电子束焊接
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电子束焊接范文第1篇
真空电子束焊是利用定向高速运动的电子束流撞击工件使动能转化为热能而使工件熔化，形成焊缝。电子束焊接技术因其高能量密度和优良的焊接质量，率先在国内航空工业得到应用。本文针对电子束焊接在生产中遇到的某载重卡车车桥承载大、疲劳强度高进行了分析，解决了产品的焊接质量问题。
1 产品结构及对焊缝的质量要求
图1 车桥结构示意图
桥壳中段是由16Mn板材冲压后焊接而成，轴头是30Mn2铸件加工而成，中段与轴头的焊缝是车桥主要受力焊缝，要求很高的疲劳强度。因此设计为真空电子束焊接结构。这里采用的是止口式嵌入结构，这种结构的目的在于需要达到以下要求：（1）实施熔透焊时焊缝不会低于母材。（2）将电子束焊常有的根部钉尖缺陷引入到不受力的内衬环上。中段与轴头的焊缝根据在垂直弯曲载荷下应力状态的不同，分为中性区、压应力区、张应力区，张应力区不允许存在咬边，压应力区和中性区咬边深度≤0.2mm。（3）不允许表面可见气孔。（4）内部焊缝需100%超声波检验。（5）不允许裂纹、未熔合、未焊透。（6）按图1示，车桥要承受最大载荷P1=320KN，最小载荷P2=20KN，频率f=5Hz，疲劳次数≥120万次
2 产品材料、结构的焊接性分析
车桥的真空电子束焊缝具有很高的质量要求，主要问题如下：
2.1 裂纹
桥壳中段材料为16Mn，轴头材料为30Mn2，从材料的成份可见，这两种低合金钢均有较高的碳当量，尤其30Mn2超过了0.5，在焊接冷却过程易形成淬火组织，使焊接区硬度提高，塑性下降，易出现裂纹。
2.2 气孔
产生气孔的主要原因有：（1）母材中溶解的气体在凝固过程中来不及逸出；（2）零件毛坯中原来存在的气孔缺陷和难于清理的油污被重新卷入焊缝；（3）深熔深焊接凝固过程中体积收缩引起的收缩孔。
2.3 焊偏
焊缝的有效深度为13.6mm，钉尖缺陷引出深度最佳为3～5mm，焊缝总的熔深为17mm～19mm。电子束焊缝通常是很窄的，桥壳批生产加工中零件对接端面的垂直精度要求并不是很高，稍微对不正焊缝就会产生焊偏。
3 产品的电子束焊接工艺
3.1 焊前清理
电子束焊熔深大，产品17～19mm的焊缝深度可一次焊透，无需开坡口，加焊丝。由于产品零件经过冲压、焊接、机加等多道工序，零件表面存在大量的油污、铁锈，对于束焊质量会产生很大的影响，同时，焊接产生的大量油污蒸汽会对真空室造成污染。因此，电子束焊前，应严格对焊接区域附近进行清理，具体步骤如下：
（1）对轴头采用汽油进行整体清洗，去除油污；
（2）对桥壳中段对接面及两侧进行抛光除锈；
（3）装配前焊缝对接面及两侧用无水酒精擦拭；
（4）清理完毕后，应立即装配产品，置入真空室内抽真空保护。
3.2 产品装配方式
电子束焊接是利用小孔效应成型，为防止焊漏、缩孔等缺陷，对接装配间隙的要求十分严格，通常不大于0.1mm。车桥的这种止口嵌入式焊缝结构还要求内衬环与零件内孔的配合间隙不大于0.5mm。
为适应批量生产高效、方便的要求，轴头与中段的装配连接我们采用的是夹具连接方式。
产品的这种拉紧式装配，可以给接头预紧力，焊接时抵消部分焊接收缩时所受的拉应力，降低裂纹的产生几率。另外，足够大的预紧力，可以防止焊缝在焊接过程中受热张开，从而省去电子束焊定位的工序。这里要求装配预紧力矩不小于30Kg・m。
3.3 工艺参数的选择
我们使用的真空电子束焊机，是高真空（2×10-4Tr）中压（60KV）型焊机，可编程自动控制焊接过程。电压值60KV不可调，其余主要设置的焊接参数如下：
3.3.1 工作距离
