電子束與激光比較

電子束焊接與激光焊接的比較一、前言、增加產(chǎn)品競爭力的有力工具。50年月，10年后激光器誕生，激光加工技術(shù)的爭論與應(yīng)用隨即開放。電子束與遠(yuǎn)高于其他熱源。同時(shí)，他們與材料的作用原理也極其相近。二、電子束與激光加工的原理電子束加工〔electronbeammachining，EBM〕是在真空條件下，利用電子槍中產(chǎn)生的電子經(jīng)加速、聚焦后106～109W/cm2的極細(xì)束流，高速〔光速的60%~70%〕沖擊到工件外表，并在極短的時(shí)間內(nèi)，將電子的動(dòng)能大局部轉(zhuǎn)換為熱能，形成“小孔”效應(yīng)，使工件被沖擊部位的材料到達(dá)幾千攝氏度，致使材料局部熔化或蒸發(fā)，到達(dá)焊接目的。過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚焦成尺寸與光波波長相近的微小光斑，其功率密度可達(dá)105～1011W/cm2，溫度可達(dá)一萬攝氏度，將材料在瞬間熔化和蒸發(fā)?？住鄙砗蟮牟牧峡焖倮鋮s凝固成為焊縫。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〔105W/cm；焊接速度高〔5~10/分鐘；熱影響區(qū)窄〔熱流輸入少、工件變形??；易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掌握、可在線檢測焊縫質(zhì)量；非接觸加工、無后續(xù)加工。三、電子束與激光焊的性能比較至今，電子束焊經(jīng)過不斷進(jìn)展已經(jīng)成為一種成熟的加工技術(shù)，無論是汽車制造，還是航空航天，都起著舉40領(lǐng)域，大有取代電子束加工的勢頭。但實(shí)踐證明，激光和電子束作為高能量密度熱源，除了具有很多一樣技術(shù)特點(diǎn)外，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能上，針對不同的應(yīng)用場合，仍有各自不同的特點(diǎn)。焊接工藝 精度 變形 熱影響 焊縫質(zhì)量 深寬比 電子束焊 周密 小 小 好 20:1 需要真空激光焊 周密 小 很小 好 10:1 可選保護(hù)氣體電子束焊接的優(yōu)點(diǎn)是相當(dāng)突出的：電子束的能量轉(zhuǎn)換效率格外高80%~90%，可以研制出很高功率的大型焊接設(shè)備〔600kV300kW的超高壓電子束焊機(jī)已問世； 電子束焊接的焊縫很細(xì)，其深寬比很簡潔到達(dá)10:1，甚至是20:1〔最報(bào)道顯示：日本在焊接200mm70:1； 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、特別材料的焊接更簡潔。固然，電子束的缺點(diǎn)也格外明顯：子束焊，是重要的爭論方向；〔目前用于齒輪焊接的單臺(tái)電子束設(shè)備循60秒以內(nèi)；有磁偏移：由于電子帶電，會(huì)受磁場偏轉(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(shí)施保護(hù)；對工件裝配質(zhì)量要求嚴(yán)格，同時(shí)工件外表清潔的要求也較高。相比較于電子束焊，激光焊接的優(yōu)點(diǎn)是：激光焊不需真空室和對工件焊前進(jìn)展去磁處理，它可在大氣中進(jìn)展，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(shí)間大大低于電子束焊接〔很簡潔做到30秒以內(nèi)。激光焊接實(shí)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)進(jìn)展的主流。但是，受到技術(shù)進(jìn)步的局限，激光焊接比電子束焊接還存在肯定的弱勢。 30%； 20KW10mm； 50000本錢。但是，要想獲得抱負(fù)的焊接質(zhì)量保護(hù)氣體是不行少的，這也造成加工本錢的增加； 10:1〔4~6mm，故這個(gè)深寬比還比較適用，不適合大厚度工件的焊接；段，才能到達(dá)較抱負(fù)的焊接效果。四、電子束與激光焊的經(jīng)濟(jì)性比較電子束技術(shù)的進(jìn)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，大功率、超大功率電子束焊接設(shè)備的進(jìn)展相當(dāng)快，而且已經(jīng)具備了相當(dāng)有用的價(jià)值。