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1、高能束焊接高能束焊接n等离子弧焊接等离子弧焊接n电子束焊电子束焊n激光焊激光焊焊接热源的最小加热面积、最大功焊接热源的最小加热面积、最大功率密度和温度率密度和温度热源热源最小加热面积最小加热面积/cm/cm2 2最大功率密度最大功率密度/Wcm/Wcm- -2 2温度温度乙炔火焰乙炔火焰1010-2-22102103 332003200金属极电弧金属极电弧1010-3-310104 46000K6000KTIGTIG1010-3-31.51.5 10104 48000K8000K埋弧焊埋弧焊1010-3-32 2 10104 46400K6400K电渣焊电渣焊1010-3-310104 420
2、00K2000KMIGMIG1010-4-410104 410105 5COCO2 2焊焊等离子等离子1010-5-51.51.5 10105 518000K18000K电子束电子束1010-7-710107 710109 9激光激光1010-8-8等离子弧焊接等离子弧焊接n定义：借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得高能量密度的等离子弧进行 焊 接 的 方 法 PAW）。等离子弧焊接等离子弧焊接第一节等离子弧的形成及特性-等离子弧的形成n n等离子弧定义：通过外部拘束使自由电弧的等离子弧定义：通过外部拘束使自由电弧的弧柱被强烈压缩所形成的电弧。弧柱被强烈压缩所形成的电弧。第一节等离子弧的形成及特
3、性-等离子弧的形成自由电弧第一节等离子弧的形成及特性-等离子弧的形成电极电极等离子气等离子气保护气保护气拘束喷嘴拘束喷嘴气室气室保护气喷嘴保护气喷嘴工件工件小孔小孔焊缝金属焊缝金属焊接方向焊接方向拘束电弧压缩电弧第一节等离子弧的形成及特性-等离子弧的形成第一节等离子弧的形成及特性-等离子弧的形成n n三种压缩机制：三种压缩机制：n n机械前提）：利用水冷喷嘴孔道限制机械前提）：利用水冷喷嘴孔道限制弧柱直径，来提高弧柱的能量密度和温弧柱直径，来提高弧柱的能量密度和温度。度。n n热主要原因）：由于水冷喷嘴温度较热主要原因）：由于水冷喷嘴温度较低，从而在喷嘴内壁建立起一层冷气膜，低，从而在喷嘴内壁
4、建立起一层冷气膜，迫使弧柱导电断面进一步减小，电流密迫使弧柱导电断面进一步减小，电流密度进一步提高。弧柱这种收缩谓之度进一步提高。弧柱这种收缩谓之“热热收缩收缩”，也可称为，也可称为“热压缩热压缩”。n n电磁必然存在）：弧柱电流本身产生电磁必然存在）：弧柱电流本身产生的磁场对弧柱有压缩作用的磁场对弧柱有压缩作用(即磁收缩效即磁收缩效应应)，电流密度越大，磁收缩作用越强。，电流密度越大，磁收缩作用越强。第一节等离子弧的形成及特性-等离子弧的类型n n按电源连接方式分为非转按电源连接方式分为非转移型、转移型和联合型。移型、转移型和联合型。 焊接中最焊接中最常用的类常用的类型？型？第一节等离子弧的
5、形成及特性-等离子弧的形成n n等离子弧的影响因素等离子弧的影响因素n n电流电流n n喷嘴孔径尺寸喷嘴孔径尺寸n n等离子气种类及流量等离子气种类及流量H2、N2、Ar）第一节等离子弧的形成及特性-等离子弧的特性第一节等离子弧的形成及特性-等离子弧的特性n nTIG:10000-24000KTIG:10000-24000Kn n104w/cm2104w/cm2n nPAW:24000-50000KPAW:24000-50000Kn n105w/cm2105w/cm2第一节等离子弧的形成及特性-等离子弧的特性n nTIG:斑点热量是焊接的主导能量斑点热量是焊接的主导能量n n弧柱的传导辐射对于
