07焊接方法与设备-高能束焊摘要
高能束焊接技术的发展和应用
高能束焊接技术的发展和应用高能束焊接技术是一种在高强度能束的照射下，将材料进行加工和熔化的过程。
该技术已经得到广泛应用，特别是在航空航天、汽车制造等高端制造领域，成为了关键的加工和制造技术之一。
高能束焊接技术起源于20世纪60年代，经过多年的发展和改进，现已成为了一种成熟的先进焊接技术。
其中，激光束焊接和电子束焊接是两种最具代表性的高能束焊接技术。
激光束焊接是利用激光束对工件进行加热，并在加热后的工件表面上产生高温区域，从而使工件熔化并进行焊接的一种现代焊接技术。
激光束的热源集中性强，加热速度快、能量密度高，适用于对材料进行精密加工和高质量焊接的场合。
电子束焊接则是利用电子束的高速动能将工件加热并融化的过程。
由于电子束具有极高的焦耳效应和热效应，可以快速完成材料加工。
此外，电子束焊接的高度集中性可以实现高精度和高效率的焊接。
高能束焊接技术已经广泛应用于航空航天、汽车制造、电子元器件、冶金、机械制造等诸多领域，成为了现代工业的关键制造技术之一。
航空航天制造领域是高能束焊接技术的重要应用领域之一。
在航空航天领域，除了传统的金属材料之外，还涉及到大量的复合材料和高温合金材料的加工和焊接工艺。
激光束和电子束因其高精度、高效率的特性，在航空航天制造中得到了广泛的应用，大大提高了产品质量和生产效率。
汽车制造领域也是高能束焊接技术的典型应用领域之一。
在汽车制造中，传统的熔化焊接技术容易使焊点出现热裂纹、变形等缺陷，会直接影响汽车的安全性和质量。
而高能束焊接技术可以克服这些问题，提高焊接质量和生产效率。
电子元器件的制造和维修也是高能束焊接技术的应用领域之一。
利用激光束进行精密焊接，可以大幅提高电子产品的精度和可靠性。
同时，电子束焊接技术还可以实现电子产品的可靠修补和维护。
冶金和机械制造领域中的金属材料焊接也是高能束焊接技术的应用领域之一。
电子束焊接技术在冶金领域应用广泛，可以实现对大型件的高精度加工和焊接。
机械制造领域中，高能束焊接技术可以提高机械零部件的质量和使用寿命，为制造业的发展做出了重要贡献。
高能束焊接技术的发展和应用
高能束焊接技术的发展和应用随着工业自动化和信息化的进一步发展，高能束焊接技术显现出越来越重要的作用。
高能束焊接技术是一种利用能量浓度极高的能流对工件进行加热和熔化，进而实现焊接的技术，它的出现不仅改变了传统焊接方式的过程和结果，也为航空、国防、汽车、电子、冶金等各个领域带来革命性变革。
高能束焊接技术的发展历程可以追溯到20世纪初。
最早的高能束焊接技术应用于X射线管的制造中，然而，由于这种技术受制于物理和材料的限制，所以应用有限。
后来，随着激光技术的引入，高能束焊接技术得以迎来新的发展机遇。
激光是一种能量密度非常高的光束，它具有能量集中、方向性好、调节精度高等优点，成为高能束焊接技术的主要载体。
在激光技术的发展驱动下，高能束焊接技术得以不断优化和完善。
至今，高能束焊接技术已经成为现代工业中最重要的焊接技术之一，包括了激光焊接、电子束焊接、离子束焊接等多种焊接方式。
其中，激光焊接是应用最广泛的高能束焊接技术。
激光高能束能够产生高密度的光束能量，使工件受热的区域快速升温并达到熔化状态。
在这个过程中，激光束对工件的热影响区域非常小，实现了材料局部加热和快速冷却，从而提高了工件的焊接质量和生产效率。
高能束焊接技术的应用范围非常广泛。
在航空航天、汽车制造、电子、国防等一些高端领域，高能束焊接技术得到广泛应用。
在航空领域中，高能束焊接技术被广泛用于飞机、发动机、导弹等各种部件的制造。
在汽车制造中，高能束焊接技术被广泛应用于车身、底盘等工件的制造。
在电子领域中，高能束焊接技术则被广泛应用于集成电路芯片等微小部件的制造。
需要指出的是，尽管高能束焊接技术带来了无限商机，但它仍有一些局限性。
首先，高能束焊接技术对材料的选择较为严格，只能应用于一些特定材料的焊接，对于易氧化材料或高反射性材料等难焊接材料的加工难度相对较大；其次，高能束焊接设备的成本较高，需要对设备进行高起点的投资；最后，高能束焊接技术的专业知识对于工人的要求非常高，需要具备一定的技术水平。
高能束焊接技术的发展和应用
高能束焊接技术的发展和应用高能束焊接技术（EBW）是一种先进的焊接方法，它利用高速电子束来熔化和连接金属材料。
这种焊接技术具有高能量密度、高焊接速度、优质的焊接效果和适用于各种金属材料等优点，因此在航空航天、汽车制造、核工业和电子行业等领域得到了广泛的应用。
本文将从高能束焊接技术的发展历程和原理、应用领域、优势和挑战等方面进行介绍。
一、高能束焊接技术的发展历程和原理高能束焊接技术最早是在20世纪50年代发展起来的，最初是用于核工业和航天航空领域。
1958年，美国杜邦公司开发出了第一台商用的电子束焊接机，这标志着电子束焊接技术开始走向工业化生产。
高能束焊接技术通过电子枪产生高速电子束，电子束击中工件表面时，产生的能量将工件表面瞬间加热到熔化温度，然后通过电子束辐照区域产生高温熔池，从而实现熔化和连接金属材料的目的。
高能束焊接技术的原理是利用高速电子束的能量瞬间加热金属材料，使其熔化并形成熔池，然后利用合适的焊接工艺来实现金属材料的连接。
与传统的焊接方法相比，高能束焊接技术具有能量密度高、焊接速度快、热影响区小、热输入低等优点，因此可以实现高质量的焊接效果。
二、高能束焊接技术的应用领域高能束焊接技术在航空航天、汽车制造、核工业和电子行业等领域得到了广泛的应用。
在航空航天领域，高能束焊接技术被广泛应用于飞机结构件、发动机零部件、航天器壳体等关键部件的焊接，以提高焊接质量和生产效率。