车桥焊接时，电子枪位于焊缝正上方，实施平焊。有效工作距离范围是：50mm～400mm。在电子束焊接过程中，焊缝金属易挥发和电离，产生的金属蒸汽和飞溅可能进入到电子枪中，对枪体污染或造成高压击穿，为防止金属蒸汽或离子进入电子枪中，工作距离应选择大一些。依据经验，该产品工作距离设定在250mm。
3.3.2 聚焦电流
聚焦电流是调节电子束焦点位置的。焦点位置对于焊缝的成型深宽比影响很大，对于钢材产品大于10mm焊接熔深，通常采用下焦点法聚焦。为实现17mm左右的熔深，同时控制有效焊缝的宽度在2mm以上，依据经验将束流焦点设在焊缝表面下5mm。
3.3.3 扫描方式
电子束可以通过扫描方式控制束流的能量密度，从而控制焊缝成型。轴头材料碳当量较高，易造成裂缝缺陷，在保证产品焊透，同时控制热输入，应选择能量密度偏低的圆形扫描方式。此方式可以使小孔呈圆柱形下潜，焊接受热区域较大，整个焊缝熔宽接近，避免液态金属凝固过快，可防止裂缝的生成。
3.3.4 焊接速度和焊接电流的匹配
我们利用产品模拟焊接试样分别进行了多组低速小电流和高速大电流的试验对比，结果如表：
可见低速小电流的焊接效果非常理想，可以达到焊缝质量控制要求。
3.4 焊缝整形
为避免应力集中，车桥表面焊缝的要求是很高的，必须采用散焦小束流的方式进行外观焊缝整形焊接，使焊缝圆滑美观。
4 补焊
焊缝质量经超声检验后，如不满足车桥质量控制标准，可对焊缝进行全长或局部电子束重熔补焊，消除缺陷。补焊时为保证溶深，应将缺陷处的焊缝余高打磨平。
5 工艺实施效果
（1）利用制定的焊接工艺进行了一万多件车桥的焊接，经100%超声检测，只有8.2%车桥一次焊接不合格，产品质量稳定，完全能够满足批量生产焊接的要求。
（2）对每1000根车桥抽检进行疲劳强度的测试，均能满足要求。
6 结语
通过对产品结构及材料认真的分析，利用焊接模拟试样，确定了合理的焊接参数，采取焊接前认真清理、拉紧式装配等措施，应用真空电子束焊接技术，成功焊接了载重车桥，焊缝内在质量满足要求，表观焊缝成型美观，为真空电子束焊接在车桥批量生产中的应用奠定了基础。
参与文献：
电子束焊接范文第2篇
关键词 拓扑绝缘体；含时点接触； 拉廷格液体；量子输运
中图分类号 O413.2 文献标识码 A 文章编号 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
全电操纵的自旋电子学器件的制备和性能研究是当今凝聚态物理领域的前沿研究课题[1-2].拓扑绝缘体是现代凝聚态物理中的一个重要研究主题.拓扑绝缘体不是常规的超导体，它只能携带很小的电流，不能用于超高效电源线，但它为微芯片开发的范式转移铺平了道路，这将导致自旋电子学的新应用，即利用电子自旋来携带信息.从电子能带结构上来说，拓扑绝缘态不能用传统的金属、绝缘体来描述，而是一种全新的物质态.它的体电子态是有能隙的绝缘态，但它的表面（对三维体系）或者边缘（对二维体系）电子态则是零能隙有手性的金属态[3-7].螺旋的表面电子态具有线性色散关系并且自旋与动量满足特定的手性关系.由于其独特的能带结构和手征特性，电子的输运、磁学和光学性质将明显不同于普通体系[8-13]. 这个快速成长的领域中的关键问题之一是如何检测和控制的拓扑边缘态.到目前为止，量子自旋霍尔坝的边缘态已经通过直流偏压下测量源极和漏极之间电导检测到.最近，文献[14-17]提出使用量子点接触，即带间耦合， 来控制边缘态的输运.量子霍尔效应不是唯一的拓扑绝缘体，最近物理学家陆续预言并实验发现了一系列二维材料由于其自身的自旋轨道耦合导致新的拓扑绝缘态.在该类材料中，自旋轨道耦合会在体能带打开一个带隙分开完全占据的价带和空的导带，并在带隙里面建立起边缘态.量子自旋霍尔边界状态有重要的自旋过滤性质，它可以使自旋向上的电子向一个方向传播，而使自旋向下的电子向另一个方向传播.类比于一种螺旋型粒子的自旋和动量间的关系，后来把这种边界状态称作“螺旋形状态”.
