高能束及特种焊接技术的发展

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1、高能束及特种焊接技术的发展转载的，供大家了解下。【关键词】高能束及特种焊接技术的发展  【摘要】0  前言    0  前言  高能束流焊接的功率密度（PowerDensity）可达到105W/cm?2以上。束流可由单一的电子、光子、电子和离子或二种以上的粒子组合而成。目前，用在焊接领域的高能束流主要是等离子弧、电子束和激光束。TIG（Activating—FluxTIG）焊亦具有高能束流焊接的特点。爆炸焊能将相同的、特别是不同的金属组合，简单、迅速、和牢固的焊接在一起，其最大用途是制造大面积的不同形状、不同尺寸、不同

2、用途的双金属及多金属复合材料。  1  高能束流焊接当前被关注的领域特点  当前高能束流焊接被关注的主要领域是：  ⑴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。  ⑵新型设备的研制，诸如，脉冲工作方式以及短波长激光器等。  ⑶设备的智能化以及加工的柔性化。  ⑷束流品质的提高及诊断。  ⑸束流、工件、工艺介质相互作用机制的研究。  ⑹束流的复合。  ⑺新材料的焊接  ⑻应用领域的扩展。  2  激光焊接的最新进展  2.1  新型激光器  1)直流板条式（DC  Slab）CO2激光器，这种

3、激光器被誉为CO2激光器新的里程碑，  光束质量极好（k>0.8）,消耗气体少（0.3L/h），运行可靠、免维修，运行费用低，商品型的已达3500W。  2）二极管泵浦的YAG激光器，二极管泵浦可以使用近20000小时，而LAMP泵浦时，500小时左右就要更换泵浦灯，该类激光器商品型的已达5000W。  3）CO激光器，波长5.3μm，是CO2激光的一半，发散角也为CO2激光的一半，同样的条件下，PD为CO2的4倍。  4）半导体激光器，波长0.85～1.65μm，可用光纤传输，体积小，输出功率已达3kW。  5)准分

4、子激光器，波长处于紫外波段，范围193～351nm，约是YAG激光器的1/5和CO2激光的1/50，单光子能量比大部分分子的化学键能都高，能深入材料分子内部进行加工，加工基理是基于光化学作用，在非放热效应下进行，因此，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。  2.2  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(PennResearchCorporation)公司（北美最大的快速轴流CO2激光器制造厂家）为例，几年前，用于切割的CO2激光器功率主要是1500～2000W，

5、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35mm和40mm。  PRC激光器有三种脉冲方式。切割金属板开始要打孔时，采用超脉冲可使金属立即被蒸发而形成穿孔；切割时使用门脉冲可减小热影响区，割缝窄，切割面光洁度高；采用超强脉冲（Hyperpulse）焊接反射性极强的Al、Cu时，脉冲尖峰先将材料表面温度升高甚至熔化，以提高材料对激光能量的吸收，使连续波焊接稳定进行；对于表面镀锌材料，超强脉冲的尖峰可将其蒸发，以利于连续波激光焊接的进行；切割时采用超强脉冲，能减少甚至消除挂渣现象

6、。不同功率范围的激光，用于不同目的时，对光束模式的要求也不同。  2.3  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。瑞士LASAG公司的FLS系列YAG固体激光机颇在这方面有代表性。其主要特点是：    ⑴一机多用，一台激光机同时具有焊接、切割、打孔和剥离（LaserAblation）等功能。  ⑵采用一台激光机可进行多工位（可达6个）加工。既可进行不同工位的分时加工，也可进行几个（多至6个）工位的同时加工（能量多工位分配）。  ⑶光纤

7、长度（从激光加工机到工位的距离）最长可达60m。  ⑷开放式的控制接口，可与CNC、PLC、PC等直接相连。  ⑸具有远距离诊断功能。  2.4  束流的复合  最主要的是激光—电弧复合（LaserArcHybrid）。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

8、克服每一种方法自身的不足，进而产生良好的复合效应。  GMA(GASMetalArc)成本低，使用填丝，适用性强，缺点是熔深浅、焊速低、工件承受热载荷大。激光焊可形成深而窄的焊缝，焊速高、热输入低，但投资高，对工件制备精度要求高，对铝等材料的适应性差。Laser-GMA的复合效应表现在：电弧增加了对间隙的桥接性（Abilityof