肖巍

（中國航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動機有限公司，黑龍江 哈爾濱150000）

1 真空電子束焊工作原理

真空電子束焊是一種高能量密度的溶化焊接方法，它是利用空間定向高速運動的電子束，撞擊工件后將部分動能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使被焊接工件溶化，形成焊縫。真空的作用是使電子束能夠聚焦在一個非常小的點，在加工鈦、鋅或鈮等活性金屬時,當真空度到達5×10-4mbar 時,就可以達到最佳的冶金狀態(tài)。從成本的角度上看, 真空狀態(tài)工作要比在惰性氣體氣氛狀態(tài)工作更為經(jīng)濟。同時,電子束在工作時,并不釋放有害物質(zhì)。

真空電子束焊以其能量集中、熱傳遞范圍小、精確定位以及效率高等優(yōu)勢，在精密焊接和敏感器件焊接等方面得到廣泛應(yīng)用，真空電子束焊的電子束流形成是電網(wǎng)電壓經(jīng)過流抑制電路進入高壓升壓整流變壓器的一次，二次升壓到100kV 左右，此交流高壓再經(jīng)12 相整流濾波獲得160kV 左右的直流高壓，加到高壓真空電子管和電子槍上，其中高壓電子管在工作時承受的電壓為40kV，這樣加在電子槍上的高壓為120kV。高壓真空電子管是用來調(diào)節(jié)和穩(wěn)定高壓輸出的。由于高壓電源需連續(xù)工作，為確保工作時的熱量能及時散出，油箱內(nèi)部還設(shè)計了水冷卻系統(tǒng)。調(diào)整管的輔助電源很多，考慮到散熱和布局需要也放在油箱內(nèi)，調(diào)整管的調(diào)節(jié)原理是其陰極由于加熱而發(fā)射電子，電子在陽極高壓的加速下，分別到達第二陽極和陽極，如果第二陽極的電壓很高，受加速的電子就會全部到達第二陽極，此時電子管處于高阻狀態(tài)，電源上的電壓全加在調(diào)整管上，只要調(diào)節(jié)第二陽極電壓的大小，調(diào)整管上的電壓也得以調(diào)節(jié)，這樣加在電子槍上的高壓也得以調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)對高壓輸出的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。

2 真空電子束焊高壓系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因分析

根據(jù)機床原理及組成，真空電子束焊高壓系統(tǒng)不穩(wěn)定的常見原因有以下幾點：

2.1 真空電子束焊高壓控制析上的元器件性能下降，產(chǎn)生高壓控制不穩(wěn)定。一般表現(xiàn)為實際電流無法達到給定值，或電流不能持續(xù)穩(wěn)定，在焊縫處容易造成間斷。

2.2 機床高壓電纜接頭接觸不良。高壓連接電纜對接觸配合面要求比較高，電纜絕緣部分需要定期填涂絕緣硅質(zhì)。當高壓電纜接觸不良或長期未進行保養(yǎng)時，就容易產(chǎn)生接觸點放電的現(xiàn)象，由于本身導(dǎo)通電壓較高，每次放電產(chǎn)生的熱量都將導(dǎo)致電纜絕緣部分破損，影響電纜的電阻值，長期如此不僅會造成電纜損壞，間斷性電流沖擊還將對電子槍產(chǎn)生影響。

2.3 真空電子束焊高壓油箱絕緣失效。高壓絕緣油需要定期進行過濾，并檢測絕緣值指標，如果絕緣性能失效，初期能夠聽到高壓油箱內(nèi)有電流擊穿的響聲，逐漸惡化后會在高電壓自檢時出現(xiàn)異常停機。

2.4 電子槍的束源段有損壞或有污染。電子槍束流系統(tǒng)位于電子槍上段內(nèi)部，包括陰極系統(tǒng)（含燈絲座）和電極系統(tǒng)（由偏壓杯和陽極）。這種情況在實際焊接時才能夠發(fā)現(xiàn)，一般表現(xiàn)為電子束關(guān)閉后，仍會持續(xù)發(fā)生放電現(xiàn)象，或者在準備焊接階段，電子槍在接近工件時，電子槍出現(xiàn)不受控放電的現(xiàn)象。

3 真空電子束焊高壓系統(tǒng)穩(wěn)定性的調(diào)整

為了獲得穩(wěn)定的真空電子束焊高壓系統(tǒng)，機床的定期保養(yǎng)要細致認真，在出現(xiàn)不穩(wěn)定因素后，對相關(guān)的部位進行檢查、調(diào)整：

3.1 電子槍陰極的檢查清潔。使用專用工具取出燈絲座，降溫之后把燈絲取出，使用銅刷清理鎖緊夾，檢查其有無磨損和損壞，檢測燈絲座兩極之間絕緣度，其電阻應(yīng)味無窮大。檢查燈絲夾表面平滑度，在燈絲鎖緊面和燈絲座兩級之間的縫隙中不允許有任何破損燈絲的殘留物。清除整個燈絲座上的金屬蒸汽和其他殘留物，檢查電子槍上蓋及凹槽中的密封圈有無污染和破損，清理密封圈上的污物、油脂。注意打開電子槍上蓋之后必須使用接地棒釋放殘余電荷。如果高壓放電趨勢加強，通常需要更換燈絲。

