電子束焊接
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電子束焊接范文第1篇
真空電子束焊是利用定向高速運動的電子束流撞擊工件使動能轉化為熱能而使工件熔化，形成焊縫。電子束焊接技術因其高能量密度和優良的焊接質量，率先在國內航空工業得到應用。本文針對電子束焊接在生產中遇到的某載重卡車車橋承載大、疲勞強度高進行了分析，解決了產品的焊接質量問題。
1 產品結構及對焊縫的質量要求
圖1 車橋結構示意圖
橋殼中段是由16Mn板材沖壓后焊接而成，軸頭是30Mn2鑄件加工而成，中段與軸頭的焊縫是車橋主要受力焊縫，要求很高的疲勞強度。因此設計為真空電子束焊接結構。這里采用的是止口式嵌入結構，這種結構的目的在于需要達到以下要求：（1）實施熔透焊時焊縫不會低于母材。（2）將電子束焊常有的根部釘尖缺陷引入到不受力的內襯環上。中段與軸頭的焊縫根據在垂直彎曲載荷下應力狀態的不同，分為中性區、壓應力區、張應力區，張應力區不允許存在咬邊，壓應力區和中性區咬邊深度≤0.2mm。（3）不允許表面可見氣孔。（4）內部焊縫需100%超聲波檢驗。（5）不允許裂紋、未熔合、未焊透。（6）按圖1示，車橋要承受最大載荷P1=320KN，最小載荷P2=20KN，頻率f=5Hz，疲勞次數≥120萬次
2 產品材料、結構的焊接性分析
車橋的真空電子束焊縫具有很高的質量要求，主要問題如下：
2.1 裂紋
橋殼中段材料為16Mn，軸頭材料為30Mn2，從材料的成份可見，這兩種低合金鋼均有較高的碳當量，尤其30Mn2超過了0.5，在焊接冷卻過程易形成淬火組織，使焊接區硬度提高，塑性下降，易出現裂紋。
2.2 氣孔
產生氣孔的主要原因有：（1）母材中溶解的氣體在凝固過程中來不及逸出；（2）零件毛坯中原來存在的氣孔缺陷和難于清理的油污被重新卷入焊縫；（3）深熔深焊接凝固過程中體積收縮引起的收縮孔。
2.3 焊偏
焊縫的有效深度為13.6mm，釘尖缺陷引出深度最佳為3～5mm，焊縫總的熔深為17mm～19mm。電子束焊縫通常是很窄的，橋殼批生產加工中零件對接端面的垂直精度要求并不是很高，稍微對不正焊縫就會產生焊偏。
3 產品的電子束焊接工藝
3.1 焊前清理
電子束焊熔深大，產品17～19mm的焊縫深度可一次焊透，無需開坡口，加焊絲。由于產品零件經過沖壓、焊接、機加等多道工序，零件表面存在大量的油污、鐵銹，對于束焊質量會產生很大的影響，同時，焊接產生的大量油污蒸汽會對真空室造成污染。因此，電子束焊前，應嚴格對焊接區域附近進行清理，具體步驟如下：
（1）對軸頭采用汽油進行整體清洗，去除油污；
（2）對橋殼中段對接面及兩側進行拋光除銹；
（3）裝配前焊縫對接面及兩側用無水酒精擦拭；
（4）清理完畢后，應立即裝配產品，置入真空室內抽真空保護。
3.2 產品裝配方式
電子束焊接是利用小孔效應成型，為防止焊漏、縮孔等缺陷，對接裝配間隙的要求十分嚴格，通常不大于0.1mm。車橋的這種止口嵌入式焊縫結構還要求內襯環與零件內孔的配合間隙不大于0.5mm。
為適應批量生產高效、方便的要求，軸頭與中段的裝配連接我們采用的是夾具連接方式。
產品的這種拉緊式裝配，可以給接頭預緊力，焊接時抵消部分焊接收縮時所受的拉應力，降低裂紋的產生幾率。另外，足夠大的預緊力，可以防止焊縫在焊接過程中受熱張開，從而省去電子束焊定位的工序。這里要求裝配預緊力矩不小于30Kg?m。
3.3 工藝參數的選擇
我們使用的真空電子束焊機，是高真空（2×10-4Tr）中壓（60KV）型焊機，可編程自動控制焊接過程。電壓值60KV不可調，其余主要設置的焊接參數如下：
3.3.1 工作距離
車橋焊接時，電子槍位于焊縫正上方，實施平焊。有效工作距離范圍是：50mm～400mm。在電子束焊接過程中，焊縫金屬易揮發和電離，產生的金屬蒸汽和飛濺可能進入到電子槍中，對槍體污染或造成高壓擊穿，為防止金屬蒸汽或離子進入電子槍中，工作距離應選擇大一些。依據經驗，該產品工作距離設定在250mm。
