电子束焊接（Electron Beam Weam Welding---EBW）

1、自1950年代末期被工业界用在焊接制程后，接受度便大为增加。早期受限于必须在高度真空的焊接舱中操作，随后才改进成只需在产生电子束的部份为高度真空，焊接可在中度真空舱或非真空环境中进行，此种改善使EBW广受汽车业及消耗性产品制造商欢迎。

EBW属熔融焊接，热源为高能量的电子束。电子为物质的基本粒子，质量非常小且带负电，在EWB中被加速至高能量状态，速度可达光速的30---70%。

电子束由电子枪产生，电子枪的基本元件由可散射出高热电子的灯丝（阴极）、环绕灯丝的栅极以及阳极等所组成，周边的聚焦及偏向线圈则用来使电子束聚焦及偏向。

电子枪为EBW的心脏，带有负电的放射性物质被加热至可放射电子的高温时，开始放出电子并被阳极吸引，围绕放射物的栅极提供静电场将电子瞬间加速并排斥以及因热能使电子含有径向速度，电子束一旦脱离电子枪后，将随行进距离而逐渐变宽，需使用电磁镜收敛变宽的电子束使聚焦在工件接缝上。由于电子束扩散与收敛的角度均很小，焦距差异约在25mm左右。

2、EBW的有关参数

（1）电子束密度：每秒撞击在工件上的电子量。

（2）电子束的加速电压：电子束的速度。

（3）电子束焦点的大小：电子束集中在工件的程度。

（4）工件或电子束移动的速度：焊接速度。

当电子束的密度达1.55×102W/mm2或以上时，可即时穿透对接焊工件厚度并形成由熔融金属环绕的蒸汽毛细管（穿孔型态），当电子束沿焊接方向移动时，穿孔前端的熔融金属流向穿孔周围且在后端凝固形成焊接金属。在绝大多数的应用场合上，焊道的深度均远大于宽度，热影响区非常窄，例如板厚13mm在真空中的对接焊，焊道宽度仅约0.8mm，此与传统电弧焊接或气焊（渗透深度直接由大量的热传导将金属熔融）明显不同。

电子束易于以电磁偏向的方式移动，若驱动偏向线圈系统，电子束焦点在工件表面的移动型式可为圆形，椭圆或其他任何的弯曲形状。

偏向可作为电子束的移动，调整电子束与工件的对准、改变能量密度以调整焊道形状等，但必须确保最终品质，尤其需避免漏焊。

3、EBW的优点

电子束焊接具独有作业性能、高品质、高能量密度以及可解决各种接头的问题等特点，一般优点如下：

（1）直接由电能转换，效率非常高。

（2）焊道深宽比极大，可适合厚板的单道焊接。

（3）渗透量相同时，入热量远较电弧焊接为低，相对的变形量及热效应的损害均最低。

（4）真空作业环境纯静，可摆脱氧及氮的污染。

（5）真空中电子束可投射数米之距离，在狭窄空间仍可焊接形状复杂的工件。

（6）热源集中，焊接速度快，可节省焊接时间且不需填料金属。

（7）在封闭环境中可进行高度或中度真空焊接作业，且焊后配件仍保有足够的真空度。

（8）电子束可藉磁场偏向以改变焊道形状及改善品质或增加渗透量。

（9）电子束焦距深，工件放置距离准许有相当大的变动范围。

（10）全渗透的单道焊接，收缩几乎成对称。

（11）可焊异材金属及高导热金属（例如铜及其合金）

4、EBW的缺点

（1）设备极昂贵，需根据数量评估单件成本是否具竞争性。

（2）高深宽比的工件接头边缘的加工精度，对准精度及组装精度等要求高，接头间隙越小越好。（若为部份渗透且不要求高深宽比的焊道，上述要求非绝对必要）

（3）对于高拘束且低肥粒铁含量的不锈钢，快速凝固可能会有龟裂的顾虑。

（4）对于高度及中度真空的焊接作业，工作舱需足够大，相对将增加抽真空的成本负担。

（5）部份渗透焊道若深宽比太大，容易导致根部空洞及气孔。

（6）电子束需以磁场偏向，在电子束行经的路径附近所使用的夹治具需为非导磁或经消磁处理之材料。

（7）若为非真空型态之电子束焊接，工件与电子枪底端的距离受到限制相对将影响产品的焊道设计。

（8）EBW具辐射性，作业区域须做好辐射防护，以确保人员不受X射线的侵害。

（9）非真空型态之EBW需有适当的通风，以驱除作业中产生的臭氧及其他有害气体。