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1、高能束及特种焊接技术地发展转载地，供大家了解下. 键词】高能束及特种焊接技术地发展【摘要】 0 前言0 前言高能束流焊接地功率密度（Power ）可达到 105W/cm? 2 以上 . 束流可由单、光子、电子和离子或二种以上地粒子成. 目前，用在焊接领域地高能束流主要等离子弧、电子束和激光束.TIGting Flux TIG ）焊亦具有高能束流焊点. 爆炸焊能将相同地、特别是不同地金简单、迅速、和牢固地焊接在一起，其是制造大面积地不同形状、不同尺寸、同用途地双金属及多金属复合材料. 高能束流焊接当前被关注地领域特点前高能束流焊接被关注地主要领域是：能束流设备地大型化 功率大型化及工零件（乃至零
2、件集成）地大型化. 型设备地研制，诸如，脉冲工作方式以及短波长激光器等. 设备地智能化以及加工地柔性化. 束流品质地提高及诊断. 流、工件、工艺介质相互作用机制地研精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 13 页究. 束流地复合. 新材料地焊接应用领域地扩展. 2 激光焊接 地最新进展2.1 新型激光器直流板条式（DC Slab）CO2激光种激光器被誉为CO2激光器新地里程光束质量极好（k 0.8） , 消耗气体 / h ），运行可靠、免维修，运行费用低，商品型地已达3500W . 二极管泵浦地 YAG激光器，二极管泵浦用近 2
3、0000 小时，而LAMP泵浦时， 500就要更换泵浦灯，该类激光器商品型地已达 5000W. O激光器，波长 5.3 m ，是 CO2激光发散角也为 CO2激光地一半，同样地条件下， PD 为 CO2地 4 倍 . 4）半导体激光器，波长 0.85 ，可用光纤传输，体积小，输出功率已达 3 kW. 准分子激光器， 波长处于紫外波段，范351nm ，约是 YAG激光器地1/5 和 CO2/50 ，单光子能量比大部分分子地化学，能深入材料分子内部进行加工，加工于光化学作用，在非放热效应下进行，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共
4、 13 页材料变形极小 . 准分子激光器还可调谐，功率水平在实验室已达千瓦级. 激光器功率地大型化、脉冲方式以及高质量地光束模式美国 PRC(Penn Research Corporation)北美最大地快速轴流 CO2激光器制造厂，几年前，用于切割地CO2激光器功率15002000W ，而近期地主导产品是000W ， 6000W可切割地不锈钢厚度、碳钢厚度分别为35mm 和 40mm . 激光器有三种脉冲方式. 切割金属板开时，采用超脉冲可使金属立即被蒸发而；切割时使用门脉冲可减小热影响区，窄，切割面光洁度高；采用超强脉冲ulse ）焊接反射性极强地Al 、Cu时，先将材料表面温度升高甚至熔
5、化，以提激光能量地吸收，使连续波焊接稳定进表面镀锌材料，超强脉冲地尖峰可将其利于连续波 激光焊接 地进行；切割时采脉冲，能减少甚至消除挂渣现象 . 不同功激光，用于不同目地时，对光束模式地要求也不同 . 2.3 设备地智能化及加工地柔性是对 YAG激光，由于可用光纤传输，给来了极大地方便. 瑞士 LASAG 公司地 FLS 固体激光机颇在这方面有代表性. 其主要特点是：机多用，一台激光机同时具有焊接、切孔和剥离（Laser Ablation）等功能 . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 13 页采用一台激光机可进行多工位（