在汽车制造领域，高能束焊接技术通常应用于汽车车身焊接、汽车零部件焊接等工艺环节，以提高焊接强度和减少成本。
在核工业领域，高能束焊接技术被用于核反应堆压力容器、核燃料元件等核设备的焊接，以保证核设备的安全可靠性。
在电子行业领域，高能束焊接技术通常应用于电子器件的微细焊接和包装，以提高器件的性能和可靠性。
高能束焊接技术相对传统焊接方法有很多优势，主要包括以下几点：1. 高能量密度：高能束焊接技术的能量密度很高，可以实现瞬间加热和快速熔化金属材料，从而提高焊接速度和效率。
高能束焊接技术的发展和应用
高能束焊接技术的发展和应用高能束焊接技术是一种现代焊接技术，它采用高能束作为焊接热源，利用高能束的集中能量和高能流密度，将焊接接头迅速加热至熔化温度并实现焊接。
高能束焊接技术包括激光焊接、电子束焊接和等离子焊接等多种形式。
这些焊接技术具有高能量浓度、热输入集中、加热速度快、熔深大、焊接变形小等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
高能束焊接技术的发展可追溯到20世纪40年代。
当时，电子束焊接技术首次应用于军事工业领域。
随着激光技术和等离子技术的发展，高能束焊接技术的应用范围逐渐扩大。
高能束焊接技术在航空航天领域中的应用十分广泛。
航空航天器的结构件往往需要具备高强度和高精度的特点，而高能束焊接技术能够满足这些要求。
激光焊接技术被应用于喷气发动机涡轮叶片的制造，能够提高制品的性能并保证焊接接头的质量。
电子束焊接技术被广泛应用于轻型航空航天器的生产，能够实现高效率、高质量的焊接，提高产品的可靠性。
在汽车制造领域，高能束焊接技术也发挥了重要作用。
汽车的表面涂层和涂漆往往会影响到其外观和耐腐蚀性能，而高能束焊接技术能够在不破坏基材的情况下，有效地去除涂层。
高能束焊接技术还可以用于汽车零部件的焊接，提高产品的质量和可靠性。
电子设备制造领域也是高能束焊接技术的主要应用领域之一。
电子器件往往需要高精度和高可靠性的连接，而高能束焊接技术能够实现精确的焊接和微小尺寸的焊接接头。
激光焊接技术被广泛应用于集成电路的封装和电子组装的焊接。
高能束焊接技术的发展和应用为现代工业生产带来了许多优势。
它能够实现高效率、高质量的焊接，提高产品的性能和可靠性。
随着科技的不断进步和创新，高能束焊接技术还将继续发展，并在更多领域得到应用。
高能束流焊接方法学习要点总结课件
等离子弧切割
此法是将混合气体通过高频电弧。气体可以是空气，也可以 是氢气、氩气和氮气的混合气体。高频电弧使一些气体"分解"或 离子化，成为基本的原子粒子，从而产生"等离子"。然后，电弧 跳跃到不锈钢工件上，高压气体把等离子从割炬烧嘴吹出，出口 速度为每秒800~1000米(约3马赫)。这样，结合等离子中的各种气 体恢复到正常状态时所释放的高能量产生2700℃的高温。该温度 几乎是不锈钢熔点的两倍。从而使不锈钢快速熔化，熔化的金属 由喷出的高压气流吹走。因此，需要用排烟和除渣设备。
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与传统焊接技术比较，激光焊接与电
子束焊接都具有更多优异的特性：
□ 能量密度高（大于105W/cm2）；
□ 焊接速度高（一般可以达5~10m/min）
；
□ 热影响区窄（仅为焊缝宽度10%~20%）
；
□ 热流输入少、工件变形小；
□ 易实现自动控制、可在线检测焊缝质量
；
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对比：
电子束焊接的优点是相当突出的： □ 电子束的能量转换效率非常高（80%~90%），可以研制出很高功率的大型焊接设备（在日本 ，加速电压600kV、功率300kW的超高压电子束焊机已问世）； □ 电子束焊接的焊缝很细，其深宽比很容易达到10∶1，甚至是20∶1（最新报道显示：日本在 焊接200 mm厚不锈钢时，深宽比达70∶1）； □ 电子束的可控性更好，甚至可以在工件内部形成曲线孔径； □ 电子束对不同材料、特殊材料的焊接更容易。 当然，电子束的缺点也十分明显： □ 需要高真空环境以防止电子散射，设备复杂，焊件尺寸和形状受到真空室的限制（非真空环 境的电子束焊，是重要的研究方向）； □ 由于真空室的存在，抽真空成为影响循环时间的主要障碍（目前用于齿轮焊接的单台电子束 设备循环时间很难做到60s以内）； □ 有磁偏移：由于电子带电，会受磁场偏转影响，故要求电子束焊工件焊前去磁处理； □ X射线问题：X射线在高压下特别强，需对操作人员实施保护； □ 对工件装配质量要求严格，同时工件表面清洁的要求也较高。
高能束焊接
两种高能束焊接各自特点和应用及其发展前景对于现代社会，效率对于工业生产是很重要的。
因此对于其应用的科学技术也要求很高。
为此，在焊接领域提出了利用高能密度束流作为热源的焊接方法，这就是高能束焊接。
目前狗啊能输焊接主要有两种：电子束焊接（EBW）和激光焊接（LBW）。
其能量密度必TIG或MIG等弧焊方法高一个数量级以上，通常高于5*105W/cm2。
一、电子束焊接（EBW）EBW焊接是以汇聚的高能电子束流轰击工件接缝处而产生的热能是材料融合的一种焊接方法。
这种焊接方法具有以下优点：⒈电子束功率密度高，其功率密度可达105-107W/cm2。
⒉焊缝深宽比大。
焊缝熔区很深很窄，其深宽比最高可达50：1，焊件变形可以忽略，不少零件可在精加工后焊接，不必进行后续精加工。
即使精度要求特别高的零件，焊后精加工留量可以很少，比用常规焊接方法可节省大量精加工工时。
可将原整体结构件分解成二件或二件以上工件焊接起来，可以变革原加工工艺，省时、省料、甚至可变革原零、部件的结构的设计使其更合理。
