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1、 20142015 学年第一学期高能密度焊文献综述一： 电子束焊接技术的国内外研究现状 二： 激光焊接技术的国内外研究现状 三： 等离子弧焊接技术的国内外研究现状 学院：航空制造工程学院班级： 110343 学号： 11034332 姓名： 章友森 2014 年 12 月 9NANCHANG HANGKONG UNIVERSITY日电子束焊接技术的研究现状及发展前言：近年来随着航空、航天等工业的迅猛发展，焊接技术也在不断地完善和发展，尤其是进入20世纪60年代后，随着焊接新能源的开发和焊接新工艺的研究，等离子弧切割与焊接、激光焊接及真空电子束焊接等高能束技术也陆续得到广泛的应用，将焊接技术翻转
2、到一个新篇章。电子束焊是利用加速和聚集的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的一种焊接方法，与其它熔化焊相比独具的功率密度大、深宽比大、焊接区变形小、能耗低、易于控制实现自动化等优点，在航空、航天及原子能工业和其它军用、民用制造业中得到了高度重视及应用发展。特别是近年来，在航空、航天及原子能等尖端工业的发展需求，不断提出了新的焊接问题，为此，此文献研究当今电子束焊接技术的国内外的研究发展现状，为开展进一步研究工作做铺垫。主题：1948年，德国的物理学家 Steigerwald KH 首先提出了用电子束进行焊接的设想，并发明了第一台电子束焊接设备，这就是电子束焊接的开始。接着在
3、1954年法国的斯托格博士自行研制的一台电子束焊接装置，并为法国的原子能委员会成功焊接了核反应堆的燃料包壳，从而才实现了电子束焊接技术获得了成功。但直到1961年，法国的原子能委员会才首次披露了电子束焊接技术。由于电子束焊接技术以其高能量密度、高熔透性、焊接变形区小、易于控制、能焊接难熔及异种金属等优点，因此得到各工业国家的关注。再经过几十年的发展，目前全世界已有几千台设备在核工业、航空宇航工业、精密加工业及重型机械等工业部门应用，而全球电子束焊接技术较先进的国家是德国、美国及法国等 1。近年来，电子束焊接技术开始发展。如，利用真空电子束进行钎焊，其具备了高质量、高效率、高精确的制造技术，可对
4、各种精密、复杂结构的连接制造有着重大的意义。利用电子束作为加热源，是零件的局部温度迅速均匀加热，在高温的提留时间短，大大的减少了纤料对母材的溶蚀、以及高精度的控制性 2。在国内，由哈尔滨研究所提出的电子束复合连接，它是一种新的非真空电子束焊接方法，利用电子束-等离子弧焊接。主要是使电子束通过真空和等离子枪的阴极进入大气，从而实现焊接的方法。一方面可以减少电子束的能量流失，另一方面有助于等离子弧的稳定，从而保护熔池，改善焊缝成形，增加熔深 3。另外，将活性剂应用在电子束焊接也是目前的一个研究方向。在一定的条件下，活性剂对电子束焊的熔深影响是很大的。并且还可利用电子束扫描进行焊接，它是一种细化晶粒
5、的焊接方法，但目前只在钛合金的焊接方面使用，可在一定程度上细化焊缝组织，降低焊接接头强度以及提高缺口的冲击韧性。总结： 综上所述，目前国内外的电子束焊接技术研究在深度和广度不断的加大，并且取得了一定的积极研究成果。由于电子束焊接对异种材料的优越性，当前各国也在异种材料的电子束焊接方面进行深入的研究。针对世界电子束焊接技术的研究走向及国内研究的不足，深入开展异种材料，特别是航空航天用的高温新型结构材料的电子束焊接机理及工艺研究有着深远的现实意义和良好的应用前景，并可以将电子束焊接技术和工艺进一步的完善和发展。参考文献1 张秉刚，吴林，冯吉才国内外电子束焊接技术研究现状J焊接；2004（2）：5-