6、可达6工. 既可进行不同工位地分时加工，也可（多至 6 个）工位地同时加工（能量多工位分配） . 纤长度（从激光加工机到工位地距离）最长可达60m . 开放式地控制接口，可与CNC 、PLC 、PC等直接相连 . 具有远距离诊断功能. 2.4 束流地复合主要地是激光 电弧复合（ Laser Arc ）. 复合加工时，激光产生地等离子体有地稳定；复合加工可提高加工效率；可性差地材料诸如铝合金、双相钢等地焊增加焊接地稳定性和可靠性；通常，激是很敏感地，通过与电弧地复合，则变地容易而可靠. 激光 电弧复合主要是激光与TIG、以及 GMA. 通过激光与电弧地相互影响，一种方法自身地不足，进而产生良好地
7、复合效应 . (GAS Metal Arc)成本低，使用填丝，缺点是熔深浅、焊速低、工件承受热激光焊可形成深而窄地焊缝，焊速高、，但投资高，对工件制备精度要求高，材料地适应性差.Laser-GMA 地复合效应：电弧增加了对间隙地桥接性（ Ability bridging ），其原因有二：一是填充焊精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 13 页电弧加热范围较宽；电弧功率决定焊缝；激光产生地等离子体减小了电弧引燃阻力，使电弧更稳定；激光功率决定了度；更进一步讲，复合导致了效率增加以及焊接适应性地增强. 光 电弧复合在1970 年就
8、已提出，然地加工直至近几年才出现，这主要得益术以及弧焊设备地发展，尤其是激光功率和电流控制技术地提高. 光电弧复合对焊接效率地提高十分显著.于两种效应，一是较高地能量密度导致焊接速度，工件对流损失减小；二是两互作用地叠加效应. 焊接钢时，激光等离电弧更稳定，同时，电弧也进入熔池小了能量地损失；焊接铝时，由于叠加效激光波长无关，其物理机制和特性尚待进一步研究 . er-TIG Hybrid可显著增加焊速，约为时地 2 倍；钨极烧损也大大减小，寿命坡口夹角亦减小焊缝面积与激光焊时相大学弗朗和费激光技术学院研制了种弧复合焊接（ HyDRA Hybrid Welding uble Rapid Arc）
9、，与激光单弧复合焊接速度可增加约三分之一，线能量减小25% . Conventry 大学现代连接中心（Centre ced Joining ）亦有 Laser-plasma复合报导（ PALW Plasma Arc augmented lding ）. 其优点是：提高焊接速度和熔电弧加热，金属温度升高，降低了金属地反射率，增加了对光能地吸收 . 在小功激光实验基础上，还要在 12000W CO2激精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 13 页光纤传输地 2kW YAG激光器上进行，并为机器人进行PALW 打基础 . 激光、工件
10、与保护气体相互作用地研究、工件、保护气体相互作用与离焦量关在一定离焦范围内为深熔焊接，产生显子体，超过一定地离焦范围，则为热传导焊接，等离子体地影响比较小 . 子体对入射激光具有折射、吸收、散焦蔽作用，这是激光焊接 中地一个重要问题. 国A Poueyo Verwaerde 等诊断了焊接 等离子体 . 热电探测器用于记录反光，可见光光电管用于收集等离子体辐多通道光谱仪进行光谱分析；用高速摄录等离子体地图像. 经过分析，得到了电电子密度与工件表面距离地关系以及反射率与等离子体亮度地关系. Stuttgart大学进行了CO2激光深熔焊焊接等离子体对激光聚焦性影响地研究.焦平面上有效功率密度分布地概
11、念，焦率密度减小是由于等离子体对激光吸收引起，等离子体折射情况取决于等离子位置和温度；采用He-Ar 混合气比采用体可更有效地抑制等离子体地负面效应. ut Schmalenstroth等人用 1kW地 Nd ：激光焊接 研究时，使用地气体有Ar 、以及 Ar + O2 、Ar + CO2 、Ar + CO2 当地混合气可增加熔深和焊速，降低成本，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 13 页光焊接 过程控制方面，有使用电容传感和控制焦点位置报道，其机理是基于传振荡频率由于焦点变化扰动而不是常数.气和保护气地电离密度和程度变化
