高能束流焊接方法學(xué)習(xí)總結(jié)

1、實訓(xùn)成績批閱教師日 期高能束流焊接方法學(xué)習(xí)要點總結(jié)課程名稱 焊接設(shè)備維修實訓(xùn) 專業(yè)年級 焊接1311 學(xué) 號 2013118526113 學(xué)生姓名 張華榮 指導(dǎo)教師 李飛 2016年 4月 13日高能束流焊接方法學(xué)習(xí)要點總結(jié) 一高能束流焊接方法基本概念：高能束流焊接是指以激光束、電子束、等離子體為熱源，對金屬、非金屬材料進(jìn)行焊接的精細(xì)加工工藝。注：（1）高能束流焊接的功率密度（Power Density）達(dá)到105W/cm2以上。 （2）高能束流是由單一的電子、光子、電子和離子，或者二種以上的粒子組合而成。（一）電子束焊焊接方法基本概念：電子束焊是利用會聚的高速電子轟擊工作件接縫處所產(chǎn)生的熱能

2、，使金屬熔合的一種焊接方法。 （二）激光焊焊接方法基本概念：利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效而且精密的焊接方法。它是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量而進(jìn)行焊接的。聚焦的激光束是指：利用大功率相干單色光子流聚焦而成的激光束。（三）激光切割基本概念：激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實現(xiàn)將工件割開。（四）等離子弧焊焊焊接方法基本概念：等離子弧焊是以等離子弧為熱源的一種高能速流焊接方法。二基本原理和分類（一）獲得高能束流的基本原理：1.高功率密度激光束的獲取激光器通過諧振腔的方

3、向選擇、頻率選擇以及諧振腔和工作物質(zhì)共同形成的反饋放大作用，使輸出的激光具有良好的方向性、單色性以及很高的亮度。2.高功率密度電子束的獲取 陰極用以發(fā)射電子，陽極相對陰極施加高電壓以加速電子，控制極用來控制電子束流的強(qiáng)度，聚焦線圈對電子束進(jìn)行會聚，偏轉(zhuǎn)線圈可使束流產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)以滿足加工的需要。3.高能束流的聚焦（1）激光束的聚集目前在激光焊中常用的聚集系統(tǒng)有三種：透鏡聚集、反射鏡聚集和改進(jìn)型的。（2）電子束的聚集 電子束聚集是依據(jù)于電場和磁場對電子的作用。常用的電子束聚集方法是靜電透鏡聚集好磁透鏡聚集等。其中靜電透鏡聚集分別為同心球電極聚集。（二）分類：1.電子束焊接2.激光焊3.激光切割4.等離

4、子弧焊（一）電子束焊工作原理：電子束是從電子槍中產(chǎn)生的。通常電子是以熱發(fā)射或者場致發(fā)射的方式從發(fā)射級（陰極）逸出的。在25300V的加速電壓的作用下，電子被加速到0.30.7倍光速，具有一定的動能，經(jīng)過電子槍中靜電透鏡和電磁透鏡的作用，電子會聚成功率密度很高的電子束。這種電子束撞擊到工件表面，電子的動能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使金屬迅速溶化和蒸發(fā)。在高壓金屬蒸氣的作用下，熔化的金屬被排開，電子束就能繼續(xù)撞擊深處的固態(tài)金屬。很快在被焊工件上“鉆”出一個鎖形小孔。小孔的周圍被液態(tài)金屬包圍。隨著電子束與工件的相對移動，液態(tài)金屬沿著小孔周圍流向熔池后部，逐漸冷卻凝固形成了焊縫。電子束傳送到焊接接頭的熱量和其熔化

5、金屬的效果與束流強(qiáng)度、加速電壓、焊接速度、電子束斑點質(zhì)量，以及被焊接材料的性能等因素有密切的關(guān)系。分類：1.被焊工件所處的環(huán)境和真空度可以分為三種：高真空電子束焊、低真空電子束焊、非真空電子束焊。 2.電子束焊按照加速電壓狀態(tài)分類： 高壓型（大于80 kV）；中壓型（4060 kV）；低壓型（小于等于30 kV）。（二）激光焊接的原理：光子轟擊金屬表面形成蒸汽，蒸發(fā)的金屬可防止剩余能量被金屬反射掉。如果被焊金屬有良好的導(dǎo)熱性能，則會得到較大的熔深。激光在材料表面的反射、透射和吸收，本質(zhì)上是光波的電磁場與材料相互作用的結(jié)果。激光光波入射材料時，材料中的帶電粒子依著光波電矢量的步調(diào)振動，使光子的輻