1 螺旋Luttinger 液体的哈密顿量
螺旋Luttinger 液体的自旋与动量方向锁定的，只有准一维系统一半的自由度.考虑一个由右移自旋向上，左移自旋向下的螺旋Luttinger 液体[18].由于时间反演对称性，单粒子的背散射过程被禁止.自由电子的哈密顿量
3 结论
采用玻色化、重整化群及格林函数的方法从理论上研究了3个含时点接触存在对拓扑边缘态输运性质的影响.得到泵浦电流随偏压和温度变化的解析表达式，以及依赖于电子间相互作用幂指数变化规律.研究结果提供了一种调控纳米结构中输运性质的手段.
参考文献：
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电子束焊接范文第3篇
关键词自动化焊接技术；水电设备结构件；应用
中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0099-01
水轮发电机组中的焊接结构件多为大型构件，对焊缝质量要求高，且焊接熔敷量大。在过去由于采用CO2半自动气体保护焊来焊接水电设备结构件，焊工技术水平的高低直接决定了焊接的质量。而自动化焊接技术则不然，它具有较好的稳定性，能够通过自动化机械装置和自动化控制装置来代替人工焊接作业。采用自动化焊接技术可以大大降低劳动强度、改善劳动条件，还可以有效地节约人工成本及焊丝成本，提高生产效率。本文就自动化焊接技术在水电设备结构件中的应用进行探讨。
1热丝TIG自动焊在模型试验机管路中的应用
热丝TIG焊是指将母材用非熔化的钨电极来进行熔化，同时填充材料采用焊丝，这种方法能够较好地降低母材的稀释率，调节焊接熔池的热输入量，且无弧光、无飞溅、电弧稳定性高，尤其适用于对于焊缝外观要求高的焊缝和精加工坡口。某厂所生产出来的模型试验机中，需要焊接某些管路，这些管路的坡口为精加工坡口，母材为奥氏体不锈钢，完全符合自动化焊接技术的适用范围。所以，利用倾斜钨极的摆动功能，引入热丝TIG自动焊接技术及设计工装来充分熔合窄坡口两壁的母材，用多层多道的熔敷方式来进行相应的焊接，结果证明，焊缝质量为优质。
2底环、顶盖、转轮体上自动化带极堆焊技术的应用
众所周知，转轮体是一种标准的回转件，其实体外形的一致性较佳。应该将工件通过滚轮架或者变位机来将其放置到适当的位置进行带极堆焊。自动化焊接可通过转动转轮体来实现，枪头在自动化带极堆焊过程中可以出于不动的位置。为了大幅度提高焊接质量和焊接速度，可以基于底环、顶盖、转轮体等水电设备结构件的斜面状况和实际尺寸，将普通焊丝用不同带宽的焊带（带宽通常为30～60 mm）来进行代替堆焊。此外，对于底环、顶盖等平面，也可采用自动化带极堆焊技术来进行不锈钢堆焊，起到耐磨、防腐蚀的效果。另外，焊缝表面通常会出现较为明显的凹凸不平现象，会影响到焊接外观，所以，需要在表层进行修饰焊。修饰焊的外观应该满足以下一些要求：①焊缝表面要超过母材表面，及时打磨焊缝表面超标部分，让母材与焊缝表面保持较为圆滑的过渡状态，不能伤害母材，这样也就不会在日后出现锈蚀点；焊缝表面在每侧的宽度应该达到0.5～2.0 mm；③没有出现焊点、夹渣、裂纹、气孔、飞溅、熔合等明显缺陷，外观应该保持均匀一致。