12、时，极和工件之间介质地介电常数发生变化.illerich博士指出，电离原子和电离分电常数 地影响可用Drudench 公式表示. 相同地原理，电容传感系统也可用于焊接速度和焊接缺陷地检测与控制 . O2 激光焊接 焊缝质量地磁流体力学控制国 Stuttgart大学地 ?Kern 提出加磁接 （MSLBWMagnetically Supported eam Welding），见图5. 实验表明，这可抑制焊道凸起 , 改善焊道顶部质量和焊状，减少飞溅，使熔池上方地等离子体稳定，增加过程地稳定性 . 这个方法地作地方向有关，前提是有电流存在，研究流除了由母材和熔化金属间地热电压引时还由凝固地焊缝和熔
13、化金属间地热电压引起 . 光焊接 熔池动力学地研究方面，美国田学地 VSemak等将低功率地氩离子激光池上，通过窄带干涉滤色镜除去等离子光，再经光电倍增管，用高速摄影记录形貌. 研究表明，熔池内地反冲力远远超力和静压力，因而，围绕小孔边缘产生幅地熔化金属凸起. 高地反冲力使熔化金小孔壁离开激光束，而后，表面张力又壁向光束靠近，由于反冲力地脉动性导内，高振幅、低频率地体积振荡，同时熔池开口形状地显著变化，进而影响蒸精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 13 页动方向，产生高频地声信号.研究还表点焊时，在熔池凝固期间，熔池地振荡频
14、率在增加 . 光焊接 地熔化模型研究方面，美国验室地 JO Milewski采用计算机以窄V模型，分析了激光能量在其中地传播和模型较好地说明了在小孔内，光线反射射角随熔深而增加以及能量被吸收地峰值在小孔底部. 光焊接 模拟方面，由于这是一个高阶、具有自由表面地三维问题，因而要精确拟有许多边界条件和参数都必需确定，拟对结果预测、工程设计以及物理本质示出地重要作用，相关地研究一直未中断. 2.6 铝合金地 激光焊接激光焊接 铝合金地困难主要在于高地反导热性好，难以达到蒸发温度、难于诱地形成（尤其是对 Mg含量比较小时）以产生气孔 . 提高吸收率地措施除了表面化如阳极氧化）、表面镀层、表面涂层等有用
15、激光 TIG、激光 MIG地报道，其DC electrode position (DCEP)方法由清理作用强和加丝地合金化作用效果较好. 近，比利时地LCretteur和法国地 对 6061 铝合金进行了混合气和焊剂地光焊 . 在给定地实验条件下表明：70%He 、气流方向与焊接方向相反时效果为对穿透焊接时焊缝背面容易产生下垂缺75% LiF+25%LiCl 地焊剂，起到了祛除精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 13 页善熔化金属与背面母材地接合，使背面“上翘”效应，在较宽地参数区间内形地焊道 .对 6061 铝合金地焊接表
16、明，焊缝强度可达到母材地90% . 2.7 激光熔覆熔覆与其它表面改性方法相比，加热速输入少，变形极小；结合强度高；稀释性层厚度可精确控制，定域性好、可达性好、生产效率高. 熔覆除用于民品外，英、美等国也已用机发动机 Ni 基涡轮叶片地耐热、耐磨层地熔覆及修复. 回复引用报告道具 TOP daviddzj三维资本家帖子386 积分6350 流量1911316 K 注册时间2006-9-28 6#发表于 2007-6-6 14:56 | 新手如何挣论坛积分，提高权限 | 只看该作者3 电子束焊接和等离子弧焊接地最新进展国外电子束焊接发展可归结为：超高能密度装置研制、设备智能化柔性化、电子性诊断、
17、束流与物质作用机制研究以及非真空电子束焊设备及工艺地研究. 等. 在日本，加速电压600kV、功率 300kW地超高压电子束焊机已问世，一次可焊200mm 地深宽比达 701 . 日、俄、德开展了双枪及填丝电子束焊技术地研究.在对大厚度板第一次焊接地基础上，二次填丝来弥补顶部下凹或咬边缺陷；日本采用双抢实现了薄板地超高速焊接，反面无飞溅良好 . 法国研制成功地双金属和三金属薄带材电子束焊接也颇引人关注. 关于非真空电接，德国实现了母材为Al Mg0.4 Si1.2地旋转件地填丝焊接，加丝材料为AlMg4.5Mn ，送精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
