JPH09155565A - 電子ビーム溶接方法とその溶接機 - Google Patents
電子ビーム溶接方法とその溶接機Info
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- JPH09155565A JPH09155565A JP34638195A JP34638195A JPH09155565A JP H09155565 A JPH09155565 A JP H09155565A JP 34638195 A JP34638195 A JP 34638195A JP 34638195 A JP34638195 A JP 34638195A JP H09155565 A JPH09155565 A JP H09155565A
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- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 放電現象を発生しないで深溶け込みし得る電
子ビーム溶接方法を提供することにある。 【解決手段】 電子銃1と真空溶接室7の間に、少なく
とも第一偏向コイル3と第二偏向コイル4を配置し、該
偏向コイル3,4によって電子銃1から照射される電子
ビームBの進路を途中から偏向するもので、電子ビーム
Bの進路を、電子銃1から照射する照射元ビーム部b1
と、該ビーム部b1から適宜角度θで照射する偏向ビー
ム部b2、及び偏向ビーム部b2から溶接金属Dの溶接
部に向けて照射する照射先ビーム部b3と成し、電子銃
1や電子ビームBが溶接部から発生する金属蒸気等から
影響を受けないようにしたものである。
子ビーム溶接方法を提供することにある。 【解決手段】 電子銃1と真空溶接室7の間に、少なく
とも第一偏向コイル3と第二偏向コイル4を配置し、該
偏向コイル3,4によって電子銃1から照射される電子
ビームBの進路を途中から偏向するもので、電子ビーム
Bの進路を、電子銃1から照射する照射元ビーム部b1
と、該ビーム部b1から適宜角度θで照射する偏向ビー
ム部b2、及び偏向ビーム部b2から溶接金属Dの溶接
部に向けて照射する照射先ビーム部b3と成し、電子銃
1や電子ビームBが溶接部から発生する金属蒸気等から
影響を受けないようにしたものである。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電子ビームを利
用したビーム溶接方法とその溶接機に関するものであ
る。
用したビーム溶接方法とその溶接機に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム合金(以下、アルミ系材料
と称する)を用いて製品を製作する場合、アルミ系材料
の溶接が困難であるため、アルミ系塊材より削り出す
か、分割製造してろう付けする手段が多く用いられてい
る。アルミ系材料の溶接手段として、非鉄金属や合金鋼
等の溶接に適したテイグ溶接(tungsten in
ert)が用いられている。このテイグ溶接によってア
ルミ系材料を溶接する場合、図4の如く金属材料D1,
D2,D3の接合部にV字形やU字形の開先J(溝とも
称する)を夫々形成するか、一方の材料接合部に開先J
を形成し、材料D1,D2,D3を突合わせ、その開先
Jにタングステンやタングステン合金を電極として、ヘ
リュウムやアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で溶接Kす
るものである。
と称する)を用いて製品を製作する場合、アルミ系材料
の溶接が困難であるため、アルミ系塊材より削り出す
か、分割製造してろう付けする手段が多く用いられてい
る。アルミ系材料の溶接手段として、非鉄金属や合金鋼
等の溶接に適したテイグ溶接(tungsten in
ert)が用いられている。このテイグ溶接によってア
ルミ系材料を溶接する場合、図4の如く金属材料D1,
D2,D3の接合部にV字形やU字形の開先J(溝とも
称する)を夫々形成するか、一方の材料接合部に開先J
を形成し、材料D1,D2,D3を突合わせ、その開先
Jにタングステンやタングステン合金を電極として、ヘ
リュウムやアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で溶接Kす
るものである。
【0003】アルミ系材料の溶接が困難な理由は以下の
通りである。 熱伝導が鋼の約4倍、比熱が鋼の約2倍、溶融潜熱
が鋼の約1・5倍であること。即ち、融点が低いにもか
かわらず、局部的に溶融させる事が難しく、多量の熱を
急速に供給する必要があること。 上記の性質によって、溶接母材が広範囲に溶接の影
響を受けやすいこと。 酸素との親和力が大きいので、溶接中に溶融池を不
活性ガス(アルゴン、ヘリュウム)で十分にシールドす
る必要がある。酸化被膜が生ずると、酸化被膜は薄いが
硬く、緻密で高融点(約2000度)のため、取除きが
困難である。溶接母材同志、及び溶接母材と溶加材との
融合を妨げる。 線膨脹係数が大きいため(鋼の約2倍)、溶接歪み
の発生も大きい。凝固収縮率が大きいため(鋼の約1・
5倍)、凝固割れ感受性も大きい。 電導度が大きいため、電気抵抗溶接では大容量の電
源が必要。 水素ガス吸収量が大きい。即ち、溶融アルミの水素
ガス吸収量が大きいにもかかわらず、固層への溶解度は
小さい(気孔の発生傾向大)。
通りである。 熱伝導が鋼の約4倍、比熱が鋼の約2倍、溶融潜熱
が鋼の約1・5倍であること。即ち、融点が低いにもか
かわらず、局部的に溶融させる事が難しく、多量の熱を
急速に供給する必要があること。 上記の性質によって、溶接母材が広範囲に溶接の影