6、7.2 李少青，芦风桂，等BNi-2 纤料真空电子束钎焊J航空制造技术；2004，9（1）：72-75.3 马正斌，刘金合，等电子束焊接技术研究及发展J电焊机；2012，42（4）：93-95.激光焊接技术的国内外研究现状前言：激光（Laser）是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的一种高效精密的焊接方法，其激光由光信号在受激辐射过程中被放大而产生的，最早于1960年由美国的 C.H.Townes 和T.H.Maiman 等科学家开发出来。与传统的焊接工艺相比，激光焊接最突出的特点就是功率密度高，热输入小且集中的特点，这使得焊接过程中被焊金属熔化很快，焊接部位的热变形和热影响区
7、很小，有利于提高焊接速度，实现焊接性能较差的金属（如钛合金等）以及非金属材料（如石英）的焊接，甚至完成异种材料之间的焊接。因此被广泛用于航空航天、武器制造、船舶制造、汽车制造、压力容器等领域。随着时代的进步，以及产品的质量要求，对激光焊也提出了新的挑战。主题：激光焊焊接后高的冷却速度有易于实现焊缝组织的细化，同时提高焊缝的力学性能，得到了美国、欧盟、日本等工业发达国家的重视，并在激光技术行业投入巨资发展研究。在国外，德国已大量采用大功率的激光焊进行潜艇结构件或零部件的焊接，而美国也已采用激光焊技术进行军船的制造。其中，美国的 bender 造修船有限公司已经成功的完成了激光焊接系统焊接船体平面
8、分段实验 1。在国内，目前主要的一些激光设备与生产的单位主要生产 KW级别的 CO2激光设备和1KW 一下的固体 YAG 激光设备，缺乏大功率型的激光设备。在激光焊接的研究上主要集中在检测、控制、激光堆焊、超级钢焊接、水下激光焊接、填丝激光焊、铝合金激光焊等。其中，清华大学彭云等人在超细晶粒钢的焊接性及激光焊接的特点，分别进行了400MPa 和800MPa 的超细晶粒钢焊接实验，并且与等离子弧焊接和 MAG 焊接进行了分析比较 2。目前，随着国内外的激光焊接技术的应用领域的不断扩大，面临的技术困难也相随而来，而其自身的工艺特征也是导致激光焊接工艺面临的难题：（1）焊接材料对于激光的吸收率有在着
9、很大的差别。例如，大多数金属材料对激光器所产生的波长约1m 激光有很好的吸收率，但是半导体的材料则却对激光器产生的10.6m 的激光吸收更好。并且在金属材料中，铝合金和钢铁材料对于波长约1m 激光的吸收率也有很大差别。由于不同的材料由于其对激光的吸收率不同，因此在采用激光进行焊接不同材料时，需要考虑到材料对激光的吸收率问题，而分别制定不同的焊前表面处理以及提高被焊材料对激光的吸收效率。（2）在激光焊接金属材料的过程中，易产生热裂纹。这主要是因为激光功率密度高，热影响区小的特点，被焊材料在焊接后由于冷却速度过大，容易在最后凝固的柱状晶晶界区域形成低熔点共晶组织，因此导致结晶裂纹。（3）焊接气孔的
10、产生。铝合金激光焊接的气孔问题至今还未弄清楚，分析认为可能存在以下原因：激光焊接在冷却过程中由于氢的溶解度急剧下降形成氢气孔；低熔点的合金在激光焊接过程中形成高蒸汽压合金元素气体导致气孔；由激光束所引起熔池金属波动匙孔不稳定，而造成熔池金属紊流导致气孔生成。针对此类问题，Kutsuna 和 Yan3对 A3003、A606l、A6N0l、A5052、A5l82进行CO2激光焊接实验，利用气体光谱分析法对微孔中气体成分进行分析比较，发现气孔中气体成分为90%的 H2和10%的 N2，从而证明该材料激光焊接微孔的产生与氢在高温大量溶入有关；另一方面，借助 SEM 观察和孔内 EDX 分析不规则气孔
11、，结果表明孔内壁镁的含量是焊缝附近的4倍，由此认为不规则大气孔与镁元素等低熔点合金的蒸发烧损有关。（4）焊接过程的不稳定性。这主要是由于激光在深熔焊接过程中产生的匙孔效应造成的，由于匙孔主要由金属蒸汽和等离子体构成，这些气体在施焊过程中对于激光有较大的吸收散射作用，因此在激光辐射照度低于一定临界值时，容易造成深熔焊和热导焊不断转换的不稳定模式焊接，最终导致整个焊接过程失稳。（5）对焊前的接头装配精度要求高。由于激光功率密度高，光斑尺寸小，对焊接部位的装配精度要求高，焊缝缝隙很小的变化都容易导致激光辐射耦合的缺陷和热分布的变化，在高反射材料的焊接过程中甚至可能引起激光束危险性的反射。激光焊接技术
