薛慶增
摘 要:隨著科技進步和航空航天事業(yè)的發(fā)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(jié)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(yōu)勢,是國內(nèi)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(xiàn)狀。
關(guān)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(xiàn)在的航空航天業(yè),輕金屬對航空航天業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要,然而,隨著科技的進步,航空航天事業(yè)的發(fā)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(jié)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(lǐng)域得到了廣泛應用。隨著航空航天工業(yè)中有色合金較大范圍的使用,對合金構(gòu)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(chǎn)生的,電子槍中的陰極受熱發(fā)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(zhuǎn)變?yōu)闊崮?,使金屬迅速熔化,實現(xiàn)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(qū)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(yōu)點,航空航天科研事業(yè)和生產(chǎn)的發(fā)展與鈦合金的推廣應用有著密不可分的聯(lián)系[5]。鈦合金在航空航天工業(yè)中有著廣闊的應用前景。
電子束焊接工藝在真空環(huán)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(shù)[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(shù)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(shù)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(yè)中應用廣泛。鋁及鋁合金的電子束焊接工藝是目前國內(nèi)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(shù)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(yè)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(yōu)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(jīng)遍及航天航空、汽車、船舶、體育用品、電子等多個領(lǐng)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(lǐng)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(jié)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(shù)值模擬,建立了真空電子束焊接熔池二維氣泡流數(shù)學模型。
4 結(jié)束語
隨著航空航天業(yè)的發(fā)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(fā)展歷史,應用在很多領(lǐng)域,也為我國的航空航天事業(yè)做出了巨大的貢獻,電子束焊接工藝的發(fā)展必將推進有色合金在航空航天業(yè)的應用。
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