有色合金的電子束焊接工藝分析

薛慶增

摘 要：隨著科技進步和航空航天事業的發展，對材料的需求越來越高，提高飛行器性能的同時也要減輕自重，節約能源。鋁、鎂、鈦有色合金材料應運而生，使用范圍越來越廣，隨著有色合金的廣泛使用，其焊接方法也凸顯出了重要地位，其中電子束焊接工藝與其他焊接工藝相比，有著不和替代的優勢，是國內外學者的研究熱點，文章介紹了電子束焊接的原理，特點及鋁、鎂、鈦合金的電子束焊接研究現狀。

關鍵詞：電子束焊；航空；航天

鋁、鎂、鈦等這些輕金屬把航空航天器推上了天，沒有這些輕金屬就沒有現在的航空航天業，輕金屬對航空航天業的發展至關重要，然而，隨著科技的進步，航空航天事業的發展，對材料的要求也越來越高，不但要提高飛行器的性能，還要減輕自重以節約能源降低費用，鋁、鎂、鈦這些輕金屬的合金材料應運而生，在航空航天領域得到了廣泛應用。隨著航空航天工業中有色合金較大范圍的使用，對合金構件的需求也不段提高，電子束焊接工藝是適用于有色合金的焊接工藝之一。

1 電子束焊的原理

電子束焊的電子束是從電子槍中產生的，電子槍中的陰極受熱發射電子，該電子被高壓電場加速以及電磁透鏡聚焦后，就會形成具有極高能量密度的電子束，電子束撞擊到工件表面，電子巨大的動能就會轉變為熱能，使金屬迅速熔化，實現對工件的焊接[1，2]。

2 電子束焊的特點[3，4]

（1）功率密度高，電子束功率可從幾十千瓦到一百千瓦以上。電子束束斑的功率密度可達106～108W/cm2，比電弧功率密度約高100～1000倍。

（2）焊接速度快，焊接熱影響區小，焊接變形小。

（3）電子束穿透能力強，焊縫深寬比大。

（4）焊接過程中不行引入焊接材料，焊縫的純潔度高。

3 有色合金的電子束焊接工藝

3.1 鈦合金

鈦及鈦合金具有比強度高、抗腐蝕性好、溫度適應范圍廣等一系列突出優點，航空航天科研事業和生產的發展與鈦合金的推廣應用有著密不可分的聯系[5]。鈦合金在航空航天工業中有著廣闊的應用前景。

電子束焊接工藝在真空環境下進行，可避免空氣對鈦合金的污染，降低裂縫等缺陷的幾率，是一種非常適合鈦合金的焊接技術[6]。

朱少旺[7]對Ti60合金薄板對接件進行了電子束焊接工藝研究。通過電子束焊接性實驗，他研究了電子束焊接工藝的參數對焊縫表面成形及焊接接頭顯微組織、力學性能的影響，探索了焊后緩冷工藝和焊后熱處理對焊接接頭組織及性能所起作用。閆偉[8]對Ti-55高溫鈦合金板材進行了一些電子束焊接試驗，為確定Ti-55板材的焊接方法及工藝做了技術儲備。

3.2 鋁合金

由于鋁合金具有耐腐蝕性好，比模量、比強度、疲勞強度高，以及電導性和熱導性好等特點，在航空航天、交通工具、機械制造、電工化工等行業中應用廣泛。鋁及鋁合金的電子束焊接工藝是目前國內外學者的研究熱點，電子束焊接工藝是鋁合金焊接的重要方法之一。

王亞榮等[9]研究了焊后熱處理對2A14高強鋁合金電子束焊接頭組織及力學性能的影響。王常建等[10]對電子束焊接工藝在2219鋁合金擴張段上的應用進行了研究，研究表明電子束焊接技術能夠減少焊接變形，降低焊接缺陷。陳國慶等[11]研究了SiCp/2024與2219鋁合金電子束焊接。

3.3 鎂合金

鎂是最輕的工業金屬材料，密度只有鋁的三分之二，鎂及鎂合金具有密度低、強度高的優點。航空航天器輕量化的要求使得鎂合金有著廣闊的應用前景。目前鎂合金的應用已經遍及航天航空、汽車、船舶、體育用品、電子等多個領域[12]。由于電子束焊接工藝具有良好的焊接效果，其在鎂合金的焊接領域得到了廣泛的應用。

朱智文等[13]研究了AZ31鎂合金電子束焊焊接接頭微觀組織特征，研究結果顯示AZ31鎂合金電子束焊接接頭成形良好，焊縫組織細小，表明電子束焊是AZ31鎂合金的有效焊接方法。葉宏等[14]研究了AZ91D鎂合金真空電子束深熔焊接熔池氣泡流數值模擬，建立了真空電子束焊接熔池二維氣泡流數學模型。

4 結束語

隨著航空航天業的發展以及有色合金的廣泛應用，對有色合金焊接工藝的研究已成為熱點，電子束焊接工藝在我國已有多年的發展歷史，應用在很多領域，也為我國的航空航天事業做出了巨大的貢獻，電子束焊接工藝的發展必將推進有色合金在航空航天業的應用。

參考文獻

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[14]葉宏，羅冶，余耀華.AZ91D鎂合金真空電子束深熔焊接熔池氣泡流數值模擬[J].焊接學報，2012，33（7）：73-76.