电子束焊接：极窄的焊缝和可靠的连接

说明
对于很深而且很窄的平面焊缝时，电子束焊接技术是一个非常可靠的工艺。它可以把角度变形和横向收缩量及其它一些非理想的影响减到最小。

应用
电子束焊接的应用涵盖了从薄膜焊接到一次性焊接200mm的工件。此外它还可以焊接不同的金属材料和这些材料的结合物。

价值
在设计机械零件时会面临如何通过选择合适的设计方案以达到节省成本的问题，电子束在这一点上有着很大的潜力。由于焊接速度很快，电子束技术在电子产品和汽车制造领域的大批量生产中体现出了高度的生产能力。在对航空航天，造船或铁路行业的一些产品进行单件加工和小批量生产时电子束技术也体现出了它的精确性和可重复性，因为这种工艺带有先进的电子测量和电气控制技术，因此对自动化生产线而言它是一个优化前提。

我们的优势：
稳定的焊接技术，经济性，可靠性。

电子束焊接技术被应用于几乎所有的领域，可以完成标准的和技术要求比较高的焊接任务。

汽车工业：以高度的经济性进行大批量生产，例如：整个动力传动系统（发动机，传动机构）（图1）。

航空航天工业：加工一些技术要求高并有特殊用途的部件，如直升飞机的零部件（图2）或卫星燃料箱。

能源和电子工业：大批量加工铜制品和其它一些接触材料的产品如断路器（图3）。

铁路，造船和医药工业：安全可靠的连接，如德国高速火车的扣环（图4）和适用人体的植入物（图5）。

机器设备制造和食品工业：小批量和大批量加工不锈钢制品以及其它不同的钢的结合物的产品。可通过电子束焊接重达50吨的工件。

研发：可以实现设计复杂，成本昂贵且高要求的产品的加工，这些产品的材料为钨，铂金等特殊的材料。

电子束焊接时会通过电子在加工区域产生必要的能量（通过60-150kV的高压加速）。束流的形成一直在真空中。焊接也在真空中进行，有些设备则是在大气环境下实现焊接。当电子撞击到工件上时，大部分的动能转化成热能，进行焊接。
能量密度在不到0,1mm至2mm的焦点直径范围内达到了105至109 W/cm2。在高效率时电子束焊接能达到和激光焊接几乎一样的能量密度（激光能量利用率：3-14%，电子束能量利用率：约70%）。在高速焊接时电子束能焊出极深且窄的焊缝。由于极小的焊缝宽度使得变形也很小。电子束被用于焊接要求焊缝很细小的部件，因为电子束可以被电场精确的控制偏转。可达到的焊缝深度在0,3 mm到300mm之间（铝），150mm（钢）。高能量密度使得电子束可以焊接所有的金属，包括一些易熔化金属，以及对不同材料进行焊接实现混合组合，如钢和青铜。

电子束焊接设备经常用于汽车工业里传动部件的批量生产（主要是日本和德国）。除了简单，价廉的加工任务,其它来自航空航天，铁路交通和食品工业的部件也可以用电子束焊接。

有关深度焊接效果的更多的信息。在电子撞击到原料时，它们将减速并释放其动能（绝大部分转为热能）。

深度焊接的效果是按下面的过程产生的：当电子一个接着一个的撞击工件表面某点时，会在该点产生热量。当能量密度超过 106 W/cm 2 时，被称为焦点中心处的材料开始熔化蒸发。从蒸汽中产生毛细管，毛细管被熔化的材料包围。如此使得束流渗透更深入，继续熔化周围的古体材料。如果工件相对于电子束进行移动，那么在电子束前的材料就会被熔化，而后就沿着蒸气毛细管流动并随后固化。

深度熔融可以焊出很窄并且深度超过 100mm 的焊缝（如图所示的是铝的深度焊接（150mm））。它可以达到一个50:1的深宽比。电子束的工艺参数可以被精确的控制。所有的参数都可以作为电学单位被测量和被控制。
电学参数的测量比起光纤和光学参数的测量更简单。创新的控制方法和CNC控制系统的结合使用，为材料加工开拓了更多新的可能性。

鉴于精确可调性，使得电子束的所有应用获益匪浅：
通过简便可靠的测量，可以精确记录下所有束流的调节参数和易于再生产。在整个闭环控制里的反馈是可行的，因此在加工位置的电子束的调整既可以手动也可以全自动实现，同时还易于手动操控。焊接时允许的缝隙：最大允许的缝隙是焊接深度的5 ％，但最多为 0.3 mm。每次应用都要确认偏差。

较大的缝隙则需要焊接辅料。这两种情况通常从技术角度和商业角度上来说，都是不希望发生的。设计：电子束工艺为设计工程师，处理连接问题时带来极高的自由度，通过对材料优化的选择，引领您进入成本节约型的生产。因为用电子束进行焊接保证的不仅仅是低变形和高精度。

此外电子束多束流的应用还可以克服其他焊接工艺的局限：
在焊接时，如果工件不允许太热，或是要求的焊缝深度很大，且必须保证在一个很小的公差范围内，此时电子束相对于激光体现出了优势。因为许多工件都可以由单独的部件连接而成，这样就可以使廉价材料代替昂贵材料成为了可能。一个好的焊接设计可以避免，在焊接件的其它位置进行费用很高的切屑加工和酸洗。
材料：极高的能量密度使得电子束可以焊接所有的材料，包括极易熔化的金属以及通过不同材料的焊接实现混合物的生产，如钢和青铜（图示是典型的青铜和钢的深度焊接（20mm））。

采用电子束技术，波宾公司能够可靠的焊接压铸铝零件。在材料内部作为气体被锁住的分离介质的剩余部分会慢慢散去，这样可以避免令人担心的气体爆炸性膨胀。
在很多情况下，可以通过适当的位移的热来控制高强度镍合金的热裂的形成。多熔池技术：采用波宾的多熔池技术，可以同时焊接最多达60道焊缝。小齿轮上轴向焊缝的焊接通过三熔池技术实现（用三熔池技术焊接小齿轮）。

这种方式减小了变形，还缩短了2/3的焊接时间。此外还能摈弃昂贵的工装技术和点焊。在这个案例中径向和轴向同心性的误差小于1/500。

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EB_welding.pdf

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质量安全
由于所有重要的参数都以电学参数为基础，因此电子束提供了精确识别和控制流程的可能性。现代化的电子束设备在如今应具备监测和控制它的束流质量的功能。
作为焊接件最重要的连接环节，通过电子光学的焊缝追踪进行精确的束流定位是全自动控制的。费时的焊接以外的准备过程，如焊接区域的预热可以通过电子束进行，这个过程被完全合成到CNC的运行当中。
流程控制检测到有错误，传统的参数信息会在流程文件中描述记录下相关的重点内容。
此外还能借助电子光学进行焊缝表面情况和特性的评估。
处于记录的缘故，现今越来越多的零件被贴上标签，这也可以通过电子束实现。即先焊接，随即打上标签。