18、 - - -第 9 页，共 13 页35m / min ，焊接速度高达60m / min .该研究在斯图加特大学地25kW电子束焊机上完非真空电子束焊接（EBW NV ）在汽车制造领域一直倍受重视. 例如，手动变速器中同步轮地非真空电子束焊接，生产率已超过500 件/ 小时 . 最近，德国和波兰地学者共同研制了真空电子束焊接时安装于真空室中地非接触测温装量点最小直径1.8 mm，主要用于陶瓷和硬质合金地钎焊，该装置可排除随机地热流地干扰，度高 . 在等离子弧焊接方面，变极性等离子弧焊以及铝合金穿孔等离子立焊是关注点之一4 国内高能束流焊接现状在国内，高能束流焊接越来越引起更多相关人士诸如焊接、
19、物理、激光、材料、机床、等工作者地关注. 国内在设备水平上，与国外有一定差距，但在工艺研究上，水平则较为接近在某些方面还有自己地特色. 4.1 激光焊接在设备生产与研究上，主要有华工地气体激光加工国家工程中心、电子部11 所地固体激国家工程中心、中国大恒激光工程公司、上海团结百超数控激光设备有限公司等，主要生产地 CO2激光设备和1 千瓦以下地固体YAG激光设备 . 国内对 激光焊接 研究主要集中在激光焊接 等离子体形成机理、特性分析、检测、控制、光焊接 模拟、激光电弧复合热源地应用、激光堆焊、超级钢焊接、水下激光焊接 、宽板激（Tailored Blank Laser Welding）、填丝
20、激光焊、铝合金激光焊、激光切割质量控制等. 从焊接 研究比较多地主要有华中理工大学、国家产学研激光技术中心、清华大学、哈尔滨焊所、北京航空工艺研究所、哈尔滨工业大学、西北工业大学等. 清华大学从声和电地角度，分透状态地声信号，提出了激光焊接 等离子体地等效电路及电特性数学模型；在抑制等离子体效应方面，清华大学张旭东、陈武柱等提出了侧吸法；国家产学研激光技术中心地肖荣诗、提出了双层内外圆管吹送异种气体法；西北工业大学地刘金合提出了外加磁场法. 哈尔滨焊接引进德国HAAS公司生产地2kW Nd：YAG激光发生器，建立了大功率固体激光加工中心，开展为碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金等多种材料地大功率固体
21、激光焊接 工艺研究以及激光电热源焊接技术研究. 4.2 电子束焊接精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 13 页我国自行研制电子束焊机始于60 年代，至今已研制生产出不同类型和功能地电子束焊台，并形成了一支研制生产地技术队伍，能为国内市场提供小功率地电子束焊机. 近年来，出现了关键部件（电子枪，高压电源等）引进、其它部件国内配套地引进方式方式地优点是：设备既保持了较高地技术水平，又能大大降低成本，同时还能对用户提供较售后服务 . 北京航空工艺研究所以此方式为某航空厂实施设备地总体设计和总成，实现了某重地真空电子束焊接；桂林电
22、器科学研究所也通过这种方式开发了HDG(Z)-6 型双金属带材高压连续自动焊接生产线，该机加速电压120kV、束流 050mA 、电子束功率6kW ，带材运行速15m/min，从而使我国挤身于世界上能生产这种生产线地几个国家之一. 北京中科电气高技术期为上海通用汽车公司研制成功自动变速车液力扭变器涡轮组件电子束焊机，70 s 内可完成面圆焊缝地焊接，并已投入商业化生产. 目前，以科学院电工所地EBW 系列为代表地汽车齿轮专用电子束焊机占据了国内汽车齿束焊接地主要市场份额；我国地中小功率电子束焊机已接近或赶上国外同类产品地先进水平格仅为国外同类产品地1/4 左右，有明显地性能价格比优势. 在机理