6、焊接是次弧柱的传导辐射对于焊接是次要能量要能量n nPAW:弧柱高速高温等离子体通过接弧柱高速高温等离子体通过接触传导与辐射可能成为焊接的主要触传导与辐射可能成为焊接的主要能量能量n n斑点热量降为次要能量斑点热量降为次要能量第一节等离子弧的形成及特性-等离子弧的特性n n挺度好、冲击力大挺度好、冲击力大面积变化20%第一节等离子弧的形成及特性-等离子弧的基本方法n n(1)(1)小孔型等离子弧小孔型等离子弧小孔型等离子弧小孔型等离子弧 小孔型焊又小孔型焊又小孔型焊又小孔型焊又称鼻孔、锁孔或穿透焊，它是利用称鼻孔、锁孔或穿透焊，它是利用称鼻孔、锁孔或穿透焊，它是利用称鼻孔、锁孔或穿透焊，它是利
7、用等离子能量密度大和等离子流力大等离子能量密度大和等离子流力大等离子能量密度大和等离子流力大等离子能量密度大和等离子流力大的特点，将工件安全熔透并产生一的特点，将工件安全熔透并产生一的特点，将工件安全熔透并产生一的特点，将工件安全熔透并产生一个贯穿工件的小孔。被熔化的金属个贯穿工件的小孔。被熔化的金属个贯穿工件的小孔。被熔化的金属个贯穿工件的小孔。被熔化的金属在电弧吹力、液体金属重力与表面在电弧吹力、液体金属重力与表面在电弧吹力、液体金属重力与表面在电弧吹力、液体金属重力与表面张力相互作用下保持平衡。焊枪前张力相互作用下保持平衡。焊枪前张力相互作用下保持平衡。焊枪前张力相互作用下保持平衡。焊枪
8、前进时，小孔在电弧后方锁闭，形成进时，小孔在电弧后方锁闭，形成进时，小孔在电弧后方锁闭，形成进时，小孔在电弧后方锁闭，形成完全焊透的焊缝。完全焊透的焊缝。完全焊透的焊缝。完全焊透的焊缝。n n按焊缝成形原理分，等离子弧焊有三种基本方法：小孔按焊缝成形原理分，等离子弧焊有三种基本方法：小孔按焊缝成形原理分，等离子弧焊有三种基本方法：小孔按焊缝成形原理分，等离子弧焊有三种基本方法：小孔型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊和微速等离子弧焊。型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊和微速等离子弧焊。型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊和微速等离子弧焊。型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊和微速等离子弧焊。第一节等离子弧的形成及特
9、性-等离子弧的基本方法n n(2)(2)熔透型等离子弧焊熔透型等离子弧焊熔透型等离子弧焊熔透型等离子弧焊 当离子气流量较当离子气流量较当离子气流量较当离子气流量较小、弧柱压缩强度较弱时，这种等离子弧在小、弧柱压缩强度较弱时，这种等离子弧在小、弧柱压缩强度较弱时，这种等离子弧在小、弧柱压缩强度较弱时，这种等离子弧在焊接过程中只熔化工件而不产生小孔效应。焊接过程中只熔化工件而不产生小孔效应。焊接过程中只熔化工件而不产生小孔效应。焊接过程中只熔化工件而不产生小孔效应。焊缝成形原理和钨氩弧焊相似。其主要用于焊缝成形原理和钨氩弧焊相似。其主要用于焊缝成形原理和钨氩弧焊相似。其主要用于焊缝成形原理和钨氩弧
10、焊相似。其主要用于薄板单面焊双面成形及厚板的多层焊。薄板单面焊双面成形及厚板的多层焊。薄板单面焊双面成形及厚板的多层焊。薄板单面焊双面成形及厚板的多层焊。n n(3)(3)微束等离子弧焊微束等离子弧焊微束等离子弧焊微束等离子弧焊30A30A以下熔透型焊以下熔透型焊以下熔透型焊以下熔透型焊接通常称为微束等离子弧焊。采用小孔径压接通常称为微束等离子弧焊。采用小孔径压接通常称为微束等离子弧焊。采用小孔径压接通常称为微束等离子弧焊。采用小孔径压缩喷嘴缩喷嘴缩喷嘴缩喷嘴(0(06 6112mm)2mm)及联合型弧。及联合型弧。及联合型弧。及联合型弧。它又称针状等离子弧。焊接电流小至它又称针状等离子弧。焊