響を受けやすいこと。 酸素との親和力が大きいので、溶接中に溶融池を不
活性ガス(アルゴン、ヘリュウム)で十分にシールドす
る必要がある。酸化被膜が生ずると、酸化被膜は薄いが
硬く、緻密で高融点(約2000度)のため、取除きが
困難である。溶接母材同志、及び溶接母材と溶加材との
融合を妨げる。 線膨脹係数が大きいため(鋼の約2倍)、溶接歪み
の発生も大きい。凝固収縮率が大きいため(鋼の約1・
5倍)、凝固割れ感受性も大きい。 電導度が大きいため、電気抵抗溶接では大容量の電
源が必要。 水素ガス吸収量が大きい。即ち、溶融アルミの水素
ガス吸収量が大きいにもかかわらず、固層への溶解度は
小さい(気孔の発生傾向大)。
【0004】近年、アルミ系材料を電子ビームやレーザ
ービーム等の高エネルギー密度熱源を用いて溶接するこ
とも試みられている。電子ビーム溶接方法は図1(B)
の如く、真空中で電子を高速度に加速させ、かつ高密度
に収束することによって得られた高エネルギー密度の電
子ビームBを溶接金属Dに照射し、溶融溶着するもの
で、電子ビームBの密度はアーク溶接の5000倍以上
にも達し、電子ビームBが溶接金属Dに照射すると、そ
の部分が瞬時的に発熱し、溶融、気化して溶着する。
ービーム等の高エネルギー密度熱源を用いて溶接するこ
とも試みられている。電子ビーム溶接方法は図1(B)
の如く、真空中で電子を高速度に加速させ、かつ高密度
に収束することによって得られた高エネルギー密度の電
子ビームBを溶接金属Dに照射し、溶融溶着するもの
で、電子ビームBの密度はアーク溶接の5000倍以上
にも達し、電子ビームBが溶接金属Dに照射すると、そ
の部分が瞬時的に発熱し、溶融、気化して溶着する。
【0005】電子ビーム溶接方法の特徴は以下の通りで
ある。 高真空中(10−4Torr)で溶接するため、酸
化物の混入がない。 エネルギー密度が大で、高速度溶接が可能である。 10mm程度の深溶け込みが可能で、しかも一回の溶
接で溶着し得る。 溶接母材の熱影響が少なく、母材の変形も少ない。 数値制御によって管理し得るため、再現性が高い。
ある。 高真空中(10−4Torr)で溶接するため、酸
化物の混入がない。 エネルギー密度が大で、高速度溶接が可能である。 10mm程度の深溶け込みが可能で、しかも一回の溶
接で溶着し得る。 溶接母材の熱影響が少なく、母材の変形も少ない。 数値制御によって管理し得るため、再現性が高い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】アルミ系材料は熱伝導
度が非常に良いため、溶融溶接には大きな入熱が必要で
あり、そのため溶接による母材の熱変化や、溶接中にお
ける大気の巻き込みに起因した気孔の発生等による溶接
部の品質劣化を招き易い問題点がある。またアルミ系材
料を電子ビームによって溶接した場合、鉄鋼材料と比較
して放電現象(アーキングとも称する)が発生し易く、
微小の巣が多数存在する多孔性の内部欠陥(ポロシテイ
とも称する)を招きやすい問題点があった。
度が非常に良いため、溶融溶接には大きな入熱が必要で
あり、そのため溶接による母材の熱変化や、溶接中にお
ける大気の巻き込みに起因した気孔の発生等による溶接
部の品質劣化を招き易い問題点がある。またアルミ系材
料を電子ビームによって溶接した場合、鉄鋼材料と比較
して放電現象(アーキングとも称する)が発生し易く、
微小の巣が多数存在する多孔性の内部欠陥(ポロシテイ
とも称する)を招きやすい問題点があった。
【0007】電子ビーム溶接時に発生する放電現象は、
汚れの程度と密接な関係にあるが、それ以上に加速電圧
と密接な関係にあり、加速電圧が高いほど汚れに対して
敏感になると考えられている。即ち、加速電圧を低くす
れば減少するが、加速電圧を低くするほど溶け込みが浅
くなるし、反対に加速電圧を高くして溶け込みを深くす
るほど放電現象が多発し、連続溶接が不可能になる。そ
の結果、10mm程度の肉厚しか連続溶接し得なかった。
汚れの程度と密接な関係にあるが、それ以上に加速電圧
と密接な関係にあり、加速電圧が高いほど汚れに対して
敏感になると考えられている。即ち、加速電圧を低くす
れば減少するが、加速電圧を低くするほど溶け込みが浅
くなるし、反対に加速電圧を高くして溶け込みを深くす
るほど放電現象が多発し、連続溶接が不可能になる。そ
の結果、10mm程度の肉厚しか連続溶接し得なかった。
【0008】放電現象は電子ビームにより溶融した金属
中に含まれるガス成分や、イオン化された金属蒸気がビ
ーム進路を通って、陰極−陽極間に到達することによっ
て誘発されるか、または電子銃室内に浸入した異物(油
脂等)から生じるガス成分によっても誘発されるものと
考えられる。従って、電子銃が金属蒸気等によって汚染
するほど放電現象が多発し、その放電現象によってビー
ム溶接も一時停止するため、保守の頻度も高くなる問題
点があった。また真空度を加減したり、電子ビームの加
速等を調整しても、放電現象の発生を軽減することはで
きなかった。
中に含まれるガス成分や、イオン化された金属蒸気がビ
ーム進路を通って、陰極−陽極間に到達することによっ
て誘発されるか、または電子銃室内に浸入した異物(油
脂等)から生じるガス成分によっても誘発されるものと
考えられる。従って、電子銃が金属蒸気等によって汚染
するほど放電現象が多発し、その放電現象によってビー
ム溶接も一時停止するため、保守の頻度も高くなる問題
点があった。また真空度を加減したり、電子ビームの加
速等を調整しても、放電現象の発生を軽減することはで
きなかった。
【0009】アルミ系塊材から製品を削り出す場合、高
価な材料に無駄が多く、その分、コスト高となるし、ア
ルミ製品をテイグ溶接にて形成する場合、アルミ系材料
