電子束焊接

科學知識 9547 322 2015-05-13

        在當今時代,電子束焊接術的每一個進步的積累使人類的航空制造技術更加的完善和強健。電子束技術的高穩定和高強度的特性使飛行器冶金有了更加先進科學和結構精密的設計。目前存在的重要的技術實際上是在減少分解,加熱,和殘余應力的同時來減少氫脆變,限制氧氣和氫污染物。電子束焊接技術作為焊接整合領域的重要技術,目前已經越來越深地影響到航空飛行器的制造和設計領域。這其中重要的原因是它有著先進的自動焊縫跟蹤,射束偏轉,多溶池焊接。   

機身   

        每一個新的機身,引擎,或者是組裝配件的設計都可以考慮用電子束技術來完成。在機身設計上,與物料選擇最相關的三個標準是:靜態強度,飛行彈性,和金屬的疲勞壽命. 焊接最大的特點是當使用電子束焊接儀器時操作員能精準控制。利用這些精準的高質量儀器,可以將焊接縫實現控制在很窄的束矢量內,從而實時有效地減少主要參數的偏離;其他的控制還包括:速度跟蹤,角度,強度,集中性,描圖,以及熱量特性。在最縝密的規格操作下的CNC控制系統,是通過背散射 的電子傳感片來傳遞信息,這同時也實現了實時光譜控制。金屬飛行器件的結構整合和減輕負重設計是目前最大的挑戰,要完成這些需求,電子束技術是非常重要的因素。   

引擎   

        飛行器引擎產業無可厚非地需要設計和建造有價值的零部件,這些可以包括:鼓狀物,輪子,環狀物,齒輪,以及機翼。而這些部件的焊接參數一旦確定下來,在整個生產過程中必須保持精確不變。如果沒有成本限制或者新的評估證明,WPS(焊接,過程,規格)都不可以輕易改變。對于焊接制造儀器和電子束焊接設備也是同理。這主要是因為有些材料,比如涅制的超耐熱不銹鋼,是特別為航空燃氣輪機制造的,必須在特定的溫度下嚴格操作。這類超耐熱不銹鋼對因熱導致的裂開非常的敏感,所以要求整個過程的參數,包括焊前和焊接后熱處理,必須嚴格評估和備份。而真空室電子束焊接機恰如其分地實現地這一要求。   

推進槽和推進系統   

         推進槽,燃料管理系統,噴嘴,階段槽,微孔膜,注射元件,入口閥和出口閥;所有鈦合金的元器件,都是現在和未來航空平臺永恒不變的重要組成部分。由于每個部件的細微革新,加工的限制規格和精準性要求有比較經濟可行而且接近完美無瑕的解決方案。現在我們所面臨的困擾是:在人工監控的操作條件下,人們卻不再能在最佳的焊接速度上精準地觀測到焊接縫,所以用設備控制流程是非常重要的。背散射電子觀測系統作為一種標準,已經獲得了全世界普遍的認可。在焊接過程中信息搜集,處理和使用所用的方法時常是關鍵的問題。用統一的標準來實現零部件的聯結和加壓,從而滿足現代航空飛行器不見的更加精準的加工規格,使焊接縫看起來不易被肉眼察覺。目前有一種用沖壓底座的技術制作的鈦部件,整個過程在車床上完成。用電子束技術來掃描不僅僅精準地觀測到連接位置,而且反映了不同的能被肉眼觀測的鈦合金。   

         需要這種精準加工和電子束焊接技術的一種典型的產品就是鈦制衛星軌道槽。從內部連接縫位置上完成精準縫定位和鑿穿焊接成為了工程師目前所面臨的困難,而唯一的解決方法就是長焦距電子束聚焦和在這個長度上進行精準控制。這么說來,自然而然地又繞回到數字化控制系統的信息源—背散射電子。傳感器的靈敏度,高精準的電子數聚焦,精準的偏向,軟件的技術發展水平和電腦樹枝控制,都是操作者達到最佳技術成果的重要因素。   

電子束   

         在光學顯微鏡中,利用電子來代替可見光,在圖像質量和信息價值,可靠性和利用率方面有很大的優勢。第一,利用電子束放大的倍率可以達到20,000x,而利用可見光的放大倍率只有1000 x。散射電子的特征是:利用被檢查物體表面的電子核相互作用的彈性,散射電子角度范圍可以達到180度,但是平均散射角度為5度。通過這種方式,一小部分散射的原子的原子序數Z發生了強烈的改變,通過這種方式可以對原材料做鑒定比較。這就是所謂的原子序數特征對比。這就是為什么電子束焊接機中需要安裝檢測板來收集散射電子的原因。軟件和CNC系統可以利用這些準確的信息來控制焊接參數。   

束流控制   

         收集的信息以數字形式顯示了電子束流與高能電子的彈性散射的采樣樣本,次電子非彈性散射的采樣樣本以及電磁輻射的采樣樣本之間的能量轉換的關系。每種能量來源都可以用專門的傳感器檢測到并對其進行測量。吸收的束射電流也可以被檢測和測量。各種電子放大器采用數字化的CRT顯示器信號,可以創建重要的的信號強度分布圖。操作人員利用高分辨率的CRT作為其監測設備,與此同時,數字信號傳輸給CNC系統用于回路控制的監測和反饋。現今,無線傳感器放置于真空工作室中來實現自動光束對準。該專利在焊縫準確度方面實現了800%超越最好的手動操作。因此,該技術具有可靠性更高,在熱能輸入控制方面優勢明顯,在熱能輸入與熱能影響區域低變形的特點。   

         在焊接過程中,利用高速電子束束流偏離來打出獨立的多孔,其間電子束偏離以及多溶池焊接過程中的電子束混合尤為重要。控制軟件和控制束流方向的偏離板對焊縫的復雜的曲線熱分布的控制起到了關鍵的作用。只有非常熟練的控制才能完成包括飛機設計的復雜任務。因此,專業人員用電子束焊接機來設計完成特殊的任務。   

          信息周期的簡單描述為一個奇特的電子作為能源做完整的周期運動,載波從電子束發生器出發通過聚焦線圈到達工件表面,反射到傳感器,從傳感器轉化成數字電路,通過軟件傳遞到CNC機電控制系統,然后循環進入能量發生器并回到陰極能量發生器用于再生能源。最后將能量用于焊接的孔。



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