3.3.2 聚焦電流
聚焦電流是調節電子束焦點位置的。焦點位置對于焊縫的成型深寬比影響很大，對于鋼材產品大于10mm焊接熔深，通常采用下焦點法聚焦。為實現17mm左右的熔深，同時控制有效焊縫的寬度在2mm以上，依據經驗將束流焦點設在焊縫表面下5mm。
3.3.3 掃描方式
電子束可以通過掃描方式控制束流的能量密度，從而控制焊縫成型。軸頭材料碳當量較高，易造成裂縫缺陷，在保證產品焊透，同時控制熱輸入，應選擇能量密度偏低的圓形掃描方式。此方式可以使小孔呈圓柱形下潛，焊接受熱區域較大，整個焊縫熔寬接近，避免液態金屬凝固過快，可防止裂縫的生成。
3.3.4 焊接速度和焊接電流的匹配
我們利用產品模擬焊接試樣分別進行了多組低速小電流和高速大電流的試驗對比，結果如表：
可見低速小電流的焊接效果非常理想，可以達到焊縫質量控制要求。
3.4 焊縫整形
為避免應力集中，車橋表面焊縫的要求是很高的，必須采用散焦小束流的方式進行外觀焊縫整形焊接，使焊縫圓滑美觀。
4 補焊
焊縫質量經超聲檢驗后，如不滿足車橋質量控制標準，可對焊縫進行全長或局部電子束重熔補焊，消除缺陷。補焊時為保證溶深，應將缺陷處的焊縫余高打磨平。
5 工藝實施效果
（1）利用制定的焊接工藝進行了一萬多件車橋的焊接，經100%超聲檢測，只有8.2%車橋一次焊接不合格，產品質量穩定，完全能夠滿足批量生產焊接的要求。
（2）對每1000根車橋抽檢進行疲勞強度的測試，均能滿足要求。
6 結語
通過對產品結構及材料認真的分析，利用焊接模擬試樣，確定了合理的焊接參數，采取焊接前認真清理、拉緊式裝配等措施，應用真空電子束焊接技術，成功焊接了載重車橋，焊縫內在質量滿足要求，表觀焊縫成型美觀，為真空電子束焊接在車橋批量生產中的應用奠定了基礎。
參與文獻：
電子束焊接范文第2篇
關鍵詞 拓撲絕緣體；含時點接觸； 拉廷格液體；量子輸運
中圖分類號 O413.2 文獻標識碼 A 文章編號 1000-2537（2016）05-0061-04
Abstract The novel topological insulator material has provided the physical foundation for the dissipationless spin transport， possibly constructed the brand-new spintronic devices. The edge state of the topological insulator shows unusual helical feature due to the electron spin-momentum locking. Using the Luttinger liquid theory and nonequilibium Green function， the quantum transport in a quantum spin Hall bar with three quantum point contacts （QPCs） was studied. The currents display very different pump frequency dependence for weak and strong e-e interaction. These unique properties were induced by the helical feature of the edge states， and therefore can be used to detect and control edge state transport.
