看圖說話——淺析真空電子束焊接的應用

淺藍色 · 發表于 2013-12-22 21:31:59

十四問：鋁合金的焊接性怎么樣？

答：鋁合金是一類非常常用的材料，在很多的領域應用的非常廣泛，尤其在航空航天領域，大量使用的除了鈦合金就是各種材料的鋁合金了，我平時接觸比較多的是防銹鋁系列，從LF5，LF6到LF21等都接觸的比較多。鋁合金材料給人的感覺便是不同牌號的鋁合金的焊接差異非常之大。而且我所焊接的深度從0.5mm到50mm都不等，各種尺寸，各種接頭的都用。下面給大家上幾張圖，一起分析一下。

圖二十四到二十八為防銹鋁LF5的焊接，焊接的深度在5mm左右，這個鋁盒子的焊接有三條焊縫，從圖上很清晰的看到，這個焊縫比較困難的一點便是它都不是普通的對接的焊縫，嚴格意義上來說這些都是角接的焊縫。對于一般的電子束焊接的來說，有兩個方法可以實現這個的焊接，一是采用采用束流靜態偏轉功能，二是通過軸的偏轉一定的角度，使得束流可以直接到達焊縫。以上的焊縫都是采用第二種方法來實現，實現在真空室外面調整到一定的角度，然后提前做好工藝參數之后再進行焊接。對于鋁合金的焊接的最重要的一點就是焊前的清理工作非常，非常，非常的重要。本身對于鋁合金來說，對于一般的焊接方法就是比較困難的，焊接的時候產生的缺陷比較多，尤其是氣孔，裂紋了。而且鋁合金表面有一層非常難處理的氧化膜。對于防銹鋁一樣也要處理這個東西，雖然真空電子束焊接是在真空下進行焊接，已經把氣孔的可能性排除到最小了，但是本身的氧化膜不清理干凈的話，仍然會產生氣孔等缺陷。因此一般而言，焊前都會對鋁合金進行酸堿洗，或者用刮刀直接刮掉一層，這樣可以最大限度的減小氣孔的可能性。但是一定要注意這個安裝間隙，尤其是用刮刀后和很有可能使得安裝間隙過大，這樣焊接出現很大的問題，對于鋁合金而言，一點的安裝間隙都會有可能造成焊接質量的不穩定和焊后應力引起的變形，等等。對于上面的這個零件而言，一是注意焊接順序，二是注意工件的安裝保證，事前估計焊后變形，做好焊接工藝，這樣才可以最大限度的保證焊接質量。（圖片自拍，已取得客戶同意發布）

十五問：“小小的售后”問：“你說的焊接深度我是否可以理解為熔深？這個屬于融化焊？那填充材料是？”

答：首先很感謝您對我這篇帖子的關注。對于您的問題我做如下回復：
我這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。具體來說便是熔深>有效焊接深度。

圖二十九，三十，您很幸運，我剛剛找到兩張有缺陷的可以用于對比的焊縫的截面圖，如果不考慮其他的缺陷，單純的考慮一下熔深的話，您就會發現問題了。上圖是鋁合金，焊接深度在25mm左右。因此上面一張的熔深差不多是25mm左右，但是下面一張就不一樣了，電子束焊接的原理是小孔效應，一般會有釘尖缺陷，對于下面圖而言，則釘尖缺陷比較的明顯，因此對于地下的7mm左右的地方就是一個空洞，一個缺陷，是無效的，所以熔深是25mm左右，，但是有效的焊接的深度，有效的熔深其實是不到20mm的，當然在正常的焊接的產品中是不允許存在下面那張圖片上面的問題的。不知道這樣的解釋，您是否滿意。

對于這個屬于融化焊？那填充材料是？這個問題我做如下回復：

電子束焊接卻是是屬于“熔”化焊接（不是“融”化焊接哦，注意用字哦）。一般來說我們再用電子束焊接的時候很少添加填充材料，即不添加任何的焊材，助焊劑之類的東西。完全是使用熔化木材的金屬來填充焊縫，焊前的裝配間隙是非常小的，我對客戶產品的要求一般是越小越小，如果非要說一個數字，我希望是小于0.05mm，因為電子束焊接本身就是屬于精密焊接，如果焊前的裝配間隙過大時無法保證焊接質量，無法保證焊后變形的。本身有些產品焊后的變形量就要求小于0.05mm，如果焊前間隙過大，這個產品焊接后肯定是廢品。幸運的是，我們的客戶一般的加工精度都還是不錯的。有好多的客戶的加工后的裝配間隙都是小于0.01mm的，我們的塞尺都是無能無力，在焊接過程中有時候連找到焊縫都是十分的困難，這樣的裝配間隙焊接出來的質量肯定是非常好的。關于這個問題我會單獨的列一個問題出來回復。當然也不是絕對的，有時候有特殊要求的我們可以填絲焊接，但是這種情況比較少，我本身很少做，有時候焊接有缺陷的時候，有些地方可以適當的填一些木材金屬，再焊接，不知道這樣是否也可以理解為有填充材料。

