快速电子束加工技术

快速电子束加工技术 快速扫描电子束加工技术 摘要: 先进制造技术已在我国得到了广泛的使用，随着制造工业的进步，数控加工已逐步主导了传统的机械加工，员工对特种加工的认识与了解需求也越来越大， 对于数控技术大家都可以较为容易理解为计算机控制原理，但对于电加工技术的认识就比较少了，因此我认为有必要与大家共同探讨数控电加工设备，了解一下未来工业成就的支柱。 关键词:电子束 原理 毛化 焊接 打孔 什么是电子束加工 近年来，随着电磁场控制技术的发展，并结合电子束在磁场中易控的特点，开发了一种新型的电子束加工方法——快速扫描电子束加工技术。 电子束加工是利用高能量密度的电子束对材料进行加工处理的方法，电子束作为一种热源，通过调整其能量密度、束斑直径、束流作用时间和材料本身的热物理特性，可以产生加热、熔化和汽化等多种加热效果。电子束加工包括焊接、打孔、热处理、 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面加工、熔炼、镀膜、物理气相沉积、雕刻以及电子束曝光等，其中电子束焊接是发展最快、应用最广泛的一种电子束加工技术。电子束加工的特点是功率密度大，能在瞬间将能量传给工件，而且电子束的能量和位置可以用电磁场精确和迅速地调节，实现计算机控制。因此，电子束加工技术广泛应用于制造加工的许多领域，如航空航天、电子、汽车、核工业等，是一种重要的加工方法。 电子束加工的原理 快速扫描电子束加工技术的就是通过对电子枪偏转线圈和聚焦线圈的控制，使电子束在工件上按特定的轨迹、速率和能量快速偏转而实现快速扫描电子束加工。由于电子束几乎没有质量和惯性，可以实现非接触的偏转，而且通过电压控制，可以在不同的位置切换时控制束流通断，这样，束流就可以在构件的不同位置以极高的频率切换。由于材料的热惯性，通过束流与材料的相互作用，在这些位置上就会同时产生冶金效果，实现电子束的扫描加工。如果在不同的束流之间改变聚焦位置或者束流强度，则可以实现多功能加工技术，如多束流加工技术、电子束“毛化”技术以及电子束快速成型技术等。 多束流电子束加工是指采用2束以上的电子束对材料或结构进行处理和加工的一种方法。多束流电子束可以由多个电子枪产生，也可以由1个电子枪通过电磁场的控制而产生。电子束在不同的位置快速移动，由于移动的频率很高从而产生多束的效果。 电子束“毛化” 技术 此技术是英国焊接研究所等人近年来发明的一种新型电子束加工技术，它借助于电磁场对电子束的复杂扫描控制而在金属材料表面产生特殊的成形效果。其基本过程是在真空环境中，通过快速响应偏转线圈和复杂信号控制程序精确控制电子束流，使其按照某种特定的方式、特定的规律、一定的速度和能量作用于材料表面，并在材料表面形成金属的微小熔池。一旦材料开始形成熔池，电子束将通过磁场的扫描控制被迅速转移到其他位置，而熔化的液态金属在表面张力及金属蒸汽压力的共同作用下，向束流移动相反的方向流动，并在熔池后方快速冷 却、凝固。随着束流的重复扫描，熔池前端的金属被继续转移到熔池后端，经过不断的堆积、冷却、凝固，逐渐形成一定形状和大小的“凸起”(毛刺)，产生表面“毛化”的效果，而在熔池前端形成很小的凹坑或者凹槽状的“刻蚀”。 电子束快速成型技术是一种集成了计算机、数控、电子束和新材料等技术而发展起来的先进制造技术。电子束在计算机的控制下按零件截面轮廓的信息有选择地熔化金属粉末，并通过层层堆积，直至整个零件全部熔化完成;最后，去除多余的粉末便得到所需的三维产品。与激光及等离子束快速成型相比，电子束快速成型技术具有能量利用率高、加工速度快、运行成本低、高真空保护等优点，是高性能复杂粉末冶金件的理想快速制造技术。 电子柬焊接技术 电子柬焊接具有焊缝深宽比大，焊接速度快，工件热变形小，焊缝物理性能好，工艺适应性强等优点，并且能改善接头机械性能、减少缺陷、保证焊接稳定性和重复性，因而具有极为广阔的应用前景电子束焊接的加工范围极为广泛，尤其在焊接大蔓铝合金零件中，电子柬焊接工艺具有极大的优势，并且可用于不同金属之间的连接。西欧采用电子柬代替过去的氩弧焊焊接大型铝合金简体，在提高生产效率的同时得到了性能良好的焊接接头。美国和日本均采用电子束焊接工艺加工发电厂汽轮机的定子部件。 