の溶接部に開先加工を要し、しかも開先に数度の溶接が
必要となるので、非能率的な問題点もあった。そこでこ
の発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、放電現
象を発生しないで深溶け込みし得る電子ビーム溶接方法
とその溶接機を提供することにある。
価な材料に無駄が多く、その分、コスト高となるし、ア
ルミ製品をテイグ溶接にて形成する場合、アルミ系材料
の溶接部に開先加工を要し、しかも開先に数度の溶接が
必要となるので、非能率的な問題点もあった。そこでこ
の発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、放電現
象を発生しないで深溶け込みし得る電子ビーム溶接方法
とその溶接機を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電子ビーム溶接方法は、電子銃から照射さ
れる電子ビームの進路を、途中から偏向して溶接金属の
溶接部に照射し、電子銃や電子ビームが溶接部から発生
する金属蒸気等から影響を受けないようにしたものであ
る。
に、本発明の電子ビーム溶接方法は、電子銃から照射さ
れる電子ビームの進路を、途中から偏向して溶接金属の
溶接部に照射し、電子銃や電子ビームが溶接部から発生
する金属蒸気等から影響を受けないようにしたものであ
る。
【0011】本発明の電子ビーム溶接機は、電子銃と真
空溶接室の間に、少なくとも第一偏向コイルと第二偏向
コイルを配置し、該偏向コイルによって電子銃から照射
される電子ビームの進路を、電子銃から照射する照射元
ビーム部と、該ビーム部から適宜角度で照射する偏向ビ
ーム部、及び偏向ビーム部から溶接部に向けて照射する
照射先ビーム部によって途中から偏向し、電子銃や電子
ビームが溶接部から発生する金属蒸気等から影響を受け
ないようにしたものである。
空溶接室の間に、少なくとも第一偏向コイルと第二偏向
コイルを配置し、該偏向コイルによって電子銃から照射
される電子ビームの進路を、電子銃から照射する照射元
ビーム部と、該ビーム部から適宜角度で照射する偏向ビ
ーム部、及び偏向ビーム部から溶接部に向けて照射する
照射先ビーム部によって途中から偏向し、電子銃や電子
ビームが溶接部から発生する金属蒸気等から影響を受け
ないようにしたものである。
【0012】
【発明の実施の形態】先ず本発明による電子ビーム溶接
方法の基本原理を図1(A)により説明すれば、電子銃
1より照射される電子ビームBの進路を、少なくとも偏
向コイル3,4によって途中から偏向するもので、電子
ビームBの進路を電子銃1から照射する照射元ビーム部
b1と、該ビーム部b1から適宜角度θで照射する偏向
ビーム部b2、及び偏向ビーム部b2から溶接金属Dの
溶接部に向けて照射する照射先ビーム部b3と成すもの
である。
方法の基本原理を図1(A)により説明すれば、電子銃
1より照射される電子ビームBの進路を、少なくとも偏
向コイル3,4によって途中から偏向するもので、電子
ビームBの進路を電子銃1から照射する照射元ビーム部
b1と、該ビーム部b1から適宜角度θで照射する偏向
ビーム部b2、及び偏向ビーム部b2から溶接金属Dの
溶接部に向けて照射する照射先ビーム部b3と成すもの
である。
【0013】次に本発明による電子ビーム溶接機の実施
形態を図2に基づき説明すれば、第一真空室5の下に第
二真空室6を、該真空室6の下に真空溶接室7を設け、
第一真空室5に電子銃1を収め、第二真空室6の中間部
にレンズコイル2と第一偏向コイル3を配置すると共
に、下部に第二偏向コイル4を配置し、一系統の真空装
置8を第一真空室5と第二真空室6、及び真空室溶接室
7に接続するか、真空装置8を真空溶接室7とそれ以外
に分けて二系統に接続する。真空装置8を二系統に分け
て接続すると、電子銃1まで達する金属蒸気率を更に低
減することが可能である。また第一真空室5と第二真空
室6を一室に構成することも可能である。
形態を図2に基づき説明すれば、第一真空室5の下に第
二真空室6を、該真空室6の下に真空溶接室7を設け、
第一真空室5に電子銃1を収め、第二真空室6の中間部
にレンズコイル2と第一偏向コイル3を配置すると共
に、下部に第二偏向コイル4を配置し、一系統の真空装
置8を第一真空室5と第二真空室6、及び真空室溶接室
7に接続するか、真空装置8を真空溶接室7とそれ以外
に分けて二系統に接続する。真空装置8を二系統に分け
て接続すると、電子銃1まで達する金属蒸気率を更に低
減することが可能である。また第一真空室5と第二真空
室6を一室に構成することも可能である。
【0014】レンズコイル2は電子銃1から照射するビ
ームBの進路上に配置するもので、静電レンズや磁界レ
ンズ、或いは収集用電子レンズを用いる。第一偏向コイ
ル3は電子銃1から照射するビームBの進路上に配置
し、第二偏向コイル4は偏向ビーム部b2と照射先ビー
ム部b3の進路交差部に配置するもので、両偏向コイル
3,4には静電偏向式、或いは電磁偏向式を用いる。真
空溶接室7の少なくとも一方に出入口71を設け、該出
入口71に扉72を開閉自在に、且つ密閉可能に備え、
出入口71より作業台73を室内外に出入するものであ
る。
ームBの進路上に配置するもので、静電レンズや磁界レ
ンズ、或いは収集用電子レンズを用いる。第一偏向コイ
ル3は電子銃1から照射するビームBの進路上に配置
し、第二偏向コイル4は偏向ビーム部b2と照射先ビー
ム部b3の進路交差部に配置するもので、両偏向コイル
3,4には静電偏向式、或いは電磁偏向式を用いる。真
空溶接室7の少なくとも一方に出入口71を設け、該出
入口71に扉72を開閉自在に、且つ密閉可能に備え、