11、接电流小至它又称针状等离子弧。焊接电流小至它又称针状等离子弧。焊接电流小至1A1A以下以下以下以下仍有较好的稳定性。仍有较好的稳定性。仍有较好的稳定性。仍有较好的稳定性。第一节等离子弧的形成及特性-等离子弧的适用范围等离子弧等离子弧焊与与钨极极氩弧弧焊一一样，可手工，可手工焊也可自也可自动焊，可填加，可填加焊丝或不填加或不填加焊丝。等离。等离子子焊可以可以焊接碳接碳钢、不、不锈钢、铜合金、合金、镍合金合金以及以及钛合金等。不开坡口合金等。不开坡口对接能一次接能一次焊透的厚透的厚度，度，见表。表。第一节等离子弧的形成及特性-双弧现象及防止在采用转移弧时，由在采用转移弧时，由于某些原因，有时除于某
12、些原因，有时除了在钨极和工件之间了在钨极和工件之间燃烧的等离子弧外，燃烧的等离子弧外，还会另外产生一个在还会另外产生一个在钨极喷嘴工件之钨极喷嘴工件之间燃烧的串列电弧，间燃烧的串列电弧，这种现象谓之双弧这种现象谓之双弧第一节等离子弧的形成及特性-双弧现象及防止n n危害：n n破坏稳定性、破坏接头质量n n降低功率、影响穿透力n n危害喷嘴第一节等离子弧的形成及特性-双弧现象及防止n n防止措施：防止措施：防止措施：防止措施：n n正确选择电流正确选择电流正确选择电流正确选择电流n n气体成分及流量气体成分及流量气体成分及流量气体成分及流量n n喷嘴尺寸、外形喷嘴尺寸、外形喷嘴尺寸、外形喷嘴尺
13、寸、外形n n钨极内缩长度、对中钨极内缩长度、对中钨极内缩长度、对中钨极内缩长度、对中n n喷嘴冷却喷嘴冷却喷嘴冷却喷嘴冷却n n距离焊件的距离距离焊件的距离距离焊件的距离距离焊件的距离n n送气方式的改进送气方式的改进送气方式的改进送气方式的改进n n清理喷嘴清理喷嘴清理喷嘴清理喷嘴定义：利用加速和定义：利用加速和聚焦电子束轰击置聚焦电子束轰击置于真空或非真空中于真空或非真空中焊件所生的热能进焊件所生的热能进行焊接的方法称为行焊接的方法称为电子束焊。电子束焊。(EBW) (EBW) 高能束焊接-电子束焊的定义n n（1 1功率密度高功率密度高功率密度高功率密度高电子束焊接时常用的加速电压范电
14、子束焊接时常用的加速电压范电子束焊接时常用的加速电压范电子束焊接时常用的加速电压范围为围为围为围为3030150kV150kV，电子束电流，电子束电流，电子束电流，电子束电流20201000mA1000mA，电子束焦，电子束焦，电子束焦，电子束焦点直径约为点直径约为点直径约为点直径约为0.10.11mm1mm，这样，电子束功率密度可达，这样，电子束功率密度可达，这样，电子束功率密度可达，这样，电子束功率密度可达106W/cm2106W/cm2以上。以上。以上。以上。n n（2 2准确、快速的可控性准确、快速的可控性准确、快速的可控性准确、快速的可控性 作为物质基本粒子的电子作为物质基本粒子的电
15、子作为物质基本粒子的电子作为物质基本粒子的电子具有极小的质量具有极小的质量具有极小的质量具有极小的质量9.110-31kg9.110-31kg和一定的负电荷和一定的负电荷和一定的负电荷和一定的负电荷1.610-19C1.610-19C），电子的荷质比高达），电子的荷质比高达），电子的荷质比高达），电子的荷质比高达1.7610-11C/kg,1.7610-11C/kg,通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。电子束通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。电子束通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。电子束通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。电子束的这一特点明显地优于激光束，后