⒊电子束不仅能量密度高而且精确可调、被焊零件的厚度可以薄至0.05mm，厚至300mm（钢）或550mm（铝），不开破口，一次焊透。
⒋焊接在真空中进行，排除了大气中有害气体(如氢和氧等)的影响。
可高质量地焊一些活动性材料如钼、铍、铀、铌、钛等及其合金。
⒌可焊接物理常数差别大的材料，如非常薄的与非常厚的零件焊接或二者性质差别大的异种金属焊接，如钢与铜的焊接。
⒍由于电子束能量密度高，焊接速度可以很高，如焊O．8ram 薄钢板，焊接速度可迭200mm／s，焊接2'0 0mm 熔深锰钢，焊速可达300mmlmin。
在多工位电子束焊机上焊接汽车配电器(犒一平板焊列配电器凸轮上)其生产率可迭1440件／小时。
⒎由于焊接熔区小，焊接速度高，输入能量比常规焊接方法小得多，因此其热影响区小，有利提高焊接性能。
焊接区域邻近温度低，对封装热敏器件如集成电路组件，各类传感器探头的封装极为有利。
高能束流焊接技术及应用
Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｉ ｔ ｓ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｈｉ ｇ ｈ Ｅｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｂｅ ａ ｍ Ｗｅ ｌ ｄｉ ｎ ｇ
ＤＡＮＧ Ｊｉ ｅ ， ＬＩ Ｊｉ ａ ｎ— ｇ ｕ ｏ ， ＣＨＥＮ Ｚｈ ｅ ｎ
高 能束 流 焊 接 技 术 及 应 用
党 杰 ，李 建 国。 ，陈 镇 ，李 旭 晖。 ，陈 晶 ，石 伯 承
（ １ ． 北 京 清 能 创 新 科 技 有 限公 司 ，北 京 １ ０ ０ ０ ８ ４ ；
２ ． 甘 肃 蓝 科 石 化 高 新 装 备 股 份 有 限公 司 ，甘 肃 兰 州 ７ ３ ０ ０ ７ ０ ）
２ ． Ｌａ ｎ ｐ ｅ ｃ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ Ｃｏ ． Ｌｔ ｄ ． ，Ｌａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ ７ ３ ０ ０ ７ ０，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｂ ｅ ａ ｍ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｗｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ —
了 系统 分 析 研 究 ， 对 高能束 流焊接 技 术 的概念 、 种类、 机理、 技 术优 势 、 焊接 方 法复合 、 应 用 领 域 以及
发展 前景 进行 了详 细论 述 。
关 键 词 ： 高能束流 ；焊接技术 ；应用研究
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｇ４ ４
文献标 志码 ： Ａ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — ７ ４ ６ ６ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ３ ． ０ ０ ９
焊接方法与设备之《高能密度焊》讲解
焊接方法与设备之《高能密度焊》讲解高能密度焊，是一种采用高能量密度热源进行焊接的方法，它能够在短时间内进行高温熔池的形成和快速凝固，从而实现高效的焊接效果。
本文将对高能密度焊的原理、应用及设备进行详细讲解，希望能够为读者们提供全面的了解。
一、高能密度焊的原理高能密度焊是利用高能量密度热源，如激光、电子束等，直接照射到焊接材料上，通过瞬间高温使焊接材料熔化并形成熔池，然后迅速凝固，完成焊接过程。
相对于传统的焊接方法，高能密度焊具有以下特点：1. 热输入快速：高能密度焊采用高能量密度热源，能够在短时间内提供大量热能，使焊接材料瞬间达到熔点，形成熔池。
2. 热影响区小：由于高能密度焊的热输入速度快，所以热影响区比传统焊接方法更小，能够减少对工件的热影响，降低变形和残余应力。
3. 焊接速度快：高能密度焊的热输入快、熔池形成和凝固的速度快，因此焊接速度比传统焊接方法更快。
高能密度焊广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备、光纤通信等领域，具有以下特点：1. 航空航天领域：高能密度焊因其快速、高效、稳定的特点，被广泛应用于航空航天领域的零部件制造，如发动机零部件、航空器结构件等。
2. 汽车制造领域：高能密度焊能够有效提高汽车制造的生产效率，减少生产成本，提高产品质量，因此在汽车制造领域有着广泛的应用。
3. 电子设备领域：在电子设备领域，高能密度焊被用于微型零部件的焊接，可以实现高精度、高效率的焊接过程。
4. 光纤通信领域：光纤通信领域对焊接质量和速度有着极高的要求，高能密度焊能够满足这些要求，因此在光纤通信领域有广泛的应用。
高能密度焊的设备主要包括激光焊接机和电子束焊接机两种。
1. 激光焊接机：激光焊接机是利用高能量密度的激光光束进行焊接的设备，其光束能够集中在很小的焊点上，提供高能量密度的热源。
激光焊接机由激光发生器、光学系统、焊接头、控制系统等组成，能够实现高精度、高效率的焊接过程。
激光焊接机可分为固体激光焊接机和气体激光焊接机。
高能束焊接技术的发展和应用