出入口71より作業台73を室内外に出入するものであ
る。
【0015】第二真空室6の上部にコラムバルブ61と
オリフィス62を設け、第一偏向コイル3より下方の第
二真空室6に、溶接状態を見る鏡63とCCDカメラ
(charge coupled device ca
mera)64を備えることが望ましい。真空装置8に
は、例えばロータリーポンプ、メカニカルブースターポ
ンプ、ディフュージョンポンプ等を用いる。
オリフィス62を設け、第一偏向コイル3より下方の第
二真空室6に、溶接状態を見る鏡63とCCDカメラ
(charge coupled device ca
mera)64を備えることが望ましい。真空装置8に
は、例えばロータリーポンプ、メカニカルブースターポ
ンプ、ディフュージョンポンプ等を用いる。
【0016】本発明による電子ビーム溶接方法とその溶
接機は上記の通りであるから、先ず作業台73の上に溶
接金属Dを配置し、該作業台73を真空溶接室7の出入
口71より内部に入れ、出入口71を扉72にて閉鎖し
た後、真空装置8を作動し、真空溶接室7と真空室5,
6を真空状態にする。次いで電子銃1より溶接金属Dに
向けて電子ビームBを照射すると、電子銃1より照射さ
れた電子ビームBは、先ず電子銃1の照射方向に沿って
照射元ビーム部b1が照射した後、偏向コイル3,4に
て照射元ビーム部b1から適宜角度θに偏向ビーム部b
2が照射し、更に偏向ビーム部b2から溶接金属Dに向
けて照射先ビーム部b3が照射する。
接機は上記の通りであるから、先ず作業台73の上に溶
接金属Dを配置し、該作業台73を真空溶接室7の出入
口71より内部に入れ、出入口71を扉72にて閉鎖し
た後、真空装置8を作動し、真空溶接室7と真空室5,
6を真空状態にする。次いで電子銃1より溶接金属Dに
向けて電子ビームBを照射すると、電子銃1より照射さ
れた電子ビームBは、先ず電子銃1の照射方向に沿って
照射元ビーム部b1が照射した後、偏向コイル3,4に
て照射元ビーム部b1から適宜角度θに偏向ビーム部b
2が照射し、更に偏向ビーム部b2から溶接金属Dに向
けて照射先ビーム部b3が照射する。
【0017】電子銃1より照射した電子ビームBは、電
子銃1の照射部より外側に偏向照射されるので、例えビ
ーム溶接によって溶接部から金属蒸気が拡散発生して
も、発生した金属蒸気は真空装置8によって速やかに回
収され、溶接部から偏向している電子銃1に達すること
がない。その結果、電子銃1や電子ビームBに対する金
属蒸気等の影響が少なくなり、金属蒸気による放電現象
(金属蒸気に起因する絶縁破壊、或いは過電流の異常現
象を含む)も著しく低減するため、加速電圧を高め、電
子ビームBの威力を高めることができる。
子銃1の照射部より外側に偏向照射されるので、例えビ
ーム溶接によって溶接部から金属蒸気が拡散発生して
も、発生した金属蒸気は真空装置8によって速やかに回
収され、溶接部から偏向している電子銃1に達すること
がない。その結果、電子銃1や電子ビームBに対する金
属蒸気等の影響が少なくなり、金属蒸気による放電現象
(金属蒸気に起因する絶縁破壊、或いは過電流の異常現
象を含む)も著しく低減するため、加速電圧を高め、電
子ビームBの威力を高めることができる。
【0018】
【実施例】本発明による電子ビーム溶接機(以下、D−
KMと称する)と従来電子ビーム溶接機(以下、S−T
Eと称する)による溶接状態を比較する。D−KMとS
−TEの性能は表1の通りである。
KMと称する)と従来電子ビーム溶接機(以下、S−T
Eと称する)による溶接状態を比較する。D−KMとS
−TEの性能は表1の通りである。
【表1】
【0019】D−KMとS−TEの溶接条件は表2の通
りである。
りである。
【表2】
【0020】電子ビーム溶接に用いる溶接金属D(実施
例においては試験金属と称する)として、A5052
(JIS)のアルミ合金を用い、試験金属D1乃至試験
金属D3の厚さtを50mm、幅Sを23mm、長さLを3
00mmとし、試験金属D4の厚さtを50mm、幅Sを2
3mm、長さLを69mmとする。試験金属D1乃至試験金
属D3を図5の如く並列に順次ビーム溶接し、その一方
を再度ビーム溶接して、ビーム溶接によって生じた不規
則なビードEを化粧ビードFと成した後、並列にビーム
溶接した試験金属D1乃至試験金属D3の一端に、試験
金属D4をビーム溶接した。試験金属D1乃至試験金属
D4の接合部におけるビーム溶接の溶け込みと、接合部
以外におけるビーム溶接の溶け込みを比較するため、図
5の如く並列にビーム溶接した試験金属D1乃至試験金
属D3に跨がって電子ビームBを照射した。これをテス
ト溶接Tとする。
例においては試験金属と称する)として、A5052
(JIS)のアルミ合金を用い、試験金属D1乃至試験
金属D3の厚さtを50mm、幅Sを23mm、長さLを3
00mmとし、試験金属D4の厚さtを50mm、幅Sを2
3mm、長さLを69mmとする。試験金属D1乃至試験金
属D3を図5の如く並列に順次ビーム溶接し、その一方
を再度ビーム溶接して、ビーム溶接によって生じた不規
則なビードEを化粧ビードFと成した後、並列にビーム
溶接した試験金属D1乃至試験金属D3の一端に、試験
金属D4をビーム溶接した。試験金属D1乃至試験金属
D4の接合部におけるビーム溶接の溶け込みと、接合部
以外におけるビーム溶接の溶け込みを比較するため、図
5の如く並列にビーム溶接した試験金属D1乃至試験金
属D3に跨がって電子ビームBを照射した。これをテス
ト溶接Tとする。
【0021】D−KMによって電子ビーム溶接した試験
金属D1乃至試験金属D4の状態を外観について観測す
ると、図10の如くビーム照射側より反対側に溶け込み
