电子束焊接原理及设备

电子束焊接（电子束焊接（EBW）（第二章（第二章 电子束焊接原理及设备）电子束焊接原理及设备）张秉刚张秉刚哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室2.1 电子光学基础电子光学基础n2.1.1 电子的发射电子的发射（1）空间电荷限制发射）空间电荷限制发射（2）温度限制发射）温度限制发射（3）肖特基发射）肖特基发射2.1 电子光学基础电子光学基础（1）空间电荷限制发射）空间电荷限制发射查理查理朗缪尔定律朗缪尔定律：22/31dVkJcV加到A、C之间的电位dA和C之间距离k1由被拉出的粒子特性决定的常数2.1 电子光学基础电子光学基础（2）温度限制发射）温度限制发射李查生李查生道斯曼公式道斯曼公式:kTeTkJs/exp022k2常数；0阴极金属的逸出功T阴极温度e电子电荷k玻尔兹曼常数2.1 电子光学基础电子光学基础（3）肖特基发射）肖特基发射肖特基定律肖特基定律:2/13/expTekJJssck3常数；E阴极前面的电场值电子束由电子枪的阴极发射，通常是电子束由电子枪的阴极发射，通常是空间电荷限制发射空间电荷限制发射或温度限制发射。或温度限制发射。2.1 电子光学基础电子光学基础n2.1.2 电子的场致运动电子的场致运动（1）电子在电场中的运动）电子在电场中的运动2.1 电子光学基础电子光学基础（2）电子在磁场中的运动）电子在磁场中的运动n2.2 电子束焊接原理电子束焊接原理1 1阴极；阴极；三级电子枪结构示意图三级电子枪结构示意图 电子束形成电子束形成2 2偏压电极；偏压电极；3 3阳极；阳极；4 4聚焦线圈；聚焦线圈；5 5偏转线圈；偏转线圈；6 6工件；工件；7 7电子束；电子束；U Ub b加速电压；加速电压；U UB B偏压；偏压；(1)电子束焊接加热特点电子束焊接加热特点 (3)电子束焊接深穿入式焊缝形成机制电子束焊接深穿入式焊缝形成机制(2)电子束焊缝形成方式电子束焊缝形成方式 熔化熔化和和深穿入式成形深穿入式成形 n2.2.2 电子束焊缝形成电子束焊缝形成功率密度高功率密度高和和束精确快速可控性束精确快速可控性 n2.2 电子束焊接原理电子束焊接原理过程演示过程演示电子束深穿入过程示意图电子束深穿入过程示意图n2.2 电子束焊接原理电子束焊接原理n2.2.3 电子束输入功率分配电子束输入功率分配We=W1+W2+W3+W4W e热 能 发 生 区电 子 射 程W3xW1W2电 子 束 直 径We-W4材 料 表 面W4n2.2 电子束焊接原理电子束焊接原理简化为：WeW1+W2n2.2.4 电子束焊接熔池受力分析电子束焊接熔池受力分析Fe+Fa Fs+Fg n2.2 电子束焊接原理电子束焊接原理简化为：Fa Fs+Fg (1)主要生产研制机构主要生产研制机构 2.3.1 电子束焊接设备分类电子束焊接设备分类 n2.3 电子束焊接设备电子束焊接设备 德国德国PTR和和IGM公司、公司、PROBEAM公司公司 法国法国TECHMETA（泰克米特）公司（泰克米特）公司 英国的英国的CVE公司公司 乌克兰巴东焊接研究所乌克兰巴东焊接研究所 北京航空工艺研究所北京航空工艺研究所 中科院沈阳金属所中科院沈阳金属所 桂林电器科学研究所桂林电器科学研究所 (2)分类分类 按照真空室压力按照真空室压力:高真空电子束焊机高真空电子束焊机 低真空电子束焊机低真空电子束焊机 非真空电子束焊机非真空电子束焊机按照加速电压按照加速电压:高压型电子束焊机高压型电子束焊机 中压型电子束焊机中压型电子束焊机 低压型电子束焊机低压型电子束焊机按照电子枪固定方式按照电子枪固定方式:动枪式电子束焊机动枪式电子束焊机 定枪式电子束焊机定枪式电子束焊机n2.3 电子束焊接设备电子束焊接设备n真空电子束焊机的组成及工作原理真空电子束焊机的组成及工作原理 (1)真空电子束焊机基本构成真空电子束焊机基本构成n2.3 电子束焊接设备电子束焊接设备 1）电子枪构成及作用原理）电子枪构成及作用原理 (2)真空电子束焊机工作原理真空电子束焊机工作原理n2.3 电子束焊接设备电子束焊接设备电子枪有四个作用电子枪有四个作用 工作原理工作原理 阴极材料的选择阴极材料的选择 阴极加热方式阴极加热方式 阴极结构设计阴极结构设计 2）真空电子束焊机工作过程真空电子束焊机工作过程电子发射形式电子发射形式德国德国PTRPTR公司生产的公司生产的ebw3000/15-150CNCebw3000/15-150CNC型电子束焊机型电子束焊机 真空室真空室:1.7m:1.7m1.25m1.25m 1.45m;1.45m;额定功率额定功率:15KW;:15KW;额定电压额定电压:150KV:150KV法国TECHMETA公司MEDARD 43型:Chamber dimensions:500 500500500;500;Operating voltage:60KV;Operating voltage:60KV;Power:6KWPower:6KWLARA 52型:Chamber Chamber dimensions:dimensions:350350600600800;800;Operating voltage:60KV;Operating voltage:60KV;Power:30KWPower:30KW乌克兰巴东电焊研究所乌克兰巴东电焊研究所KL110型：2.52.52.52.55m/60KW/60KV5m/60KW/60KVHDZHDZ3B EB welder3B EB welderPower：3KWAccelerating voltage：70KVSize of welding chamber：300 x300 x200mm桂林电科所桂林电科所