高能束及特种焊接技术的发展.doc
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。
高能束流焊接技术的最新进展
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 子立焊是关注点之一。
高， 对铝等材料的适应性差 。从能量观点看 ， 激光电弧复合对焊 ３ 国内高能束流焊接现状 在 国 内 ， 能 束 流 焊接 越 来 越 引 起 更 多相 关 人 士 诸 如 焊 接 、 高 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 。 物理 、 激光 、 材料、 机床 、 计算机等工作者的关 注。国内在设备水 与 但在工艺研究上 ， 水平则较为接近 ， 甚 Ｇ Ａ 激 光加丝和激光电弧 复合三种方法焊接 时线能量 、 Ｍ 、 焊缝断 平上 ， 国外有一定差距 ， 面以及能量利用率 的比较。Ｌ ｓｒＴ Ｇ Ｈ ｂｉ 可显著增加焊速 ， 至在某些方面还有 自己的特色。 ａｅ－ Ｉ ｙｒ ｄ
０ ｍｍ的不锈钢 ， 深宽比达 ７ ：。 日、 、 ０１ 俄 德开展 了双枪及填丝 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 ２ ０ 纤长度最长可达 ６ ｍ。 ） ０ ４ 开放式 的控制接 口。 ） ５ 具有远距离诊断 电子束焊接技术的研 究。法 国研制成功的双金属和三金属薄带
１ 激光焊接的最新进展
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 激光熔覆 。激光熔覆与其它表直 流板条式 （ Ｃ Ｓａ ）Ｏ 激光器 ； ） ． １ ） Ｄ ｌｂ Ｃ ２ 二极 快、 热输人少 ， 变形极小 ； 结合强度高 ； 稀释率低 ； 改性层厚度可 管泵浦的 Ｙ Ｇ激光器 ； ） Ｏ激光器 ；） Ａ ３Ｃ ４ 半导体 激光器 ； ） ５ 准分 精确控制 ， 定域性好、 可达性好 、 生产效率高。
高能束流焊接技术的最新进展(一)
高能束流焊接技术的最新进展(一)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。
高能束流加工技术的现状及发展
高能束流加工技术的现状及发展一、引言高能束流加工技术是一种先进的制造加工技术，其利用高能束流对材料进行加工处理，可以实现高精度、高效率、低损伤的加工效果。
随着科技的不断进步和应用领域的不断扩展，高能束流加工技术已经成为了当前最具前景和潜力的制造加工技术之一。
二、高能束流加工技术的基本原理1. 高能束流的产生高能束流包括电子束、离子束和激光束等。
其中，电子束和离子束是通过电子枪或离子源产生，并通过磁场聚焦形成细小且密集的束流；激光束则是通过激光器产生，并通过透镜系统聚焦形成极小直径的光斑。
2. 高能束流与材料相互作用当高能束流与材料相互作用时，会发生以下几种物理过程：撞击效应、热效应、化学效应和辐射效应。
其中，撞击效应主要指由于高速粒子与固体表面发生碰撞而导致表面变形或破裂；热效应主要指由于高能束流的能量被转化为材料内部的热能而导致材料熔化或蒸发；化学效应主要指由于高能束流与材料发生化学反应而导致表面化学性质的改变；辐射效应主要指由于高能束流所产生的辐射而导致材料受到辐射损伤。
3. 高能束流加工技术的基本过程高能束流加工技术包括预处理、加工和后处理三个基本过程。
其中，预处理主要是对待加工材料进行表面清洗和处理，以确保其表面光洁度和化学性质符合加工要求；加工过程则是将高能束流对材料进行精细加工，包括切割、打孔、雕刻等多种形式；后处理则是对已经完成的产品进行表面处理和质量检测，以确保其符合产品标准。
三、高能束流加工技术在各领域中的应用1. 航空航天领域在航空航天领域中，高能束流加工技术被广泛应用于制造发动机喷口、涡轮叶片等关键部件。
这些部件需要高精度、高强度和高温性能，而高能束流加工技术可以实现对这些部件的精细加工和表面处理，提高其性能和寿命。
2. 电子信息领域在电子信息领域中，高能束流加工技术被广泛应用于制造微电子器件、光学器件等高精度产品。
