关于电子束焊接技术国内外研究探析

李兵

摘 要：电子焊接技术经过多年来的不断完善和发展，已经成为现代工业生产和生活中重要的组成部分。本文简要说明了电子焊接术的基本工作原理，重点分析了国内外对电子焊接技术的研究现状，并展望了电子焊接技术未来的研究方向。

关键词：电子束焊接技术；国内研究；国外研究

0 引言

随着航空航天、核能、微电子等行业的快速发展，加强了对高韧性、高硬度的铝合金及其他耐高温金属材料和复合材料的需求，这对焊接工艺提出了更高的要求。电子束焊接技术是一种新型的焊接工艺，与传统的焊接技术相比，具有稳定性高、焊缝窄等特点，各国对电子束焊接技术的研究也取得了一定进展。

1 电子束焊接的基本原理

电子束焊接是指在焊接过程中，经过电子枪产生，在电子光学系统和高压加速共同融合后产生了功率密度较高的电子束，电子束撞击到工件面上后，就能将电子的部分动能转换为热能，促使金融的熔化。熔化后的金属在高压金属蒸汽的作用下被排开，电子束趁机继续撞击固态金属，并在被焊接的工件上钻出一个锁性小孔，液体金属包围小孔周围。见下图。然后，在工件和电子束的相对移动作用下，液体金属会沿着小孔周围向熔池后部流动，经过冷却和凝固后形成焊缝。

2 国内外电子束焊接技术的研究现状

1948年西德物理学家K.H.Steigerwald首次提出了电子束焊接的设想，这是电子束焊接的起源[1]。随后法国J.A.Stohr 博士于1954年成功的对核反应堆燃料包壳进行焊接，象征着电子束焊接金属的成功，三年后在法国巴黎召开的“国际原子能燃料元件技术大会”上第一次公布了电子束焊接技术，标准者电子束焊接作为一种新型焊接技术的诞生。之后世界各国，如美国、前苏联、日本、英国等国都开始对电子束焊接技术进行研究，我国直至上世纪60年代，才开始着手研究电子束焊接技术。

2.1国外对电子束焊接技术的研究

国外乃至全球电子焊接技术较为发展的国家是德国、美国、日本等。在工业中应用较为广泛的电子束焊接设备功率要<150kW，加速电压<200kV，一次可焊接最大厚度的铝合金为50mm，钢板为300mm[2]。

目前，国外在电子束焊接设备的研发中具有代表性的国家有德国（PTR精密技术有限公司）、法国（TECH-META公司）以及乌克兰（巴顿电焊研究所）。其中乌克兰巴顿研究所生产的高压电子束焊机有着稳定的性能和成熟的技术，早在前苏联的航空宇航焊接试验中就得到了成功的实践。日本研发了一种功率在300KW，加速电压在600kV等超高压电子束焊机，这中焊机能一次性焊接200mm厚度的不锈钢，深度比为70：1。近年来，日、德等国研究了双枪和填丝电子焊机技术，法国成功研制出了三金属薄带材的电子束焊机。

2.2 国内对电子束焊接技术的研究

我国最早开始研究电子束焊接技术的组织和单位是北京航空研究所、中科院沈阳金属研究所以及广西桂林电气科学研究所，目前已经研制出了近百台不同类型和功能的电子束焊机。我国成功研制的第一台电子束焊机是GDH-15型高压电子束焊机，主要用于航空动力机械制造，其功率为15kW，加速电压为150kV。我国第一台自主设计和制造的高压电子枪、大型真空室高压电子束焊机是北京航空工艺研究所于1992年研制的。近年来，我国有关电子束焊机研究的文献主要集中在焊接冶金及穿透机理、焊接技术的应用、优化焊接参数等，与国外发达国家相比还存在一定差距，需要继续探索和实践。

3 展望电子束焊接技术的未来研究方向

随着科学技术的快速发展，电子束焊接技术也将呈现代化、科技化发展，其研究的主要方向体现在以下几点。首先，要开拓解决制约新材料和结构应用的有效途径。在研究和开发新材料的电子束焊接技术时，要从焊接科技和材料研制两方面入手。材料研制上，材料的性能与焊接性能往往是一对难以协调的矛盾，新型的材料并不意味着有较高焊接性能，而通过对材料性能的研制，能尽量化解这对矛盾。焊接科技上，在对高性能材料的研制过程中，通过采用科学的焊接技术能有效的将焊接性纳入到高性能的技术指标中。因此，焊接技术人员要与材料研制人员加强交流和沟通，提高材料的可焊接性。

其次，要研发新的焊接工艺，提高焊接产品的质量。为了消除焊接是制造过程中永远的“弱势环节”的传统观念，焊接行业必须做好长期的研究准备，通过不断研发新的焊接工艺，来提高焊接的性能和促进焊接质量控制的智能化发展，确保焊接的“零裂缝”。最后，要优化电子束焊接的生产环境，提高焊接行业在社会中的地位，以吸引更多优秀人才的加盟。通过研制新的材料和焊接工艺，除了能降低焊接的成本，提高焊接生产效率外，还能大幅降低焊接对环境和自然资源的影响。焊接人员通过对噪音、辐射等进行消除，能大大优化焊接的工作环境，改变焊接在社会中“脏、苦、累”的负面形象，以吸引更多高素质的焊接人才投身到焊接的事业当中去，促进我国焊接行业的稳定、高速、可持续发展。

4 结语

总之，在社会经济发展和科学技术不断进步的时代，国内外对电子束焊接技术的研究取得了长足进步，尤其是在焊接理论研究和工艺的实践上有一定的研究成果。不过，受限于研究分析手段等因素影响，还有很大的研究空间。

参考文献：

[1]张秉刚，吴林，冯吉才.国内外电子束焊接技术研究现状[J].焊接，2012，26（02）：19-20.

[2]王春东.电焊焊接技术浅析[J].黑龙江科学，2014，36（08）：21-22.