高能束焊接.docx

该【高能束焊接 】是由【夜紫儿】上传分享，文档一共【6】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【高能束焊接 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。两种高能束焊接各自特点和应用及其进展前景
对于现代社会，效率对于工业生产是很重要的。因此对于其应用的科学技术也要求很高。为此，在焊接领域提出了利用高能密度束流作为热源的焊接方法， 这就是高能束焊接。目前狗啊能输焊接主要有两种：电子束焊接〔EBW〕和激光焊接〔LBW〕。其能量密度必 TIG 或 MIG 等弧焊方法高一个数量级以上，通常高于 5*105W/cm2。
一、电子束焊接〔EBW〕
EBW 焊接是以会聚的高能电子束流轰击工件接缝处而产生的热能是材料融合的一种焊接方法。这种焊接方法具有以下优点：
⒈电子束功率密度高，其功率密度可达 105-107W/cm2。
⒉焊缝深宽比大。焊缝熔区很深很窄， 其深宽比最高可达50：1，焊件变形可以无视，不少零件可在精加工后焊接，不必进展后续精加工。即使精度要求特别高的零件，焊后精加工留量可以很少，比用常规焊接方法可节约大量精加工工时。可将原整体构造件分解成二件或二件以上工件焊接起来， 可以变革原加工工艺， 省时、省料、甚至可变革原零、部件的构造的设计使其更合理。
⒊电子束不仅能量密度高而且准确可调、被焊零件的厚度可以薄至 ， 厚至 300mm〔钢〕或 550mm〔铝〕，不开破口，一次焊透。
⒋焊接在真空中进展，排解了大气中有害气体(如氢和氧等)的影响。可高质量地焊一些活动性材料如钼、铍、铀、铌、钛等及其合金。
⒌可焊接物理常数差异大的材料， 如格外薄的与格外厚的零件焊接或二者性质差异大的异种金属焊接， 如钢与铜的焊接。
⒍由于电子束能量密度高，焊接速度可以很高， 如焊 O．8ram 薄钢板，焊接速度可迭 200mm／s，焊接 2”0 0mm 熔深锰钢，焊速可达 300mmlmin。在多工位电子束焊机上焊接汽车配电器 (犒一平板焊列配电器凸轮上 )其生产率可迭1440 件／小时。
⒎由于焊接熔区小，焊接速度高，输入能量比常规焊接方法小得多， 因此其热影响区小，有利提高焊接性能。焊接区域邻近温度低，对封装热敏器件如集成电路组件，各类传感器探头的封装极为有利。3
⒏电子束-束焊接参数能够准确掌握，焊接参数重复性高， 因此焊缝的成形与焊后零件尺寸精度等都能保证重复性。
但是电子束焊接也有一些缺点：
⒈电子束捍机本钱昂贵， 国际市场价格一般小型机每台在 3O 万美元以上， 而巨型机要千万美元， 推广应用受肯定限制。
⒉电子束焊接设备涉及高电压、真空、电子光学、各类电源与掌握、计算机技术以及周密机械等，技术涉及面广而简单，对使用人员及修理人员的素养要求高。
⒊电子束与焊缝对中精度要求高，焊前清理、装夹要求严格〔间隙<=〕。
⒋待焊工件的外形和大小受真空室大小的限制，因此应用受到限制。
电子束焊接由于焊接功能强， 工艺效果优越所以应用很广， 几乎用于全部机械制造部门： 汽车、航空航天、原子能、能源、化工、仪表、电机电器、造船、重工业以及一些科研单位，但由于设备价格较贵，在推广上亦受到肯定限制。(1)汽车工业(电子柬焊接应用最广的工业部门， 大约占 5O％ 用量) 生产
上已有四十余种零件用电子柬焊，如各类齿轮、活门、火花塞、配电器凸轮、喷嘴、带冷却槽活塞、离合器、转矩转换器、后桥等。
原子能工业由于设备用的材料种类多、厚度范围广、精度要求高、零件价格贵、所以承受 EBW 是适宜的， 如核反响压力容器、核聚变争论用真空室、锻造铝合金核反响堆心盒、重离子真空室(60ram 厚奥氏体不锈锕)、燃料元件锫栅、热交换器与蒸气发生器管路等。
航空、航天工业由于用特别材料——钛合金、铝合金、高强度合金钢等较多，要求零件重量轻，机械性能好的， 所以应用 EBW 范围广， 如飞机、、宇宙飞船的构造件、飞机的钛合金的机翼大梁、机翼壁板、钛合金机盒与翼盒、发动机转子， 燃气轮机导向叶片、宇宙飞船的镀合金门框与蒙皮等等。
重工业它的零件特点是体积大，焊接厚度深，大功率电子束焊可发挥其优势， 如焊大型齿轮( 2—4m 重，2—18m 吨)齿环与轮毂可用不同材料焊接而成，轧钢板轧辊，低温压力球形容器( 2．16m，壁厚 96mm)，潜艇用舱盖， 大型铸件内部装嵌一层 Monel or Inconel 625 以防海水腐蚀，大压型压力容器(高温高压锅炉)及其热交换器等。
石油化工工业铝合金低温液化气压力罐、输油管道、化工用耐腐蚀传输管道与阀门(比电弧焊的焊缝抗蚀力量提高数倍)。
电机电器、仪表工业电机定子、转子、磁极铁心以焊代铆、整流子、大电流软导线焊接、铜钨大功率开关触头、心脏起博器钛台金外壳、各类传感器探头， 电机的端盖甩冲压件代替精铸件与定子焊接， 用夹具保证定子与转子气隙精度， 减化构造， 降低零件数 1／3，降低加工精度， 本钱显著降低。