6、射能變成了電子的動能。物質(zhì)吸收激光后，首先產(chǎn)生的是某些質(zhì)點的過量能量，如自由電子的動能，束縛電子的激發(fā)能或者還有過量的聲子，這些原始激發(fā)能經(jīng)過一定過程在轉(zhuǎn)化為熱能。分類：1.按照激光器輸出能量方式的不同來區(qū)分，激光焊可以分為：脈沖激光焊，連續(xù)激光焊（包括高頻脈沖連續(xù)激光焊）。 2.按照激光聚焦后光斑上功率密度的不同，激光焊可分為：傳熱焊，深熔焊。1）傳熱焊定義：傳熱焊又叫熱導(dǎo)焊。傳熱焊所用采用的激光光斑功率密度較低，（一般情況下，激光的光斑功率密度小于105W/cm2），當(dāng)激光功率密度介于105W/cm2106W/cm2的時候，也被認(rèn)為是傳熱焊。2）傳熱焊過程機(jī)理分析：工件吸收激光后，激光將金

7、屬表面加熱到熔點與沸點之間，焊接的時候，金屬材料表面將所吸收的激光轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使得金屬表面溫度升高而熔化，但是僅僅達(dá)到表面熔化的程度。然后通過熱傳導(dǎo)方式，把熱能向金屬工件內(nèi)部傳遞，使得熔化區(qū)域逐漸擴(kuò)大形成熔池。凝固后形成焊點或者焊縫，熔深輪廓近似半球形。這種焊接機(jī)理稱為傳熱焊。它類似與TIG 焊等鎢極電弧焊原理。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。 3）傳熱焊的主要特點：傳熱焊激光光斑的功率密度小，很大一部分光被金屬表面反射，光的吸收效率低，焊接熔深淺，焊接速度慢，主要用于厚度小于1mm的薄板以及小零件的焊接加工。 4）深熔焊定義：深熔焊采用的激光光斑功率密度比較高。當(dāng)激光光斑的功率度大于等于10

8、6W/cm2（通常介于106W/cm2107W/cm2）的時候，被認(rèn)為是深熔焊。（三）激光切割可分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。1.激光汽化切割原理利用高能量密度的激光束加熱工件，使溫度迅速上升，在非常短的時間內(nèi)達(dá)到材料的沸點，材料開始汽化，形成蒸氣。這些蒸氣的噴出速度很大，在蒸氣噴出的同時，在材料上形成切口。材料的汽化熱一般很大，所以激光汽化切割時需要很大的功率和功率密度。激光汽化切割多用于極薄金屬材料和非金屬材料(如紙、布、木材、塑料和橡皮等)的切割。2.激光熔化切割原理激光熔化切割時，用激光加熱使金屬材料熔化，然后通過與光束同軸的噴嘴噴吹非氧化性氣體

9、(Ar、He、N等)，依靠氣體的強(qiáng)大壓力使液態(tài)金屬排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金屬完全汽化，所需能量只有汽化切割的1/10。激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金屬的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金等。（3）激光氧氣切割激光氧氣切割原理類似于氧乙炔切割。它是用激光作為預(yù)熱熱源，用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的氧化熱;另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應(yīng)區(qū)吹出，在金屬中形成切口。由于切割過程中的氧化反應(yīng)產(chǎn)生了大量的熱，所以激光氧氣切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激光汽化切割和熔化切割。激光氧氣切割主要用

10、于碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。（4）激光劃片與控制斷裂激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進(jìn)行掃描，使材料受熱蒸發(fā)出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會沿小槽處裂開。激光劃片用的激光器一般為Q開關(guān)激光器和CO2激光器?？刂茢嗔咽抢眉す饪滩蹠r所產(chǎn)生的陡峭的溫度分布，在脆性材料中產(chǎn)生局部熱應(yīng)力，使材料沿小槽斷開。（4） 等離子弧焊的基本原理：等離子弧焊和GTAW焊在很多方面是十分類似的，如果鎢極與工件之間的電弧被壓縮或斷面面積減小，則其溫度上升，因為壓縮后仍導(dǎo)致通同樣大小的電流。這種被壓縮的電弧稱為等離子體，等離子體是物質(zhì)的第四狀態(tài)。等離子有兩種類型，轉(zhuǎn)移型等離子弧