16、者只能用透境和反射镜的这一特点明显地优于激光束，后者只能用透境和反射镜的这一特点明显地优于激光束，后者只能用透境和反射镜的这一特点明显地优于激光束，后者只能用透境和反射镜控制，速度慢。控制，速度慢。控制，速度慢。控制，速度慢。高能束焊接-电子束的特点n n11电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。目前，电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。目前，电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。目前，电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。目前，电子束焊缝的深宽比可达到电子束焊缝的深宽比可达到电子束焊缝的深宽比可达到电子束焊缝的深宽比可达到60:160:1。焊接厚板时可。焊接厚板时可。焊接厚板时可。焊接厚板时可以不开坡口实现单道焊
17、，比电弧焊可以节省辅助以不开坡口实现单道焊，比电弧焊可以节省辅助以不开坡口实现单道焊，比电弧焊可以节省辅助以不开坡口实现单道焊，比电弧焊可以节省辅助材料和能源的消耗。材料和能源的消耗。材料和能源的消耗。材料和能源的消耗。n n22焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。对精加工的工件可用作最后连接工序，焊后工件对精加工的工件可用作最后连接工序，焊后工件对精加工的工件可用作最后连接工序，焊后工件对精加工的工件可用作最后连接工序，焊后工件仍保持足够高的精度。仍保持足够高的精度。仍保持足够高的精度
18、。仍保持足够高的精度。高能束焊接高能束焊接-电子束焊的优点电子束焊的优点-1高能束焊接高能束焊接-电子束焊的优点电子束焊的优点-2n n33真空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受到氧、真空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受到氧、真空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受到氧、真空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受到氧、氮等有害气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和氮等有害气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和氮等有害气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和氮等有害气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和净化，因而特别适于活泼金属的焊接。也常用电子束净化，因而特别适于活泼金属的焊接。也常用电子束净化，因而特别适
19、于活泼金属的焊接。也常用电子束净化，因而特别适于活泼金属的焊接。也常用电子束焊接真空密封元件，焊后元件内部保持在真空状态。焊接真空密封元件，焊后元件内部保持在真空状态。焊接真空密封元件，焊后元件内部保持在真空状态。焊接真空密封元件，焊后元件内部保持在真空状态。n n44电子束在真空中可以传到较远的位置上进行焊电子束在真空中可以传到较远的位置上进行焊电子束在真空中可以传到较远的位置上进行焊电子束在真空中可以传到较远的位置上进行焊接，因而也可以焊接难以接近部位的接缝。接，因而也可以焊接难以接近部位的接缝。接，因而也可以焊接难以接近部位的接缝。接，因而也可以焊接难以接近部位的接缝。n n55通过控制