Key words topological insulator； time dependent quantum point contacts； Luttinger liquid； quantum transport
全電操縱的自旋電子學器件的制備和性能研究是當今凝聚態物理領域的前沿研究課題[1-2].拓撲絕緣體是現代凝聚態物理中的一個重要研究主題.拓撲絕緣體不是常規的超導體，它只能攜帶很小的電流，不能用于超高效電源線，但它為微芯片開發的范式轉移鋪平了道路，這將導致自旋電子學的新應用，即利用電子自旋來攜帶信息.從電子能帶結構上來說，拓撲絕緣態不能用傳統的金屬、絕緣體來描述，而是一種全新的物質態.它的體電子態是有能隙的絕緣態，但它的表面（對三維體系）或者邊緣（對二維體系）電子態則是零能隙有手性的金屬態[3-7].螺旋的表面電子態具有線性色散關系并且自旋與動量滿足特定的手性關系.由于其獨特的能帶結構和手征特性，電子的輸運、磁學和光學性質將明顯不同于普通體系[8-13]. 這個快速成長的領域中的關鍵問題之一是如何檢測和控制的拓撲邊緣態.到目前為止，量子自旋霍爾壩的邊緣態已經通過直流偏壓下測量源極和漏極之間電導檢測到.最近，文獻[14-17]提出使用量子點接觸，即帶間耦合， 來控制邊緣態的輸運.量子霍爾效應不是唯一的拓撲絕緣體，最近物理學家陸續預言并實驗發現了一系列二維材料由于其自身的自旋軌道耦合導致新的拓撲絕緣態.在該類材料中，自旋軌道耦合會在體能帶打開一個帶隙分開完全占據的價帶和空的導帶，并在帶隙里面建立起邊緣態.量子自旋霍爾邊界狀態有重要的自旋過濾性質，它可以使自旋向上的電子向一個方向傳播，而使自旋向下的電子向另一個方向傳播.類比于一種螺旋型粒子的自旋和動量間的關系，后來把這種邊界狀態稱作“螺旋形狀態”.
1 螺旋Luttinger 液體的哈密頓量
螺旋Luttinger 液體的自旋與動量方向鎖定的，只有準一維系統一半的自由度.考慮一個由右移自旋向上，左移自旋向下的螺旋Luttinger 液體[18].由于時間反演對稱性，單粒子的背散射過程被禁止.自由電子的哈密頓量
3 結論
采用玻色化、重整化群及格林函數的方法從理論上研究了3個含時點接觸存在對拓撲邊緣態輸運性質的影響.得到泵浦電流隨偏壓和溫度變化的解析表達式，以及依賴于電子間相互作用冪指數變化規律.研究結果提供了一種調控納米結構中輸運性質的手段.