11、和非轉(zhuǎn)移型等離子弧。非轉(zhuǎn)移型等離子弧電流通過噴嘴流到噴嘴內(nèi)部的鎢極，然后再回到電源，非轉(zhuǎn)移型電弧主要用于等離子噴涂，還用于加熱非金屬部件。轉(zhuǎn)移型等離子弧的電流從工件穿過噴嘴上的小孔進(jìn)入鎢極，然后再回到電源。分類：1.微孔型等離子弧焊2.熔透型等離子弧焊3.微束等離子弧焊4.熔化極等離子弧焊5.熱絲等離子弧焊6.脈沖離子弧焊三工藝特點和應(yīng)用范圍（一）電子束焊接1.主要優(yōu)點：A電子束穿透能力強(qiáng)，焊縫的深寬比高 電子束斑點尺寸小，功率密度大，可以實現(xiàn)高深寬比的焊接（即焊縫深而窄）。深寬比達(dá)到60/1，可以一次焊透0.1mm -300mm的不銹鋼板。焊接厚板時，可以不開坡口實現(xiàn)單道焊，比電弧焊可以節(jié)省

12、輔助材料和能源的消耗。 B焊接速度快，焊縫物理性能好 能量集中，熔化和凝固速度快，例如焊接厚度為125mm的鋁板，焊接速度達(dá)到400mm/min，是氬弧焊的40倍。能夠避免晶粒長大，使接頭性能改善，高溫作業(yè)時間短，合金元素?zé)龘p少，焊縫抗腐蝕性好。C焊件熱變形小 功率密度高，輸入焊件的熱量少，熱影響區(qū)小，焊件變形小。對精密加工的工件，可以最后連接工序，焊后工件仍保持足夠的精度。 D焊縫純潔度高 真空對焊縫有良好的保護(hù)作用，真空電子束焊接不僅可以防止熔化金屬受到氧氣、氮氣等有害氣體的污染，而且有利于焊縫金屬的除氣和凈化，因而高真空電子束焊尤其適合焊接鈦以及鈦合金等活性材料。真空電子束焊接常用于焊接

13、真空密封元件，焊接后內(nèi)部元件保持在真空狀態(tài)。 E工藝適應(yīng)性強(qiáng) 參數(shù)易于精確調(diào)節(jié)，便于偏轉(zhuǎn)，對焊接結(jié)構(gòu)有廣泛的適應(yīng)性。F可焊材料多 不僅能夠焊接金屬和異種金屬材料的接頭，也可以焊接非金屬材料，例如陶瓷，石英玻璃等。 G再現(xiàn)性能好 電子束焊焊接參數(shù)易于實現(xiàn)機(jī)械化，自動化控制。重復(fù)性好，再現(xiàn)性好，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。 H可簡化加工工藝 可以將重復(fù)的大型整體加焊件分為易于加工的、簡單的或者小型部件，用電子束焊為一個整體，減少加工難度，節(jié)省材料，簡化工藝。2.缺點：設(shè)備比較復(fù)雜，費用比較昂貴、焊接前對接頭加工、裝配要求嚴(yán)格，以保證接頭位置準(zhǔn)確、間隙小，而且均勻、真空電子束焊接時，被焊工件尺寸和形狀常

14、受到工作室的限制、電子束容易受到雜散電磁場的干擾，影響焊接質(zhì)量、電子束焊接時，產(chǎn)生的射線需要嚴(yán)加防護(hù)，以確保工作人員的健康和安全。3.電子束焊小孔效應(yīng)：電子束焊小孔的形成是一個復(fù)雜的高溫流體動力學(xué)過程?；具^程解釋如下： A高功率密度的電子束轟擊焊件，使得焊件表面材料熔化并且伴隨著液態(tài)金屬的蒸發(fā)。 B材料表面蒸發(fā)走的原子的反作用使液態(tài)金屬表面向下凹陷。 C隨著電子束功率密度的增加，金屬蒸氣量增多，液面被壓凹的程度也增大，并且形成一個通道。 D電子束經(jīng)過通道轟擊底部的待焊金屬，使通道逐漸向縱深發(fā)展。 E液態(tài)金屬的表面張力和流體靜壓力是力圖拉平液面的，在達(dá)到力的平衡狀態(tài)時，通道的發(fā)展才停止，并且形

15、成小孔。 F小孔和熔遲的形貌與焊接參數(shù)有關(guān)。（二）激光焊接A功率密度高。由于激光束的頻譜寬度窄，經(jīng)過會聚后的光斑直徑可以小到0.01mm，功率密度可以達(dá)到109W/cm2，可以焊接0.1 50mm厚的工件。 B脈沖激光焊加熱時間短、焊點小、熱影響區(qū)小。 C激光焊與電子束焊有許多相似之處，但它不需要真空室，不產(chǎn)生X射線，更適合生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。激光焊接已成為高能束焊接技術(shù)發(fā)展的主流。缺點是激光焊接一些高反射率的金屬還比較困難，另外設(shè)備投資大。 D激光能夠反射、透射、能夠在空間傳播相當(dāng)長的距離而衰減很小，激光焊能夠遠(yuǎn)距離焊接，或者對難以接近的部位進(jìn)行焊接，能夠透過玻璃等其他透明物體進(jìn)行焊接。 E激光

