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從汽車到發電廠,對支援社會的”製造業”來說不可或缺的NEC「電子束銲機」!

雖然有點突然,在各位聽到「銲接」這個詞時,會出現怎樣的印象呢?對我來說是,是小工廠裡有工匠戴著面罩、使用銲槍,在火花四射中熔化材料……相信許多人都會聯想到這樣的情景吧?

所謂的「銲接」,是指熔合2種以上的材料,使它們接合在一起的作業,而實際上除了我想到的小工廠作業之外,還有許多種不同的銲接工法。例如NEC Engineering就提供了「電子束銲機」這種特殊的機器,可以銲接一般工法難以銲接的金屬。原來NEC有製造這種銲接機,我還是第一次聽說呢!

NEC的「電子束銲機」,在製造汽車和飛機、發電廠等支援我們生活的物品和設施時,是不可或缺的機器。而且,它和我以前採訪過的海底電纜的製造也大有關係,這突然勾起我的興趣(笑)。所以,這次我們就把焦點放在支援日本製造業的「電子束銲機」,向NEC負責這項業務的人多多請益吧!

任職於NEC Engineering,從事銲接相關工作近30年的專家。擁有業界最高水準加速電壓的最新電子束銲機「NEB-175系列」開發中心的成員。

先從參觀實物和展示開始吧!

  • 三田這次我們來到NEC內放置「電子束銲機」展示機的廠區。中島先生,可以為我們介紹展示機嗎?
  • 中島好的。這就是「電子束銲機」(畫面出現展示機)。如果要說明每一項構成要素,乍聽之下會很難理解,所以我們先一起來看看作業的流程吧!

電子束銲機整體示意圖 

  • 三田麻煩您了。
  • 中島首先,把想要銲接的材料放在加工平台上。接著,直接放進作業空間(真空腔體)裡,把裡面抽成真空。
  • 三田咦,要把作業空間抽成真空嗎?
  • 中島是的。這裡是很重要的重點,之後我再為各位詳細說明。作業空間裡面抽成真空之後,準備就完成了。在這種狀態下按下操作盤的開始按鈕,就會從作業空間上方的電子槍發射電子束(電子光束),讓材料熔化。接下來,就讓各位看看熔化不鏽鋼材的情形吧。啟動開關!
  • 三田哇!材料發出耀眼的光芒呢!

螢幕上呈現出熔化零件的模樣。 

  • 中島那個發亮的地方,就是電子束打在材料上,材料熔化的地方。好了,結束了(中島把真空腔體打開,拿出材料給三田看)。這條線,就是剛才熔化的部分。

零件上可看見用電子束銲機熔化的既細又深的銲線(不鏽鋼)。

  • 三田居然在這麼短的時間,就能熔化這麼硬的金屬!而且熔化的痕跡既細又深呢!
  • 中島這種「既細又深」的特色,就是電子束銲機的最大優勢喔。

最大優勢-「既細又深」!

  • 三田現在我們來到了會議室。中島先生,可以請您再為我們說明電子束銲機是什麼樣的機器嗎?
  • 中島電子束銲機是把縮到極細小的電子束(電子光束)高速打在材料上,使材料熔化的銲接機器。材料和材料接合的痕跡稱為「銲珠」,電子束銲接的特徵就是銲珠比其他工法「更細更深」。我們來看一下這張圖。

各種銲接的比較圖

  • 三田這是各種銲接的比較圖嗎?
  • 中島是的。圖的上方表示能量密度,下方表示銲珠的深度,如您所見,電子束銲接比其他銲接熔得更深、更細。
  • 三田完全不一樣呢!我們經常會在小工廠看見工匠戴著面罩銲接,電子束跟那種銲接有什麼不同呢?
  • 中島三田小姐說的應該是氣體銲接。不管是氣體銲接還是電子束銲接,只要材料不能熔化就無法銲接。兩種方法都是把溫度升到熔點以上來熔化材料。可是,能量密度低的氣體銲接要花很多時間才能熔化材料。另一方面,電子束銲接的能量密度高,瞬間就能熔化零件。
  • 三田剛才的展示中,材料也很快就熔化了呢。
  • 中島如果慢慢熔化材料,熱的影響就會擴散到周圍,銲珠的形狀也會往旁邊散開。另一方面,電子束銲接是集中焦點熔化,熱只集中在要熔化的部分,所以才能熔得「既細又深」。
  • 三田既細又深」有什麼優點呢?
  • 中島要熔化材料,就表示要把同樣程度的熱注入材料中。注入熱的範圍要是擴大,材料就會有同樣大的範圍產生熱漲冷縮。這麼一來,材料就會產生歪曲。不過,要是能把熱注入「既細又深」的範圍內,就能製造出歪曲較少的高精度產品。
  • 三田原來如此!
  • 中島另外,例如銲接A和B的材料時,接合的部分越深,貼合的部分就越寬,所以接合強度也更高。也就是說,「既細又深」代表歪曲少、接合強度高、非常優秀的銲接。
  • 三田我好像越來越瞭解電子束銲接的優勢了!它還有其他特徵嗎?
  • 中島它可以銲接熔點高的金屬,也就是高溫下才能熔化的金屬。如果要用氣體銲接等其他工法來銲接高溫下才能熔化的金屬,勢必要花更長的時間加熱。可是電子束銲機的能量密度高,所以一下子就能加熱到熔點以上。
  • 三田這樣也能減少熱對周圍的影響嗎?
  • 中島沒錯!還有就算2種金屬的熔點不同,由於可以加熱到熔點較高的溫度以上,因此就能同時熔化2種金屬。就這一點而言,電子束也擅長異種金屬的銲接。還有一點,「在真空中銲接」也是它的特徵。
  • 三田我在展示的時候就很在意這個部份!
  • 中島電子束銲接是把電子束打在材料上,而電子如果在大氣中,就會受到氮或氧等其他分子的影響。所以,必須在真空中銲接。而且在材料中,有些是容易和氧反應的活性金屬。在銲接這種金屬時,「在真空中銲接」就有很大的好處。

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