3焊接机器人的应用
焊接机器人主要适用于焊接巨型水电机组，巨型水电机组的水轮机转轮通常都具有450 t，焊接是整个转轮制造最关键的工序，工作量很大，每完成一整的转轮焊接，需要10-12 t的填充焊接材料。自动化焊接技术的应用能够保证焊接质量，也能够大幅度提高焊接的工作效率。通常焊接机器人都会配备双丝埋弧焊、直流埋弧焊两个焊接电源，焊接方法采用埋弧焊接法，每个焊接机头所具有的自由度都为六个，能够实现过渡角焊缝的焊接和坡口填充。但是值得注意的是，巨型水电机组的水轮机转轮由于结构限制和焊接方法制约，很难实现全部自动化焊接，即便采用了大型焊接变位机，60%的焊接量还是都需要通过手工半自动焊接方法来完成，只有40%的焊接量能够通过焊接机器人来完成。
4窄间隙埋弧焊的应用
窄间隙埋弧焊是一种较为成熟、且效率较高的焊接技术，被广泛地应用在制造业的多领域。在水电设备结构件焊接过程中，我们主要将窄间隙埋弧焊用于水轮发电机大轴、水轮机、轴锻件、大厚板拼焊的焊接过程中，经济效益显著，工作效率较高。众所周知，水利发电机组中最重要的部件之一为水轮发电机大轴和水轮机大轴。我国长期以来都是依靠进口采购整体锻件来加工成成品，成本较大、供货困难。为了对这个问题进行解决，最为明智的选择就是自己焊接成整体，只采用轴锻件分段锻制、供货。哈尔滨电机厂有限责任公司采用这种方法已经完成了多个大型水电站机组的水轮发电机大轴、水轮机大轴的焊接工作，基本是焊接一次合格，焊接坡口最深可达450 mm。目前国内制造企业还开发出了分段焊接水轮机大轴、钢板分段卷制的工艺技术，用窄间隙埋弧焊接方法来完成环形焊缝和纵向焊缝的焊接工作，从而大幅度提升焊接制造水平，这使得产品的制造周期大幅度缩短，也能够降低国内企业对于大型铸锻件的依赖程度。
5半自动气体保护焊的应用
由于水电设备结构件结构较为复杂，工序较为复杂，因此，通用的自动化焊接方法应用范围极其有限，焊接辅助时间也较长。半自动气体保护焊接方法也就成为了水电设备结构件的主要焊接方法之一，其主要特点就在于其焊接效率高、工作较为灵活，已经成为了目前发展较快的焊接技术。
6自动埋弧焊小车的应用
自动埋弧焊小车具有下述优点：采用双驱动送丝，寿命长、动态响应快、惯量低、扭矩大，结构紧凑，所有部件均可方便灵活地拆装，满足客户各种实际需要。结构灵活、调整方便，适应多种位置焊接，欢迎埋弧焊机主机厂定制，四轮驱动，手动离合，运行平稳，可靠性好；可焊接碳钢、不锈钢、铜及合金等金属材料；合金钢送丝轮，使用寿命长，生产效率高；三拖板六自由度及组合式丝盘架，可实现多种焊接方式。
7结束语
总之，自动化焊接技术在水电设备结构件制作中具有极为重要的作用，应用较为广泛，能够获得良好的焊缝质量，还可以提高劳动效率，产生较大的社会效益和经济效益。
参考文献
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[2]龚玉蛟.焊接新技术在锅炉压力容器制造中的应用[J].科技风，2011（02）：102-124.