20、电子束的偏移，可以实现复杂接缝的通过控制电子束的偏移，可以实现复杂接缝的通过控制电子束的偏移，可以实现复杂接缝的通过控制电子束的偏移，可以实现复杂接缝的自动焊接。可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷，提自动焊接。可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷，提自动焊接。可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷，提自动焊接。可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷，提高接头质量。高接头质量。高接头质量。高接头质量。高能束焊接高能束焊接-电子束焊的缺点电子束焊的缺点n n11设备比较复杂、费用比较昂贵。设备比较复杂、费用比较昂贵。n n22焊接前对接头加工、装配要求严格，以焊接前对接头加工、装配要求严格，以保证接头位置准确、间隙
21、小而且均匀。保证接头位置准确、间隙小而且均匀。n n33真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状常常受到工作室的限制。状常常受到工作室的限制。n n44电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量。接质量。n n55电子束焊接时产生的电子束焊接时产生的X X射线需要严加防护射线需要严加防护以保证操作人员的健康和安全。以保证操作人员的健康和安全。高能束焊接高能束焊接-电子束焊的设备电子束焊的设备ElectronBeamWeldingprecisioncomponents-technicianoperating3KW,12inchcube
22、dchamberElectronBeamWelder高能束焊接高能束焊接-电子束焊的设电子束焊的设备备真空电子束焊接上海交大焊接研究所高能束焊接高能束焊接-电子束焊的工作原电子束焊的工作原理理电子束是从电子枪中产生的。通常电子是以热发射或场电子束是从电子枪中产生的。通常电子是以热发射或场致发射的方式从发射体阴极逸出。在致发射的方式从发射体阴极逸出。在25300kV的加的加速电压的作用下，电子被加速到速电压的作用下，电子被加速到0.30.7倍的光速，具有倍的光速，具有一定的动能，经电子枪中静电透镜和电磁透镜的作用，电一定的动能，经电子枪中静电透镜和电磁透镜的作用，电子会聚成功率密度很高的电子束。
23、子会聚成功率密度很高的电子束。这种电子束撞击到工作表面，电子的动能就转变为热能，这种电子束撞击到工作表面，电子的动能就转变为热能，使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸气的作用下熔化的使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸气的作用下熔化的金属被排开，电子束就能继续撞击深处的固态金属，很快金属被排开，电子束就能继续撞击深处的固态金属，很快在被焊工件上在被焊工件上“钻出一个锁形小孔，小孔的周围被液态钻出一个锁形小孔，小孔的周围被液态金属包围。随着电子束与工件的相对移动，液态金属沿小金属包围。随着电子束与工件的相对移动，液态金属沿小孔周围流向熔池后部，逐渐冷却、凝固形成了焊缝。孔周围流向熔池后部，逐渐冷却、