激光技術(shù)受到能量轉(zhuǎn)換率較低及其他技術(shù)障礙，使得激光焊接的功率還不能大幅提10KW，更高功率的激光器，本錢的增加格外快，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值還較低。在歐美國家，同等功率〔3~5KW〕的電子束焊接設(shè)備與激光焊接設(shè)備的價(jià)格根本相當(dāng)，而激光焊接的高效率、敏捷性〔不受真空室限制〕和便于集成到生產(chǎn)線中的特性，使得激光焊接設(shè)備在汽車制造中的應(yīng)用增長速度大大超過電子束焊接設(shè)備?！睬咭陨?/3左右，有明顯的性能價(jià)格比優(yōu)勢。因此，國內(nèi)的電子束焊接設(shè)備應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過激光焊接設(shè)備。但是，在汽車生產(chǎn)中，大批量高效率成為汽車制造企業(yè)追求的目標(biāo)。而國產(chǎn)的電子束焊接設(shè)備，一般不具滿足生產(chǎn)的需求。綜合比較下來，其經(jīng)濟(jì)性也大打折扣。五、電子束和激光焊接的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景焊接中具有不行替代的地位。特別是：發(fā)電設(shè)備、石化設(shè)備、礦山機(jī)械、重型汽車、航空航天器、原子能設(shè)備和造船工業(yè)等領(lǐng)域，電子束焊接仍舊是首選的技術(shù)方案。典型的應(yīng)用是焊接反響堆基體和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子300mm以上。金、銀、銅、鋁等難于激光焊接的材料。例如，電子器件中的無氧銅零件、大電流的銅排、銅鎢觸頭和大馬力柴油機(jī)的鋁活塞等，都能得到高強(qiáng)度、大熔深的焊接接頭。為了使大功率電子束焊接更好的用于大型工件，與大功率電子束同步進(jìn)展的是大型真空室、局部真空及非室雖然造價(jià)昂貴，但大功率電子束焊的優(yōu)異焊接性能和極高的焊接速度，可使綜合本錢〔包括設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用〕反而比傳統(tǒng)的焊接方法低。據(jù)估算，當(dāng)焊深超過50mm時(shí)，電子束焊接的本錢即可低于窄間隙150mm時(shí)，電子束焊接的綜合本錢就只有窄間隙焊和埋弧焊的1/2～1/3。大型真空室多數(shù)用于焊接航空航天器中的機(jī)匣、渦輪盤、機(jī)翼大梁和發(fā)電設(shè)備中的汽輪機(jī)隔板之類產(chǎn)量不大而價(jià)值很高的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品對焊接要求往往格外苛刻，例如汽輪機(jī)隔板單次焊深可150mm以上，而焊縫所在的圍帶又很窄，極易變形。在汽車制造領(lǐng)域，焊接的深度大局部在10mm以下，這為激光焊接的應(yīng)用供給了最好的空也從齒輪焊接、傳動(dòng)系統(tǒng)零件焊接，到車身焊接、底板不等厚鋼板焊接、車門焊接等各個(gè)領(lǐng)域。近年來，隨著激光器制造水平的提高，本錢相對降低，大功率激光器的應(yīng)用增加，這一點(diǎn)很明顯地表現(xiàn)在汽車變速器齒輪的焊接上，除日本外，美、德、法、意等國均大量承受激光取代電子束焊。前幾年齒輪激1～2kW6kW左右的橫流CO22～3kW9kW的橫流CO2激光器。生產(chǎn)率的提高抵消了設(shè)備投資的增加。例如，克萊斯勒公司現(xiàn)在就有24臺(tái)激光器用于生產(chǎn)，其變14kW13秒左右。電子束焊接一支研制生產(chǎn)的技術(shù)隊(duì)伍，能為國內(nèi)市場供給小功率的電子束焊機(jī)。近年來，消滅了關(guān)鍵部件〔電子槍，高壓電源等〕引進(jìn)、其它部件國內(nèi)配套的引進(jìn)方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備既保持了較高的技術(shù)水平，又能大大降低本錢，同時(shí)還能對用戶供給較完善的售后效勞。北京航空工藝爭論所以此方式為某航空廠實(shí)施設(shè)備的總體設(shè)計(jì)和總成，實(shí)現(xiàn)了某重要構(gòu)件的真空電子束焊接；桂HDG(Z)-6型雙金屬帶材高壓電子束連續(xù)自動(dòng)焊接生產(chǎn)線，該機(jī)6kW0～15m/min，從而使我國擠身于世界上能生產(chǎn)這種生產(chǎn)線的幾個(gè)國家之一。