这些产品需要极高的精度和表面光洁度，而高能束流加工技术可以实现对这些产品的微米级别加工和表面处理。
特种焊接发展现状
特种焊接发展现状特种焊接作为一种高度专业化的焊接方式，已经得到了广泛的应用和推广。
在其发展的过程中，特种焊接主要经历了以下几个阶段：第一阶段是特种焊接技术的萌芽阶段，起源于20世纪60年代初。
在这个阶段，特种焊接主要应用于国防、航空航天、核工业等高新技术领域。
以国防工业为例，特种焊接主要用于飞机、导弹、坦克等特种装备的制造和维修，确保国家安全和军事实力。
第二阶段是特种焊接技术的发展阶段，发生在20世纪70年代至90年代。
在这个阶段，特种焊接开始进入了石油、化工、能源、交通和船舶等行业。
特种焊接技术的发展，为这些行业提供了更高效、更安全的焊接解决方案。
比如，石油和化工行业需要焊接各种特殊材料，而特种焊接技术能够在高温、高压等极端工况下实现高质量的焊接。
第三阶段是特种焊接技术的成熟阶段。
从21世纪开始，特种焊接已经成为传统行业和新兴领域的焊接方法之一。
特种焊接技术在汽车、航空、航天、电子、电器等领域得到了广泛的应用。
典型的例子就是航空航天领域，特种焊接技术的应用能够提高飞机的安全性和可靠性。
目前，特种焊接在中国的发展也呈现出了一定的特点和趋势。
一方面，随着中国制造业的不断发展壮大，特种焊接需求不断增长。
另一方面，随着科技的进步和研发投入的提高，中国特种焊接技术在国内外的市场竞争力逐渐增强。
特种焊接技术也在不断的创新和进步，出现了一些新的特种焊接方法和设备。
总之，特种焊接作为一种高度专业化的焊接方式，发展迅速且前景广阔。
随着各行业对特种焊接需求的增加以及技术的不断成熟和创新，特种焊接必将在未来发展中发挥更加重要的作用。
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。
高能束流焊接技术的应用与发展趋势
高能束流焊接技术的应用与发展趋势高能束流焊接技术是利用可聚焦调节的激光束和电子束等高能量密度束源为热源的材料加工技术，包括以焊接和近期发展的3D打印为代表的生产制造技术，表面刻蚀、打孔、切割为代表的材料去除加工技术，以及以表面造型、强化、改性、涂层防护等表面工程技术。
高能束加工属于非接触加工，能量密度高，能量柔性可调，材料适应性广，加工工艺多元化，因而被誉为21世纪最先进的制造技术。
高能束焊接是应用最为广泛的高能束加工技术，其高效、高精度的焊接优势使之成为装备结构轻量化制造不可或缺的技术之一，是各国制造业关注的热点。
而近年来国际焊接学会高能束流技术专委会交流的论文既突出地显示了国际高能束焊接前沿研究动向，也比较客观地反映了近年来国际高能束焊接技术的发展水平。
此外，交流会报告基本是各国政府相关部门资助研究项目，并且不乏跨国合作项目，如英国-葡萄牙在欧盟地平线2020项目资助下跨国合作进行多用途激光加工头的开发[1]，反映出国际合作对高能束术发展起到的重要作用。
中国在重点研发项目和国家自然科学基金项目也对高能束焊接技术研究给予了不少的资助[2]，参与国际焊接学会学术交流也逐年增多。
伴随全球制造向智能化发展的趋势，近两年高能束焊接装备工艺化控制和装备柔性化的研究也备受关注，表明智能制造理念正深入融入高能流焊接技术研究，如将激光束高速摆动使熔池形成“匙孔”以解决焊缝缺陷问题[3]，精确控制激光与焊丝作用位置以实现“Button Hole”薄板深熔焊接工艺[4-6]，这些技术都是很有发展前景的激光焊接新技术，值得进一步深入研究。
高能束过程的数值模拟是十分重要的，韩国学者在激光焊接和激光-电弧复合焊接过程数值模拟研究方面取得了很大的进步，但近两年交流报告未见，仅日本大阪大学连接与焊接研究所(JWRI)发表了有关TIG电弧金属蒸气的动态行为的技术基础理论的文章 [7-8]，有关电弧中保护气体的等离子体与金属蒸气的动态分布及其对电弧温度和熔滴过渡影响是值得高能束焊接过程模拟借鉴。
高能束流加工技术的应用与发展