が貫通していた。化粧ビードFを除く、ビーム照射側の
ビードE周辺には、かなり多くのスパッタ(ビーム溶接
中に飛び散るスラグや金属の粒)がみられ、ビードEは
不整であった。これはビーム加熱によって発生した金属
蒸気が狭く深いビーム孔を通って上昇する際、流れ込ん
できた溶融金属を吹出させたものと思われる。
金属D1乃至試験金属D4の状態を外観について観測す
ると、図10の如くビーム照射側より反対側に溶け込み
が貫通していた。化粧ビードFを除く、ビーム照射側の
ビードE周辺には、かなり多くのスパッタ(ビーム溶接
中に飛び散るスラグや金属の粒)がみられ、ビードEは
不整であった。これはビーム加熱によって発生した金属
蒸気が狭く深いビーム孔を通って上昇する際、流れ込ん
できた溶融金属を吹出させたものと思われる。
【0022】S−TEによって電子ビーム溶接した試験
金属D1乃至試験金属D4の状態を外観について観測す
ると、図11の如くビーム照射側のビードEに目立った
不整はみられないが、反対側に溶け込みの貫通形跡がな
いので、電子ビームBの照射は50mmに達していないこ
とがわかる。ビード幅はD−KMより若干太いので、ビ
ームBのエネルギー損失が多いと考えられる。また酸化
が著しかった。
金属D1乃至試験金属D4の状態を外観について観測す
ると、図11の如くビーム照射側のビードEに目立った
不整はみられないが、反対側に溶け込みの貫通形跡がな
いので、電子ビームBの照射は50mmに達していないこ
とがわかる。ビード幅はD−KMより若干太いので、ビ
ームBのエネルギー損失が多いと考えられる。また酸化
が著しかった。
【0023】D−KMによって電子ビーム溶接した試験
金属D1乃至試験金属D3を図6の如くC1に沿って縦
断し、その切断面C1における溶け込み深さを測定した
所、金属表面dより内部の3/4程度まで平行な溶け込
みが形成され、図12の如く溶け込み深さは約50mmに
達していた。これは加速電圧が高いことと、ビームBの
出力特性により、入熱初期段階(被溶接物表面)でのビ
ームBのエネルギー損失が少なく、ビーム孔が深く形成
されるものと考えられる。このことから少ない入熱量で
深い溶け込みが得られることが理解できる。
金属D1乃至試験金属D3を図6の如くC1に沿って縦
断し、その切断面C1における溶け込み深さを測定した
所、金属表面dより内部の3/4程度まで平行な溶け込
みが形成され、図12の如く溶け込み深さは約50mmに
達していた。これは加速電圧が高いことと、ビームBの
出力特性により、入熱初期段階(被溶接物表面)でのビ
ームBのエネルギー損失が少なく、ビーム孔が深く形成
されるものと考えられる。このことから少ない入熱量で
深い溶け込みが得られることが理解できる。
【0024】S−TEによって電子ビーム溶接した試験
金属D1乃至試験金属D3を、前記と同様に図6のC1
に沿って縦断し、その切断面C1における溶け込み深さ
を測定した所、図14(A)の如くビードEの形状は太
く、ビードEの先端に向かって徐々に細くなった形であ
る。溶け込み深さは約40mmに達するも、金属表面dで
のビームBのエネルギー損失が大きくなり、深い溶け込
みが得られないものと思われる。尚、S−TEの加速電
圧をD−KMより低く設定したのは、構造上、加速電圧
を120KV以上に上げると、電子銃1の近くで放電が
起き、ビーム溶接が困難になるためである。
金属D1乃至試験金属D3を、前記と同様に図6のC1
に沿って縦断し、その切断面C1における溶け込み深さ
を測定した所、図14(A)の如くビードEの形状は太
く、ビードEの先端に向かって徐々に細くなった形であ
る。溶け込み深さは約40mmに達するも、金属表面dで
のビームBのエネルギー損失が大きくなり、深い溶け込
みが得られないものと思われる。尚、S−TEの加速電
圧をD−KMより低く設定したのは、構造上、加速電圧
を120KV以上に上げると、電子銃1の近くで放電が
起き、ビーム溶接が困難になるためである。
【0025】上記試験金属D1乃至試験金属D4におい
て、2本のビームBが交差する箇所を図6のC2に沿っ
て夫々切断し、その切断面C2における溶け込み深さを
測定した所、D−KMにあっては、そのマクロ組織は図
13の如く、ビードEの先端に多孔性の溶接欠陥は存在
するが、交差したビードEとの境界付近に多孔性の溶接
欠陥等はみられなかった。S−TEにあっては図14
(B)の如く、交差したビードEとの境界付近に欠陥は
みられなかった。
て、2本のビームBが交差する箇所を図6のC2に沿っ
て夫々切断し、その切断面C2における溶け込み深さを
測定した所、D−KMにあっては、そのマクロ組織は図
13の如く、ビードEの先端に多孔性の溶接欠陥は存在
するが、交差したビードEとの境界付近に多孔性の溶接
欠陥等はみられなかった。S−TEにあっては図14
(B)の如く、交差したビードEとの境界付近に欠陥は
みられなかった。
【0026】D−KMによって電子ビーム溶接した試験
金属D2と試験金属D3の溶接部を図7のC3の如く切
断し、その切断面C3における内部欠陥を測定した所、
化粧ビードFの先端に図15の如くブロック状の多孔性
の溶接欠陥が、溶接方向にほぼ規則的に分布していた。
多孔性の溶接欠陥は金属表面dより45〜50mmの範囲
にみられる。ビームBは溶接方向に安定して照射されて
いることがわかる。また継手接合部として有効な範囲
は、ビードE先端の多孔性の溶接欠陥、及びビードEの
表面を除去して、約40mmである。
金属D2と試験金属D3の溶接部を図7のC3の如く切
断し、その切断面C3における内部欠陥を測定した所、
化粧ビードFの先端に図15の如くブロック状の多孔性
の溶接欠陥が、溶接方向にほぼ規則的に分布していた。