16、不受電磁場的影響。 F激光的電光轉(zhuǎn)換效率低（約為0.1 % 0.3 %）。工件的加工和組裝精度要求高，夾具要求精密，因此焊接成本高。 G一臺激光器可供多個工作臺進(jìn)行不同的工作，既可以用于焊接，又可以用于切割、合金化和熱處理，一機(jī)多用。 激光焊接的優(yōu)點 ：能量密度高，可聚焦，深穿透，高效率，高精度，適應(yīng)性強(qiáng)等。（3） 等離子弧焊接1.優(yōu)點：（1）熔透能力強(qiáng)，在不開坡口、不加填充焊絲的情況下可一次焊透8-10mm厚的不銹鋼板； （2）焊縫質(zhì)量對弧長的變化不敏感，這是由于電弧的形態(tài)接近圓柱形，且挺直度好，弧長變化時對加熱斑點的面積影響很小，易獲得均勻的焊縫形狀。（3）鎢極縮在水冷銅噴嘴內(nèi)部，不可能與

17、工件接觸，因此可避免焊縫金屬產(chǎn)生夾鎢現(xiàn)象； （4）等離子電弧的電離度較高，電流較小時仍很穩(wěn)定，可焊接微型精密零件； （5）可產(chǎn)生穩(wěn)定的小孔效應(yīng)，通過小孔效應(yīng)，正面施焊時可獲得良好的單面焊雙面成形。2.缺點： （1）可焊厚度有限，一般在25mm以下； （2）焊槍及控制線路較復(fù)雜，噴嘴的使用壽命很低；（3）焊接參數(shù)較多，對焊接操作人員的技術(shù)水平要求較高。 3.微束等離子弧具有以下特點： A小電流時，電弧仍能保持穩(wěn)定。 B焊件變形量和熱影響區(qū)均比鎢極氬弧焊小。 C電弧呈細(xì)長的圓柱狀，弧長的變化對工件加熱狀態(tài)的影響較小，因此它對噴嘴至工件間距離變化的敏感性較小，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。 D設(shè)備簡單，焊槍小巧，易

18、于操作和實現(xiàn)自動化。4.應(yīng)用可用鎢極氬弧焊焊接的金屬，比如不銹鋼、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、鎳、銅、蒙耐爾合金等，均可用等離子弧焊焊接。這種焊接方法可用于航天、航空、核能、電子、造船及其它工業(yè)部門中。（4） 激光切割1. 特點（1）切割質(zhì)量好由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能夠獲得較好的切割質(zhì)量。1） 激光切割切口細(xì)窄，切縫兩邊平行并且與表面垂直，切割零件的尺寸精度可達(dá)±0.05mm。2） 切割表面光潔美觀，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為最后一道工序，無需機(jī)械加工，零部件可直接使用。3）材料經(jīng)過激光切割后，熱影響區(qū)寬度很小，切縫附近材料的性能也幾乎不受

19、影響，并且工件變形小，切割精度高，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面形狀呈現(xiàn)較為規(guī)則的長方形。 （2）切割效率高由于激光的傳輸特性，激光切割機(jī)上一般配有多臺數(shù)控工作臺，整個切割過程可以全部實現(xiàn)數(shù)控。操作時，只需改變數(shù)控程序，就可適用不同形狀零件的切割，既可進(jìn)行二維切割，又可實現(xiàn)三維切割。（3） 切割速度快用功率為1200W的激光切割2mm厚的低碳鋼板，切割速度可達(dá)600cm/min;切割5mm厚的聚丙烯樹脂板，切割速度可達(dá)1200cm/min。材料在激光切割時不需要裝夾固定，既可節(jié)省工裝夾具，又節(jié)省了上、下料的輔助時間。（4）非接觸式切割激光切割時割炬與工件無接觸，不存在工具的磨損。加工不同形狀的零

20、件，不需要更換“刀具”，只需改變激光器的輸出參數(shù)。激光切割過程噪聲低，振動小，無污染。（5） 切割材料的種類多與氧乙炔切割和等離子切割比較，激光切割材料的種類多，包括金屬、非金屬、金屬基和非金屬基復(fù)合材料、皮革、木材及纖維等。但是對于不同的材料，由于自身的熱物理性能及對激光的吸收率不同，表現(xiàn)出不同的激光切割適應(yīng)性。采用CO2激光器，2.激光切割技術(shù)具有以下優(yōu)點：第一，精度高：定位精度005mm，重復(fù)定位精度002mm。第二，切縫窄：激光束聚焦成很小的光點，使焦點處達(dá)到很高的功率密度，材料很陜加熱至氣化程度，蒸發(fā)形成孔洞。隨著光束與材料相對線性移動，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫。切口寬度一般為0