美国近年来还在大型飞机制造中广泛应甩电子柬焊接工艺。电子束物理气相沉积技术电子束物理气相沉积是利用高速运动的电子轰击沉积材料表面，使材料升温变成蒸气而凝聚在基体材料表面的1种表面加工工艺。根据该工艺沉积材料的性质，可以使涂层具有优良的隔热、耐磨、耐腐蚀和耐冲刷性能，从而对基体材料有一定的保护作用，因此，被广泛应用于航空、航天、船化。具有柱状结构的涂层在高温条件下抗剥落的能力较高。在控制工艺条件的前提下，可以使涂层与蒸发材料中的相和元素含量保持一致，这是电子柬物理气相沉积的一大优点。而且它还可以蒸发易挥发的材料，例如铝。PVD主要应用于飞机发动机的涡轮叶片热障涂层，涂层厚度最大可达300，涂层显微结构明显有利于抗热震性，涂层无需后续加工，空气动力学性能明显优于等离子涂层，因此涂层寿命大大高于等离子喷涂涂层寿命。 电子柬表面改性技术 有关电子束表面改性技术的应用电子束表面改性技术是在最近十几年迅速发展起来的表面加工技术，由于电子束加工技术在使用过程中可以较灵活地调节加热面积、加热区域以及材料表面的能量密度，并且电子束在材料表面的作用范围仅为0(01,0(2ram，因此，利用电子束对材料表层进行加热，可以达到所需温度或使材料熔化，从而实现对材料表面的改性，以满足材料表面的摩擦磨损、耐腐奥氏体的转变温度，通过冷态的基体金属进行自淬火，可以获得超细晶粒组织而使表层具有较高的强硬性和耐磨性。 利用电子束的加热和熔化技术还可以对材料进行表面改性。例如，电子束表面淬火、电子柬表面熔凝、电子束表面合金化、电子柬表面熔覆和制造表面非晶态层。经表面改性的表层一般具有较高的硬度、强度以及优良的耐腐蚀和耐磨性能。 电子束表面改性的特点如下:快速加热淬火可以得到超微细组织，提高材料的强韧性;处理过程在真空中进行，减少了氧化等影响，可以获得纯净的表面强 化层;能进行快速表面合金化，在极短时间内取得热处理几小时甚至几十小时的渗层效果;电子束的能量利用率较高，可以对材料进行局部处理，是一种节能型的表面强化手段;表面淬火是自行冷却，无需冷却介质和设备;能对复杂零件的表面进行处理，用途广泛;电子柬功率参数可控，因此，可以控制材料表面改性的位置深度和性能。 电子柬打孔 电子柬打孔具有如下优点:能加工各种孔，包括异形孔、斜孔、锥孔和弯孔;生产效率高;加工材料范围广;加工质量好，无毛刺和再铸层等缺陷。电子柬打孔在国外已被广泛应用于航空、核工业以及电子、化学等工业。如喷气发动机的叶片及其他零件的冷却孔，涡轮发动机燃烧室头部及燃气涡轮，化纤喷丝头和电子电路印刷板等。 电子束加工技术在襄面工程中的应用舶和冶金等工业领域 。由于其基体没有受到加热温度的影响，因此，可以保持其原有的性能，如较好的塑性和韧性。将电子束能量密度提高，从而增加基体表面的能量，使表面层快速熔化以形成细小的熔池，而其他部分受热较小。因此，在冷基体的作用下可以获得较快的冷却速度，这样可以在材料表面形成良好的非晶层，该组织具有很好的耐腐蚀和抗疲劳性能。 电子束表面合金化及熔敷根据需要将具有特殊性能的合金粉末涂覆在金属表面，利用电子束加热熔行表面合金化处理，在精确控制电子束功率密度和作用时间的条件下，使一种或多种合金融入金属表面薄层熔区，使其发生物理或化学变化，从而获得所需的表面结构和性能，以满足其耐磨、耐蚀和耐热等要求利用电子束熔化技术，可以根据需要向基体表面预先涂敷能改善工件表面性能的金属合金甚至陶瓷粉末，然后利用电子束加热将其熔化，在工件表形成具有某些特殊性能的覆盖层。 但是熔化层必须准确控制，以防涂敷层与基体过分熔融而得不到所需要的涂层。电子束表面熔凝处理[1将所需材料的表面重新熔化，在类似于熔化金属“淬 ”的冷基体作用下，快速冷却到室温，从而形成与基体组织结构和性能不同，火剂 但成分相同且具有细化晶粒的表面层，提高其耐磨性。电子束表面熔凝处理可以扩大合金的固溶度，获得超细晶粒，并可抑制元素的偏析，具有真空脱气的效果。该工艺目前主要集中在工模具的应用上。 电子束技术的总结 根据以上的知识可以推想出电子束加工技术作为高能束流加工的重要组成部分，在过去几十年的发展中充分显示出其旺盛的生命力。可以预见，该技术在工业应用中有着极为广阔的发展前景。因此我们要多多了解这方面的知识。