IBW 焊接是以激光束作为热源的焊接方法。焊接时，将激光器放射的高功率密度(的激光束聚缩成聚焦光束，用以轰击工件外表，產生热能，熔化工件。这种焊接方法主要特点有：6
〔1〕激光具有直线性、相干性好的特点。可将入热量降到最低的需要量， 热影响区金相变化范围小，且因热传导所导致的变形亦最低。
〔2〕32mm 板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格，可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用。
不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。且因不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形接可降至最低。
激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，且可在工件四周的机具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。
可进展微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能准确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。
焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质材料。
于以自动化进展高速焊接，亦可以数位或电脑掌握。
接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易有回熔的困扰。
不受磁场所影响〔电弧焊接及电子束焊接则简洁〕，能准确的对准焊件。
可焊接不同物性〔如不同电阻〕的两种金属
可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的敏捷性。尤其是近几年来，在 YAG 激光加工技术中承受了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。
以穿孔式焊接，焊道深宽比一般为 5:1，最高可达 10:1。7 激光焊接有以上优点，但也存在很多缺点：
焊缝位置需格外准确，务必在激光束的聚焦范围内。因此也要求待焊工件的装配精度要很高，否则激光束会穿越焊缝。
焊件需使用夹具时，必需确保焊件的最终位置需与激光束将冲击的焊点对准。
高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等，焊接性会受激光所转变。
当进展中能量至高能量的激光束焊接时，需使用等离子掌握器将熔池四周的离子化气体驱除，以确保焊道的再消灭。
能量转换效率太低，通常在5～10％，最正确为 20％，穿透力量也不及电子束，因此最大可焊厚度受到限制。渗透厚度远超过 19mm 的工件，生产线上不适合使用激光焊接。
焊道快速凝固，可能有气孔、裂纹及脆化的顾虑。
设备昂贵。大功率激光设备价格随功率等级提高呈指数增加。
合金元素的挥发焊接过程中一些高挥发性的合金元素 (如硫和磷)从熔池中挥发出来，会导致气孔的产生，而且有很可能产生咬边。
基于这些特点，激光焊接有以下领域的应用：
1. 制造业应用。激光拼焊技术在国外轿车制造中得到广泛的应用，据
统计， 2025 年全球范围内剪裁坯板激光拼焊生产线超过 100 条，年产轿车构件拼焊坯板 7000 万件，并连续以较高速度增长。国内生产的引进车型 P assat ，Buick ，Audi 等也承受了一些剪裁坯板构造。日本以 CO2 激光焊代替了闪光对焊进展制钢业轧钢卷材的连接，在超薄板焊接的争论，如板厚 1
00 微米以下的箔片，无法熔焊，但通过有特别输出功率波形的 YAG 激光焊得以成功，显示了激光焊的宽阔前途。日本还在世界上首次成功开发了将 Y
AG 激光焊用于核反响堆中蒸气发生器细管的修理等，在国内苏宝蓉等还进展了齿轮。
2、粉末冶金领域。随着科学技术的不断进展，很多工业技术上对材料特别要求，应用冶铸方法制造的材料已不能满足需要。由于粉末冶金材料具有特别的性能和制造优点，在某些领域如汽车、飞机、工具刃具制造业中正在取代传统的冶铸材料，随着粉末冶金材料的日益进展，它与其它零件的连接问题显得日益突出，使粉末冶金材料的应用受到限制。在八十年月初期，激光焊以其独特的优点进入粉末冶金材料加工领域，为粉末冶金材料的应用开拓了的前景，如承受粉末冶金材料连接中常用的钎焊的方法焊接金刚石，由于结合强度低，热影响区宽特别是不能适应高温及强度要求高而引起钎料熔化脱落，承受激光焊接可以提高焊接强度以及耐高温性能。