21、10-020ram。第三，切割面光滑：切割面無毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ral25；A內(nèi)。第四，速度快：切割速度可達(dá)lOmmin，最大定位速度可達(dá)70mmn，比線切割的速度快很多。第五，切割質(zhì)量好：無接觸切割，切邊受熱影響很小，基本沒有工件熱變形，完全避免材料沖剪時形成的塌邊，切縫一般不需要二次加工。第六，不損傷工件：激光切割頭不會與材料表面相接觸，保證不劃傷工件。第七，不受被切材料的硬度影響：激光可以對鋼板、不銹鋼、鋁合金板、硬質(zhì)合金等進(jìn)行加工，不管什么樣的硬度，都可以進(jìn)行無變形切割。第八，不受工件外形的影響：激光加工柔性好，可以加工任意圖形，可以切割管材及其他異型材。第九，可以對非金屬

22、進(jìn)行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、紡織品和有機(jī)玻璃等。第十，節(jié)約模具投資：激光加工不需模具，沒有模具消耗，無須修理模具，節(jié)約更換模具時間，從而節(jié)省了加工費用，降低了生產(chǎn)成本，尤其適合大件產(chǎn)品的加工。十一，節(jié)省材料：采用電腦編程，可以把不同外形的產(chǎn)品進(jìn)行整張板材料套裁，最大限度地提高材料的利用率。十二，縮短了新產(chǎn)品制造周期：新產(chǎn)品試制，數(shù)量小，結(jié)構(gòu)不確定、隨時會改動，根本不能出模具，激光切割機(jī)大大縮短了新產(chǎn)品制造周期，減少了模具投入。（3）缺點激光切割由于受激光器功率和設(shè)備體積的限制，激光切割只能切割中、小厚度的板材和管材，而且隨著工件厚度的增加，切割速度明顯下降。激光切割設(shè)備費用高，一

23、次性投資大。4.應(yīng)用范圍大多數(shù)激光切割機(jī)都由數(shù)控程序進(jìn)行控制操作或做成切割機(jī)器人。激光切割作為一種精密的加工方法，幾乎可以切割所有的材料，包括薄金屬板的二維切割或三維切割。在汽車制造領(lǐng)域，小汽車頂窗等空間曲線的切割技術(shù)都已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。德國大眾汽車公司用功率為500W的激光器切割形狀復(fù)雜的車身薄板及各種曲面件。在航空航天領(lǐng)域，激光切割技術(shù)主要用于特種航空材料的切割，如鈦合金、鋁合金、鎳合金、鉻合金、不銹鋼、氧化鈹、復(fù)合材料、塑料、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有發(fā)動機(jī)火焰筒、鈦合金薄壁機(jī)匣、飛機(jī)框架、鈦合金蒙皮、機(jī)翼長桁、尾翼壁板、直升機(jī)主旋翼、航天飛機(jī)陶瓷隔熱瓦等。激光切割成

24、形技術(shù)在非金屬材料領(lǐng)域也有著較為廣泛的應(yīng)用。不僅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；還能切割加工柔性材料，如布料、紙張、塑料板、橡膠等，如用激光進(jìn)行服裝剪裁，可節(jié)約衣料10%12%，提高功效3倍以上。與傳統(tǒng)焊接技術(shù)比較，激光焊接與電子束焊接都具有更多優(yōu)異的特性： 能量密度高（大于105W/cm2）； 焊接速度高（一般可以達(dá)510m/min）； 熱影響區(qū)窄（僅為焊縫寬度10%20%）； 熱流輸入少、工件變形?。?易實現(xiàn)自動控制、可在線檢測焊縫質(zhì)量； 非接觸加工、無后續(xù)加工。對比：電子束焊接的優(yōu)點是相當(dāng)突出的： 電子束的能量轉(zhuǎn)換效率非常高（80%90%），可以研制出很高功率的大型

25、焊接設(shè)備（在日本，加速電壓600kV、功率300kW的超高壓電子束焊機(jī)已問世）； 電子束焊接的焊縫很細(xì)，其深寬比很容易達(dá)到101，甚至是201（最新報道顯示：日本在焊接200 mm厚不銹鋼時，深寬比達(dá)701）； 電子束的可控性更好，甚至可以在工件內(nèi)部形成曲線孔徑； 電子束對不同材料、特殊材料的焊接更容易。 當(dāng)然，電子束的缺點也十分明顯： 需要高真空環(huán)境以防止電子散射，設(shè)備復(fù)雜，焊件尺寸和形狀受到真空室的限制（非真空環(huán)境的電子束焊，是重要的研究方向）； 由于真空室的存在，抽真空成為影響循環(huán)時間的主要障礙（目前用于齒輪焊接的單臺電子束設(shè)備循環(huán)時間很難做到60s以內(nèi)）； 有磁偏移：由于電子帶電，會受