多孔性の溶接欠陥は金属表面dより45〜50mmの範囲
にみられる。ビームBは溶接方向に安定して照射されて
いることがわかる。また継手接合部として有効な範囲
は、ビードE先端の多孔性の溶接欠陥、及びビードEの
表面を除去して、約40mmである。
【0027】S−TEによって電子ビーム溶接した試験
金属D2と試験金属D3の溶接部を前記と同様に図7の
C3に沿って切断し、その切断面C3における内部欠陥
を測定した所、化粧ビードFの先端には、図16の如く
深い溶け方向に細長い線状の多孔性の溶接欠陥が分布し
ていた。多孔性の溶接欠陥は金属表面dより25〜40
mmの範囲にみられ、化粧ビードFは多孔性の溶接欠陥が
二層になっており、継手接合部として有効な範囲は、2
4mm以下である。
金属D2と試験金属D3の溶接部を前記と同様に図7の
C3に沿って切断し、その切断面C3における内部欠陥
を測定した所、化粧ビードFの先端には、図16の如く
深い溶け方向に細長い線状の多孔性の溶接欠陥が分布し
ていた。多孔性の溶接欠陥は金属表面dより25〜40
mmの範囲にみられ、化粧ビードFは多孔性の溶接欠陥が
二層になっており、継手接合部として有効な範囲は、2
4mm以下である。
【0028】電子ビーム溶接した試験金属D1乃至試験
金属D4の微小割れについて測定した所、D−KMあっ
ては図8(A)の如くビードEの先端部に溶融金属の凝
固時にみられがちな微小割れはほとんどなかった。S−
TEにあっては図8(B)の如くビードEの先端部には
多数の微小割れがみられるので、継手接合部として使用
する場合、ビードE先端の多孔性の溶接欠陥と共に、こ
れらを除去しなければならない。
金属D4の微小割れについて測定した所、D−KMあっ
ては図8(A)の如くビードEの先端部に溶融金属の凝
固時にみられがちな微小割れはほとんどなかった。S−
TEにあっては図8(B)の如くビードEの先端部には
多数の微小割れがみられるので、継手接合部として使用
する場合、ビードE先端の多孔性の溶接欠陥と共に、こ
れらを除去しなければならない。
【0029】実験の結果、D−KMとS−TEを比較す
ると、表3の如くD−KMはビードEの安定性、溶け込
み深さ、内部欠陥等の点でS−TEより優れていること
がわかる。
ると、表3の如くD−KMはビードEの安定性、溶け込
み深さ、内部欠陥等の点でS−TEより優れていること
がわかる。
【表3】
【0030】ビードEの先端に発生する多孔性の溶接欠
陥は、切削加工により後で除去することが可能であるか
ら、特に問題とならない。大型製品のビーム溶接にあっ
ては、ビームBの照射位置を考慮すると共に、継手位置
等にも工夫を必要とする。
陥は、切削加工により後で除去することが可能であるか
ら、特に問題とならない。大型製品のビーム溶接にあっ
ては、ビームBの照射位置を考慮すると共に、継手位置
等にも工夫を必要とする。
【0031】アルミ合金A5052(JIS)の試験金
属Dに、下記の条件で電子ビームBを照射した所、中断
されることなく連続的にビーム溶接できた。 加速電圧 150KV 溶接電流 100mA 溶接速度 100mm/min 真空度 (5×10−4Torr) 溶け込み深さは図17の如く100mm以上に達した。
属Dに、下記の条件で電子ビームBを照射した所、中断
されることなく連続的にビーム溶接できた。 加速電圧 150KV 溶接電流 100mA 溶接速度 100mm/min 真空度 (5×10−4Torr) 溶け込み深さは図17の如く100mm以上に達した。
【0032】真空溶接室7の出入口71より出入する作
業台73は、溶接室7の外部で溶接金属Dを取付け、そ
の作業台73を溶接室7の内部に走行し、溶接室7の出
入口71を遮蔽した後、作業台73を遠隔操作によって
微調整し、溶接金属Dを電子ビームBの照射位置に合致
するものである。電子ビームBの偏向角度θは、主に第
一偏向コイル3と第二偏向コイル4によって決定され
る。
業台73は、溶接室7の外部で溶接金属Dを取付け、そ
の作業台73を溶接室7の内部に走行し、溶接室7の出
入口71を遮蔽した後、作業台73を遠隔操作によって
微調整し、溶接金属Dを電子ビームBの照射位置に合致
するものである。電子ビームBの偏向角度θは、主に第
一偏向コイル3と第二偏向コイル4によって決定され
る。
【0033】
【発明の効果】本発明の電子ビーム溶接方法とその溶接
機は上記構造のとおりであるから、次に記載する効果を
奏する。電子ビーム溶接が困難であった、蒸発しやすい
錫や亜鉛、マグネシュム等の成分を含む合金類(以下、
非鉄金属系と称する)、例えばアルミ系材料の超精密溶
接が薄板から厚板(0・1〜120mm)まで可能とな
り、しかも一回のビーム溶接で100mm以上の溶け込み
深さが得られるので、それにより非鉄金属系製品の製造
能率が向上し、コストを軽減し得る。更に真空中でビー
ム溶接するため、非鉄金属系母材中に不純物を含まない
均一なビーム溶接が可能となり、腐食による電気効率の
劣化を妨げ、品質向上も計れる。
機は上記構造のとおりであるから、次に記載する効果を
奏する。電子ビーム溶接が困難であった、蒸発しやすい
錫や亜鉛、マグネシュム等の成分を含む合金類(以下、
非鉄金属系と称する)、例えばアルミ系材料の超精密溶
接が薄板から厚板(0・1〜120mm)まで可能とな
り、しかも一回のビーム溶接で100mm以上の溶け込み
深さが得られるので、それにより非鉄金属系製品の製造
能率が向上し、コストを軽減し得る。更に真空中でビー
ム溶接するため、非鉄金属系母材中に不純物を含まない
均一なビーム溶接が可能となり、腐食による電気効率の
劣化を妨げ、品質向上も計れる。
【0034】一般溶接と比較して、金属母材に対する