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電子束焊接范文第3篇
關鍵詞自動化焊接技術；水電設備結構件；應用
中圖分類號：TG409 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0099-01
水輪發電機組中的焊接結構件多為大型構件，對焊縫質量要求高，且焊接熔敷量大。在過去由于采用CO2半自動氣體保護焊來焊接水電設備結構件，焊工技術水平的高低直接決定了焊接的質量。而自動化焊接技術則不然，它具有較好的穩定性，能夠通過自動化機械裝置和自動化控制裝置來代替人工焊接作業。采用自動化焊接技術可以大大降低勞動強度、改善勞動條件，還可以有效地節約人工成本及焊絲成本，提高生產效率。本文就自動化焊接技術在水電設備結構件中的應用進行探討。
1熱絲TIG自動焊在模型試驗機管路中的應用
熱絲TIG焊是指將母材用非熔化的鎢電極來進行熔化，同時填充材料采用焊絲，這種方法能夠較好地降低母材的稀釋率，調節焊接熔池的熱輸入量，且無弧光、無飛濺、電弧穩定性高，尤其適用于對于焊縫外觀要求高的焊縫和精加工坡口。某廠所生產出來的模型試驗機中，需要焊接某些管路，這些管路的坡口為精加工坡口，母材為奧氏體不銹鋼，完全符合自動化焊接技術的適用范圍。所以，利用傾斜鎢極的擺動功能，引入熱絲TIG自動焊接技術及設計工裝來充分熔合窄坡口兩壁的母材，用多層多道的熔敷方式來進行相應的焊接，結果證明，焊縫質量為優質。
2底環、頂蓋、轉輪體上自動化帶極堆焊技術的應用
眾所周知，轉輪體是一種標準的回轉件，其實體外形的一致性較佳。應該將工件通過滾輪架或者變位機來將其放置到適當的位置進行帶極堆焊。自動化焊接可通過轉動轉輪體來實現，槍頭在自動化帶極堆焊過程中可以出于不動的位置。為了大幅度提高焊接質量和焊接速度，可以基于底環、頂蓋、轉輪體等水電設備結構件的斜面狀況和實際尺寸，將普通焊絲用不同帶寬的焊帶（帶寬通常為30～60 mm）來進行代替堆焊。此外，對于底環、頂蓋等平面，也可采用自動化帶極堆焊技術來進行不銹鋼堆焊，起到耐磨、防腐蝕的效果。另外，焊縫表面通常會出現較為明顯的凹凸不平現象，會影響到焊接外觀，所以，需要在表層進行修飾焊。修飾焊的外觀應該滿足以下一些要求：①焊縫表面要超過母材表面，及時打磨焊縫表面超標部分，讓母材與焊縫表面保持較為圓滑的過渡狀態，不能傷害母材，這樣也就不會在日后出現銹蝕點；焊縫表面在每側的寬度應該達到0.5～2.0 mm；③沒有出現焊點、夾渣、裂紋、氣孔、飛濺、熔合等明顯缺陷，外觀應該保持均勻一致。
3焊接機器人的應用
焊接機器人主要適用于焊接巨型水電機組，巨型水電機組的水輪機轉輪通常都具有450 t，焊接是整個轉輪制造最關鍵的工序，工作量很大，每完成一整的轉輪焊接，需要10-12 t的填充焊接材料。自動化焊接技術的應用能夠保證焊接質量，也能夠大幅度提高焊接的工作效率。通常焊接機器人都會配備雙絲埋弧焊、直流埋弧焊兩個焊接電源，焊接方法采用埋弧焊接法，每個焊接機頭所具有的自由度都為六個，能夠實現過渡角焊縫的焊接和坡口填充。但是值得注意的是，巨型水電機組的水輪機轉輪由于結構限制和焊接方法制約，很難實現全部自動化焊接，即便采用了大型焊接變位機，60%的焊接量還是都需要通過手工半自動焊接方法來完成，只有40%的焊接量能夠通過焊接機器人來完成。
4窄間隙埋弧焊的應用