高能束焊接技术的发展和应用高能束焊接技术是一类利用高能量且作用范围集中的束流作为热源，作用于材料以达到使材料焊接目的的新型技术，目前已成为发展极为迅速、最具重要性的前沿的制造技术之一。
由于其焊接速度快、不易使材料变形、焊接质量极佳、适应能力强等诸多优点，这种技术不仅可以满足大量生产、高自动化程度生产的需要，亦可在要求少量、多品种乃至个性化定制生产的领域得到广泛的应用。
在视现代化制造技术如至宝的今天，高能束焊接技术自然成为国际间科技竞争的焦点之一，它是生产高科技国防武器装备的必需技术之一，同时也是度量一个国家工业水平及制造能力的最具代表性的指标之一。
如今，高能束焊接及制造技术已渗入到民用工业及军工业的多个领域，并在其中不断发光发热，为现代化工业生产做出了较大的贡献。
本文将从高能束焊接的三个具体方面：激光、电子束及等离子激光焊接技术切入，分析并总结了三类高能束焊接技术的机理、发展历程和应用、以及未来的发展趋势，从而指导工业生产和科学研究。
1 激光焊接技术的发展和应用激光焊接技术是一种利用高能量密度的激光为热源的高效材料加工方法，主要优点是焊接深度较大、速度较快、操作简便。
目前，常见的激光焊接所使用的激光器主要为CO2激光器及Nd：YAG激光器两种，它们的研发时间相对其他类型的激光器更长，技术更加完善，应用的领域也十分广泛。
前者是一种可连续工作的气体激光器，激光活性介质是CO2、碳酸气及氮气等混合气体，发射波长为10.6μm的光，电光转化效率介于10-30%之间，输出功率最低为0.5kW，最高可达50kW;后者利用掺有Nd杂质的YAG晶体为激光活性介质，与CO2激光器发射的激光相比，Nd：YAG激光器发射出的激光波长更短，电光转化效率及输出功率均低于前者。
而且它不仅可连续输出，还可以进行脉冲输出;且因发射光波长较短，激光束更易被焊接材料所吸收，故在高反射率材料的焊接上有更大的性能优势。
此外，Nd：YAG 激光器支持光纤传输，可匹配机器人加工系统，因此支持远程控制，利于进行自动化深入高产。
高能束焊接技术的发展和应用
高能束焊接技术的发展和应用随着制造业的不断发展，高能束焊接技术逐渐成为一种越来越重要的工艺。
高能束焊接技术是一种利用高能量的电子、光子或离子束来完成焊接、切割和表面改性等工艺的技术。
它具有焊接速度快、能量密度高、变形小等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子工业、医疗器械等领域。
高能束焊接技术的发展可以追溯到上世纪五十年代，当时主要应用于核工业领域。
随着国际间高能束技术的研究交流，高能束技术也逐渐得到了广泛的应用和发展。
在航空航天领域，高能束焊接技术可以用来制造航天器发动机、飞行器发动机喷气喉等重要部件。
在船舶制造领域，高能束焊接技术可以大幅缩短船体建造周期，提高船体质量和疲劳寿命。
在汽车制造领域，高能束焊接技术可以用来制造汽车车身和发动机等部件。
在电子工业领域，高能束焊接技术可以用来制造电子元器件、太阳能电池板等产品。
在医疗器械领域，高能束技术可以用来制造医疗器械的金属部件。
高能束技术的原理是利用高能量的电子、光子或离子束来加热和熔化工件表面，在保持焊接部位几乎不变形的同时完成焊接。
高能束焊接技术的能量密度极高，可以达到几千万到几亿焦/毫米，因此可以在很短的时间内完成焊接过程。
高能束焊接技术通常包括电子束焊、激光焊和离子束焊三种。
在这三种方法中，激光焊是应用最广泛的一种方法。
激光焊接可以完成多种材料的焊接，包括金属、塑料、玻璃等。
高能束焊接技术的应用带来了许多好处：首先，高能束焊接技术可以大大缩短制造周期和提高生产效率。
其次，在高能束焊接技术中，焊接区域的热影响区较小，因此可以减少材料的变形。
此外，高能束焊接技术还可以提高焊缝的质量，减少焊接缺陷和气孔等缺陷的产生。
然而，高能束焊接技术也存在一些局限性，例如高能束焊接设备的成本较高，操作难度较大，需要高技能人才进行操作等。
此外，大多数高能束焊接技术对材料的要求较高，材料的种类、大小等要求比较严格。
综上所述，高能束焊接技术是一种极具发展潜力的技术。
高能束焊接技术的发展和应用
高能束焊接技术的发展和应用高能束焊接技术是一种高效、高精度的焊接方法，它利用高能束作为热源，将工件上的两个或多个金属材料焊接在一起。
随着工业技术的不断发展，高能束焊接技术在航空航天、汽车制造、电子器件制造等领域得到了广泛应用。
本文将就高能束焊接技术的发展历程、工作原理和应用前景进行介绍。
一、高能束焊接技术的发展历程高能束焊接技术的发展可以追溯到20世纪40年代，当时人们开始尝试利用电子束、激光束和等离子束等高能源来进行焊接。
20世纪60年代，随着激光技术的进步，激光束焊接技术逐渐成熟，取得了一系列重要进展。
1970年代，电子束焊接技术也得到了快速发展，成为了航空航天领域、核能工程领域最主要的焊接方法之一。
随着科学技术的不断进步，高能束焊接技术变得更加精确、高效，应用领域也不断扩大。
二、高能束焊接技术的工作原理高能束焊接技术是利用高能束的热源对工件进行加热，使其达到熔化状态，然后将两个或多个工件进行熔汇从而实现焊接。
根据高能束的种类不同，高能束焊接技术又可分为激光束焊接、电子束焊接和等离子束焊接。
激光束焊接是指利用激光器产生的激光束对工件进行加热，通过激光束的高能量密度，将工件表面局部加热至熔化状态，然后使两个或多个工件在熔融态时迅速相互融合，从而完成焊接。
激光束焊接技术由于其高能量密度、热输入小、热影响区小等特点，逐渐成为了航空航天、汽车制造、电子器件制造等领域的主要焊接方法。
电子束焊接则是利用电子发射器产生的电子束对工件进行加热，在高能电子束的作用下，工件表面的金属被迅速加热至熔点，然后实现焊接。