開先加工が不要になるし、継続部に対するビーム溶接回
数も著しく少なくなるので、加工コストの低減が計れ
る。しかもビーム溶接の再現性と信頼性が大である。製
作台数増加に対応できる。 削り出し製品と比較して、材料費が安く、厚板の入手
に時間を要しない。しかも機械加工費が安く納期の短縮
が計れる。 金型鍛造品と比較して、金型費がいらないし、設計変
更に対応できる。しかも初回ロッドの始動が早い(金型
不要のため)。
開先加工が不要になるし、継続部に対するビーム溶接回
数も著しく少なくなるので、加工コストの低減が計れ
る。しかもビーム溶接の再現性と信頼性が大である。製
作台数増加に対応できる。 削り出し製品と比較して、材料費が安く、厚板の入手
に時間を要しない。しかも機械加工費が安く納期の短縮
が計れる。 金型鍛造品と比較して、金型費がいらないし、設計変
更に対応できる。しかも初回ロッドの始動が早い(金型
不要のため)。
【0035】本発明による電子ビーム溶接は、従来電子
ビーム溶接されていた金属類、例えばステンレス鋼、炭
素鋼、低合金鋼、銅、ニッケル合、ジルコニウム、チタ
ン、モリブデン、タングステン等のビーム溶接に用い得
るは勿論、従来電子ビーム溶接が困難とされていた、例
えば蒸発しやすい錫や亜鉛、マグネシュム等の成分を含
む非鉄金属系のビーム溶接、及び特殊金属のビーム溶接
に、特に有効な効果を発揮するものである。
ビーム溶接されていた金属類、例えばステンレス鋼、炭
素鋼、低合金鋼、銅、ニッケル合、ジルコニウム、チタ
ン、モリブデン、タングステン等のビーム溶接に用い得
るは勿論、従来電子ビーム溶接が困難とされていた、例
えば蒸発しやすい錫や亜鉛、マグネシュム等の成分を含
む非鉄金属系のビーム溶接、及び特殊金属のビーム溶接
に、特に有効な効果を発揮するものである。
【0036】その結果、本発明による電子ビーム溶接
は、宇宙・航空機分野、電気・電力分野、化学・製鉄分
野、プラント・機械分野、複合素材に用いる、例えばバ
ルブ、タービンブレード、フィルター、ジャイロ管、ロ
ーター、インペラー、ポンプ部品、ギャーカップリン
グ、ライナー、ロール、フランジ、歯車、圧延クラッ
ド、クラッドパイプ、圧力容器、真空容器の製造に顕著
な効果を奏するものである。特に半導体製造装置やLC
D(カラー液晶ディスプレー)の製造分野において用い
る超高真空チャンバー(真空容器とも称する)の大型化
に伴い、材質もステンレス鋼からアルミ系材料へと変わ
りつつあるので、最適である。
は、宇宙・航空機分野、電気・電力分野、化学・製鉄分
野、プラント・機械分野、複合素材に用いる、例えばバ
ルブ、タービンブレード、フィルター、ジャイロ管、ロ
ーター、インペラー、ポンプ部品、ギャーカップリン
グ、ライナー、ロール、フランジ、歯車、圧延クラッ
ド、クラッドパイプ、圧力容器、真空容器の製造に顕著
な効果を奏するものである。特に半導体製造装置やLC
D(カラー液晶ディスプレー)の製造分野において用い
る超高真空チャンバー(真空容器とも称する)の大型化
に伴い、材質もステンレス鋼からアルミ系材料へと変わ
りつつあるので、最適である。
【図1】(A)(B)本発明による電子ビーム溶接方法
と従来電子ビーム溶接方法の比較図である。
と従来電子ビーム溶接方法の比較図である。
【図2】本発明による電子ビーム溶接機の基本構造を示
す概略図である。
す概略図である。
【図3】(A)(B)電子ビーム溶接の溶接例を示す側
面図である。
面図である。
【図4】従来の溶接例を示す側面図である。
【図5】試験金属のビーム溶接例を示す斜視図である。
【図6】電子ビームによる溶け込み深さの測定位置を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図7】内部欠陥の測定位置を示す斜視図である。
【図8】(A)(B)ビーム溶接による溶け込み状態を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図9】アーク溶接とレーザ溶接、及び電子ビーム溶接
の比較斜視図である。
の比較斜視図である。
【図10】(A)(B)D−KMによる溶接状態を示す
ビーム照射側と反対側の外観写真である。
ビーム照射側と反対側の外観写真である。
【図11】(A)(B)S−TEによる溶接状態を示す
ビーム照射側と反対側の外観写真である。
ビーム照射側と反対側の外観写真である。
【図12】D−KMによる溶け込み状態を示す切断面C
1の写真である。
1の写真である。
【図13】S−TEによる溶け込み状態を示す切断面C
1の写真である。
1の写真である。
【図14】(A)(B)D−KMとS−TEによるビー
ム交差部の溶け込み状態を示す切断面C2の写真であ
る。
ム交差部の溶け込み状態を示す切断面C2の写真であ
る。
【図15】D−KMによる化粧ビード部の溶け込み状態
を示す切断面C3の写真である。
を示す切断面C3の写真である。
【図16】S−TEによる化粧ビード部の溶け込み状態
を示す切断面C3の写真である。
を示す切断面C3の写真である。
【図17】本発明による電子ビーム溶接例を示す写真で
ある。
ある。
1 電子銃 2 レンズコイル 3,4 偏向コイル 5,6 真空室 7 真空溶接室 8 真空装置 B 電子ビーム b1 照射元ビーム部、b2 偏向ビーム部、b3 照
射先ビーム部 E ビード、F 化粧ビード D,D1,D2,D3,D4 溶接金属(試験金属)、
a 金属表面 C1,C2,C3 切断面 A アーク溶接部、G ビーム溶接部、R レーザ溶接
部 T テスト溶接 θ ビーム偏向角度
射先ビーム部 E ビード、F 化粧ビード D,D1,D2,D3,D4 溶接金属(試験金属)、