高能束流加工技术的应用与发展高能束流(High Energy Density Beam)加工是利用高能量密度的束流(激光束、电子束、等离子束)作为热源,对材料或构件进行特种加工的技术. 20世纪以来，航空科学技术迅速发展，为保证在高温、高压、高速、重载和强腐蚀等苛刻条件下的工作可靠性，在飞机、发动机和机载设备上大量采用了新结构、新材料和复杂形状的精密零件，这就使产品的制造性日趋恶化，对制造技术不断提出新的挑战。
鉴于对有特殊要求的零件用传统机械加工方法很难完成，难于达到经济性要求。
现在，工艺师们独辟蹊径，借助各种能量形式，探寻新的工艺途径，各种异于传统切削加工方法的新型特种加工方法应运而生，如高能束流加工、电火花加工、电解加工、化学加工、物料切蚀加工以及复合加工。
目前，特种加工技术已成为航空产品制造技术群中不可缺少的分支，在难切削材料、复杂型面、精细表面、低刚度零件及模具加工等领域中已成为重要的工艺方法。
1.现代特种加工技术的特点及发展趋势1.1特种加工技术的特点现代特种加工（SP,Special Machining）技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能及特殊机械能等多种能量或其复合以实现材料切除的加工方法。
与常规机械加工方法相比它具有许多独到之处。
① 以柔克刚。
因为工具与工件不直接接触，加工时无明显的强大机械作用力，故加工脆性材料和精密微细零件、薄壁零件、弹性元件时，工具硬度可低于被加工材料的硬度。
② 用简单运动加工复杂型面。
特种加工技术只需简单的进给运动即可加工出三维复杂型面。
特种加工技术已成为复杂型面的主要加工手段。
③ 不受材料硬度限制。
因为特种加工技术主要不依靠机械力和机械能切除材料，而是直接用电、热、声、光、化学和电化学能去除金属和非金属材料。
它们瞬时能量密度高，可以直接有效地利用各种能量，造成瞬时或局部熔化，以强力、高速爆炸、冲击去除材料。
其加工性能与工件材料的强度或硬度力学性能无关，故可以加工各种超硬超强材料、高脆性和热敏材料以及特殊的金属和非金属材料，因此， 特别适用于航空产品结构材料的加工。
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。
高能束流焊接技术的发展及其在航空领域的应用
高能束流焊接技术的发展及其在航空领域的应用摘要：高能束流焊接技术是指利用高能束流轰击焊件接缝所产生的热量，迅速熔化金属而完成焊接的熔焊方法，具有高焊速、大深宽比、小变形、高效等特点，适合精密焊接，能解决特殊结构和难熔材料的焊接问题，可焊接钢、铝、钛及难熔、易氧化金属。
现已用于飞机机身、坦克传动系统等产品的焊接。
关键词：航空领域；高能束流焊接；发展；应用一、高能束流焊接技术应用及发展趋势高能束焊接在提高材料利用率、减轻钛合金结构重量、降低成本方面独具优势，这使得以高能束流为热源的先进焊接技术—电子束焊接、激光焊接、激光复合热源焊接技术成为航空整体结构连接制造的发展趋势，应用范围也逐渐扩大。
国际先进航空制造公司空客、波音、洛克希德•马丁、Eclipse 等在军民机制造中，都相继采用电子束焊接、激光焊接技术作为飞机结构的连接方法。
电子束焊接是制造飞机主、次承力结构件和机翼骨架的必选技术，也是衡量飞机制造水平的一把标尺，如美国F-14战机钛合金中央翼盒、F-22战机后机身钛合金梁、机翼梁、A380的发动机钛合金托架均为电子束焊接。
此外，电子束焊接也是航空发动机制造的关键技术之一，如：发动机机匣、压气机整体叶盘、涡轮、燃烧室等部件的焊接。
而激光焊接则是实现大尺寸、薄壁机身结构件焊接的优选方案，具有焊接效率高、变形小、接头质量高等优点。
如空中客车公司在A380机身壁板上的首次成功应用激光焊接技术，与铆接结构相比，其减重约18%，降低成本约21.4%～24.3%。
另外，激光焊接在发动机部件焊接与修复上也有重要应用，激光焊接修复技术利于近净成形，减少裂纹产生，已应用的有航空发动机涡轮叶片、导向叶片和气路封严系统的零部件，如：欧盟第六框架研究项目AROSATEC就开展了压气机定子与叶栅、高压和低压叶片出口与盖板连接，以及涡轮机匣的激光焊接技术研究。