电子束焊接技术由于其高能量密度、焊接速度快等特点，被广泛应用于核能工程、宇航工程、航空制造等高端领域。
等离子束焊接是一种利用等离子束对材料进行加热的焊接方法，通常利用等离子束切割机产生的等离子束对工件进行加热，然后实现焊接。
等离子束焊接技术由于其对材料的热输入小、热影响区小等特点，被广泛应用于微电子器件制造、微细连接技术等领域。
焊接方法与设备之《高能密度焊》讲解
焊接方法与设备之《高能密度焊》讲解高能密度焊是一种先进的焊接方法，其原理是利用高能密度的能源对焊接材料进行加热熔化，实现焊接的目的。
这种焊接方法需要特殊的设备来实现，下面将详细介绍高能密度焊的工作原理、应用和相应的设备。
高能密度焊的工作原理是利用高能密度的能源，如激光、电子束或等离子弧等，对焊接材料进行加热熔化。
在焊接过程中，能源被集中到一个小范围内，达到高热密度，从而可以迅速加热并熔化焊接材料。
这种焊接方法具有热输入小、热影响区小、焊接速度快等优点，适用于对焊接质量要求高的材料。
高能密度焊的设备有多种，下面将介绍几种常见的高能密度焊设备。
首先是激光焊接设备，激光焊接是一种常见的高能密度焊方法，其设备主要包括激光器、光束传输系统、焊接头和控制系统等部分。
激光器产生高能密度的激光束，光束传输系统将激光束传输到焊接头，焊接头通过对焊接材料进行聚焦和控制，实现对焊接材料的加热和熔化。
控制系统则对焊接过程进行监控和控制，确保焊接质量。
等离子弧焊接也是一种常见的高能密度焊方法，其设备主要包括等离子弧发生器、等离子弧枪、气体传输系统和控制系统等部分。
在等离子弧焊接中，等离子弧发生器产生高能密度的等离子弧，等离子弧枪将等离子弧传输到焊接材料上，气体传输系统提供保护气体和辅助气体，控制系统对焊接过程进行监控和控制，确保焊接质量。
高能密度焊是一种先进的焊接方法，其设备包括激光焊接设备、电子束焊接设备和等离子弧焊接设备等。
这些设备都是利用高能密度的能源对焊接材料进行加热和熔化，实现对焊接材料的快速、高效、高质量的焊接。
高能密度焊的应用范围广泛，包括航空航天、汽车制造、电子设备、生物医药等领域，具有重要的现实意义和广阔的发展前景。
焊接方法与设备之《高能密度焊》讲解
焊接方法与设备之《高能密度焊》讲解高能密度焊（High Energy Density Welding）是指在焊接过程中，焊接区的热输入量达到高能密度，使焊缝区域发生非常高的温度和压力，并利用此温度和压力进行焊接操作的一种高效密度的焊接方法。
高能密度焊有多种形式，如激光焊、电子束焊、等离子弧焊等。
本文将重点介绍激光焊和电子束焊两种方法。
激光焊激光焊是一种应用于板材、管道和器件等应用领域广泛的焊接方法。
激光是指一种高功率的光束，通过集成和放大电磁辐射来生成，在焊接过程中，激光光束照射在金属焊缝处，能量密集地聚焦在焊接部位，从而产生局部熔化，形成焊接缝。
激光焊的优势在于其高精度、高效率、高质量和适应性强。
激光焊具有以下特点：1.高能量密度：激光焊的光束能量密度非常高，高达10^12 W/cm^2，能够在极短的时间内加热焊缝，使其快速熔化。
2.高精度：激光光束可聚焦成非常小的点，精度高，焊接精度可达几微米，适用于微弧焊，可以处理微小焊缝。
3.高效率：激光焊熔池的形成速度非常快，与传统焊接方法相比，激光焊的焊接速度快，可以节省时间和成本。
4.适应性强：激光光束可以切割不同形状的金属，不同材质的材料和不同厚度的金属板。
激光焊设备包括激光发射器、光学导向器、光学聚焦头等组成。
在焊接时，先通过适当的光学系统将激光光束聚焦到焊接区域，产生高功率、高密度的热源，并持续注入能量使焊缝区域融化成液态，然后快速冷却凝固，形成焊接缝。
激光焊还具有焊接深度、角度和速度等方面与其他方法相比优越的性能。
电子束焊电子束焊是通过从高速运动的电子流中发射电子产生的，将高能电子聚焦到狭窄的区域，使金属达到熔点后再冷却并结合密封的一种焊接方法。
电子束焊可以实现高精度、高深度、迅速焊接且不需额外的填充材料。
1.电子束的能量密度达到10^8~10^12W/cm^2，可以使焊接区域瞬间达到高温，以达到焊接效果。
4.适应性强：电子束焊可以焊接不同形状和厚度的材料，但它通常适用于金属，尤其是高熔点材料。
高能束流焊接方法
高能束流焊接方法〔一〕激光焊1. 高能焊概念：高能焊接是指以激光束、电子束、等离子体为热源，对金属、非金属材料进行焊接的精细加工工艺。
高能束流焊接的功率密度〔Power Density〕到达105W/cm2以上。
2.高能束流是由单一的电子、光子、电子和离子，或者二种以上的粒子组合而成。
3.激光焊概念：激光焊是高能焊的一种。
是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效而且精密的焊接方法。
它是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量而进行焊接的，聚焦的激光束是指：利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束。
3.激光焊特点：〔1〕功率密度高。
由于激光束的频谱宽度窄，经过会聚后的光斑直径可以小到，功率密度可以到达109W/cm2，可以焊接0.1~ 50mm厚的工件。
〔2〕脉冲激光焊加热时间短、焊点小、热影响区小。
〔3〕激光焊与电子束焊有许多相似之处，但它不需要真空室，不产生X射线，更适合生产中推广应用。
激光焊接已成为高能束焊接技术发展的主流。
缺点是激光焊接一些高反射率的金属还比较困难，另外设备投资大。
〔4〕激光能够反射、透射、能够在空间传播相当长的距离而衰减很小，激光焊能够远距离焊接，或者对难以接近的部位进行焊接，能够透过玻璃等其他透明物体进行焊接。
