2mm板厚304l真空电子束焊焊接工艺

一、设计题目

2mm板厚304L真空电子束焊焊接工艺

二、原始材料

1、工件材质：304L不锈钢是一种通用性的不锈钢材料，它广泛地用于制作要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件。其化学成分见表1、力学性能如表2所示。

表1 304L的化学成分 牌号 化学成分（质量分数）（%） C≤ 0.03 Si≤ 1.0 Mn≤ 2.0 P≤ 0.035 S≤ 0.03 Cr≤ 18.0～20.0 Ni≤ 8.0～11.0 304L 表2 304L的力学性能 屈服强度（N/mm） ≥205 2抗拉强度 ≥520 延伸率（％） 硬度（HB） ≥40 ≤187HB 电阻率（Ω·mm·m） 0.73 2-1熔点（℃） 1398～1420 2、母材数量：2块

3、试件尺寸：300mm×100mm×2mm 4、焊接要求：单面焊双面成形

三、焊接设备与工具

设备名称：真空电子束焊机（如图1所示）

图1 真空电子束焊机

设备型号：XW150.30

制造厂：北京新样拓展有限公司

焊接工具：耐高压的绝缘手套、绝缘鞋，防护眼镜。

四、焊前准备

1、结合面的加工与清理

电子束焊接头属于无坡口对接形式，装配时力求使零件紧密接触。电子束焊结合面经机械加工，其表面粗糙度为10um。

工件表面的氧化物、油污应用化学或机械方法清除。煤油、汽油可用于去除油渍，丙酮是清洗电子枪零件和被焊工件最常用的溶剂。清理完毕后不能再用手后工具触及接头区，以免再次污染。

2、焊件装配

焊件装配时力求紧密接触，接缝间隙应尽可能小而均匀，并使接合面保持平行。装配间隙为0.1mm。

3、抽真空

电子束焊机的抽真空程序通常自行进行，可以保证各种真空机组和阀门正确地按顺序进行避免由于人为的误操作而发生事故。真空室需经常清洁，尽量减少真空室暴露在大气中的时间，仔细清除被焊工件的油污，并按期更换真空泵油，保持真空室的清洁和干燥是保证抽真空速度的重要环节。

4、焊前预热

对需要预热的工件，根据一定的形状、尺寸及所需要的预热温度，选择适宜的加热方法，如气焊枪，加热炉、感应加热、红外线辐射加热等，在工件装入真空室前进行预热。如果工件较小，加热引起的变形不会影响工件质量是，可在真空室内用散焦电子束来进行预热。

五、焊接工艺参数选择

电子束焊的主要焊接参数包括加速电压、电子束电流、焊接速度、聚焦电流和工作距离等。这些参数直接影响到焊缝的熔深和几何形状。

1、加速电压

加速电压是电子束焊接的一个重要参数，提高加速电压可增加焊缝的熔深。在大多数电子束焊过程中，加速电压参数往往不变，但当电子枪的工作距离较大或者要求获得深穿透的平行焊缝时，应提高加速电压，即选用高压型设备，通常电子束焊机工作在额定电压下，通过调节其他参数来实现焊接参数的调整。

2、电子束电流

电子束电流与加速电压一起决定着电子束焊的功率。增大电子束电流值，热输入增大，熔深和熔宽都会增加。电子束焊时，由于加速电压基本保持不变，所以为满足不同的焊接工艺需要，常常要调整电子束电流值。

3焊接速度

焊接速度也是电子束焊的主要参数之一，主要影响焊缝的熔深、熔宽以及熔池的冷却、凝固等。通常随着焊接速度的增大，熔宽变窄，熔深减小。

利用各种金属在保证完全熔透焊缝情况下，电子束焊热输入、电子束功率、焊接速度与被焊材料、板厚的关系就可以按被焊材料的种类和焊件厚度，初步确定所需焊接功率，然后在选用的设备上进行试焊修正。此外，还应考虑焊缝横断面、焊缝外形及防止产生焊缝缺陷等因素，综合选择和试验后最终确定实际使用的焊接参数。

4、聚焦电流

电子束聚焦状态对焊缝的熔深及其成形影响较大。焦点变小可使焊缝变窄，熔深增加。根据被焊材料的焊接速度、接头间隙等决定聚焦位置，进而确定电子束斑点大小。薄板焊接时应使聚焦位于工件表面。当被焊工件厚度大于10mm时，通常采用下焦点焊，即焦点处于焊件表面的下部，且焦点在焊缝熔深的30％处。厚板焊接时，应使焦点位于工件表面以下0.5～0.75mm的熔深处。

5、工作距离

工作距离应在设备最佳范围内。工作距离变小是，电子束斑点直径变小，电子束的压缩比增大，是电子束斑点直径变小，增加了电子束功率密度。但工作距离过小会使过多打的金属蒸汽进入枪体中造成放电现象，因而在不影响电子枪稳定工作的前提下，可以采用可能短的工作距离。

表3为不锈钢电子束焊的焊接参数。

表3 不锈钢电子束焊的焊接参数

材质 不锈钢 板厚/mm 2.0 加速电压/kV 55 电子束电流/mA 17 焊接速度/(cm·min) 177 -1六、安全与防护

1、防止高压电击措施

（1）高压电源和电子枪应保证有足够的绝缘，绝缘试验电压应为额定电压的1.5倍。

（2）设备应装备专用地线，外壳用截面积大于12mm2的粗铜线接地，保证接地练好，接地电阻应小于3Ω。

（3）更换阴极组件或维修时，应切断高压电源，并用接地良好的放电棒接触准备的零件或血药维修的地方，以防电击。

（4）电子束焊机应安装电压报警或其他电子联动装置，以便在出现故障时自动断电。

（5）操作时应带耐高压的绝缘手套、穿绝缘鞋，无论是高压或是低压电子束系统都使用铅玻璃窗口。焊机则安装在用高密度混凝土建造的X射线屏蔽室内。

2、X射线的防护

（1）对于加速电压低于60kV的电子束焊机，真空室采用足够厚度的钢板就可以了。

（2）电子束焊机在高电压下运行，观察窗应选用足够厚度的铅玻璃。 （3）工作场所的面积一般不应小于40m2,高度不小于3.5m。

（4）采用抽气装置将真空室排出的废气，烟尘及时排出，以保证真空室内和工作场地的有害气体含量降低到安全标准以下，设备周围应通风良好。 （5）观察焊接过程时必须佩带防护眼镜。

七、参考文献

[1] 曹朝霞主编. 特种焊接技术. 北京：机械工业出版社. 2013 [2] 李亚江主编. 特种焊接技术及应用. 北京：化学工业出版社. 2004