电子束焊接范文第4篇
关键词：铝合金；焊接工艺；电子束焊
铝合金因具有自重轻、成型性能好、焊接性好、耐腐蚀等优点而被人们广泛关注，并将其运用在各种焊接结构产品当中。相对于钢板材料的焊接，采用铝合金材料焊接可以有效的减轻其重量，因此，在对铝合金采用焊接工艺时，必须采用能量密度大、焊接热输入小等特点的焊接方法。在我国已出现了几种新的焊接工艺，不仅在社会各行各业中得到了广泛的应用，还解决了铝合金焊接难的问题，以下对这几种焊接工艺进行深入分析。
一、搅拌摩擦焊接工艺
在铝合金焊接工艺中，搅拌摩擦焊接工艺的工作原理也就是：首先，采用一种特殊形式的搅拌头，再将其插入到需要焊接的部位，其次，开启设备使搅拌头高速旋转，并与铝合金发生摩擦，此时摩擦的部位就会呈现热塑性状态，并且会随着搅拌头的作用是整个部位都呈现该状态，从而将铝合金焊接在一起。在整个过程中，该焊接工艺并没有熔化金属的过程，而是直接将金属以固态的形式焊接在一起，也就不会存在熔焊焊接的各种缺点，在难以用熔焊焊接的有色金属材料中具有非常大的贡献。目前，我们已将该焊接工艺应用在了铝合金的焊接方面，并取得了不错的成绩。
搅拌摩擦焊接工艺的焊接过程也就是将铝合金搅拌而呈现塑性变形的状态，在经过结晶而达到预计的效果。采用这种焊接工艺能够保证铝合金的完整性，综合性能较好，相对于熔焊焊接工艺而言，在整个过程中搅拌摩擦焊接工艺都不会出现飞尘等，这种焊接工艺本身就是一种固态焊接，因此其加热温度极低，不会对整个结构件产生影响，更是保证了铝合金焊接产品的质量。它不同于普通的摩擦焊接，搅拌摩擦焊接工艺并没有受到设备内部零件的限制，而且具有节能环保的特点。
二、激光焊接工艺
随着工业技术的不断发展，激光焊接工艺作为一种新的技术而得到了不断的发展，因其具有工作效率高、功能强、安全系数高等优点而不断发展起来。在实际工作中，我们将这一焊接工艺运用在铝合金当中，实践证明，这一焊接工艺能够有效的提高铝合金的焊接质量与工作效率，并且会有效的降低其热量的输入，在工业生产中具有非常大的优势。在铝合金构件当中采用这种焊接技术具有以下几点优点：1）热变形的区域小，并且在熔区小的情况下有加大的熔深，能量密度较大；2）能够缩短冷却的时间，很快的将构件连接；3）缩短了焊接的时间，提高了工作效率，降低了经济成本；4）不受到外界压力的影响，焊接质量好；5）如果金属材料在封闭的状态下，这种焊接工艺同样能够进行；6）这种焊接工艺的适应能力极强，在焊接过程中可以采用计算机技术，以此来对焊接的质量进行严格的控制。
目前，我国在采用这种焊接工艺所运用的设备都是CO2与YAG设备，其中CO2设备的功率过大，一般将其运用在厚板焊接当中，如果在铝合金的表面进行焊接，这种设备就会消耗大量的能量，而YAG设备的功率就相对较小，适应能力较强。
三、铝合金的电子束焊接
电子束焊是指在真空环境下，利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处产生的热能，使被焊金属熔合的一种焊接方法。电子束作为焊接热源的突出特点是功率密度高、穿透能力强、精确、快速、可控、保护效果好。对于铝合金电子束焊接，由于能量密度高可大大减小热影响区，提高焊接接头强度，避免热裂纹等缺陷的产生。由于能量密度高，穿透能力强可对难以焊接的铝合金厚板进行焊接。