〔5〕激光不受电磁场的影响。
〔6〕激光的电光转换效率低〔约为0.1 % ~ 0.3 %〕。
工件的加工和组装精度要求高，夹具要求精密，因此焊接成本高。
〔7〕一台激光器可供多个工作台进行不同的工作，既可以用于焊接，又可以用于切割、合金化和热处理，一机多用。
4激光焊接的优点激光焊接具有以下优点：能量密度高，可聚焦，深穿透，高效率，高精度，适应性强等。
5激光焊设备组成激光焊接设备由以下设备组成：工作平台，激光器，光束检测系统，焊接过程检测系统，导光聚焦系统，电脑控制系统6激光器的组成激光器一般由以下这些部件组成：〔1〕激光工作物质：必须是一个具有假设干能级的粒子系统并且具备压稳态能级，使粒子数反转和受激辐射成为可能。
07焊接方法与设备-高能束焊资料
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 在被焊工件上“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 孔周围流向熔池后部，逐渐冷却、凝固形成了焊缝。
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等离子弧焊接
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第一节 等离子弧的形成及特性 -------------等离子弧的形成
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。
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第一节 等离子弧的形成及特性 -------------等离子弧的形成
自由电弧
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第一节 等离子弧的形成及特性 -----------------等离子弧的形成
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第一节 等离子弧的形成及特性 -------------等离子弧的特性
5/26/2020
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第一节 等离子弧的形成及特性 -------------等离子弧的特性
TIG:10000-24000K 104w/cm2
PAW:24000-50000K 105w/cm2
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高能束焊接 -------------电子束焊的设备
真空电子束焊接－上海交大焊接研究所
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高能束焊接 -----------电子束焊的工作原理
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25～300kV的 加速电压的作用下，电子被加速到0.3～0.7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， 电子会聚成功率密度很高的电子束。
高能束流焊接技术研究论文
高能束流焊接技术研究论文高能束流焊接的功率密度（PowerDensity）达到105W/cm2以上。
束流由单一的电子、光子、电子和离子或二种以上的粒子组合而成。
属于高功率密度的热源有：等离子弧、电子束、激光束及复合热源激光束+Arc（TIG、MIG、Plasma）。
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（DCSlab）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35mm和40mm.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。
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3）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。
4）电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接 质量。
5）电子束焊接时产生的X射线需要严加防护
以保证操作人员的健康和安全。
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高能束焊接 -------------电子束焊的设备
Electron Beam Welding precision componentstechnician operating 3KW, 12 inch cubed chamber Electron Beam Welder
三种压缩机制：
– 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度。
– 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，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“热收缩”，也可称为“热压缩”。
– 电磁（必然存在）：弧柱电流本身产生的