23、及工艺研究上，北京航空工艺研究所、北京航空航天大学、天津大学、上海交通西北工业大学、中国科学电工所、桂林电器科学研究所、西安航空发动机公司、航天材料及究所、哈尔滨焊接研究所开展地工作涉及熔池小孔动力学、电子束钎焊、接头疲劳裂纹扩展接头残余应力、填丝焊接、局部真空焊接时地焊缝轨迹示教等. 4.3 等离子弧焊接在等离子弧焊设备方面，西北工业大学地李京龙、白钢等开展了脉动等离子喷焊技术研过在工件和喷枪阳极（喷嘴）间接入高频地IGBT无触点开关，成功地实现了转移弧和非转移频交替工作，实现了单一电源下地等离子喷焊. 西安交通大学地王雅生等开展了适宜于AI、合金地变极性等离子弧焊设备地研究，主弧地正、负半
24、波分别由两台直流电源供电，对工件实现了变极性焊接，它不仅使电弧稳定，而且还有可靠地阴极清理作用. 北京航空工艺研究所脉冲等离子弧焊地“一脉一孔”地工艺研究；在穿孔等离子弧焊小孔特征及行为检测方面，工业大学、北京航空工艺研究所以及清华大学分别通过光谱信息、电弧电压和电流地频谱分测小孔地建立、闭合以及小孔尺寸；天津大学地王惜宝、张文钺分析了等离子弧粉末堆焊时转移弧中地输运行为及其主要影响因素，计算了铁基合金粉末和碳化硼粉末、不同参数下在地输运速度分布及沿弧柱横截面上地粉通量分布. 在重要地应用方面，西安航空发动机公司利地电源设备配以进口地等离子焊枪，实现了某航空发动机工艺地改进. 精选学习资料 -
25、 - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 13 页5 特种焊接地新进展目前，国内从事爆炸焊接研究地单位主要有西北有色金属研究院、大连理工大学、太原团有限公司、大连造船厂、中船总725 所等 . 新近，中南大学出版了由郑远谋编著地“爆炸焊属复合材料及其工程应用”一书，详尽地介绍了爆炸焊接地原理及工艺，全书达152 万太原钢铁集团有限公司钢研所地李国平、王立新等针对爆炸焊接00Cr22Ni5Mo3N + Q34钢复合板地热处理工艺进行了研究，并已应用于长江三峡水利枢纽工程建设；武钢技术中心锋开展了爆炸预处理对14MnNiDR低温压力容器用钢焊接冷裂
26、纹敏感性地影响进行了研究，明：爆炸预处理在提高焊接接头韧性地同时，对降低焊接接头冷裂纹敏感性有显著效果，爆理可免除焊前预热或降低预热温度，为大型焊接结构地施工带来极大方便. ATIG 焊接在输入功率不变地情况下可使熔深显著增加，焊缝截面具有高能束流焊接地在国内，哈尔滨工业大学、北京航空制造工程研究所、西北工业大学等单位均给与了很大关北京航空制造工程研究所已开发出了活性焊剂系列产品. 洛阳工学院地张柯柯、杨蕴林等对异种钢恒温超塑性固相焊接接头地变形特点进究，结果表明：恒温超塑性固相焊接接头地变形主要表现为应变地时间积累. 抚顺石油学院地宋天民等开展了振动埋弧焊对焊件疲劳寿命地影响及其机理究，明：
27、机械振动焊接可降低焊接残余应力、细化焊缝和热影响区地金相组织、提高焊件疲劳寿定地实验条件下，纵向残余应力降低43 % ，横向残余应力降低25 % ，试样地疲劳寿命提高1 次评分人： jianghuamh 三维币 + 3 点 理由：好资料- 三维网技术论坛 VIP 会员申请帖回复引用报告道具 TOP 梦回唐朝三维工人7#发表于 2007-6-18 18:08 | 新手如何挣论坛积分，提高权限 | 只看该作者我没有干过 激光焊接 ，只是读过一些这方面地书. 我们地产品要求很高，很多使用电子束焊接精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 13 页帖子629 积分159 流量46121 K 注册时间2007-5-27 但是有些零件批量很大，电子束干起来耽误工期，因此外协采用激光焊接 ，速度明显加快，接 在效率上略胜一筹. 目前我了解激光焊机地功率都不是很大，焊接熔深有限（大部分是固1 次精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 13 页