美国通用电气公司成功地完成了喷气发动机的导流板和导向叶片的激光焊接组装，有效地解决了镍基合金小型零件激光焊接变形与裂纹等问题。
电子束焊接技术的发展历程与趋势
电子束焊接技术的发展历程与趋势电子束焊接技术是一种高能电子束与工件相互作用，将工件焊接接头部分局部加热熔化的先进焊接技术。
其发展历程可以追溯到20世纪40年代，经过几十年的发展，如今已经成为重要的焊接技术之一，并展现出了许多前景广阔的发展趋势。
电子束焊接技术最早是由美国的战争部门在第二次世界大战期间开发出来的。
当时，由于战争的需要，需要高效、快速且稳定的焊接技术来生产大量军用设备和武器。
电子束焊接技术就应运而生，它能够提供高能量的电子束，能够在极短的时间内将焊接接头加热至熔化温度，实现快速焊接，这一特点使得电子束焊接技术在军事行业得到了广泛应用。
随着科技的进步和工业的发展，电子束焊接技术逐渐转向了民用领域。
上世纪60年代，电子束焊接技术开始应用于航空航天行业，用于焊接飞机、火箭等航空器件。
这一时期，电子束焊接技术迅速发展，技术水平得到了大幅提升，并在航空航天领域的应用中发挥了重要作用。
进入21世纪，随着科技的不断进步和人们对高质量焊接产品的需求增大，电子束焊接技术又迎来了新的发展机遇。
首先，电子束焊接技术在航空航天、船舶、交通工具以及核能等领域的应用得到了进一步扩展。
这些行业对焊接接头的质量和可靠性要求极高，而电子束焊接技术能够提供出色的焊接品质和良好的焊缝成型。
其次，电子束焊接技术的应用领域逐渐扩大，包括汽车制造、电子器件、管道管线等行业，其高质量、高效率的焊接特点受到了广泛关注。
未来，电子束焊接技术还有许多发展趋势可以期待。
首先，随着科学技术的不断进步，电子束发射器件的性能将进一步提高。
目前，常用的电子束发射器件为线性加速器，但是这种设备较大、能耗高。
未来，可能会出现更小型、高效、低耗能的发射器件，从而降低设备成本，提高生产效率。
其次，电子束焊接技术与其他先进技术的融合将进一步推动其发展。
例如，激光技术与电子束焊接技术相结合，可以提供更高的能量密度和更精细的控制，进一步优化焊接接头的质量。
此外，3D打印技术与电子束焊接技术的结合也有广阔的前景。
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。
高能束及特种焊接技术的发展
高能束及特种焊接技术的发展西北工业大学刘金合0 前言高能束流焊接的功率密度（Power Density）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—Flux TIG）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使用领域的扩展。
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Y AG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3 kW。
5) 准分子激光器，波长处于紫外波段，范围193～351nm ，约是Y AG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。
电子束焊接技术
电子束焊接技术电子束焊接技术（Electron Beam Welding，EBW）是一种高能束焊接技术，采用电子束作为能量源进行焊接。
它具有高能量密度、深焊能力和小热影响区等优势，广泛应用于航空航天、汽车制造和核工程等领域。
本文将介绍电子束焊接技术的原理、应用及未来发展趋势。
一、电子束焊接技术的原理电子束焊接技术利用带电粒子束（即电子束）的动能进行焊接。
它通过加速器将电子加速到非常高的速度，然后通过电场或磁场控制电子束的方向进行聚焦。
当电子束聚焦到极小的直径时，电子与被焊接材料碰撞并转化为热能。
这种高能量密度的热能可瞬间将工件局部区域加热至熔化状态，形成焊缝。
二、电子束焊接技术的应用1. 航空航天领域：电子束焊接技术在航空航天领域具有广泛的应用。
它能够焊接高强度、高温合金材料，满足飞机发动机、燃气轮机和航天器的要求。
电子束焊接技术还能实现长轴件的自动化焊接，提高生产效率。