3.2 偏壓杯的檢查清理。使用專用工具拆卸陶瓷墊與陰極筒相連的偏壓杯，徹底的清潔所有零件，磨掉所有因放電產(chǎn)生的可見斑痕，清除所有的沉積物和殘渣。

3.3 陽極的檢查清理。使用專用工具把陽極取出，放到干凈平臺上，清理所用蒸汽沉積和污物，特別是陽極頂端及孔的內(nèi)外側(cè)，清理陽極頂端表面周邊的粗糙處及放電產(chǎn)生的瘢痕。

3.4 絕緣子的清潔。取出絕緣子的時候注意不要損壞內(nèi)部的電纜接頭，取下密封圈檢查，確保密封面無任何損壞，清理絕緣樹脂上的放電痕跡，使用溶劑清理密封面。更換新絕緣子后特別重要的是加熱電流必須設(shè)置到合適大小。

3.5 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和聚焦線圈的清理和檢查。檢查真空室內(nèi)到內(nèi)部線圈的電纜、接頭、有無明顯磨損，去除表面金屬蒸汽積層，用溶劑擦洗干凈。

3.6 更換高壓油箱上的空氣干燥劑，由于吸收的水分不斷增加，干燥劑的顏色越來越明亮。

3.7 高壓電纜接頭的清理和檢查。檢查高壓電纜彈簧接頭有無磨損和損壞，檢查電纜兩端彈簧街頭和密封面，重新安裝之前使用密封脂在電纜的密封面和密封膠圈上填涂薄層。

3.8 高壓、束流、聚焦電流的調(diào)整。以SST 公司的設(shè)備為例，調(diào)整電腦析上的IL 螺絲釘。機床控制析上的信號1.IB ;2.IL ;3.HV ;8.DCX ; 9DCY ;F1.X ;F2.Y ;F3.A。真空電子束（UB 調(diào)小后，IL 也變?。娮訕屨婵斩?.4×10-6mbar，低真空時擴散泵4×10-2mbar，高真空時室內(nèi)為2×10-2mbar 轉(zhuǎn)化為擴散泵閥與室內(nèi)相連，真空度會掉到1×10-1mbar，隨后在室內(nèi)真空達到1.7×10-4mbar 后泵真空度為2.0×10-2mbar。

120KV: Umon 7.96V，UB 119.8KV, IL 2066mA

130KV: Umon 8.62V，UB 129.8KV, IL 2387mA

140KV: Umon 9.27V，UB 139.5KV, IL 2232mA

150KV: Umon 9.95V，UB 149.5KV, IL 2350mA

在進行各項檢查和調(diào)整工作時，需要注意各項清潔工作應(yīng)該在一個干凈的平臺上進行，清理后的零件需佩戴手套隔離接觸。在接觸或拆裝電子槍內(nèi)部的任意部件之前，必須使用接地棒觸碰陰極系統(tǒng)、導(dǎo)電彈簧、導(dǎo)線等，以釋放殘余電荷。在每次電子槍上蓋打開后，必須清理維護上蓋密封圈以及檢測上蓋的平行度和位置標記。更換燈絲后電子槍高壓應(yīng)設(shè)置到最小值并運行一小時以上，此后兩小時內(nèi)逐漸的增加高壓，每次最大增加5 千伏。

4 真空電子束焊高壓系統(tǒng)穩(wěn)定性的檢測

檢測電子槍電壓在150KV 時電壓的穩(wěn)定性：用萬用表測量CRE31/37 高壓控制析U-mon 與0V 之間的電壓，數(shù)值變動應(yīng)小于等于≤±0.5%。真空電子束焊高壓系統(tǒng)在此波動范圍為穩(wěn)定，否則需要分析不穩(wěn)定的原因，進行改進。通常檢查周期為每周一次，設(shè)備使用較為頻繁可適當縮短周期，如果設(shè)備停機時間超過5 天，建議在首次焊接前，進行一次測試。穩(wěn)定的高壓系統(tǒng)會長時間保持±0.1%以內(nèi)的波動。

5 結(jié)論

真空電子束焊作為高精度的焊接技術(shù)，其運用的高壓系統(tǒng)和電子槍部分都是專業(yè)性較強的技術(shù)領(lǐng)域，在實際應(yīng)用中關(guān)注設(shè)備的各部件運行狀態(tài)，能夠有效延長核心部件的使用壽命。通過對真空電子束焊高壓系統(tǒng)相關(guān)部件的檢查，及時發(fā)現(xiàn)隱患，以保養(yǎng)和調(diào)整的方式，獲得持續(xù)穩(wěn)定的工作狀態(tài)。