窄間隙埋弧焊是一種較為成熟、且效率較高的焊接技術，被廣泛地應用在制造業的多領域。在水電設備結構件焊接過程中，我們主要將窄間隙埋弧焊用于水輪發電機大軸、水輪機、軸鍛件、大厚板拼焊的焊接過程中，經濟效益顯著，工作效率較高。眾所周知，水利發電機組中最重要的部件之一為水輪發電機大軸和水輪機大軸。我國長期以來都是依靠進口采購整體鍛件來加工成成品，成本較大、供貨困難。為了對這個問題進行解決，最為明智的選擇就是自己焊接成整體，只采用軸鍛件分段鍛制、供貨。哈爾濱電機廠有限責任公司采用這種方法已經完成了多個大型水電站機組的水輪發電機大軸、水輪機大軸的焊接工作，基本是焊接一次合格，焊接坡口最深可達450 mm。目前國內制造企業還開發出了分段焊接水輪機大軸、鋼板分段卷制的工藝技術，用窄間隙埋弧焊接方法來完成環形焊縫和縱向焊縫的焊接工作，從而大幅度提升焊接制造水平，這使得產品的制造周期大幅度縮短，也能夠降低國內企業對于大型鑄鍛件的依賴程度。
5半自動氣體保護焊的應用
由于水電設備結構件結構較為復雜，工序較為復雜，因此，通用的自動化焊接方法應用范圍極其有限，焊接輔助時間也較長。半自動氣體保護焊接方法也就成為了水電設備結構件的主要焊接方法之一，其主要特點就在于其焊接效率高、工作較為靈活，已經成為了目前發展較快的焊接技術。
6自動埋弧焊小車的應用
自動埋弧焊小車具有下述優點：采用雙驅動送絲，壽命長、動態響應快、慣量低、扭矩大，結構緊湊，所有部件均可方便靈活地拆裝，滿足客戶各種實際需要。結構靈活、調整方便，適應多種位置焊接，歡迎埋弧焊機主機廠定制，四輪驅動，手動離合，運行平穩，可靠性好；可焊接碳鋼、不銹鋼、銅及合金等金屬材料；合金鋼送絲輪，使用壽命長，生產效率高；三拖板六自由度及組合式絲盤架，可實現多種焊接方式。
7結束語
總之，自動化焊接技術在水電設備結構件制作中具有極為重要的作用，應用較為廣泛，能夠獲得良好的焊縫質量，還可以提高勞動效率，產生較大的社會效益和經濟效益。
參考文獻
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電子束焊接范文第4篇
關鍵詞：鋁合金；焊接工藝；電子束焊
鋁合金因具有自重輕、成型性能好、焊接性好、耐腐蝕等優點而被人們廣泛關注，并將其運用在各種焊接結構產品當中。相對于鋼板材料的焊接，采用鋁合金材料焊接可以有效的減輕其重量，因此，在對鋁合金采用焊接工藝時，必須采用能量密度大、焊接熱輸入小等特點的焊接方法。在我國已出現了幾種新的焊接工藝，不僅在社會各行各業中得到了廣泛的應用，還解決了鋁合金焊接難的問題，以下對這幾種焊接工藝進行深入分析。
一、攪拌摩擦焊接工藝
在鋁合金焊接工藝中，攪拌摩擦焊接工藝的工作原理也就是：首先，采用一種特殊形式的攪拌頭，再將其插入到需要焊接的部位，其次，開啟設備使攪拌頭高速旋轉，并與鋁合金發生摩擦，此時摩擦的部位就會呈現熱塑性狀態，并且會隨著攪拌頭的作用是整個部位都呈現該狀態，從而將鋁合金焊接在一起。在整個過程中，該焊接工藝并沒有熔化金屬的過程，而是直接將金屬以固態的形式焊接在一起，也就不會存在熔焊焊接的各種缺點，在難以用熔焊焊接的有色金屬材料中具有非常大的貢獻。目前，我們已將該焊接工藝應用在了鋁合金的焊接方面，并取得了不錯的成績。
攪拌摩擦焊接工藝的焊接過程也就是將鋁合金攪拌而呈現塑性變形的狀態，在經過結晶而達到預計的效果。采用這種焊接工藝能夠保證鋁合金的完整性，綜合性能較好，相對于熔焊焊接工藝而言，在整個過程中攪拌摩擦焊接工藝都不會出現飛塵等，這種焊接工藝本身就是一種固態焊接，因此其加熱溫度極低，不會對整個結構件產生影響，更是保證了鋁合金焊接產品的質量。它不同于普通的摩擦焊接，攪拌摩擦焊接工藝并沒有受到設備內部零件的限制，而且具有節能環保的特點。
二、激光焊接工藝
