、力學(xué)性能的影響，探索了焊后緩冷工藝和焊后熱處理對(duì)焊接接頭組織及性能所起作用。閆偉[8]對(duì)Ti-55高溫鈦合金板材進(jìn)行了一些電子束焊接試驗(yàn)，為確定Ti-55板材的焊接方法及工藝做了技術(shù)儲(chǔ)備。

3.2 鋁合金

由于鋁合金具有耐腐蝕性好，比模量、比強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度高，以及電導(dǎo)性和熱導(dǎo)性好等特點(diǎn)，在航空航天、交通工具、機(jī)械制造、電工化工等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。鋁及鋁合金的電子束焊接工藝是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，電子束焊接工藝是鋁合金焊接的重要方法之一。

王亞榮等[9]研究了焊后熱處理對(duì)2A14高強(qiáng)鋁合金電子束焊接頭組織及力學(xué)性能的影響。王常建等[10]對(duì)電子束焊接工藝在2219鋁合金擴(kuò)張段上的應(yīng)用進(jìn)行了研究，研究表明電子束焊接技術(shù)能夠減少焊接變形，降低焊接缺陷。陳國(guó)慶等[11]研究了SiCp/2024與2219鋁合金電子束焊接。

3.3 鎂合金

鎂是最輕的工業(yè)金屬材料，密度只有鋁的三分之二，鎂及鎂合金具有密度低、強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。航空航天器輕量化的要求使得鎂合金有著廣闊的應(yīng)用前景。目前鎂合金的應(yīng)用已經(jīng)遍及航天航空、汽車、船舶、體育用品、電子等多個(gè)領(lǐng)域[12]。由于電子束焊接工藝具有良好的焊接效果，其在鎂合金的焊接領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

朱智文等[13]研究了AZ31鎂合金電子束焊焊接接頭微觀組織特征，研究結(jié)果顯示AZ31鎂合金電子束焊接接頭成形良好，焊縫組織細(xì)小，表明電子束焊是AZ31鎂合金的有效焊接方法。葉宏等[14]研究了AZ91D鎂合金真空電子束深熔焊接熔池氣泡流數(shù)值模擬，建立了真空電子束焊接熔池二維氣泡流數(shù)學(xué)模型。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著航空航天業(yè)的發(fā)展以及有色合金的廣泛應(yīng)用，對(duì)有色合金焊接工藝的研究已成為熱點(diǎn)，電子束焊接工藝在我國(guó)已有多年的發(fā)展歷史，應(yīng)用在很多領(lǐng)域，也為我國(guó)的航空航天事業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)，電子束焊接工藝的發(fā)展必將推進(jìn)有色合金在航空航天業(yè)的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]陳思杰，朱春莉.鈦及鈦合金先進(jìn)連接技術(shù)研究[J].熱加工工藝，2015，44（3）：18-21.

[2]馬騁，周建桃，屈站，等.鎂合金焊接技術(shù)研究[J].科技資訊，2010（15）：113.

[3]王靜.鋁合金電子束焊接技術(shù)[J].電焊機(jī)，2011，41（8）：112-115.

[4]馬卓.先進(jìn)焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（3）：122.

[5]張利軍，薛祥義，常輝.我國(guó)航空航天用鈦合金材料[A].第三屆空間材料及其應(yīng)用技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C].

[6]付鵬飛，黃銳，劉方軍，等.TA12鈦合金電子束焊接組織性能及殘余應(yīng)力分析[J].焊接學(xué)報(bào)，2007，28（2）：82-84.

[7]朱少旺.Ti60合金電子束焊接接頭組織及性能研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[8]閆偉.Ti55鈦合金板材的CO2激光焊與電子束焊的實(shí)驗(yàn)研究[D].東北大學(xué)，2006.

[9]王亞榮，黃文榮，雷華東.焊后熱處理對(duì)2A14高強(qiáng)鋁合金電子束焊接頭組織及力學(xué)性能的影響[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011，47（20）：141-145.

[10]王常建，胡春海，劉麗莉.電子束焊接工藝在2219鋁合金擴(kuò)張段上的應(yīng)用[A].陜西省焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].22-24.

[11]國(guó)慶，張秉剛，楊勇，等.SiCp/2024與2219鋁合金電子束焊接[J].焊接學(xué)報(bào)，2015，36（3）：27-30.

[12]師昌緒，李恒德，王淀佐，等.加快我國(guó)鎂工業(yè)發(fā)展的建議[J].材料導(dǎo)報(bào)，2001，15（4）：5-6.

[13]朱智文，蔣曉斌.AZ31鎂合金電子束焊焊接接頭微觀組織特征[J].熱加工工藝，2014，43（5）：209-210.

[14]葉宏，羅冶，余耀華.AZ91D鎂合金真空電子束深熔焊接熔池氣泡流數(shù)值模擬[J].焊接學(xué)報(bào)，2012，33（7）：73-76.