2. 汽车制造：汽车制造行业对焊接质量和效率有着严格的要求。
电子束焊接技术能够焊接汽车车身、发动机和底盘等关键部件，确保焊缝的强度和密封性。
此外，电子束焊接技术还可以减少零件的变形，提高整体车身结构的稳定性。
3. 核工程：核工程领域要求焊接材料具有高强度和较低的辐射损伤。
电子束焊接技术能够实现高纯度材料的焊接，避免杂质引入。
电子束焊接技术还可以焊接厚度较大的核材料，保证核反应堆等设备的可靠性和安全性。
三、电子束焊接技术的未来发展趋势随着科学技术的不断进步，电子束焊接技术也将迎来更广阔的应用前景。
以下是未来电子束焊接技术的发展趋势：1. 自动化与智能化：随着自动化技术的不断发展，电子束焊接技术将越来越多地应用于自动化生产线。
通过与机器人和控制系统的集成，实现焊接过程的自动控制和监测。
2. 优化设计与模拟：利用计算机辅助设计和数值模拟软件，对电子束焊接过程进行优化设计和模拟预测。
通过模拟分析，优化焊接参数和工艺，提高焊接质量和效率。
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【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（Power Density）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 —Flux TIG）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3 kW。
5) 准分子激光器，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(PennResearch Corporation)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，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。
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（Laser Ablation）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（Laser Arc Hybrid）。
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。
GMA (GASMetal Arc)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（Ability of gap bridging），其原因有二：一是填充焊丝，二是电弧加热范围较宽；电弧功率决定焊缝顶部宽度；激光产生的等离子体减小了电弧引燃和维持的阻力，使电弧更稳定；激光功率决定了焊缝的深度；更进一步讲，复合导致了效率增加以及焊接适应性的增强。
激光—电弧复合在1970年就已提出，然而，稳定的加工直至近几年才出现，这主要得益于激光技术以及弧焊设备的发展，尤其是激光功率和电流控制技术的提高。
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，工件对流损失减小；二是两热源相互作用的叠加效应。
焊接钢时，激光等离子体使电弧更稳定，同时，电弧也进入熔池小孔，减小了能量的损失；焊接铝时，由于叠加效应几乎与激光波长无关，其物理机制和特性尚待进一步研究。
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—种激光双弧复合焊接（HyDRA－Hybrid Welding With Double Rapid Arc），与激光单弧复合焊相比，焊接速度可增加约三分之一，线能量减小25% 。
英国Conventry大学现代连接中心（Centre fAdvanced Joining）亦有Laser-plasma 复合焊接的报导（PALW－augmentedLaser Welding）。