26、磁場偏轉(zhuǎn)影響，故要求電子束焊工件焊前去磁處理； X射線問題：X射線在高壓下特別強(qiáng)，需對操作人員實施保護(hù)； 對工件裝配質(zhì)量要求嚴(yán)格，同時工件表面清潔的要求也較高。相比較于電子束焊，激光焊接的優(yōu)點是：激光焊不需真空室和對工件焊前進(jìn)行去磁處理，它可在大氣中進(jìn)行，也沒有防X射線問題，所以可在生產(chǎn)線內(nèi)聯(lián)機(jī)操作，也可焊接磁性材料。另外，激光焊接的循環(huán)時間大大低于電子束焊接（很容易做到30s以內(nèi)）。因此，激光焊接實際上已取得了電子束焊接20年前的地位，成為高能束焊接技術(shù)發(fā)展的主流。TIG焊和等離子弧焊：TLG焊，鎢極承載電流能力較差，過大的電流會引起鎢極的熔化和蒸發(fā)，其微粒有可能進(jìn)入熔池而引起夾鎢。因此，熔

27、敷速度小、熔深淺、生產(chǎn)率低。而等離子弧焊槍的鎢極內(nèi)縮在噴嘴之內(nèi)，電極不可能與工件相接觸，因而沒有焊縫夾鎢的問題。等離子切割與激光切割工藝比較：等離子切割可用于不銹鋼、鋁、銅、鑄鐵、碳鋼等各種金屬材料切割。等離子切割以中厚板切割為主，以260A的等離子電源為例，最大切割厚度可達(dá)60mm。等離子切割切割速度快、切割狹窄、切口平整，熱影響區(qū)小，工件變形小，運行成本低，具有顯著的節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效果，其缺點是斷面垂直度有0.5°1.5°傾斜角，切割斷面硬化。激光切割以中薄板為主，以4000w激光為例，最大可切25mm左右普通碳鋼。激光切割機(jī)除用于切割碳鋼、不銹鋼、鋁合金等材料外，還可用于

28、切割各種髙熔點材料、耐熱鋁合金和超硬鋁合金等特種金屬材料，也可切割半導(dǎo)體材料、非金屬材料以及復(fù)合材料。激光因其具有幾乎無發(fā)散的方向性，具有極高的發(fā)光強(qiáng)度，激光切割速度快、加工精度高、切縫狹窄、切口光滑、熱影響區(qū)小、切割板材變形小，切割表面無損傷，一般不需后續(xù)加工。特點用途適用性產(chǎn)品示例穿透性重型結(jié)構(gòu)的焊接一次可焊透300mm核裝置、壓力容器、反應(yīng)堆潛艇、飛行器、運載火箭、空間站、航天飛機(jī)、重武器、坦克、火炮、厚壁件精密控制、聚集點微電子與精密器件制造-超大規(guī)模集成元器件、結(jié)點、航天（空、海儀表、模盒、精密陀螺、核燃料棒封裝高能密度、高速掃描特殊功能結(jié)構(gòu)件制造掃描速度動力裝置封嚴(yán)、高溫耐磨涂層、

29、沉積層、切割、氣模冷卻層板結(jié)構(gòu)、小孔結(jié)構(gòu)、高溫部件全方位加工特殊環(huán)境加工制造-太空及微重力條件、真空、沖氣、水下及高壓條件高速加熱、快速冷卻新型材料制備、特殊及異種材料連接速率105K/s超高純材料冶煉、超細(xì)材料、非金屬復(fù)合材料、陶瓷、表面改性、合成、非晶態(tài)、快速成形、立體制造四. 影響焊接質(zhì)量的工藝參數(shù)：（1） 電子束焊接加速電壓 (Ua )，電子束流 ( Ib )，聚焦電流 ( If )，焊接速度 (Vb )，工作距離 ( H )。（2） 脈沖激光焊接有4個主要參數(shù)：脈沖能量，脈沖寬度，功率密度，離焦量。（三）等離子弧焊接1.焊接電流2.焊接速度3.噴嘴離工件的距離4.等離子氣及流量5.引

