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摘要实验在传统电子束焊接基本上，增置了自己设计的送丝机构，实现了填丝电子束增材制造。本文分析了电子束填丝焊的相关工艺参数对焊缝形貌的影响，并进一步分析了焊缝的组织和力学性能。一般来说，影响焊缝成形的主要因素有送丝方式、送丝角度、束流、焊接速度和送丝速度，结果表明，电子束填丝焊采用前置送丝方式和 60°的送丝角度可以得到稳定的焊接过程和优质焊缝。余高受送丝速度的影响最大、熔宽受焊接速度的影响最大，熔深受束流的影响最大。用 ER308L 不锈钢焊丝在 10mm 厚的 Q235 低碳钢基板上堆焊三层，最优的焊接参数为束流 8mA，焊接速度 3mm/s，能获得具有优良形貌的焊缝。实验以优化的工艺参数进行三层堆焊，发现所成形的焊缝形貌和微观组织良好，显微硬度在焊层分布均匀，数值理想。得出结论：电子束填丝焊可以有效的降低自熔焊焊缝表面塌陷的问题，能实现 Q235 低碳钢表面三层堆焊工艺，提高焊缝硬度值，改善接头性能。48065
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毕业论文关键词 电子束， 增材制造， 不锈钢， 焊接工艺
Title Study on wire-based electron beamadditive manufacturing for carbon steel
Abstract On the basis of the electron beam welding,this study adds a wire feeder designedby ourselves,realized additional manufacturing by electron beam welding withfiller wire . This paper studies the influence of electron beam welding with fillerwire on the welding parameters, and analysis the micro-structure and mechanicalproperties of the weld.The main factors affected the weld appearance are wirefeeding way, wire feeding angle, beam current, welding speed and wire feedingspeed.Results show, with front-wire mode and wire angle of 60 °can get stabilizedwelding process and good weld quality in electron beam welding with fillerwire .The wire feeding speed influences reinforcement mostly, welding speedinfluences width mostly and beam current influences penetration mostly. Surfacingthree layers on the 10mm thick low carbon steel Q235 with stainless steel wireER308L ，best welding parameters are：beam current is 6mA, welding speed is 3mm/s,which can obtained a good welding appearance.Surface three layers on Q235 withoptimized welding parameters , study gets good appearance ，fine micro-structure,average hardness distribution in the solder layer. It concluded: compered withself-welding，electron beam welding with filler wire can effectively reduce thesurface subsidence problems，improve hardness and joint performance.Keywords Electron beam，Additional manufacturing, Stainless steel,Welding process
目 次
1 引言 1
2 电子束填丝焊实验材料、设备及分析方法7
2.1 实验材料 7
2.2 实验设备 7
2.2.1 电子束焊机7
2.2.1 送丝系统7
2.3 分析方法8
2.4 本章小结9
3 碳钢基电子束填丝增材制造结果分析 10
3.1 焊接工艺对焊缝成形的影响10
3.1.1 填丝方位的确定10
3.1.2 送丝角度的确定11
3.1.3 束流、焊接速度与送丝速度的关系11
3.2 焊接接头形貌与组织性能分析12
3.2.1 碳钢电子束填丝焊缝形貌分析12
3.2.2 碳钢电子束填丝焊接接头组织分析13
3.2.3 碳钢电子束填丝焊接接头性能分析14
3.3 本章小结14
结论 15
致谢 16
参考文献17
1 引言增材制造技术又称快速成型（Rapid Prototyping Manufacturing，简称 RPM）技术。该项技术诞生于 20世纪 80 年代后期，最开始只是用在非金属零件的制造上，然而现在已经在金属制造中发挥越来越大的作用了[1]。最初增材制造用电弧堆焊，或用小电流钨极氩弧焊，微束等离子弧的填丝堆焊成形，这些技术在航空航天中应用很广。焊接方式要依据零件的性能和材料特征来选择，用于增材制造的焊接方法主要有钨极氩弧焊，激光焊，等离子弧焊，电子束焊，搅拌摩擦焊[2]。伴随着航空航天、电子器件、国防科技等产业的快速发展，构件的结构日益复杂，对加工精度和焊接工艺有了更高的要求，高要求需要高焊接工艺。电子束焊接的能量载体是电子束——极高密度极高能量，具有传统焊接方式无法比拟的优势：焊接能量密度高、热影响区小、焊缝窄、焊接及冷却速度快、焊缝成型好、真空金属不易氧化、重复性和稳定性高[3]。就是因为这些优点，电子束焊得到了广泛应用。如果在传统的电子束焊接基础上，增加自动送丝技术，就能实现电子束填丝焊接，就能为工件的生产提供新的技术方法。传统电子束焊接时，容易出现电子束光斑集中度不够，金属烧损使得表面塌陷产生接头表面高度不均匀，束缝对中精度低的难题，为了提高焊缝质量，提出了电子束填丝焊接工艺[4]。目前为止，电子束填丝焊在国内国外的报道还不多见，其焊接过程复杂，工艺也有待研究。