圖三十一，三十二，從上面一個圖中您可以看到裝配間隙是非常非常小的，因為這種齒輪都是熱裝的，所以可以非常好的保證裝配間隙，因此焊接出來的效果才可以得以保證（圖片來自自拍）。

十六問：如何保證焊接質量？

答：這是一個非常大，非常宏觀，非常籠統的問題。一個產品最后的精度保證是由三方面的精度來保證的。
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% @+ `; A7 i0 g: n5 Z首先是設計精度，如果設計精度都是不達標的話，那么以后的精度就比較難說了。目前我國和發達國家相比的話，其實好多的產品方面，我們的設計精度是沒有問題的，甚至好多的產品的設計都是比發達國家要更高的。但是有一個問題就是我們的設計人員一般很少是工藝人員出身的，好多的都是初出茅廬的大學生，設計中難免會有很多的不合理，不切合實際的設計，但是總體來說還是不錯的。- Z; F& L/ t: F; W% K3 w
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其實是加工精度，這個比較的重要。很多的產品的圖紙設計的是非常好的，但是一加工出來后連設計人員都不認識。其實這個時候QA，QC要負起責任來，不合格的就堅決不能進來，但是我們中國人民非常容易變通。不合格的加工出來了，扔掉又覺得可惜，于是很多的設計人員就又改了圖紙，以適應已經加工好的零件，這樣就沒有了任何的意義。有人說中國人的東西有四個螺釘的，工人絕對不會幫你擰上四個，我還不信，有一次我把電飯鍋拆了，發現里面的四個螺絲釘果然只是擰了三個。哎，不過現在很多的企業的加工精度都上來了，很多都是進口的國外的高精度的設備，很多負責人，有職業精神的加工人員做出的東西都還是非常非常漂亮的，只要設計人員堅持，肯定會做出好東西來的。
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再者就是裝配精度，不可否認，我們車間的很多的裝配工人都是處在社會的最底層，本來實體經濟就不景氣，制造業就不受重視，而處在最底層的裝配工人的待遇又不好，于是招來的工人師傅的素質就不是很高，于是惡性循環，使得裝配的質量一直上不去，其實這個是我國和國外的最大的差距。一個好的裝配師傅，它起的作用應該是決定性的。它的裝配式直接的關系到產品的好壞，是最息息相關的。因此在焊接產品的時候，我一般都是親自上手和同事一起完成裝配，這樣裝配是什么樣子的，要整么調節參數來適應焊縫，這些都是非常重要的。要做到心中有數，才能不慌不忙。
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下面再附錄一篇關于這個方面的文章，雖然有點老了，但是很有指導意義。供大家下載，我認為寫的非常精彩。（文章來自互聯網）

十七問：銅和不銹鋼能否焊接？

答：很多初學焊接，或者對焊接不熟悉的朋友經常會問這個問題，是可以理解的。但是作為一個搞焊接的就不應該問這么幼稚的問題。

異種材料能否焊接，要看什么，關鍵是要看兩種材料的結晶情況，兩種金屬如能夠完全固溶，則可焊性好，如果出現復合組織，則可焊性尚可，若形成金屬間相的則不可焊接。

但是實際應用中，即使完全固溶，但是由于其熱物理性能，比如熱傳導性，熱膨脹系數，熔化溫度的差異，以及在不同溫度下兩種金屬相互間溶解度的不同，這會給焊接造成困難，出現氣孔，裂紋等缺陷或完全不能形成良好的焊接接頭。

下面給大家看幾張圖，可以加深理解。

圖三十三，三十四，三十五為自己拍攝的無氧銅與不銹鋼的焊接，最后的圖三十六為從“道長”的帖子中摘錄而來（不好意思哈，道長，我找了半天自己的圖片，發現這個銅和不銹鋼的這個昨晚金相的自己還真沒有拍照，就引用你的了，見諒哈）。圖中的無氧銅和不銹鋼環焊縫的焊接深度在4mm左右，焊后要求抽真空室大于1*10-9（還真無法編輯，為10的-9次方）mbar。如果焊接有缺陷的，有氣孔之類的話，真空室肯定抽不上去的，但是從外觀上來看，表面還是不錯的。9 U; I, ` I9 N5 z; H' W

( f7 ^1 r3 \3 q8 a5 F從最后一張圖來看的話，它們的結晶還是不錯的，因為不銹鋼與銅在化學性能的方面，從晶格類型，原子半徑，原子外層電子數量等方面來看是比較接近的。有利于形成金屬間的聯系，但是由于在熔點和熱物理性能上的差異較大，于是焊接比較有困難。容易形成熱裂紋，因為焊后結晶是晶粒間有一層很長薄的低熔點的液態銅，極易引起裂紋，同時銅在熔化過程中容易有氣體排出，容易有氣孔。但是好在電子束的能量密度是非常高的，在焊接時，使得電子束斑點偏銅一側，保證焊縫中的含鎳量，減少銅的有害作用，保證焊接質量。

