基于可编程控制的扫描电子束加工技术

在通用真空电子束焊机的基础上配置两对电子束偏转线圈、工控机多功能数据采集卡、功率放大器、可编程控制器以及虚拟仪器软件LabVIEW等，构建一个电子束扫描控制系统。利用该系统可对电子束扫描轨迹、扫描频率以及加热区域电子束能量密度的分配进行离线编辑和在线调节。使用该系统进行了不锈钢毛细管板结构的钎焊试验，钎焊接头质量满足结构技术规范。对铌钛异种合金采用不对称热输入的扫描加热方式进行焊接，获得了铌、钛熔化量相当，焊缝形状对称的焊接接头。对于不能直接焊接的异种金属(如Re—Ti)，可使用该系统的扫描加热技术，通过粉末冶炼制备中间过渡层。     

扫描轨迹可控的电子束钎焊

提出一种电子束扫描轨迹和扫描方式控制方法，采用二维曲线来描述电子束扫描轨迹，根据实际焊缝的形状、扫描区域的尺寸、扫描方式等建立曲线方程，并对其进行离散化处理，然后经D／A转换产生所需的模拟信号，该信号经放大后输入给偏转线圈驱动电子束按设定的扫描轨迹和扫描方式运动。不仅扫描轨迹可根据实际焊接的需要任意编辑，而且扫描方式也可任意设定，如连续或断续扫描、点、线、区域扫描等，使电子束成为可控移动热源，并将该方法成功地应用于电子束钎焊中。     

电子束钎焊温度模糊控制系统

将被焊工件温度模糊控制技术应用于电子束扫描钎焊中,所研发的系统集成了电子束焊接过程控制、电子束扫描轨迹控制、工件温度模糊控制、焊接数据高速采集与存储等多项功能.通过扫描轨迹的编辑与控制,可以适应各种形状曲线钎焊缝的温度场要求;在电子束对工件进行扫描加热的同时,通过温度采集装置实时得到被焊工件的温度信号并与设定值进行对比从而得到温度偏差及偏差的变化率作为模糊控制器的两个输入变量,以模糊控制器输出控制量调节电子束流大小,从而实现钎焊温度的闭环控制.控制系统具有响应速度快、稳定时间短、稳态误差小、超调量小等特点,表明在电子束钎焊过程中采用模糊控制技术可以得到非常理想的控制效果.     

电子束工艺对7075/TA1异种金属焊接接头组织性能的影响

采用传统电子束焊接和电子束扫描焊接方法对7075铝合金和TA1钛合金进行了对接焊接,对比分析了两种电子束技术对异种金属焊接接头显微组织、硬度和拉伸性能的影响。试验结果表明,相较于传统电子束焊接,电子束扫描焊接会增加7075铝合金侧焊缝宽度,减小TA1钛合金侧焊缝宽度,且电子束扫描焊接的异种金属焊缝区过渡更加平滑。电子束扫描焊接铝合金侧热影响区明显更窄,且焊缝区等轴晶晶粒尺寸更加细小。传统电子束焊接界面区上部有明显钛合金溶于铝合金焊缝的特征,界面结合处呈不规则形状,局部区域可见长条状、岛状和棒状组织,而电子束扫描焊接界面区上部界面结合处呈规则弧形,未发现有钛合金溶入铝合金焊缝的特征。电子束扫描焊接接头的焊缝区和界面区硬度低于传统电子束焊接接头的,抗拉强度和断后伸长率都高于传统电子束焊接的。     

Alloy X与Q235B异种金属的焊接工艺

Alloy X与Q235B异种金属焊接所面临的主要问题是Q235B侧焊接热影响区冲击吸收能量值较低,难以满足使用要求。采用堆焊以及控制焊接热输入和层间温度的方式,达到调整焊接工艺及优化熔合比的目的,有效地解决了焊接热影响区冲击吸收能量低的问题,使焊接接头力学性能满足设计要求。     

焊接能量对铝/铜超声波焊接接头显微组织的影响

进行了1 mm厚铝/铜异种金属超声波焊接试验研究,分析了不同焊接能量输入对接头形貌、接合区塑性变形、原子扩散的影响.结果表明,工件在高频振动作用下,连接界面间会发生漩涡状塑性变形,形成局部机械自锁,有助于实现超声波接头的有效连接.焊接能量较小时,结合区域塑性变形量小,局部区域无法形成连接;焊接能量过大时,接合区域会出现空穴.SEM和EDS分析表明,能量过高时(2000 J),接触界面区域会形成薄金属间化合物层,其主要成分为Al₄Cu₉.     