24、凝固形成了焊缝。高能束焊接高能束焊接-电子束焊的工作原电子束焊的工作原理理高能束焊接高能束焊接-电子束焊的工作原电子束焊的工作原理理高能束焊接高能束焊接-电子束焊的工作原电子束焊的工作原理理高能束焊接-电子束焊的分类按被焊工件所处的环境的真空度可分为三种：高真空电子按被焊工件所处的环境的真空度可分为三种：高真空电子束焊，低真空电子束焊和非真空电子束焊。束焊，低真空电子束焊和非真空电子束焊。高真空电子束焊是在高真空电子束焊是在10-410-1Pa的压强下进行的。的压强下进行的。良好的真空条件，可以保证对熔池的良好的真空条件，可以保证对熔池的“维护防止金属元维护防止金属元素的氧化和烧损，适用于活性
25、金属、难熔金属和质量要求素的氧化和烧损，适用于活性金属、难熔金属和质量要求高的工件的焊接。高的工件的焊接。低真空电子束焊是在低真空电子束焊是在10-110Pa的压强下进行的。的压强下进行的。压强为压强为4Pa时束流密度及其相应的功率密度的最大值与高时束流密度及其相应的功率密度的最大值与高真空的最大值相差很小。因此，低真空电子束焊也具有束真空的最大值相差很小。因此，低真空电子束焊也具有束流密度和功率密度高的特点。由于只需抽到低真空，明显流密度和功率密度高的特点。由于只需抽到低真空，明显地缩短了抽真空时间，提高了生产率，适用于批量大的零地缩短了抽真空时间，提高了生产率，适用于批量大的零件的焊接和在
26、生产线上使用。例如：变速器组合齿轮多采件的焊接和在生产线上使用。例如：变速器组合齿轮多采用低真空电子束焊接。用低真空电子束焊接。高能束焊接-电子束焊的分类在非真空电子束焊机中，电子束仍是在高真空条件在非真空电子束焊机中，电子束仍是在高真空条件下产生的，然后穿过一组光阑、气阻和若干级预真空小下产生的，然后穿过一组光阑、气阻和若干级预真空小室，射到处于大气压力下的工件上。在压强增加到室，射到处于大气压力下的工件上。在压强增加到715Pa时，由于散射，电子束功率密度明显下降。在大时，由于散射，电子束功率密度明显下降。在大气压下，电子束散射更加强烈。即使将电子枪的工作距气压下，电子束散射更加强烈。即使
27、将电子枪的工作距离限制在离限制在2050mm，焊缝深宽比最大也只能达到，焊缝深宽比最大也只能达到5:1。目前，非真空电子束焊接能够达到的最大熔深为目前，非真空电子束焊接能够达到的最大熔深为30mm。这种方法的优点是不需真空室，因而可以焊接尺寸大的这种方法的优点是不需真空室，因而可以焊接尺寸大的工件工件,生产率较高。近年来，移动式真空室或局部真空生产率较高。近年来，移动式真空室或局部真空电子束焊接方法，既保留了真空电子束高功率密度的优电子束焊接方法，既保留了真空电子束高功率密度的优点，又不需要真空室，因而在大型工件的焊接工程上有点，又不需要真空室，因而在大型工件的焊接工程上有应用前景。应用前景。
28、高能束焊接-电子束焊电子束焊可焊接所有的金属材料和某些电子束焊可焊接所有的金属材料和某些异种金属接头异种金属接头,从箔片至板材均可一道焊从箔片至板材均可一道焊成，钢板可焊厚度达成，钢板可焊厚度达100毫米毫米,铝板达铝板达150毫米，铜板可达毫米，铜板可达25毫米。碳钢在真毫米。碳钢在真空中焊接时，由于钢中原含有的气体会空中焊接时，由于钢中原含有的气体会释放出来，焊缝金属容易产生微气孔。释放出来，焊缝金属容易产生微气孔。高能束焊接-激光焊n n激光焊是利用高激光焊是利用高能量密度的激光能量密度的激光束作为热源的一束作为热源的一种高校精密焊接种高校精密焊接方法。（方法。（LBW）高能束焊接-激光
29、焊激光束基本特性激光束基本特性 单色性好、方向性好、亮度高、相干性好。单色性好、方向性好、亮度高、相干性好。1、单色性、单色性 激光中单色性最好的是气体激光器产生的激光中单色性最好的是气体激光器产生的激光。激光。 He-Ne激光器产生的激光器产生的632.8nm谱线，线宽只有谱线，线宽只有10-9nm。 普通光源中单色性最好的用来作为长度基准器的氪灯普通光源中单色性最好的用来作为长度基准器的氪灯(Kr86)，其谱线宽度为，其谱线宽度为4.710-3nm。 激光的单色性比一般光要高出激光的单色性比一般光要高出106107倍以上倍以上 . 自然光由波场范围较宽的光构成，激自然光由波场范围较宽的光构
