國(guó)外高能束流加工技術(shù)的發(fā)展概況

國(guó)外高能束流加工技術(shù)的發(fā)展概況高能束流加工技術(shù)是當(dāng)今制造技術(shù)進(jìn)展的前沿領(lǐng)域，是武器裝備研制中不行缺少的特種加工技術(shù)。高能束流加工技術(shù)是利用以光量子、電子、等離子體為能量載體的高能量密度束流對(duì)材料和構(gòu)件進(jìn)行加工。它是一個(gè)典型的多學(xué)科交叉領(lǐng)域，討論內(nèi)容極為豐富，涉及光學(xué)、電學(xué)、熱力學(xué)、冶金學(xué)、金屬物理、流體力學(xué)、材料科學(xué)、真空學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)和自動(dòng)掌握以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種學(xué)科。它的主要技術(shù)領(lǐng)域有激光束加工技術(shù)、電子束加工技術(shù)、離子束及等離子體加工技術(shù)以及高能束流復(fù)合加工技術(shù)等。一、國(guó)外高能束流加工技術(shù)的進(jìn)展概況美、日及西歐的發(fā)達(dá)國(guó)家在七八十年月就將高能束流加工技術(shù)做為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分列入相應(yīng)的工業(yè)進(jìn)展方案，并先后成立了相應(yīng)的開(kāi)發(fā)討論機(jī)構(gòu)。日本大阪高校、德國(guó)阿亨高校的焊接討論所、英國(guó)焊接討論所、法國(guó)焊接討論所以及烏克蘭巴頓焊接討論所等均有高能束流加工討論中心。通過(guò)對(duì)上述討論中心的考察及資料討論，可看出高能束流加工技術(shù)在將來(lái)的進(jìn)展趨勢(shì)。(一)電子束加工技術(shù)電子束加工技術(shù)的主要應(yīng)用是電子束焊(EBW)，經(jīng)過(guò)30多年的進(jìn)展，現(xiàn)已成為較成熟的技術(shù)，處于平穩(wěn)進(jìn)展、擴(kuò)大應(yīng)用階段。目前的討論工作集中在焊縫實(shí)時(shí)跟蹤、電子束加熱溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算、大功率二極槍的討論(間熱式陰極、高壓放電愛(ài)護(hù))、電子束能量密度測(cè)試、電子束焊接專家系統(tǒng)等方面，在應(yīng)用討論方面，主要是對(duì)大氣條件下電子束焊接的設(shè)備和工藝的討論以及電子束焊接大厚件的討論。另外在電子束加工設(shè)備開(kāi)發(fā)中，采納了體積更小的高壓電源，并采納當(dāng)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)掌握以及工業(yè)電視監(jiān)控等技術(shù)，使商品化的EBW設(shè)備形狀更美觀，操作更便利。電子束物理氣相沉積(EB-PVD)技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)日益受到重視。俄羅斯、烏克蘭等國(guó)先后把該技術(shù)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的熱障涂層以及葉片的制造、金屬材料的制備等方面。值得一提的是，烏克蘭巴頓焊接所的(EB-PVD)設(shè)備已形成了試驗(yàn)室型、中試生產(chǎn)型和批生產(chǎn)用的系列產(chǎn)品；俄羅斯庫(kù)茲涅佐夫設(shè)計(jì)局自1978年起開(kāi)頭將該技術(shù)應(yīng)用于HK系列發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的生產(chǎn)上，并在其批生產(chǎn)廠安裝了三臺(tái)設(shè)備?，F(xiàn)在這一技術(shù)日益得到西方的重視，例如美國(guó)PW公司與烏克蘭巴頓焊接所成立了該項(xiàng)技術(shù)的合資公司，以盡快在美國(guó)推廣該項(xiàng)技術(shù)。(二)激光加工技術(shù)10年前激光在工業(yè)上的主要應(yīng)用還是切割(激光加工機(jī)的70%以上用于切割)和制孔，而近年來(lái)，激光焊接成為熱點(diǎn)。薄件焊接主要用于宇航業(yè)及汽車業(yè)，而激光焊接大厚件將主要用于核工業(yè)、造船、石油、軍用車輛、越野車等方面。英國(guó)焊接討論所和法國(guó)焊接討論所正針對(duì)激光焊接大厚件進(jìn)行聯(lián)合討論，即45KWCO[_2]激光焊接，焊接鋼厚度的期望值是50mm。目前，在等離子+激光復(fù)合焊接，氬弧焊+激光復(fù)合焊接，激光質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)(如溫度場(chǎng)、等離子體監(jiān)測(cè)等)等方面，對(duì)激光加工技術(shù)的機(jī)理開(kāi)展了討論工作。在應(yīng)用方面，主要利用激光焊接鍍鋅板、鋁板、核電站散熱管、高壓氣瓶、輸油管道等，激光切割的應(yīng)用領(lǐng)域及材料范圍也越來(lái)越廣。激光加工設(shè)備在工業(yè)上用的最多的是橫流4～6KWCO[_2]加工機(jī)，它正向著幾十千瓦的大功率方向進(jìn)展。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的集中冷卻CO[_2]板條激光器具有成本低、效率高、質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。YAG激光器脈沖式的最大功率是1KW，連續(xù)式的最大功率是4KW，正在進(jìn)展中的雙管YAG激光器估計(jì)到1998年可達(dá)5KW。另外，半導(dǎo)體激光器的成本低、壽命高，不久將在汽車等工業(yè)生產(chǎn)線上得到應(yīng)用。在激光沖擊硬化中，使用調(diào)質(zhì)YAG激光器，而銅蒸激光器最初是用于分別同位素元素的，它將特別適合激光沖擊硬化等工藝。(三)等離子加工技術(shù)近代高技術(shù)的進(jìn)展，尤其是航空、航天高技術(shù)進(jìn)展的需求牽引，給等離子加工技術(shù)注入了活力。等離子切割、等離子焊接、等離子噴涂以及等離子體源離子注入和離子刻蝕技術(shù)都得到快速進(jìn)展。國(guó)外對(duì)等離子體加工技術(shù)的討論和應(yīng)用賜予了很大重視。俄羅斯新西伯利亞科學(xué)分院對(duì)等離子射流的討論很深化，推動(dòng)了等離子矩的進(jìn)展，并且研制了等離子設(shè)備軟件。烏克蘭巴頓焊接討論所在超音速火焰噴涂、微束等離子噴涂、爆炸噴涂等方面開(kāi)展了大量的討論、應(yīng)用工