铝钛异种合金电子束焊接接头缺陷分析

采用电子束焊接工艺对7075铝合金和TC4钛合金异种金属进行焊接,主要研究焊接缺陷的形貌特点、形成原因及控制措施。结果表明:在铝合金与钛合金异种金属电子束焊接头中出现气孔、裂纹、缩孔等缺陷,调整焊接工艺参数、改变束斑在异种母材上的相对能量分布可以消除气孔、裂纹等缺陷。同时延长焊缝金属冷却时间,使液态熔池及时补充凝固过程中产生的孔隙,利用表面焦点减小熔池体积,对焊缝内的缩孔有一定的改善。最佳焊接参数为:工作距离272 mm,电子束流18 mA,焊接速度20 mm/s,聚焦电流415 mA。试验为提高铝合金与钛合金异种金属电子束焊接接头质量提供了参考。     

电子束焊接热输入对Ti-6AI-4V组织结构的影响

利用SEM、TEM和显微硬度等方法对TC4的接头焊缝区域进行了分析。结果发现焊接热输入能量的大小与分布模式对焊缝晶粒尺寸有重要影响，焊接热输入为48．0kJ／m表面聚焦模式时，焊缝组织较为均匀，晶粒尺寸为350μm。随着焊接热输入的逐渐增大，焊缝结晶形态由等轴晶向柱状形态演化，粗大的针状α β相和马氏体α‘相从单向长针状转换为多向短针状。电子束的热输入模式亦对焊缝金属中的位错分布及形态有较大影响，随着热输入的增大，焊缝中产生的位错密度逐渐增大，但与母材相比仍然较少。焊缝处显微硬度随电子束焊接热输入模式的不同会有明显的变化，这可能与焊缝中形成针状α β相的形态及分布方式有关。焊接热输入为48．0kJ／m表面聚焦模式时显微硬度的分布较为均匀化(404-480HV)。     

先进材料与异种材料电子束焊接研究进展

电子束焊接是近年来飞速进步、蓬勃发展的一种先进连接技术，随着技术工艺的日益成熟，其在工业领域的竞争力也日渐增强，已为工业部门所广泛接受.文中综述了电子束焊接在高温钛合金、高温合金、难熔金属、金属间化合物等先进材料与各类互相固溶的、难以互溶的异种材料连接方面的研究现状，对国内外在焊接缺陷控制、焊接工艺优化、焊接机理研究等方面取得的典型研究成果进行了简要介绍，并从中概括总结了先进材料与异种材料电子束焊接的具体问题，归纳阐述了先进材料与异种材料电子束焊接中所采用的能量控制与冶金调控等特色技术方法.     

异种材料真空电子束焊接研究现状分析

真空电子束焊接具有高能量密度、束斑直径和位置精确可控,焊接残余应力小,焊缝无污染等优点,因此,电子束焊接在异种材料连接领域的应用成为近年来研究的热点,并取得了大量的研究成果,部分已经在工业生产中得到了应用.由于电子束焊接属于熔化焊接,因此在异种金属连接中也存在冶金过程带来的困难.文中对异种材料的真空电子束焊接的研究现状进行了分析,对不同类型的异种材料接头真空电子束焊接中存在的问题和解决方法进行了总结,并提出了今后异种材料真空电子束焊接的研究重点.     

