敘述了局部真空電子束焊接的特點及其在國防工業(yè)和民用工業(yè)的應用前景，敘述了國內(nèi)外局部真空電子束焊接的發(fā)展狀況，介紹了自行研制的法蘭環(huán)縫局部真空電子束焊接裝置和它的主要技術指標，以及該設備研制已突破的關鍵技術。

　　局部真空電子束焊接技術是在大尺寸結構件的焊縫及其附件局部區(qū)域建立真空環(huán)境，并進行電子束焊接的技術。

　　電子束焊接是隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種熔化焊方法，電子束具有很高的能量密度(10 ⁶-10 ⁹W/cm²)，焊縫深度比高可達20:1，熱影響區(qū)小，工件變形小，晶粒細密等，被焊金屬的厚度從0.05-300mm，不開坡口，一般不添加焊絲，一次焊成且焊縫質量好，這是其他焊接方法無法達到的。但是通常這類焊接機的特點是將被焊工件作為整體放在真空室中進行焊接，由此可稱為全真空室電子束焊接設備。目前這類焊接的功率可達100Kw以上，真空室容積高達幾百立方米甚至上千立方米，由于該設備的造價很高，發(fā)展中國家難以承受這樣大的經(jīng)濟開支。60年代中期，出現(xiàn)了非真空電子束焊接設備，電子束在穿透大氣時的能量損失很大，影響穿透深度，而且X射線的防護是一個嚴重玩兒問題，難以推廣使用。

　　局部真空電子束焊接設備采用較小的真空室將焊接縫區(qū)域覆蓋起來，使電子束處于焊接縫局部區(qū)域的局部真空中，這種方法既保留了真空電子束焊接的特點又避開了龐大的真空室，解決了厚大工件的焊接問題，可大大提高焊接質量并大幅度降低設備的成本。對于導彈和運載火箭，大多焊件為圓柱體、圓錐體、箱體和法蘭環(huán)縫。形狀比較簡單和規(guī)則，所以對航天工業(yè)而言，這種設備具有較大的共用性。

1、國內(nèi)真空電子束焊接方法的應用情況

　　我國從60年代初開始研究電子束焊接技術，目前該技術已處于平穩(wěn)發(fā)展時期，在未來航天運載器上的應用將迅速擴大，特別在厚壁構件的鏈接中。

　　國內(nèi)電子束焊接的保有量約百臺，焊接應用對象主要是航天和汽車齒輪零件，核工業(yè)的燃料包套、高強鋼壓力容器，航空工業(yè)的膜盒、過濾器、功率軸等，航天工業(yè)的發(fā)動機推力室、頭部噴注器、渦輪轉子、鈦或鋁合金壓力容器、活門組件、密封元件、彈性元件和傳感器。

　　目前國內(nèi)局部真空電子束焊接機的應用較少，只有航天科技集團公司五一0所在“東方紅三號”衛(wèi)星燃料貯箱的研制中使用了一臺直線型局部真空電子束焊機。1998年首都航天機械公司從烏克蘭巴頓電焊研究所引進了一臺焊接火箭筒體φ190mm法蘭的局部真空電子束焊機， 目前還在進行焊接工藝試驗中， 沒有應用到型號任務的生產(chǎn)中。

2、局部真空電子束焊接技術發(fā)展狀況

　　在60年代中期已有美、德等國原理性研究的專利和報道。70年代中期有較大的發(fā)展，特別是法國，研制了十多種類型的直線型和環(huán)縫焊機。80年代該技術在法、 德等國已進入應用階段，日本的發(fā)展有后來居上之勢， 前蘇聯(lián)的發(fā)展也非常迅速，前蘇聯(lián)將這種技術用于能源”號火箭燃料貯箱鋁合金外殼焊接， 以提高焊接質量。其縱縫、對接環(huán)縫和法蘭環(huán)縫焊接共使用了7種局部真空電子束焊機。在磁液密封、 電子槍旋轉饋電、金屬蒸氣收集、薄殼結構焊接預應力以及高壓放電抑制等技術方面進行了深入的研究。

　　法國Clover、Sciaky、Languepin等公司最突出的成就是焊接原子能用錳鋼鍋爐縱縫及反應堆熱交換器的管板焊設備， 鍋爐的長度約為3cm，壁厚123mm，熱交換器管直徑為12-40mm，每小時可焊60-80根。為了發(fā)展這種技術，法國研制了平焊、 立焊和橫焊的各種直線型焊接設備。德國也研制了直線型電子束焊接設備， 利用逐段移動的辦法焊接了長度為20多米的機翼。在焊縫自動跟蹤及電子束功率密度分布測試等基礎方面也做了大量深入的研究工作。

　　日本起步較晚， 但為了提高研究起點， 日本采用引進和參與國外研究的辦法。曾引進法國:3m縫焊機，用于船體構件和核裝置的焊接，并有多個公司分別參與法國Sciaky公司和德國Stelgerwald公司直線型焊機的研究，與此同時，在國內(nèi)進行不同類型焊機的實用性開發(fā)。80年代初期大坂大學與三菱重工合作研制了100kv、120kW核聚變?nèi)萜鳝h(huán)縫對焊裝置，工件直徑為φ1.4m，壁厚50mm，材料為SA533鋼。至90年代三菱重工仍利用類似的裝置焊接了更大的核聚變裝置。日本還利用這種技術進行了H-1型火箭貯箱共底拼焊，材料為2219鍛鋁合金，直徑為φ2.44m， 壁厚為80mm。

　　從國外發(fā)展情況看， 這項技術在航空、 航天、 能源、 造船等工業(yè)部門都發(fā)揮著重要的作用。在發(fā)展過程中針對穩(wěn)定性、 可靠性及實用性進行了多方面的基礎性研究， 為局部真空電子束焊接技術的應用奠定了堅實的基礎。

　　此項技術在國內(nèi)的發(fā)展已有良好的開端， 航天科技集團公司五一0所于1986年研制了行程1.5km、50kV、5kW直線型局部真空電子束焊機，已用于衛(wèi)星燃料貯箱制造中1mm和16mm鈦合金板材拼焊工作。從國內(nèi)情況看，國內(nèi)在航空、航天、鍋爐制造、 造船、 原子能等領域都迫切需要這種能用于大型結構焊接的先進焊接技術。

3、國內(nèi)外航天工業(yè)對局部真空電子束焊接技術的需求分析

　　由于電子束焊接的顯著特點， 在箭、 船箱體結構的焊接中， 可以保證焊件具有很高的幾何形狀精度和尺寸精度。據(jù)介紹， 焊接直徑在1000-8000mm的筒段時， 周長精度可達±0.5-2.5mm，外型輪廓與理論偏差只有1mm。這一特點對薄壁低剛度的箱體結構是十分寶貴。電子束焊接箱體這類大型構件已有許多應用，但大型真空裝置成本太高，隨著航天技術的發(fā)展，構件尺寸還有增大的趨勢，為了解決這一矛盾，航天大國發(fā)展了局部真空電子束焊接技術，并且在箭、船箱體結構的焊接中得到了應用。

　　前蘇聯(lián)研制并推廣應用了兩種類型的局部真空電子束焊接裝置，一種用于焊接圓筒殼段縱向焊縫和環(huán)形焊縫，另一種用于焊接殼段法蘭上的圓焊縫， 據(jù)報道^[1,2]，“能源” 號火箭燃料貯箱鋁合金外殼焊接， 共用了7種局部真空電子束焊機。

　　美國土星V的一級S-IC Y形環(huán)也使用了局部真空電子束焊機。