同传统电弧焊接铝合金相比，电子束焊能量密度高3～4个数量级，与另外一种高能量密度焊接工艺——激光焊接相当。因此焊接接头的热影响区非常小，接头强度较传统焊接方法提高很多。电子束的穿透性能好，可对大厚度的铝合金进行施焊，焊后接头力学性能良好。铝合金焊缝金属的抗裂性能随着焊接能量密度的增加和热输入的减少而增加。所以铝合金电子束焊接接头的抗裂性能要比采用传统焊接方法的焊接接头高很多，一般要比氩弧焊焊缝高出1～1.5倍。铝合金电子束焊焊后残余应力小，变形小，对薄板焊后几乎可做到不变形。电子束焊要求在真空条件下完成，真空是最好的保护手段，在这种条件下可以得到纯净的焊缝金属，避免了空气或保护气体的污染。电子束焊接铝合金在真空重熔时，焊缝中杂质含量微乎其微，焊缝气体含量降低接近一半，从而焊缝塑性、韧性大大提高。电子束可控性好，可以方便地进行扫描、偏转、跟踪等，易于焊接过程的自动化，并且通过电子束扫描熔池可以消除缺陷，提高接头质量。
电子束焊接获得优良的焊缝的最有效方法是焊接过程中同时对刚刚焊过的焊缝进行扫描。回扫间距决定晶粒细化的可控程度，凝固组织可由粗大的柱状晶转化为细小等轴晶。对AlMg0.4Si1.2合金进行扫描焊接与无扫描焊接相比，晶体主轴长度减少到无扫描焊接时的1/5；焊缝硬度提高80%，接近母材水平。铝合金焊缝金属晶粒细化程度对接头性能有重要影响。采用具有回扫运动的电子束扫描焊接，可减少合金元素的损失，细化焊缝组织，使之变为细小的等轴晶，并提高硬度。对于已经成核生长的晶体，如果电子束扫描间距过小在电子束扫描时产生重熔，但导致电子束回扫细化晶粒的作用减弱。
铝合金电子束焊时对电子束流非常敏感，尤其是对于大厚度铝合金板焊接时，电子束流小时不能焊透，大时产生下塌，出现凹坑。铝合金电子束焊接的另外一个难点是焊接气孔。铝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铝合金焊缝中气孔的主要来源。铝合金表面氧化膜比重接近基体，容易进入焊缝产生夹杂、气孔。尤其是防锈铝合金电子束焊，气孔问题较为严重。传统TIG焊铝合金时通常采用大的热输入量并在较低的焊接速度下进行焊接，促使氢从熔池中逸出，而电子束焊接铝合金时速度快，热输入量小，氢来不及从熔池中逸出，容易形成气孔。通常电子束焊铝合金采用表面下聚焦和较窄的焊缝以及扫描重熔的方法来防止气孔的产生。另外，电子束焊接要求在真空条件下进行，所以对铝合金大型结构件施焊困难。电子束易受周围环境电磁场的影响，设备比较复杂，费用比较昂贵，所以还没有达到大规模工业化生产。
四、结束语
通过上述，我们详细了解到了铝合金的几种焊接工艺，并且对其适用范围以及特点作了详细的分析，相信在未来的社会发展过程中，铝合金的焊接工艺会有突飞猛进的发展，而这些焊接工艺也会不断完善，从而提高铝合金的焊接质量。
参考文献
电子束焊接范文第5篇
【关键词】 现代 高能束流 焊接 技术
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.
当前高能束流焊接被关注的主要领域是:①高能束流设备的大型化-功率大型化及可加工零件(乃至零件集成)的大型化。②新型设备的研制,诸如,脉冲工作方式以及短波长激光器等。③设备的智能化以及加工的柔性化。④束流品质的提高及诊断。⑤束流、工件、工艺介质相互作用机制的研究。⑥束流的复合。⑦新材料的焊接。⑧应用领域的扩展。
1.激光焊接的最新进展
1.1新型激光器
(1)直流板条式(DC Slab)CO2激光器、(2) 二极管泵浦的YAG激光器、(3)CO激光器、(4)半导体激光器、(5)准分子激光器。
1.2激光器功率的大型化、脉冲方式以及高质量的光束模式
以美国PRC公司为例,几年前,用于切割的CO2激光器功率主要是1500~2000W,而近期的主导产品是4000~6000W,6000W可切割的不锈钢厚度、碳钢厚度分别为35 mm和40 mm.
