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   編者語：電子束焊接技術(shù)可以高效獲得高質(zhì)量、大深寬比的焊縫，在航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，是宇宙空間焊接的唯一可行的焊接方法。經(jīng)歷50年的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從最初的“高精尖”行業(yè)逐步擴(kuò)展到民用領(lǐng)域，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。

   眾多航天工程的啟動，促進(jìn)了先進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展。其中，電子束焊接具有高能量密度、高熔透性、焊接變形區(qū)小、易于控制、能焊接難熔及異種金屬等優(yōu)點，成為航天制造業(yè)中不可替代的一員。

　　我國大型飛機(jī)設(shè)計與制造、載人航天和探月工程等重大專項的陸續(xù)啟動，對先進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展具有強(qiáng)大牽引和推動作用，焊接技術(shù)已逐漸由原來的一種輔助制造工藝演變?yōu)橐环N關(guān)鍵制造技術(shù)。
　　從1882年出現(xiàn)碳弧焊開始，先后產(chǎn)生了埋弧焊、電阻焊、電渣焊及各種氣體保護(hù)焊。進(jìn)入20世紀(jì)60年代以后，焊接新能源的開發(fā)使等離子焊接、真空電子束焊接和激光焊接等先進(jìn)的高能束流焊接方法應(yīng)運而生。在眾多的焊接技術(shù)中，電子束焊接技術(shù)憑借其高能量密度、高熔透性、焊接變形區(qū)小、易于控制和能焊接難熔及異種金屬等優(yōu)點，在航空、航天、核能、動力、機(jī)械、汽車及電子醫(yī)療器械等眾多制造技術(shù)領(lǐng)域，發(fā)揮著不可替代的作用。
　　電子束焊接原理及特點
　　電子束焊接是利用電子槍中陰極所產(chǎn)生的電子在陰陽極間的高壓（25~300kV）加速電場作用下被加速至很高的速度（0.3~0.7倍光速），經(jīng)磁透鏡會聚作用后，形成密集的高速電子流。高速運動的電子轟擊工件表面時，電子的動能轉(zhuǎn)化為材料的熱能，使材料迅速融化而達(dá)到焊接的目的。
　　電子束焊接中存在“小孔效應(yīng)”使其能夠一次性焊透數(shù)百毫米厚的材料。小孔效應(yīng)的形成是一個復(fù)雜的高溫流體動力學(xué)過程。當(dāng)電子束轟擊金屬表面時，金屬被迅速熔化并達(dá)到沸點，一部分金屬被氣化。金屬蒸汽離開熔池時對液態(tài)金屬產(chǎn)生一個附加壓力，在與束流壓力的共同作用下，使熔化的金屬被排開，電子束可以繼續(xù)轟擊底部的固體金屬，連續(xù)作用下被焊金屬中很快形成小孔。電子束功率密度越高，小孔的深度越大。隨著電子束在工件上移動，小孔也隨著電子束一起運動，液態(tài)金屬繞過小孔流向熔池后部使小孔不斷鎖閉并凝固形成焊縫。
　　以上所述電子束焊接原理使其具備以下特點：
　　1.能量密度極高
　　電子束焊接能量密度高達(dá)107~109W/cm2，可以實現(xiàn)高速焊接（每分鐘數(shù)十米），深穿透焊接（焊接鋼厚度達(dá)150mm，焊接鋁合金可達(dá)300mm，深寬比達(dá)50：1）。極高的能量密度使電子束可以焊接各種難熔金屬，甚至包括陶瓷等非金屬，以及復(fù)合材料的可能性。
　　2.真空保護(hù)條件
　　焊接技術(shù)在發(fā)展過程中也在不斷改進(jìn)和完善熔池的保護(hù)條件。電子束焊接大多是在真空中進(jìn)行的，為焊縫金屬和整個零件提供了理想的保護(hù)條件，可防止材料氧化及其它有害氣體侵入。利用熔池與真空氣氛的壓差，有利于焊縫熔化金屬中所含氣體排出，減少焊縫氣孔，增加氣密性，提高焊縫強(qiáng)度。
　　3.束流容易控制
　　在所有的荷電基本粒子中，電子具有最小的質(zhì)量（其靜止質(zhì)量為9.1×10-28g）和很高的荷質(zhì)比（1.74×108c/g），可以幾乎無慣性的受到電場或磁場的控制。使得電子束在目前已知的各種焊接熱源中，成為一種最容易操控的熱源。電子束的功率、焦點直徑和束流偏轉(zhuǎn)都可以精確調(diào)整，使電子束焊接適宜焊接精細(xì)零件或具有特殊結(jié)構(gòu)的零件。
　　電子束焊接技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用
　　1958 年，前蘇聯(lián)烏克蘭科學(xué)院巴東焊接研究所就研制出了前蘇聯(lián)的第1 臺實驗用電子束焊接裝置。早期主要應(yīng)用于原子能工業(yè)中，隨后應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)工業(yè)中。由于電子束焊接設(shè)備價格昂貴，只能用于原子能、航空、航天和電子工業(yè)等對焊接有特殊要求的部門。