十八問：其他異種材料的焊接性怎么樣？

答：雖然掌握了焊接冶金學，上面的原則，但是也用不著所有的都去做實驗，因為我們都是踩著前人的尸體爬過來的，世界上有很多的巨人，我們都是站在他們的肩膀上面，很多的前面的學者已經替我們解決了大部分的問題，剩下的我們基本上都夠用了。關于異種材料的焊接性能，我給大家放一張圖片，大家對應的看就好了。

圖三十七，為異種金屬各種電子束焊接的可焊接性（圖片來源于王之康，高永華，徐賓所著的《真空電子束焊接設備及工藝》），有興趣的話，大家可以參考參考，感謝前輩們所做的一起。

十九問：焊縫是不是越窄越好，深寬比越大越好？

答：很多人認為電子束的最大的優點就是焊縫非常的窄，深寬比非常的大，就想當然的認為深寬比越大越好，其實不然，這是一個誤區，在實際的生產當中，過窄的焊縫并不可取，單純的追求深寬比沒有太大的意義。理由如下：

一是，過窄的焊縫容易造成焊縫不牢等缺陷，你想啊，太窄的話，熔化的金屬少，這樣如果是很重很大的兩部分焊接在一起，或者又需要承受很大的應力的話，這樣強度有可能不夠。

二是，太窄的焊縫對于焊件的裝配精度要求的非常高，如果裝配間隙過大，則很容易造成由于熔化金屬不夠不足以填充焊縫引起空洞，裂紋等缺陷。

三是，對設備的性能要求高，要求非常高的穩定性，對工藝參數的制定有非常高的水平。一旦性能有一點不穩定，工藝參數有一點的變化，這么極限的焊縫則很難重復。

下面上圖給大家理解一下。

圖三十八，三十九，非常具有代表性，還是這兩張圖，深度分別都是15mm,30mm,40mm左右。很顯然，上面一張使用150KV，電子束脈沖焊接出來的焊縫的深寬比更大，寬度是小于0.5mm，深度40mm，深寬比是大于80的，但是下面一個，深寬比也就小于40，你覺得那個好，更能夠應用在實際的焊縫中。上面一個的話，要求更高的裝配精度，更極限的參數，加入焊縫有一點不垂直，則焊縫可能都會偏離焊接的間隙，但對于下面一個，焊縫就安全的多了，可以有更大的裕度。所以說喬丹與姚明的差別也就是一個偉大球員和優秀球員的區別，做出這兩個焊縫的工藝人員是優秀的工藝人員與合格工藝人員的區別。

今天就到此為止，明天還要上班，等有時間再和大家分享更多的焊接的樂趣。本人才疏學淺，在寫的過程中難免有錯誤和疏漏，還請各位多多包涵，希望大家提出寶貴的意見和建議，這樣對我也是一個非常大的幫助。希望大家多提問，如果能回答，我會盡量回復。

小白菜 · 發表于 2013-12-22 23:56:49

太給力了

wsxm82 · 發表于 2013-12-23 16:25:29

這個很給力，只是了解不多，謝謝樓主！

淺藍色 · 發表于 2013-12-26 09:51:22

螺旋線據俺了解的情況,渦輪增壓器有用電子束的,比如比亞迪,但是老斷.博格華納是摩擦焊.俺猜想原因是摩擦焊的擠壓工藝過程實際相當于鍛造. 發表于昨天 22:34
關于這個問題的答復：首先關于這個老斷的問題，一可能是工藝的問題，工藝沒有做好有可能會出來這種情況，二可能是設備的問題，設備可能不穩定等等都由可能。其實，博格華納本身做渦輪增壓器就非常專業，比比亞迪要強很多。再次，博格華納有電子束焊接設備，而且我公司給博格華納用電子束焊接渦輪增壓器已經很多很多很多年了。最后，這個渦輪增壓器也有很多種，有汽車用的，有船用的，有火車用的，非常多的種類，采用哪種方法來焊接是一個綜合的考慮，這個斷不斷和許多的因素相關，不能武斷的說是電子束焊接就不好。不知道這樣的回復滿不滿意？？

補充內容 (2013-12-26 11:29):
有機會來我公司參觀一下，國內有電子束的還是蠻多的，還有比較有意思的

咪嗪 · 發表于 2013-12-26 10:40:10

好東西，長見識！

淺藍色 · 發表于 2013-12-26 14:11:32

111

精密清洗 · 發表于 2014-3-7 18:51:42

深了！老長見識了

瑞士歐博瑞 · 發表于 2014-6-27 09:41:27

焊接時請注意防護哦，增添一個瑞士optrel歐博瑞的焊接面罩吧

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