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12000W 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。
2.5 激光、工件与保护气体相互作用的研究激光、工件、保护气体相互作用与离焦量关系密切，在一定离焦范围内为深熔焊接，产生显著的等离子体，超过一定的离焦范围，接，等离子体的影响比较小。
等离子体对入射激光具有折射、吸收、散焦以及屏蔽作用，这是激光焊接中的一个重要问题。
法国A · Poueyo－Verwaerde等诊断了CO2激光焊接等离子体。
热电探测器用于记录反射的激光，可见光光电管用于收集等离子体辐射；通过多通道光谱仪进行光谱分析；用高速摄影机记录等离子体的图像。
经过分析，得到了电子温度、电子密度与工件表面距离的关系以及反射率与等离子体亮度的关系。
德国Stuttgart大学进行了CO2激光深熔焊时激光焊接等离子体对激光聚焦性影响的研究。
提出了焦平面上有效功率密度分布的概念，焦平面上功率密度减小是由于等离子体对激光吸收以及折射引起，等离子体折射情况取决于等离子体尺寸、位置和温度；采用He-Ar混合气比采用单一气体可更有效地抑制等离子体的负面效应。
Helmut Schmalenstrot h等人用1kW的Nd：YAG进行激光焊接研究时，使用的气体有Ar 、He 、N2 以及Ar + O2 、Ar + CO2 、Ar + CO2 +O2 ，适当的混合气可增加熔深和焊速，降低成本，在激光焊接过程控制方面，有使用电容传感系统测量和控制焦点位置报道，其机理是基于传感器的振荡频率由于焦点变化扰动而不是常数。
当金属蒸气和保护气的电离密度和程度变化时，喷嘴电极和工件之间介质的介电常数发生变化。
德国的Hillerich博士指出，电离原子和电离分子对介电常数ε的影响可用Drudench公式表示。
基于相同的原理，电容传感系统也可用于焊接速度和焊接缺陷的检测与控制。
在CO2激光焊接焊缝质量的磁流体力学控制方面，德国Stuttgart大学的М?Kern提出加磁激光焊接（MSLBW―MagneticallySupported Laser beam Welding），见图5。
实验表明，这种方法可抑制焊道凸起,改善焊道顶部质量和焊缝断面形状，减少飞溅，使熔池上方的等离子体更趋于稳定，增加过程的稳定性。
这个方法的作用与磁场的方向有关，前提是有电流存在，研究表明，电流除了由母材和熔化金属间的热电压引起外，同时还由凝固的焊缝和熔化金属间的热电压引起。
在激光焊接熔池动力学的研究方面，美国田纳西大学的V·Semak等将低功率的氩离子激光聚焦在熔池上，通过窄带干涉滤色镜除去等离子体发射的光，再经光电倍增管，用高速摄影记录熔池的形貌。
研究表明，熔池内的反冲力远远超过表面张力和静压力，因而，围绕小孔边缘产生了高振幅的熔化金属凸起。
高的反冲力使熔化金属组成的小孔壁离开激光束，而后，表面张力又将小孔壁向光束靠近，由于反冲力的脉动性导致了熔池内，高振幅、低频率的体积振荡，同时也导致了熔池开口形状的显著变化，进而影响蒸气的运动方向，产生高频的声信号。
研究还表明；激光点焊时，在熔池凝固期间，熔池的振荡频率在增加。
在激光焊接的熔化模型研究方面，美国国家实验室的J·O Milewski 采用计算机以窄V型坡口为模型，分析了激光能量在其中的传播和吸收，该模型较好地说明了在小孔内，光线反射频率和入射角随熔深而增加以及能量被吸收的峰值在小孔底部。
在激光焊接模拟方面，由于这是一个高阶、非线性、具有自由表面的三维问题，因而要精确计算和模拟有许多边界条件和参数都必需确定，但由于模拟对结果预测、工程设计以及物理本质揭示显示出的重要作用，相关的研究一直未中断。
2.6 铝合金的激光焊接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—DCelectrodeposition (DCEP)方法由于表面的清理作用强和加丝的合金化作用效果较好。
最近，比利时的L·Cretteur和法国的S·Marya 对6061铝合金进行了混合气和焊剂的CO2激光焊。