隨著工業技術的不斷發展，激光焊接工藝作為一種新的技術而得到了不斷的發展，因其具有工作效率高、功能強、安全系數高等優點而不斷發展起來。在實際工作中，我們將這一焊接工藝運用在鋁合金當中，實踐證明，這一焊接工藝能夠有效的提高鋁合金的焊接質量與工作效率，并且會有效的降低其熱量的輸入，在工業生產中具有非常大的優勢。在鋁合金構件當中采用這種焊接技術具有以下幾點優點：1）熱變形的區域小，并且在熔區小的情況下有加大的熔深，能量密度較大；2）能夠縮短冷卻的時間，很快的將構件連接；3）縮短了焊接的時間，提高了工作效率，降低了經濟成本；4）不受到外界壓力的影響，焊接質量好；5）如果金屬材料在封閉的狀態下，這種焊接工藝同樣能夠進行；6）這種焊接工藝的適應能力極強，在焊接過程中可以采用計算機技術，以此來對焊接的質量進行嚴格的控制。
目前，我國在采用這種焊接工藝所運用的設備都是CO2與YAG設備，其中CO2設備的功率過大，一般將其運用在厚板焊接當中，如果在鋁合金的表面進行焊接，這種設備就會消耗大量的能量，而YAG設備的功率就相對較小，適應能力較強。
三、鋁合金的電子束焊接
電子束焊是指在真空環境下，利用會聚的高速電子流轟擊工件接縫處產生的熱能，使被焊金屬熔合的一種焊接方法。電子束作為焊接熱源的突出特點是功率密度高、穿透能力強、精確、快速、可控、保護效果好。對于鋁合金電子束焊接，由于能量密度高可大大減小熱影響區，提高焊接接頭強度，避免熱裂紋等缺陷的產生。由于能量密度高，穿透能力強可對難以焊接的鋁合金厚板進行焊接。
同傳統電弧焊接鋁合金相比，電子束焊能量密度高3～4個數量級，與另外一種高能量密度焊接工藝——激光焊接相當。因此焊接接頭的熱影響區非常小，接頭強度較傳統焊接方法提高很多。電子束的穿透性能好，可對大厚度的鋁合金進行施焊，焊后接頭力學性能良好。鋁合金焊縫金屬的抗裂性能隨著焊接能量密度的增加和熱輸入的減少而增加。所以鋁合金電子束焊接接頭的抗裂性能要比采用傳統焊接方法的焊接接頭高很多，一般要比氬弧焊焊縫高出1～1.5倍。鋁合金電子束焊焊后殘余應力小，變形小，對薄板焊后幾乎可做到不變形。電子束焊要求在真空條件下完成，真空是最好的保護手段，在這種條件下可以得到純凈的焊縫金屬，避免了空氣或保護氣體的污染。電子束焊接鋁合金在真空重熔時，焊縫中雜質含量微乎其微，焊縫氣體含量降低接近一半，從而焊縫塑性、韌性大大提高。電子束可控性好，可以方便地進行掃描、偏轉、跟蹤等，易于焊接過程的自動化，并且通過電子束掃描熔池可以消除缺陷，提高接頭質量。
電子束焊接獲得優良的焊縫的最有效方法是焊接過程中同時對剛剛焊過的焊縫進行掃描。回掃間距決定晶粒細化的可控程度，凝固組織可由粗大的柱狀晶轉化為細小等軸晶。對AlMg0.4Si1.2合金進行掃描焊接與無掃描焊接相比，晶體主軸長度減少到無掃描焊接時的1/5；焊縫硬度提高80%，接近母材水平。鋁合金焊縫金屬晶粒細化程度對接頭性能有重要影響。采用具有回掃運動的電子束掃描焊接，可減少合金元素的損失，細化焊縫組織，使之變為細小的等軸晶，并提高硬度。對于已經成核生長的晶體，如果電子束掃描間距過小在電子束掃描時產生重熔，但導致電子束回掃細化晶粒的作用減弱。
鋁合金電子束焊時對電子束流非常敏感，尤其是對于大厚度鋁合金板焊接時，電子束流小時不能焊透，大時產生下塌，出現凹坑。鋁合金電子束焊接的另外一個難點是焊接氣孔。鋁合金表面的氧化膜主要成分是Al2O3和MgO，容易吸收大量的水分是鋁合金焊縫中氣孔的主要來源。鋁合金表面氧化膜比重接近基體，容易進入焊縫產生夾雜、氣孔。尤其是防銹鋁合金電子束焊，氣孔問題較為嚴重。傳統TIG焊鋁合金時通常采用大的熱輸入量并在較低的焊接速度下進行焊接，促使氫從熔池中逸出，而電子束焊接鋁合金時速度快，熱輸入量小，氫來不及從熔池中逸出，容易形成氣孔。通常電子束焊鋁合金采用表面下聚焦和較窄的焊縫以及掃描重熔的方法來防止氣孔的產生。另外，電子束焊接要求在真空條件下進行，所以對鋁合金大型結構件施焊困難。電子束易受周圍環境電磁場的影響，設備比較復雜，費用比較昂貴，所以還沒有達到大規模工業化生產。
