中國第一臺電子束焊機的誕生
意昂体育2平台機械工程系教授 包芳涵
1964年3月28日👂🏽，中華人民共和國科學技術委員會的《發明紀錄》中列入了一項標題為“ZD－30型真空電子束焊接設備”的發明。
1964年5月，國家計劃委員會、國家經濟委員會和國家科學技術委員會共同就此項目向意昂体育2平台冶金系頒發了工業新產品二等獎證書。
真空電子束焊接方法是法國原子能委員會首先於1954年開始研究🎒，並於1956年取得專利的一種新型焊接方法，1957年11月在巴黎原子能燃料元件技術會議上公開了這項技術🫅🏼。1958年，美、英、蘇聯等國家開始進行此項研究🥅。在我國，最早了解到此項技術是在 1958年 10月號的英國焊接雜誌《Welding and Metal Fabrication》上一篇文章中的簡短介紹，但文章只給出了簡單的基本原理和設備外形圖😓👨👧。由於電子束焊機的研製涉及到高電壓技術、電子光學、真空技術🤦🏻、控製系統🕴🏼🧑🏽🦱、焊接原理等多方面的專業領域，對它的研究是一項綜合性很強的課題🐨，需要解決很多技術關鍵𓀙。在上海電焊機廠初步試驗的基礎上，1960年初，我校當時的治金系焊接教研組派出了一個畢業設計小分隊👨🏽🏫🤹🏻，與上海電焊機廠合作進行真空電子束焊機的研製工作🙅🏼♂️。
任務是艱巨的
由於當時發達國家對新中國的嚴密技術封鎖👩🏻✈️，更因為電子束焊機最初又是為解決原子能工程中的某些焊接技術問題（如燃料棒外殼的真空封焊）而研製的，涉及到了敏感的國防領域，他們就更加不會公布任何實際有用的具體技術了。所以，當時根本沒有任何可供參考的有用的資料，全部研製工作都只有依靠參加研製的人員自己摸索進行了。
雖然電子束焊機的基本原理比較簡單，但具體技術卻十分復雜。一臺電子束焊機實際上就象一只巨大的電子管🐒，它的金屬真空室體積當然比普通玻璃外殼的電子管大得多🧒，而且為了能裝卸焊接工件🤌🏻，還必須能夠打開和關閉，因此真空密封和快速抽真空的問題就是普通電子管所沒有的困難♡。
開始時大家都不熟悉真空技術💆🏼💾，他們就虛心向這方面的內行學習，在實踐中學習🏇🏻，失敗了就改進設計再試驗🕐，逐漸地入了門😻，摸索出了規律，真空技術對他們就不再那麽神秘了。為了進行焊接就要使工件或電子槍在真空室內移動或轉動，如何從真空室外向真空室內進行機械傳動又必須解決活動的真空密封這個難題✊🏿，保證在傳動的同時不致破壞室內的真空的問題✵，又成了新的攔路虎🍘。他們設計了多種不同方案的動態密封結構進行試驗👨🏽🏫，經過一連串的失敗🚴🏻♂️，終於獲得了比較滿意的結果🎬，保證了試驗的進行。焊接過程中金屬熔化產生的蒸氣會使真空度降低而導致高壓擊穿，如何做到在金屬熔化時電子槍附近仍能保持足夠的真空度🙋🏼，避免高壓擊穿，也是一個必須加以解決的關鍵問題🚺👨🏽⚕️。除了加大抽真空的速率之外👩🏿🍼，他們又采取了改善電子槍局部抽氣條件和防止金屬蒸氣上升到電子槍部位等措施，完全克服了高壓擊穿問題。