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高能束焊接 -------------电子束焊的优点-1
1）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60:1。焊接厚板时可 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。
2）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 仍保持足够高的精度。
压强为4Pa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
大的零件的焊接和在生产线上使用。例如：变速器组合
齿201轮9/8/2多9 采用低真空电子束焊接。
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高能束焊接 -------------电子束焊的分类
定义：利用加速和 聚焦电子束轰击置 于真空或非真空中 焊件所生的热能进 行焊接的方法称为 电子束焊。(EBW)
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高能束焊接 -------------电子束的特点
（1）功率密度高 电子束焊接时常用的加速电压范 围为30～150kV，电子束电流20～1000mA，电子束焦 点直径约为0.1～1mm，这样，电子束功率密度可达 106W/cm2以上。
10-4
10-5 10-7 10-8
104~105
1.5 × 105 107~109
温度 3200℃ 6000K 8000K 6400K 2000K
18000K
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等离子弧焊接
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）。
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第一节 等离子弧的形成及特性 -------------等离子弧的特性
挺度好、冲击力大
面积变化20%
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第一节 等离子弧的形成及特性 -----------等离子弧的基本方法
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。
（2）精确、快速的可控性 作为物质基本粒子的电子 具有极小的质量（9.1×10-31kg）和一定的负电荷 （1.6×10-19C），电子的荷质比高达1.76×10-11C/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。
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激光
能 量
自光
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波长
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。
高真空电子束焊是在10-4～10-1Pa的压强下进行的。
良好的真空条件，可以保证对熔池的“保护”防止金属
元素的氧化和烧损，适用于活性金属、难熔金属和质量
要求高的工件的焊接。
低真空电子束焊是在10-1～10Pa的压强下进行的。
在采用转移弧时，由 于某些原因，有时除 了在钨极和工件之间 燃烧的等离子弧外， 还会另外产生一个在 钨极－喷嘴－工件之 间燃烧的串列电弧， 这种现象谓之双弧
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第一节 等离子弧的形成及特性 -------------双弧现象及防止
危害： – 破坏稳定性、破坏接头质量 – 降低功率、影响穿透力 – 危害喷嘴
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等离子弧焊接
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第一节 等离子弧的形成及特性 -------------等离子弧的形成
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。
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第一节 等离子弧的形成及特性 -------------等离子弧的形成
自由电弧
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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
室，射到处于大气压力下的工件上。在压强增加到7～
15Pa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
离限制在20～50mm，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
PAW:24000-50000K 105w/cm2
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第一节 等离子弧的形成及特性 -------------等离子弧的特性