四、結束語
通過上述，我們詳細了解到了鋁合金的幾種焊接工藝，并且對其適用范圍以及特點作了詳細的分析，相信在未來的社會發展過程中，鋁合金的焊接工藝會有突飛猛進的發展，而這些焊接工藝也會不斷完善，從而提高鋁合金的焊接質量。
參考文獻
電子束焊接范文第5篇
【關鍵詞】 現代 高能束流 焊接 技術
Abstract : Electron beam welding deve-lopment can be summed up as: high energy density device developed, flexible intelligent equipment, electron beam diagnostic characteristics, The beam and the physical mechanism research and the vacuum electron beam welding equipment and technology research, etc.
當前高能束流焊接被關注的主要領域是:①高能束流設備的大型化-功率大型化及可加工零件(乃至零件集成)的大型化。②新型設備的研制,諸如,脈沖工作方式以及短波長激光器等。③設備的智能化以及加工的柔性化。④束流品質的提高及診斷。⑤束流、工件、工藝介質相互作用機制的研究。⑥束流的復合。⑦新材料的焊接。⑧應用領域的擴展。
1.激光焊接的最新進展
1.1新型激光器
(1)直流板條式(DC Slab)CO2激光器、(2) 二極管泵浦的YAG激光器、(3)CO激光器、(4)半導體激光器、(5)準分子激光器。
1.2激光器功率的大型化、脈沖方式以及高質量的光束模式
以美國PRC公司為例,幾年前,用于切割的CO2激光器功率主要是1500~2000W,而近期的主導產品是4000~6000W,6000W可切割的不銹鋼厚度、碳鋼厚度分別為35 mm和40 mm.
1.3設備的智能化及加工的柔性化
尤其是對YAG激光,由于可用光纖傳輸,給加工帶來了極大的方便。
其主要特點是:①一機多用。②采用一臺激光機可進行多工位(可達6個)加工。③光纖長度最長可達60m.④開放式的控制接口。⑤具有遠距離診斷功能。
1.4 束流的復合
最主要的是激光-電弧復合。深熔焊接時,熔池上方產生等離子體,復合加工時,激光產生的等離子體有利于電弧的穩定;復合加工可提高加工效率;可提高焊接性差的材料諸如鋁合金、雙相鋼等的焊接性;可增加焊接的穩定性和可靠性;通常,激光加絲焊是很敏感的,通過與電弧的復合,則變的容易而可靠。
激光-電弧復合主要是激光與TIG、Plasma以及GMA.通過激光與電弧的相互影響,可克服每一種方法自身的不足,進而產生良好的復合效應。
從能量觀點看,激光電弧復合對焊接效率的提高十分顯著。這主要基于兩種效應,一是較高的能量密度導致了較高的焊接速度;二是兩熱源相互作用的疊加效應。
GMA、激光加絲和激光電弧復合三種方法焊接時線能量、焊縫斷面以及能量利用率的比較。
Laser -TIG Hybrid可顯著增加焊速,約為TIG焊接時的2倍;鎢極燒損也大大減小,壽命增加;坡口夾角亦減小焊縫面積與激光焊時相近。阿亨大學弗朗和費激光技術學院研制了一種激光雙弧復合焊接,與激光單弧復合焊相比,焊接速度可增加約1/3,線能量減小25%.