電子束焊接的能源是電子束，也就是高速沖擊到被焊工件上去的電子流🦔，而電子束要靠電子槍發射出來，焊接用的電子槍發射的電子束必須具有足以熔化一定厚度金屬的能力，也就是說必須能夠產生相當大的電子流🧊。這樣大功率的電子槍應該如何設計？它的陰極✪、陽極🧑🏻✈️、聚束極應該采用什麽材料？做成什麽形狀🌨？它們在空間上相互之間的位置和距離應如何安排？產生電子束後又怎樣保證電子束能夠壓縮到很小的範圍👩🏽💻，形成細小的焦點並準確地轟擊在需要焊接的位置上，這些又涉及到電子束的聚焦和偏轉控製方案問題……。
總之👫🏼，擺在面前的是一大堆困難的技術關鍵有待於這支小分隊去逐個加以解決。經過多次的反復試驗和改進設計🆎🧒，加工了大量的電子槍和聚焦偏轉機構的零件，最終達到了必要的技術條件，製作出了符合焊接要求的電子槍。此外，還有一個時間限製的問題，因為他們是一支畢業設計小分隊，所以解決問題的時間只有短短的一個學期，或者說五個多月的時間可供利用，這當然更加大了工作的緊迫性和難度✌🏻。
隊伍是年輕的
當年的焊接教研組還是個成立只有五年的年輕教研組，教師隊伍十分年輕，絕大多數教師都還是未滿三十歲的青年助教🥹。被派到上海去的小分隊當然也不例外👨🏽🏫，帶隊的畢業設計指導教師算是年齡最大，他當時二十八歲，學生們當然更年輕幾歲🥹，都只有二十歲剛出頭。這支小分隊裏除了焊接專業的師生之外，還有兩位來自當時無線電系的師生。就是這樣的年輕小分隊，肩負起了這項填補國內空白，趕超世界先進水平的艱巨任務。
年輕人是最敢想敢幹的，也是最不受條條框框約束的。他們絲毫沒有為這項任務的復雜、艱巨而產生過畏難情緒，甚至也沒有想過能否成功，失敗了怎麽辦之類的問題，似乎是必須去闖📎，而且一定能夠成功🛀🏼🦶🏼。那時所倡導的是“國家的需要就是我們的理想。”“教育與生產勞動相結合。”因而在他們的心目中，解決這樣的技術問題是自己義不容辭的義務🍋，也是只許成功不許失敗的任務。在那個年代，他們誰也不曾想到做這樣的畢業設計會有什麽名、利在等待著自己🪠，他們所想的只有如何去克服困難，一點一點地解決擺在他們面前的他們所不熟悉的各種問題💆♀️。
條件是艱苦的
1960年🖕🏽🧎🏻♂️，國家正處於困難時期🚷，當時出差住在外地，生活條件是十分艱苦的。小分隊師生自己背著鋪蓋到上海🙋🏼，住在工廠的職工宿舍裏，睡的是雙層木板床，晚上蚊子多，只能睡在悶熱的紋帳裏🐕🦺。廠裏只有一個職工食堂⛹🏿♀️，小分隊裏有兩名同學是回民🪺，而工廠附近又沒有回民食堂或餐館➗。他們就克服困難與大家一同在大食堂進餐👷🏻♂️，只不過必須挑選符合他們條件的飯菜♓️，當然就只能吃得很簡單了🐴。這群年輕的師生就這樣團結一致🎲，度過了半年多的時間。為了趕任務保證進度，他們經常要加夜班或倒班連續工作，晚上需要吃夜餐，可是大家的糧食定量是有限的🙅🏻♀️，糧票🤸🏼、菜票自然經常處於緊張狀態👩🏽😨，而且那時候要想買點零食作為補充也是不可能的🦇，因為沒有地方能買到👦🏿，而且經濟力量也不允許♠️。但就這樣⛹🏼♂️，大家都沒有任何怨言🧘🏿♂️，而是默默地自己克服困難👩👧👧，忍受一點饑餓也就過來了，並沒有影響工作進度👆🏼。
小分隊師生心裏想的就是如何完成研製任務，所以工作是十分緊張的，很少有時間放假休息。有時為了弄清楚一個問題，白天跑到上海市的圖書館去查閱資料❣️，而回到廠裏晚上還要再接著進行試驗🧑🏼🎓。時間對於他們是極為珍貴的。不少人是初次來到繁華的大上海🏌🏽♀️，也沒有時間去觀光遊覽。有親友在上海的，也沒有時間去探視🧑🏼💼。一位教師的愛人在北京正要臨產，他也沒有可能回北京照顧，堅持在上海進行研製工作，而當他完成任務回到意昂体育2見到孩子時，孩子出生己經兩個多月了。