12、的研究随着激光器的飞速发展，其激光束流热源的功率和光束质量不断提高，激光焊接技术已经由最初的单一的黑色金属材料的焊接扩展到有色金属、陶瓷材料甚至异种材料之间的连接，并且焊接材料的厚度也向厚板和超薄板两个方向不断扩展。同时，新的技术难点和挑战也不断涌现。各国科学家也在充分发展激光焊接的技术优势或解决激光焊接现有存在的工艺问题方面均进行了大量的研究工作，也产生了许多新的工艺方法和配套设备。例如，采用激光电弧双面复合焊接，相比单一的激光焊，改善了激光焊对装配精度的高要求问题，也利用电弧加热作用提高工件对激光的吸收率，焊接成形良好。总结：激光焊接和其他焊接工艺相比，有着功率密度高，热输入小，可采用光纤
13、传导等技术优势，在个方面的工业具有很大的广阔应用前景。然而，激光焊接工艺自身的特点还存在很多问题和挑战，包括对不同材料的选择性、焊接热裂纹和气孔等缺陷、焊接过程的不稳定性以及对焊件加工的高精度要求等。但是随着人们对激光焊接工艺的进一步深入研究以及激光器技术革新的飞速发展，激光焊接技术的技术先进性正逐步凸显，其应用领域也将不断拓展。在不久的将来，激光焊接技术在材料连接领域必将起到至关重要的作用。参考文献：1徐志超2003年国外舰船制造技术发展概述J 船舶物质与市场，2004（1）：2426.2彭云，王成，陈武柱，等两种规格超细晶粒钢的激光焊接J 焊接学报，2001，21（1）：3135.3Kut
14、suna M，Yan QStudy on Porosity formation in laser welds in aluminium alloys（Report1）：Effects of hydrogen and alloying elementsJ Welding international，1998， 12（12）：937949等离子弧焊接技术的国内外研究现状前言：近年来随着航空、航天等工业的迅猛发展，科学技术不断的进步，焊接技术也在不断地完善和发展，尤其是进入20 世纪60 年代后，随着焊接新能源的开发和焊接新工艺的研究，等离子弧切割与焊接、激光焊接及真空电子束焊接等高能束技术也陆续得
15、到广泛的应用，将焊接技术翻转到一个新篇章。等离子弧焊是通过压缩电弧的方法，将产生氩弧的钨极缩到焊枪喷嘴内部，在喷嘴中通过等离子气，强制电弧从喷嘴的孔道通过，并采用水冷的方式，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。因其具有能量集中、温度高、焰流速度大、刚直性好等特点，作为一种先进实用的连接方法，在工业中得到了越来越广泛的应用。特别是近年来，在航空、航天及原子能等尖端工业的发展需求，不断提出了新的焊接问题，在此将重点介绍国内外先进等离子焊接的研究现状。主题：等离子弧焊是采用等离子焊炬压缩自由电弧，形成高温、高电离度和高能量密度的电弧。其焊缝熔深大、热影响区小以及易得到高质量的焊缝成型和金相组织
16、，得到各国家青睐。目前，我国的等离子焊机占通用弧焊机的几万分之一，而国外达到四分之一，差距之大，令人瞠目结舌。并且国内的焊机和国外相比，技术上还存在很大差别 1。随着国内外的焊接技术不断的发展，通过不断创新自动化程度高、焊接速度快、质量好的焊接设备，在等离子弧焊也有重大突破。穿孔型等离子弧焊接，利用等离子弧熔透工件，并在等离子流力的作用下，使工件形成小孔，使其熔池围绕小孔分布。随着等离子弧的不断移动，新的小孔不断形成，并沿熔池壁向后流动，在冷却后形成焊缝。在 2002 年，哈尔滨工业大学的吴林、董红刚等人针对固定穿孔等离子弧焊率先建立了等离子弧二维稳态热传导模型，对熔池的电流密度和温度分布模拟，并通过迭代法，计算出焊缝熔深和熔宽，其结果与实验结论一致 2。早 2011 年，山东大学王小杰、nts