3、汽车工业。20 世纪 80 年月后期，千瓦级激光成功应用于工业生产， 而今激光焊接生产线已大规模消灭在汽车制造业，成为汽车制造业突出的
成就之一。德国奥迪、奔驰、群众、瑞典的沃尔沃等欧洲的汽车制造厂早
在 20 世纪 80 年月就领先承受激光焊接车顶、车身、侧框等钣金焊接， 90
年月美国通用、福特和克莱斯勒公司竟相将激光焊接引入汽车制造，尽管起步较晚，但进展很快。
4、电子工业。激光焊接在电子工业中，特别是微电子工业中得到了广泛的应用。由于激光焊接热影响区小加热集中快速、热应力低，因而正在集成电路和半导体器件壳体的封装中，显示出独特的优越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了应用，如钼聚焦极与不锈钢支持环、快热阴极
灯丝组件等。传感器或温控器中的弹性薄壁波浪片其厚度在 - ， 承受传统焊接方法难以解决， TIG 焊简洁焊穿，等离子稳定性差，影响因素多而承受激光焊接效果很好，得到广泛的应用。
5、生物医学。生物组织的激光焊接始于 20 世纪 70 年月， Klink 等及 j ain[13] 用激光焊接输卵管和血管的成功焊接及显示出来的优越性，使更多
争论者尝试焊接各种生物组织，并推广到其他组织的焊接。有关激光焊接神经方面目前国内外的争论主要集中在激光波长、剂量及其对功能恢复以及激光焊料的选择等方面的争论，刘铜军进展了激光焊接小血管及皮肤等根底争论的根底上又对大白鼠胆总管进展了焊接争论。激光焊接方法与传
统的缝合方法比较， 激光焊接具有吻合速度快， 愈合过程中没有异物反响，
保持焊接部位的机械性质，被修复组织按其原生物力学性状生长等优点将在以后的生物医学中得到更广泛的应用。
6、其他领域。在其他行业中，激光焊接也渐渐增加特别是在特种材料
焊接中国内进展了很多争论，如对 BT20 钛合金、 HEl30 合金、Li-ion 电池等激光焊接，德国玻璃机械制造商 GlamacoCoswig 公司与 IFW 接合技术与材料试验争论院合作开发出了一种用于平板玻璃的激光焊接技术。 2
二、两种高能束焊接在各领域的进展前景
电子束焊接
始终以来,电子束焊接在航空、航天工业中的应用居多,主要应用于飞机重要承力件和发动机转子部件的焊接上。同时,电子束焊接技术作为柔性很好的工艺方法,不仅在发动机制造领域中得到了广泛应用,在涡轮叶片及热端部件修理领域也有其宽阔的市场。另外,电子束焊接在电子、仪表和生物医药工业上也起到了独特的作用。由于在这些工业中,有很多零件对焊接质量要求相当高。电子
束焊接技术可以解决电子和仪表工业中很多周密零件的焊接难题,例如封装焊接、高熔点金属焊接、集中加热焊接、穿透焊接等,其焊缝质量高,工件变形小,焊接 效率也高。凭借 EBW 能量密度高,加热和冷却速度快的特点,承受该焊接技术可以很好地解决异种材料焊接中消灭的两种材料冶金不相容和性能差异问题,因此异 种材料的电子束焊接已经越来越得到人们的重视,尤其是厚大异种材料的焊接、 金属和非金属材料的焊接等。特别是在航空发动机、周密仪器、刀具刃具制造方面有广泛的应用前景。
今后电子束焊接的进展趋势可以概括为:
(1)连续扩大在航空航天工业中的应用范围,并在修复领域发挥作用； (2)焊接设备将趋向多功能化和柔性化；
(3)非真空电子束焊接的争论和应用将日益成为热点；+- (4)在厚大件和批量生产中连续发挥其独特优势；
(5)电子束焊接将成为空间构造焊接的强有力工具。5
激光焊接
目前,在激光焊接技术争论与应用方面处于世界领先水平的国家有德国、日本、瑞士和美国等国。横流连续 CO2 激光加工设备的输出功率可达 20kW ,脉冲Nd∶YAG 激光器的最大平均输出功率也已到达 4kW ,并且实现了纳秒级的脉冲宽度。激光焊接能够实现的材料厚度最大已达 80mm ,最小为 0. 05mm ,大局部材料的激光焊接质量均超过传统焊接工艺。激光焊接技术正朝着低本钱、高质量的方向进展,具有很大的进展潜力和进展前景。可以预料,激光焊接工艺将逐步占据焊接领域的主要位置,并取代一些传统落后的焊接方法。激光焊接技术在迅猛进展的同时,也面临着一些的课题,其中包括:高功率低模式激光器的开发及在焊接中的应用;纳秒级短脉冲顶峰值功率激光焊接过程中激光与材料的作用机制;超薄板材激光焊接工艺的优化与接头性能的检测;激光焊接时声、光、电信号的反响掌握;激光焊接过程中等离子体的产生对焊接质量的影响等等。激光焊接技术面临的这些的挑战,有待于从事激光焊接的争论人员进展深入的探讨,同时,这些问题的提出也预示着激光焊接技术正向着更加深化的方向进展。1
参考文献： 1



陈芙蓉,霍立兴,. 电子束焊接技术在工业中的应用与进展
/view/
jdzj /gongyi/article/2025-4-19/12713-