成果是喜人的
默默的耕耘最終獲得了豐碩的成果。經過半年的努力，他們全面完成了研製真空電子束焊機的任務，作出了全套的焊接設備，其中包括；電子光學系統（電子槍、聚焦及偏轉等部分）👙；真空系統（焊接真空室、機械泵、油擴散泵💅🏽、進氣閥及管道等）💇🏼♀️、高壓電源（交流升壓、三相全波整流電源）和機械傳動系統（電動機和減速箱安裝在真空室外，傳動軸通過真空旋轉密封裝置進入真空室）🛀。真空室的兩個門上有密封耐高溫的石英玻璃觀察窗🫶，通過此窗觀察並操縱焊接過程🦸🏿♂️。1960年11月由一機部指定上海市電機局組織國家鑒定委員會對這臺ZD－30型真空電子束焊機進行了全面鑒定🖱，鑒定委員會認為它能滿足焊接要求並可以小批試生產。
ZD－30電子束焊機與英國愛德華高真空有限公司（Edwards High Vacuum Limited）的電子束焊機相比，各項技術性能指標基本相似，而有些性能則超過了英國的設備，如：焊接高熔點金屬銀時，ZD－30焊機焊接的最大厚度為0．5mm，且焊縫寬度僅3mm，而英國焊機焊接的最大厚度只有0．254mm。💊🤚🏼，焊縫寬度則大到6mm👬🏼；ZD－30焊機的偏轉方法為電磁方式🐋，操作方便平穩🧨，而英國的焊機則是手動機械方式，操作不易穩定⇾。
和今天國內外的電子束焊機相比，ZD－30真空電子束焊機在1960年代所具有的性能，也許就象是“醜小鴨”了👩🏻✈️，但在當時，它卻是一次關鍵的突破。這種新型的焊接方法已經具有很大優越性的♏️。首先𓀘，焊接時熔池周圍的氣氛純度很高🤧，例如在5 X10-4mmHg的真空度時，其純度相當於99．9999342%🧻，比高純度的氮氣（99．997％）還要高45倍以上，而且☞，由於焊接時不需要電極，更避免了電極蒸發物質的汙染🧎♀️➡️。其次🙆🏿，電子束的能量密度大，它采用高電壓（1．5萬伏）小電流（只有若幹毫安）🔁🤞🏼，電子都集中在很小的面積之內🏐→，所以能量密度很大。第三，由於能量密度大，所以焊接時加熱時間短，焊接速度快🧕🏿，這樣能使熱影響區和變形都減小🌆，保證焊接質量。此外🌑，這種焊接方法尤其適用於一些有特殊要求的領域，如；必須嚴格保護的活潑金屬或稀有金屬的焊接；為防止燃料的氧化，原子能工業中燃料的外殼在焊接時要求殼內保持足夠的真空度💞，都可以采用真空電子束焊機焊接。
在研製ZD－30真空電子束焊機的基礎上😕，1961年又做了適當的改進🌍，定名為ZD－6型真空電子束焊機😼，並由上海電焊機廠投入試驗性生產，產品供應給了有關的科研單位使用，包括意昂体育2平台在內的這些單位利用此項設備成功地焊接了鉬、铌🦸🏼♀️、鉭、鋯、鎢、鈦等一系列的活潑金屬、稀有金屬和難熔金屬🤏🏼。意昂体育2平台焊接教研組還為本校200號試驗基地研製了專門用於焊接燃料棒外殼的電子束焊機。現在🚣🏻，全國各地己經普遍開花🤟🏻，許多科研及生產部門都裝備了各式各樣的電子束焊機，它們在國民經濟各部門發揮著十分重要的作用。