30、弧及收弧6.接頭形式及裝配要求（四）激光切割 1.切割表面粗糙度Rz2.切口掛渣尺寸3.切邊垂直度和斜度u4.切割邊緣圓角尺寸r5.條紋后拖量n6.平面度F對比:焊接工藝精度變形熱影響焊鏈質(zhì)量深寬比使用條件電子束焊精密小小好20：1需要真空激光焊精密小很小好10:1可選保護(hù)氣體五.焊接方法（系統(tǒng)）設(shè)備與裝置組成和性能指標(biāo)（一）電子束焊接1.真空電子束焊機(jī)由以下7部分組成：A電子槍；B. 工作真空室；C. 工作臺；D. 高壓電源；E. 控制及調(diào)整系統(tǒng)；F. 真空系統(tǒng)；G.焊接夾具。2.電子束焊實現(xiàn)過程：電子束轟擊工作件時，動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。由高壓加速裝置形成的高功率電子束流，通過磁透鏡會聚后，得到

31、很小的焦點（其功率密度可以達(dá)到104 W/cm2 109 W/cm2），轟擊置于真空或者非真空中的焊件，電子的動能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，熔化金屬，實現(xiàn)焊接過程。 3.電子槍分為二極槍和三極槍兩種，現(xiàn)代電子束焊機(jī)多采用三級電子槍。 二極槍：二極槍是由陰極、聚束極、和陽極組成的電極系統(tǒng)。聚束極與陰極等電位。在一定的加速電壓下，通過調(diào)節(jié)陰極溫度來改變陰極發(fā)射的電子流，從而調(diào)節(jié)電子束流的大小。三極槍：三極槍的電極系統(tǒng)由陰極、偏壓電極、陽極組成。陰極處于高的負(fù)電位，它與接地的陽極之間形成電子束的加速電場。偏壓電極相對于陰極呈負(fù)電位，通過調(diào)節(jié)其負(fù)電位的大小和改變偏壓電極形狀、位置，可以調(diào)節(jié)電子束流的大小和改變電

32、子束的形狀。（二）激光焊接1.激光焊設(shè)備組成 激光焊接設(shè)備由以下設(shè)備組成：工作平臺，激光器，光束檢測系統(tǒng)，焊接過程檢測系統(tǒng)，導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)，計算機(jī)控制系統(tǒng) 。2.激光器的組成 激光器一般由以下這些部件組成：（1）激光工作物質(zhì)：必須是一個具有若干能級的粒子系統(tǒng)并且具備壓穩(wěn)態(tài)能級，使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和受激輻射成為可能。（2）激勵源：即泵浦源，給激光物質(zhì)提供能量，使之處于非平衡狀態(tài)，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（3）諧振腔：機(jī)制給受激輻射提供振蕩空間和穩(wěn)定輸出的正反饋，并且限制光束的方向和頻率。 （4）電源：為激勵源提供能源。 （5）控制和冷卻系統(tǒng)：保證激光器能夠穩(wěn)定、正?？煽抗ぷ?。 （6）聚光器：固體激光器特有，使光泵

33、浦的光能最大限度地照射在激光工作物質(zhì)上。3.按照激光工作物質(zhì)的狀態(tài)，激光器可以分為：固體激光器和氣體激光器，提高泵浦光的利用率。 5.固體激光器根據(jù)不同的用途，有不同的工作方式，一般可以分為三種：（1）脈沖激光器單次發(fā)射，每個激光脈沖的寬度為零點幾毫秒至幾十毫秒，每完成一次任務(wù)僅有一個脈沖。（2）重復(fù)頻率激光器這種激光器每秒可以產(chǎn)生幾個到幾十個脈沖，每完成一個任務(wù)需要幾個脈沖。（3）連續(xù)激光器可以長時間穩(wěn)定的輸出激光連續(xù)使用。 6.CO2激光器工作氣體的主要成分是CO2 (Carbon Dioxide)、N2 （Nitrogen）和He（Helium）。 CO2激光器具有以下特點：A輸出功率大

34、，國外有100kW的CO2激光焊機(jī)。高功率激光焊接設(shè)備主要應(yīng)用于冶金加工和汽車制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)。 B輸出功率范圍大，最小輸出功率為數(shù)毫瓦，最大可輸出功率幾百kW。 C能量轉(zhuǎn)換率高，大大的高于固體激光器。理論轉(zhuǎn)換功率為40%，實際應(yīng)用中光電轉(zhuǎn)換效率為15%。 D CO2激光波長為10.6m的紅外激光，屬于紅外線?？梢栽诳諝庵袀鞑ズ苓h(yuǎn)而衰減很小。7. 激光焊過程中的幾種效應(yīng)：等離子體效應(yīng)，壁聚焦效應(yīng)，凈化效應(yīng)。（三）等離子弧焊接等離子弧焊接設(shè)備由焊接電源、等離子弧發(fā)生器（焊槍）、控制電路、供氣回路及供水回路等組成。自動等離子弧焊接設(shè)備還包括焊接小車或其它自動工裝。1.弧焊電源 等離子弧焊接設(shè)備一般采