1.3设备的智能化及加工的柔性化
尤其是对YAG激光,由于可用光纤传输,给加工带来了极大的方便。
其主要特点是:①一机多用。②采用一台激光机可进行多工位(可达6个)加工。③光纤长度最长可达60m.④开放式的控制接口。⑤具有远距离诊断功能。
1.4 束流的复合
最主要的是激光-电弧复合。深熔焊接时,熔池上方产生等离子体,复合加工时,激光产生的等离子体有利于电弧的稳定;复合加工可提高加工效率;可提高焊接性差的材料诸如铝合金、双相钢等的焊接性;可增加焊接的稳定性和可靠性;通常,激光加丝焊是很敏感的,通过与电弧的复合,则变的容易而可靠。
激光-电弧复合主要是激光与TIG、Plasma以及GMA.通过激光与电弧的相互影响,可克服每一种方法自身的不足,进而产生良好的复合效应。
从能量观点看,激光电弧复合对焊接效率的提高十分显著。这主要基于两种效应,一是较高的能量密度导致了较高的焊接速度;二是两热源相互作用的叠加效应。
GMA、激光加丝和激光电弧复合三种方法焊接时线能量、焊缝断面以及能量利用率的比较。
Laser -TIG Hybrid可显著增加焊速,约为TIG焊接时的2倍;钨极烧损也大大减小,寿命增加;坡口夹角亦减小焊缝面积与激光焊时相近。阿亨大学弗朗和费激光技术学院研制了一种激光双弧复合焊接,与激光单弧复合焊相比,焊接速度可增加约1/3,线能量减小25%.
英国Conventry大学现代连接中心亦有Laser-plasma复合焊接的报导。其优点是:提高焊接速度和熔深;由于电弧加热,金属温度升高,降低了金属对激光的反射率,增加了对光能的吸收。在小功率CO2激光试验基础上,还要在12 000W CO2 激光以及光纤传输的2kW YAG激光器上进行,并为机器人进行PALW打基础。
1.5铝合金的激光焊接
铝合金由于比强度高、抗腐蚀性好而得以广泛应用。CO2激光焊接铝合金的困难主要在于高的反射率以及导热性好,难以达到蒸发温度、难于诱导小孔的形成(尤其是对Mg含量比较小时)以及容易产生气孔。提高吸收率的措施除了表面化学改性(如阳极氧化)、表面镀层、表面涂层等外,也有用激光-TIG、激光-MIG的报道,其中MIG- DC electrode position方法由于表面的清理作用强和加丝的合金化作用效果为好。
1.6激光熔覆
激光熔覆与其它表面改性方法相比,加热速度快、热输入少,变形极小;结合强度高;稀释率低;改性层厚度可精确控制,定域性好、可达性好、生产效率高。
激光熔覆除用于民品外,英、美等国也已用于航空机发动机Ni基涡轮叶片的耐热、耐磨层的熔覆及修复。
2.我国高能束流焊接现状
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、电子束流特性诊断、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的研究等。
在国内,高能束流焊接越来越引起更多相关人士诸如焊接、物理、激光、材料、机床、计算机等工作者的关注。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,甚至在某些方面还有自己的特色。
2.1 激光焊接
在设备生产与研究上,主要生产千瓦级的CO2激光设备和1千瓦以下的固体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、深熔激光焊接模拟、激光-电弧复合热源的应用、激光堆焊等。清华大学从声和电的角度,分析了熔透状态的声信号,提出了激光焊接等离子体的等效电路及电特性数学模型;在抑制等离子体的负面效应方面,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的肖荣诗、左铁钏提出了双层内外圆管吹送异种气体法;西北工业大学的刘金合提出了外加磁场法。
2.2电子束焊接
我国自行研制电子束焊机始于1960年代,至今已研制生产出不同类型和功能的电子束焊机上百台,并形成了一支研制生产的技术队伍,能为国内市场提供小功率的电子束焊机。
近年来,出现了关键部件(电子枪,高压电源等)引进、其它部件国内配套的引进方式,这种方式的优点是:设备既保持了较高的技术水平,又能大大降低成本,同时还能对用户提供较完善的售后服务。
目前,以科学院电工所的EBW系列为代表的汽车齿轮专用电子束焊机占据了国内汽车齿轮电子束焊接的主要市场份额;我国的中小功率电子束焊机已接近或赶上国外同类产品的先进水平,而价格仅为国外同类产品的1/4左右,有明显的性能价格比优势。
2.3等离子弧焊接