30、成，激光的谱线展宽极小，具有很好的单色性。光的谱线展宽极小，具有很好的单色性。 单色性决定物质对激光能量的吸收和单色性决定物质对激光能量的吸收和精细聚焦的可能性；精细聚焦的可能性；CO2：10.6m CO： 5.4m YAG：1.06m 准分子：准分子：0.24m；激光自然光波长能量2、方向性好、亮度高、方向性好、亮度高 从光源发出的激光平行传播的程度成为从光源发出的激光平行传播的程度成为方向性。方向性。 激光器输出的光束发散角度很小，可以小于或等于激光器输出的光束发散角度很小，可以小于或等于10-310-5弧度。弧度。 激光通过直径为激光通过直径为D的孔径时，由于衍射会产生一定发散：的孔径时
31、，由于衍射会产生一定发散：激光的方向性带来两个结果：激光的方向性带来两个结果： 光源表面的亮度高；被照射地方光的照度大。光源表面的亮度高；被照射地方光的照度大。 一个具有一个具有10mW功率的功率的He-Ne激光器可产生比太阳高几千激光器可产生比太阳高几千倍的亮度，可在屏幕上形成面积很小但照度很大的光斑。倍的亮度，可在屏幕上形成面积很小但照度很大的光斑。3、相干性好、相干性好 以适当方法将统一光源发出的光分成两以适当方法将统一光源发出的光分成两束，再束，再 使两束光重使两束光重 合便产生明暗相间的条合便产生明暗相间的条纹，这就是纹，这就是 光的干涉。光的干涉。 自然光由无数的原子与分子发射，产
32、生波长各不相自然光由无数的原子与分子发射，产生波长各不相同的杂乱光，合成后不能形成整齐有序的大振幅光波。同的杂乱光，合成后不能形成整齐有序的大振幅光波。 激光的相位在时间上是保持不变的，合成后能形激光的相位在时间上是保持不变的，合成后能形成相位整齐、规则有序的大振幅光波。成相位整齐、规则有序的大振幅光波。 高能束焊接-激光焊n n优点优点n n能量集中、热影响区小、应力变形小能量集中、热影响区小、应力变形小n n深宽比大深宽比大n n适应性强适应性强n n可达性好、易传输可达性好、易传输n n不受电磁干扰不受电磁干扰n n不用真空室、无射线不用真空室、无射线远距离焊接系统原理远距离焊接系统原理
33、激光焊接的主要问题：激光焊接的主要问题：设备贵设备贵反射问题反射问题组装定位组装定位合合金金元元素素的的挥挥发发 焊焊接接过过程程中中一一些些高高挥挥发发性性的的合合金金元元素素(如如硫硫和和磷磷)从从熔熔池池中中挥挥发发出出来来，会会导导致致气气孔孔的的产产生生，而而且且有有很很可可能能产生咬边。产生咬边。冷冷却却速速度度非非常常快快 材材料料的的含含碳碳量量成成为为一一个个非非常常重重要要的的影影响响参参数数，对材料的脆化、微裂纹及疲劳强度都会有影响。对材料的脆化、微裂纹及疲劳强度都会有影响。一、激光焊接原理一、激光焊接原理 热导焊接热导焊接 深熔焊接深熔焊接 热导焊焊缝热导焊焊缝 深熔焊
34、焊缝深熔焊焊缝 激光焊接原理及应用激光焊接原理及应用二、激光深熔焊的焊接原理二、激光深熔焊的焊接原理激光深熔焊几何特征激光深熔焊几何特征1 激光束激光束 2 焊接熔池焊接熔池 3 小小孔孔 4 焊缝宽度焊缝宽度 5 熔池熔池深度深度激光深熔焊腔内激光深熔焊腔内液体金属的流动液体金属的流动1 激光束激光束 2 小孔后部流动小孔后部流动区区 3 小孔内流动区小孔内流动区 小孔内激光的吸收过程小孔内激光的吸收过程1 激光束激光束 2 等离子体等离子体3 熔池后部熔化区熔池后部熔化区4 焊件运动方向焊件运动方向 高能束焊接-激光焊n n原理原理原理原理n n自由辐射自由辐射自由辐射自由辐射n n受激吸