35、用具有垂直外特性或陡降外特性的電源，以防止焊接電流因弧長的變化而變化，獲得均勻穩(wěn)定的熔深及焊縫外形尺寸。一般不采用交流電源，只采用直流電源，并采用正極性接法。與鎢極氬弧焊相比，等離子焊所需的電源空載電壓較高。2.控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的作用是控制焊接設(shè)備的各個部分按照預(yù)定的程序進(jìn)入、退出工作狀態(tài)。整個設(shè)備的控制電路通常由高頻發(fā)生器控制電路、送絲電機(jī)拖動電路、焊接小車或?qū)Ｓ霉ぱb控制電路以及程控電路等組成。程控電路控制等離子氣預(yù)通時間、等離子氣流遞增時間、保護(hù)氣預(yù)通時間、高頻引弧及電弧轉(zhuǎn)移、焊件預(yù)熱時間、電流衰減熄弧、延遲停氣等。3.供氣系統(tǒng) 等離子弧焊接設(shè)備的氣路系統(tǒng)較復(fù)雜。由等離子氣路、正面保護(hù)氣

36、路及反面保護(hù)氣路等組成，而等離子氣路還必須能夠進(jìn)行衰減控制。為此，等離子氣路一般采用兩路供給，其中一路可經(jīng)氣閥放空，以實現(xiàn)等離子氣的衰減控制。4. 水路系統(tǒng) 由于等離子弧的溫度在100000C以上，為了防止燒壞噴嘴并增加對電弧的壓縮作用，必須對電極及噴嘴進(jìn)行有效的水冷卻。冷卻水的流量不得小于3 L/min-1，水壓不小于0.15-0.2MPa。水路中應(yīng)設(shè)有水壓開關(guān)，在水壓達(dá)不到要求時，切斷供電回路。5.焊槍 等離子弧焊槍是等離子弧發(fā)生器，對等離子弧的性能及焊接過程的穩(wěn)定性起著決定性作用。主要由電極、電極夾頭、壓縮噴嘴、中間絕緣體、上槍體、下槍體及冷卻套等組成。最關(guān)鍵的部件為噴嘴及電極。（四）激

37、光切割激光切割機(jī)系統(tǒng)一般由激光發(fā)生器、（外）光束傳輸組件、工作臺（機(jī)床）、微機(jī)數(shù)控柜、冷卻器和計算機(jī)（硬件和軟件）等部分組成。1.機(jī)床主機(jī)部分：激光切割機(jī)機(jī)床部分，實現(xiàn)X、Y、Z軸的運動的機(jī)械部分，包括切割工作平臺。用于安放被切割工件，并能按照控制程序正確而精準(zhǔn)的進(jìn)行移動，通常由伺服電機(jī)驅(qū)動。2.激光發(fā)生器：產(chǎn)生激光光源的裝置。對于激光切割的用途而言，除了少數(shù)場合采用YAG固體激光器外，絕大部分采用電-光轉(zhuǎn)換效率較高并能輸出較高功率的CO2氣體激光器。由于激光切割對光束質(zhì)量要求很高，所以不是所有的激光器都能用作切割的。高斯模式適用于小于1500W、低階模二氧化碳激光器100W-3000W、多模

38、3000W以上。3.外光路：折射反射鏡，用于將激光導(dǎo)向所需要的方向。為使光束通路不發(fā)生故障，所有反射鏡都要保護(hù)罩加以保護(hù)，并通入潔凈的正壓保護(hù)氣體以保護(hù)鏡片不受污染。一套性能良好的透鏡會將一無發(fā)散角的光束聚焦成無限小的光斑。一般用5.0英寸焦距的透鏡。7.5英寸透鏡僅用于>12mm厚材。4.數(shù)控系統(tǒng)：控制機(jī)床實現(xiàn)X、Y、Z軸的運動，同時也控制激光器的輸出功率。5.穩(wěn)壓電源：連接在激光器，數(shù)控機(jī)床與電力供應(yīng)系統(tǒng)之間。主要起防止外電網(wǎng)干擾的作用。6.切割頭：主要包括腔體、聚焦透鏡座、聚焦鏡、電容式傳感器和輔助氣體噴嘴等零件。切割頭驅(qū)動裝置用于按照程序驅(qū)動切割頭沿Z軸方向運動，由伺服電機(jī)和絲桿或齒輪等傳動件組成。7.操作臺：用于控制整個切割裝置的工作過程。8.冷水機(jī)組：用于冷卻激光發(fā)生器。激光器是利用電