英國Conventry大學現代連接中心亦有Laser-plasma復合焊接的報導。其優點是:提高焊接速度和熔深;由于電弧加熱,金屬溫度升高,降低了金屬對激光的反射率,增加了對光能的吸收。在小功率CO2激光試驗基礎上,還要在12 000W CO2 激光以及光纖傳輸的2kW YAG激光器上進行,并為機器人進行PALW打基礎。
1.5鋁合金的激光焊接
鋁合金由于比強度高、抗腐蝕性好而得以廣泛應用。CO2激光焊接鋁合金的困難主要在于高的反射率以及導熱性好,難以達到蒸發溫度、難于誘導小孔的形成(尤其是對Mg含量比較小時)以及容易產生氣孔。提高吸收率的措施除了表面化學改性(如陽極氧化)、表面鍍層、表面涂層等外,也有用激光-TIG、激光-MIG的報道,其中MIG- DC electrode position方法由于表面的清理作用強和加絲的合金化作用效果為好。
1.6激光熔覆
激光熔覆與其它表面改性方法相比,加熱速度快、熱輸入少,變形極小;結合強度高;稀釋率低;改性層厚度可精確控制,定域性好、可達性好、生產效率高。
激光熔覆除用于民品外,英、美等國也已用于航空機發動機Ni基渦輪葉片的耐熱、耐磨層的熔覆及修復。
2.我國高能束流焊接現狀
國外電子束焊接發展可歸結為:超高能密度裝置研制、設備智能化柔性化、電子束流特性診斷、束流與物質作用機制研究以及非真空電子束焊設備及工藝的研究等。
在國內,高能束流焊接越來越引起更多相關人士諸如焊接、物理、激光、材料、機床、計算機等工作者的關注。國內在設備水平上,與國外有一定差距,但在工藝研究上,水平則較為接近,甚至在某些方面還有自己的特色。
2.1 激光焊接
在設備生產與研究上,主要生產千瓦級的CO2激光設備和1千瓦以下的固體YAG激光設備。
國內對激光焊接研究主要集中在激光焊接等離子體形成機理、特性分析、檢測、控制、深熔激光焊接模擬、激光-電弧復合熱源的應用、激光堆焊等。清華大學從聲和電的角度,分析了熔透狀態的聲信號,提出了激光焊接等離子體的等效電路及電特性數學模型;在抑制等離子體的負面效應方面,清華大學張旭東、陳武柱等提出了側吸法;國家產學研激光技術中心的肖榮詩、左鐵釧提出了雙層內外圓管吹送異種氣體法;西北工業大學的劉金合提出了外加磁場法。
2.2電子束焊接
我國自行研制電子束焊機始于1960年代,至今已研制生產出不同類型和功能的電子束焊機上百臺,并形成了一支研制生產的技術隊伍,能為國內市場提供小功率的電子束焊機。
近年來,出現了關鍵部件(電子槍,高壓電源等)引進、其它部件國內配套的引進方式,這種方式的優點是:設備既保持了較高的技術水平,又能大大降低成本,同時還能對用戶提供較完善的售后服務。
目前,以科學院電工所的EBW系列為代表的汽車齒輪專用電子束焊機占據了國內汽車齒輪電子束焊接的主要市場份額;我國的中小功率電子束焊機已接近或趕上國外同類產品的先進水平,而價格僅為國外同類產品的1/4左右,有明顯的性能價格比優勢。
2.3等離子弧焊接