35、收受激吸收受激吸收受激吸收n n受激辐射受激辐射受激辐射受激辐射n n条件条件条件条件n n粒子集居数反转粒子数反转）粒子集居数反转粒子数反转）粒子集居数反转粒子数反转）粒子集居数反转粒子数反转）高能束焊接-激光焊激光的形成过程激光的形成过程 工作物质工作物质 鼓励、受激辐射鼓励、受激辐射 自激振荡自激振荡增益增益 外界能量注入泵浦）外界能量注入泵浦） 光学谐振腔光学谐振腔 高能束焊接-激光焊CO2激光的产生激光的产生1. 激光束激光束2. 切向排风机切向排风机3. 气流方向气流方向4. 热交换器热交换器5. 后镜后镜6. 折叠镜折叠镜7. 高频电极高频电极8. 输出镜输出镜9. 输出窗口输出
36、窗口CO2激光器系统激光器系统 一般气流的流动速度较慢一般气流的流动速度较慢, ,将热量从放电腔中带走。将热量从放电腔中带走。YAG激光的产生激光的产生根据工作物质分类：根据工作物质分类： 红宝石：激活离子红宝石：激活离子Cr3+，波长：，波长：694.3nm，三能级；，三能级； Nd:YAG：激活离子：激活离子：Nd，波长：，波长：1.06m，四能级；，四能级； 钕玻璃：钕玻璃： 激活离子：激活离子：Nd，波长，波长:1.06m，四能级，四能级 脉冲宽度：脉冲宽度：100500ns，频率：几百，频率：几百62kHz。 YAG激光的产生激光的产生灯泵浦灯泵浦Nd:YAG激光器激光器 大功率激光
37、器中，典型的大功率激光器中，典型的Nd:YAGNd:YAG棒一般是长棒一般是长150mm150mm，直径，直径710mm710mm。泵。泵浦过程中激光棒发热，限制了每个棒的最大输出功率。单棒浦过程中激光棒发热，限制了每个棒的最大输出功率。单棒Nd:YAGNd:YAG激光激光器的功率范围约为器的功率范围约为50800W50800W。 灯泵浦灯泵浦Nd:YAG体激光器体激光器 将几个将几个Nd:YAGNd:YAG棒串联起来可获得高功棒串联起来可获得高功率的激光束，每个独立的棒可通过透镜率的激光束，每个独立的棒可通过透镜引导并规则的排列起来。引导并规则的排列起来。 目前的目前的Nd:YAGNd:YA
38、G激光器系统多达激光器系统多达8 8个腔。个腔。输出输出4kW4kW功率。功率。 1kW的脉冲的脉冲Nd:YAG激光器激光器YAG激光的产生激光的产生YAG激光焊接设备激光焊接设备3kw YAG激光机器人激光机器人/数控加工系统上海交大数控加工系统上海交大 激光激光TIGTIG复合复合electrodearclaser beam旁轴激光与TIG复合 双束激光与TIG同轴复合 多电极TIG与激光同轴复合laser beam 1lensarclaser beam 2激光激光MIGMIG复合复合利用填丝提高熔深、改善焊缝成型和接头性能。利用填丝提高熔深、改善焊缝成型和接头性能。对间隙、错边、对中的适
39、应性更好，可焊接厚板。对间隙、错边、对中的适应性更好，可焊接厚板。适合焊接铝合金、镁合金、铜合金材料适合焊接铝合金、镁合金、铜合金材料激光等离子弧复合激光等离子弧复合加热区更窄，对外界敏感更小，引燃性好。加热区更窄，对外界敏感更小，引燃性好。密度更大，弧长更长。密度更大，弧长更长。可旁轴复合，也可同轴复合。可旁轴复合，也可同轴复合。适合薄板对接、高速焊、镀锌板、铝合金焊接。适合薄板对接、高速焊、镀锌板、铝合金焊接。环状电极同轴复合Laser beamPlasma torchPlasma arcWorkpieceLaser beamPlasma torchPlasma arcWorkpiece空心电极同轴复合激光双电弧复合激光双电弧复合能量输入比普通激光能量输入比普通激光MIGMIG复合减少，熔深增大。复合减少，熔深增大。焊接速度更高，焊接过程更稳定。焊接速度更高，焊接过程更稳定。相互之间位置的排布非常重要。相互之间位置的排布非常重要。尤其适合焊接厚板。尤其适合焊接厚板。激光双激光双MIGMIG复合复合