　　20世紀(jì)70年代，電子束焊接技術(shù)日趨成熟，迅速普及到大批量生產(chǎn)行業(yè)。電子束極高的生產(chǎn)效率和顯著的經(jīng)濟(jì)效益使電子束焊接在競爭激烈的民用工業(yè)部門顯示出強(qiáng)大的競爭力。這一時期，國外幾乎所有的汽車制造廠都已采用電子束焊接技術(shù)生產(chǎn)有關(guān)零部件。這一時期，電子束焊接基礎(chǔ)理論和應(yīng)用基礎(chǔ)的研究也取得了許多富有實用意義的成果。
　　到20世紀(jì)80年代末到90年代初，電子束焊接進(jìn)入了成熟和平穩(wěn)發(fā)展期。電子束深穿透焊的優(yōu)勢，使其在大型，大厚度重型結(jié)構(gòu)件的焊接中開始發(fā)揮作用。1986年，我國的汽車工業(yè)開始使用電子束焊接工藝。采用電子束焊接結(jié)構(gòu)的變速器，可控制變速器的軸向尺寸，能夠在原來尺寸的基礎(chǔ)上，增加變速檔次，大大改進(jìn)輕型車的性能，提高經(jīng)濟(jì)效益。
　　進(jìn)入21世紀(jì)，隨著人類活動空間向太空的進(jìn)一步擴(kuò)展，電子束焊接技術(shù)的應(yīng)用也逐步拓展到太空。高低溫度交替沖擊、失重、真空及宇宙線輻射等特殊的太空環(huán)境，對宇航零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇及加工工藝都提出了極為苛刻的要求。實踐證明為了滿足上述特點，電子束焊接技術(shù)是必不可少的強(qiáng)有力的工具之一。
　　美國與前蘇聯(lián)都已成功研制了空間所用電子束焊機(jī)，為適應(yīng)特殊的焊接環(huán)境，空間所用電子束焊機(jī)應(yīng)具有以下特點：1.重量輕、體積小，以方便火箭運載及宇航員操作；2.要對宇宙輻射線進(jìn)行仔細(xì)防護(hù)。強(qiáng)烈的宇宙射線會破壞半導(dǎo)體及絕緣器件，所以必須加以防護(hù)。3.需要考慮失重、超高真空、空間溫度交變的影響。
　　電子束焊接適用于航空器鈦合金部件的焊接。20世紀(jì)70年代末，McDonnell Douglas 就用電子束焊接F15戰(zhàn)斗機(jī)的鈦合金機(jī)翼和支架柱。  
　　Tornado戰(zhàn)斗機(jī)和F14 Tomcat 上各種幾何形狀機(jī)翼的翅殼都采用電子束焊接。上圖是采用電子束焊接技術(shù)焊接鈦合金舵芯結(jié)構(gòu)件的示意圖。鈦合金舵芯骨架結(jié)構(gòu)示意圖如圖a 所示，骨架上分布著一系列環(huán)向和輻射狀的加強(qiáng)筋，舵芯蒙皮與骨架上的加強(qiáng)筋主要采用電子束焊接而成，圖c為舵芯骨架與舵芯蒙皮連接后的舵芯示意圖。
　　在我國，電子束焊接技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、齒輪加工業(yè)、精密儀器及電子儀表制造業(yè)、電工電能領(lǐng)域和航空航天領(lǐng)域的制造及維修業(yè)。我國重型汽車集團(tuán)在“七五”期間，采用電子束焊接方法成功實現(xiàn)了奧地利引進(jìn)項目的板材沖壓貨車橋殼的生產(chǎn)。在中國南方航空動力機(jī)械公司，許多航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵零部件和民品生產(chǎn)都使用了電子束焊接技術(shù)。
　　目前全世界已有幾千臺設(shè)備在核工業(yè)、航空宇航工業(yè)、精密加工業(yè)及重型機(jī)械等工業(yè)部門應(yīng)用。在電子束焊接設(shè)備的研制開發(fā)上具有實力的國家及公司有：德國的PTR精密技術(shù)有限公司、英國的劍橋真空工程有限公司及英國接研究所( TWI) 、法國的TECH2META 公司以及烏克蘭的巴頓電焊研究所等。上述幾家公司及研究所的電子束焊接設(shè)備在國際上都有較高的知名度，所研發(fā)的電子束焊機(jī)各有其適用性及特點。其中烏克蘭巴頓研究所生產(chǎn)的中高壓電子束焊機(jī)，技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，在前蘇聯(lián)的航空宇航焊接試驗中得到了成功的實踐應(yīng)用。
　　電子束焊接技術(shù)可以高效獲得高質(zhì)量、大深寬比的焊縫，在航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，是宇宙空間焊接的唯一可行的焊接方法。經(jīng)歷50年的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從最初的“高精尖”行業(yè)逐步擴(kuò)展到民用領(lǐng)域，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。