激光焊接心、中國大恒激光工程公司、上海團(tuán)結(jié)百超數(shù)控激光設(shè)備等，主要生產(chǎn)千瓦級的CO2激光設(shè)備和1YAG激光設(shè)備。激光—電弧復(fù)合熱源的應(yīng)用、激光堆焊、超級鋼焊接、水下激光焊接、寬板激光拼焊〔TailoredBlankLaserWeldin、填絲激光焊、鋁合金激光焊、激光切割質(zhì)量掌握等。從事激光焊接爭論比較多的主要有華中理工大學(xué)、國家產(chǎn)學(xué)研激光技術(shù)中心、清華大學(xué)、哈爾濱焊接爭論所、北京航空工藝爭論所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等。清華大學(xué)從聲和電的角度，分析了熔透狀態(tài)的聲信號，提出了激光焊接等離子體的國家產(chǎn)學(xué)研激光技術(shù)中心的肖榮詩、左鐵釧提出了雙層內(nèi)外圓管吹送異種氣體法；西北工業(yè)大學(xué)的劉金合率固體激光加工中心，開展了材料為碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦合金等多種材料的大功率固體激光焊接工藝爭論以及激光—電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)爭論。七、完畢語同，因而各有各的應(yīng)用場合。它們不能相互代替，但可相互補(bǔ)充。作為應(yīng)用者，應(yīng)合理地應(yīng)用。激光焊接從上世紀(jì)60年月激光器誕生不久就開頭了爭論，從開頭的薄小零件或器件的焊接到目前大功率激光焊接在工業(yè)生產(chǎn)中的大量的應(yīng)用，經(jīng)受了40多年的進(jìn)展。由于激光焊接具有能量密度高、變形小、熱影響區(qū)窄、焊接速度高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掌握、無后續(xù)加工的優(yōu)點(diǎn)，近年來正成為金屬材料加工與制造的重要手段，越來越廣泛地應(yīng)用在汽車、航空航天、國防工業(yè)、造船、海洋工程、核電設(shè)備等領(lǐng)域，所涉及的材料涵蓋了幾乎全部的金屬材料。雖然與傳統(tǒng)的焊接方法相比，激光焊接尚存在設(shè)備昂貴，一次性投資大，技術(shù)要求高的問題，使得激光焊接在我國的工業(yè)應(yīng)用還相當(dāng)有限，但激光焊接生產(chǎn)效率高和易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掌握的特點(diǎn)使其格外適于大規(guī)模生產(chǎn)線和柔性制造。其中，激光焊接在汽車制造領(lǐng)域中的很多成功應(yīng)用已經(jīng)凸現(xiàn)出激光焊接不同于傳統(tǒng)焊接方法的特點(diǎn)和優(yōu)勢，也為很多大功率激光器制造商和激光焊接設(shè)備制造商供給了更為迷人的經(jīng)濟(jì)效益前景。三個(gè)方面：1、汽車零部件的激光焊接激光焊接在汽車制造中的應(yīng)用始于變速箱的齒輪焊接，由于承受了激光焊接，焊接后的齒輪幾乎沒有焊接變形，不需要焊后熱處理，而且焊接速度大大提高，因此很快得到了應(yīng)用。國外到目前為止，激光焊接已〔歧管、排氣管、消聲器等、變速箱雙聯(lián)齒輪、減振器儲(chǔ)油缸筒體、濾清器、車門鉸鏈等。國內(nèi)汽車領(lǐng)域應(yīng)用激光焊接主要有變速箱齒輪和減振器儲(chǔ)油缸筒的焊接。2、激光拼焊技術(shù)車身重量；降低制造本錢；提高尺寸精度；提高車身構(gòu)造剛度和安全性。1985年將激光拼焊用于Audi1986年承受添絲激光焊的方法技術(shù)，所涉及的汽車構(gòu)造件包括車身側(cè)框架、車門內(nèi)板、擋風(fēng)玻璃窗框、輪罩板、底板、中間支柱等。3、汽車車身激光焊接技術(shù)蓋與車身側(cè)板的焊接。傳統(tǒng)的焊接方法為點(diǎn)焊，但現(xiàn)在正漸漸被激光焊接所代替。同時(shí)提高了車體的剛度。目前這種車身框架的激光焊接技術(shù)在各大汽車制造商的較型車中都得到了格外廣泛的應(yīng)用，例如AudiA2車體框架是由鋁合金材料焊接而成，比同樣構(gòu)造使用鋼材可削減重量43kg，其30mPolo、PassatBora、速騰、邁騰