钛合金与铬青铜电子束自熔钎焊接头组织与力学性能

采用铜侧偏束工艺实现了TA15钛合金与QCr0.8铬青铜的电子束自熔钎焊,采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射分析仪对焊缝组织进行了分析,通过接头抗拉强度对接头力学性能进行了评价。结果表明,电子束偏向铜合金1mm时,钛合金母材只有上部少量熔化,实现与铜合金的连接,而接头中部和下部的连接则通过液态金属对钛合金母材的钎接而实现连接。钎缝界面由较薄的Ti-Cu化合物层组成,主要包括TiCu、Ti2Cu3、TiCu2和TiCu4。而在铜侧焊缝内,细小的Ti-Cu化合物弥散分布于铜基固溶体上,使焊缝得到强化。接头强度达到300MPa,拉伸时断裂发生在铜合金上,呈韧窝状塑性断裂模式。     

Energy Density Distribution and Temperature Closed-Loop Control in Electron Beam Processing

Various electron beam (EB) processing methods such as EB brazing, surface modification, heat treatment, etching, evaporation coating and quick manufacture, etc. require that the energy distribution and processing temperature be controlled. In this study, the energy distribution control was realized by EB scanning trajectory pattern control, and the temperature control was realized by the combined use of fuzzy logic and PID control. These were integrated into one system. To obtain large deflection angle of EB, an external deflection coil was used. The scanning trajectory pattern was the synthesization of deflections of EB in X and Y directions, and each of the deflections was controlled by an analog. Because of high energy density of the EB, and consequently high sensitivity of weldment temperature to the beam current, closed-loop control of processing temperature is indispensable, which was realized in this paper. Satisfactory transient and steady-state specifications were obtained. The brazing of a specially designed specimen verified the effectiveness of the method.     

电子束增材制造TC4合金制备熔道特征的研究

本文利用电子束增材技术制备了TC4合金熔道,并改变了扫描速度,束流和离焦电流等工艺参数,研究工艺参数对熔道表面形貌以及特征尺寸(熔深,熔宽,熔高和润湿角)的影响。研究表明,随着扫描速度的降低和电子束电流的增加,电子束线性能量输出增加,熔道宽度和连续性均有所提高。当其它参数不变,随着扫描速度增加时,熔道变得不连续甚至有球化反应的产生。扫描速度、束流和离焦电流均对熔池有较大的影响,随着扫描速度的降低以及束流的增加,熔深、熔宽和熔高都在增加;离焦电流为3mA时而熔深和熔宽最大,润湿角最小;电子束电流不变,随着扫描速度的增加,润湿角先增加后降低,宽高比下降。     

铁路钢轨与辙叉焊接工艺

高碳钢钢轨与高锰钢辙叉的焊接,于异种金属材料的焊接,由于二者材料本身的焊接性都较差,而且所要求的焊接工艺差异甚大时接琏来很大的难度。本文静要用手工电弧焊的方法,采用增加过渡层、Ｕ形坡口对称焊的方式,钢轨侧过渡层金属为Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系材料,辙叉侧过渡层与焊缝金属为Ｍｎ－Ｃｒ－Ｎｉ系材料。首先堆焊过渡层,而后再将带有过渡层金属的钢轨和辙叉焊接在一起。另外采取了某些特殊焊接工艺措施,在高锰钢焊后无经物     

A survey on future research about electron beam welding for aerospace applications

Electron beam welding plays an important role in the aerospace industry where components like sensors,gears,actuators and air frames used in aircraft and rocket engines were welded using this technique.Welding is normally performed in a vacuum to avoid the scatter of electron due to the presence of gas molecules in the atmosphere and hence electron beam welding process provides the greater results.But still joining of dissimilar metals is challenging.This paper represents review of process,generation and distribution of heat source various input parameters,materials,microstructure,mechanical strength and the possibilities of joining dissimilar metals using electron beam welding.     

钢侧偏束电子束焊接纯铝/Q235异种金属接头试验

采用钢侧偏束电子束焊接方法对铝/钢异种金属接头进行了连接,对接头组织和相组成进行了分析,并对接头抗拉强度进行了了测试.结果表明,钢侧结合良好,焊缝组织均匀,铝侧熔合区存在过渡层,其内有金属间化合物层存在.适当的钢侧偏束量能够提高接头强度,在文中试验范围内,在偏束量为0.5 mm时获得了相对最高的抗拉强度69 MPa.金属间化合层的存在弱化了接头强度,断裂呈脆性特征.