TIG:斑点热量是焊接的主导能量 弧柱的传导辐射对于焊接是次要能 量
PAW: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 要能量 斑点热量降为次要能量
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高能束焊接 -----------电子束焊的工作原理
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高能束焊接 -----------电子束焊的工作原理
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高能束焊接 -----------电子束焊的工作原理
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高能束焊接 -------------电子束焊的分类
磁场对弧柱有压缩作用(即磁收缩效应)，电流密
2019/8/29 度越大，磁收缩作用越强。
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第一节 等离子弧的形成及特性 -------------等离子弧的类型
按电源连接方式分为非转 移型、转移型和联合型。
焊接中最 常用的类
型？
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第一节 等离子弧的形成及特性 -------------等离子弧的形成
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高能束焊接 -------------激光焊
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激光束基本特性
单色性好、方向性好、亮度高、相干性好。
1、单色性 激光中单色性最好的是气体激光器产生的激光。
He-Ne激光器产生的632.8nm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(Kr86)，其 谱线宽度为4.7×10-3nm。 激光的单色性比一般光要高出106～107倍以上 .
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 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“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 孔周围流向熔池后部，逐渐冷却、凝固形成了焊缝。
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高能束焊接 -------------电子束焊的设备
真空电子束焊接－上海交大焊接研究所
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高能束焊接 -----------电子束焊的工作原理
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25～300kV的 加速电压的作用下，电子被加速到0.3～0.7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， 电子会聚成功率密度很高的电子束。
高能束焊接
等离子弧焊接 电子束焊 激光焊
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焊接热源的最小加热面积、最大功 率密度和温度
热源
最小加热面积/cm2 最大功率密度/Wcm2
乙炔火焰
10-2
2×103
金属极电弧
10-3
104
TIG
10-3
埋弧焊
10-3
1.5 × 104 2 × 104
电渣焊
10-3
104
MIG CO2焊 等离子 电子束 激光 2019/8/29
第一节 等离子弧的形成及特性 -----------------等离子弧的形成
保护气
保护气喷嘴 焊接方向
工件
电极
等离子气
气室 拘束喷嘴 焊缝金属
小孔
拘束电弧 压缩电弧
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第一节 等离子弧的形成及特性 -----------------等离子弧的形成
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第一节 等离子弧的形成及特性 -------------等离子弧的形成
等离子弧的影响因素 – 电流 – 喷嘴孔径尺寸 – 等离子气种类及流量（H2、N2、Ar）
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第一节 等离子弧的形成及特性 -------------等离子弧的特性
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第一节 等离子弧的形成及特性 -------------等离子弧的特性
TIG:10000-24000K 104w/cm2
(2)熔透型等离子弧焊 当离子气流量较 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。 焊缝成形原理和钨氩弧焊相似。其主要用于 薄板单面焊双面成形及厚板的多层焊。