a 金属表面 C1,C2,C3 切断面 A アーク溶接部、G ビーム溶接部、R レーザ溶接
部 T テスト溶接 θ ビーム偏向角度
Claims (3)
- 【請求項1】 電子銃(1)から照射される電子ビーム
(B)の進路を、途中から偏向して溶接金属(D)の溶
接部に照射する電子ビーム溶接方法。 - 【請求項2】 電子銃(1)と真空溶接室(7)の間
に、少なくとも第一偏向コイル(3)と第二偏向コイル
(4)を配置し、該偏向コイル(3,4)によって電子
銃(1)から照射される電子ビーム(B)の進路を途中
から偏向し、電子銃(1)や電子ビーム(B)が溶接部
から発生する金属蒸気等から影響を受けないようにした
電子ビーム溶接機。 - 【請求項3】 電子銃(1)から照射される電子ビーム
(B)の進路が、電子銃(1)から照射する照射元ビー
ム部(b1)と、該ビーム部(b1)から適宜角度
(θ)で照射する偏向ビーム部(b2)、及び偏向ビー
ム部(b2)から溶接金属(D)に向けて照射する照射
先ビーム部(b3)から成る請求項2記載の電子ビーム
溶接機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34638195A JPH09155565A (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 電子ビーム溶接方法とその溶接機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34638195A JPH09155565A (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 電子ビーム溶接方法とその溶接機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09155565A true JPH09155565A (ja) | 1997-06-17 |
Family
ID=18383040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34638195A Pending JPH09155565A (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 電子ビーム溶接方法とその溶接機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09155565A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007248091A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Jeol Ltd | 試料作製装置及び試料作成方法 |
| CN103358014A (zh) * | 2013-07-31 | 2013-10-23 | 成都国光电气股份有限公司 | 一种太赫兹行波管慢波组件真空电子束焊接工艺 |
| CN103785939A (zh) * | 2012-11-02 | 2014-05-14 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种铝合金真空电子束焊接方法 |
| CN110773858A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-02-11 | 桂林航天工业学院 | 一种电子束焊接装置及焊接方法 |
| CN111673259A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-09-18 | 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院) | 分体式电子束偏转线圈及电子束设备 |
-
1995
- 1995-12-11 JP JP34638195A patent/JPH09155565A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007248091A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Jeol Ltd | 試料作製装置及び試料作成方法 |
| CN103785939A (zh) * | 2012-11-02 | 2014-05-14 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种铝合金真空电子束焊接方法 |
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| CN110773858A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-02-11 | 桂林航天工业学院 | 一种电子束焊接装置及焊接方法 |
| CN111673259A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-09-18 | 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院) | 分体式电子束偏转线圈及电子束设备 |
| CN111673259B (zh) * | 2020-07-13 | 2023-10-31 | 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院) | 分体式电子束偏转线圈及电子束设备 |
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