高能束流焊接技术的特点、应用及其发展.pdfVIP

高能束流焊接技术的特点、应用及发展 刘空合 西北工业大学 摘要：本文咀高扼柬矗掉的功率密度为出发点，分析了高能柬蠢焊自孵寺点-介翱了电子柬焊接、 激光焊接的工程应用以及它f1的发展趋势。 关键儡：高扼柬流 焊接 应用 发展 j、前言 高能束流焊又称高能焊、高能密度焊，它是指功率密度比通常的钨极氲弧焊或熔化 W／can2 桓气体保护焊高的一类焊接方法。通常．认为高能柬流焊的功率密度大于t05 目前，用于焊接的高能束流主要是等离于弧、电子束和擞光束三种。这三种柬流中， 电于隶可达到的功辜密度最高，其次是擞光束，等离子弧的功率密度刚刚达到高能束流 焊接的下限。一般情况下，高能束流焊接主要是指电子柬焊和激光焊。 高能束流焊接的功率密度可比普通弧焊的高1—2个数量级。其原因在于： (1)对电子柬来讲，主要是通过对电子的高压加速以及采用聚焦而实现的。理论计 10t 算表明，电子经100kV的直流高压加速后，电子速度接近2Xm／s，约为光速的60／．， 面聚焦岳的束斑直径尉仅为零点几毫米． (2)对激光束来讲，由于激光是受蠢辐射放大的光，方向性好、单色性强、亮度高、 相干性强，聚焦后可实现激光能量在时间和空匈上的高度集中，加之对纛光的谓Q技术， 可进一步压缩光脉冲的宽度，从而太大提高激光的功率密度。 2、高能束流焊接的特点： 高能束流焊接酊特点本质上是高功率密度焊接条件下的特点．高能柬0磷接时．无 论是采用电子束或是蠹光束，高功率密度条件下对工件的加热帮不是通过热传导，而是 电子柬或激光束对工件的直接作用。在高功率密度的作用下．工件在撮短的时间内(可 班短至几个毫秒)被熔他、蒸发，产生根强舶蒸气压强和蒸气反作用压强，在蒸气压强、 蒸气反作用压蓉的作用下，形成深入工件内部的熔池小孔(K撇)，这就使得高能柬 流直接进入十孔内部，促进了熔瀑的增加。 研究表明．蒸气压强主要取决于嬉池腿度，小孔底部由于束蒎的直接作用面置度 最高。对于钢工件来讲，小孔雇部温度一般在7．．300--2700[?之间，23∞℃的蒸气压强约 为5×103Pa，而2700℃时蒸气压强掰高达5×104Pa，是2300℃时的10倍． 蒸气反作用压强 Pr=音删 式中，ⅣA一功率密度，卜功率，^-蒙漉作用在工件表面的面积；啉发l虹被焊 金属所需的能量；p—蒜气密度．该式表明，蒸气反作用压强藤了与功率密度和材料性 质有关外，还与环境压力有关，这是因为环境压力的大小对蒸气密度有报大影响。环境 压力越小，p就越小，相应的蒸气反作用压强就越大。研究表明，真空电子束焊接时， 当功率密度为3．5×106 W／cm2时，蒸气反作用压强可选l矿Pa，也正为如此，在同样的 功率密下，真空电子束焊接的熔深比大气压下激光焊的熔深大的多。 进行上述分析之后，就不难理解高能束流焊的如下主要特点： l、单道焊可得到很大的熔深。目前，工业中实际应用的真空电子柬焊接一次可焊 钢板的最大厚度近400珊，不开坡口的激光单道焊接钢板厚度已超过50m。 2、可得到深宽比大的焊缝。真空电子束焊时深宽比可达50：I，激光焊接可达12：l。 3、加热集中，热输入少，变形小，热影响区很小． 4、适宜于难熔金属、热敏感性强的金属、热物理性能悬殊材料以及体积、尺寸悬 殊工件间的焊接． ‘ j、波长为1．06Ⅱm的YAG激光可用光纤传输．可达性好． 6、高能束流焊接的规范参数(真空电子柬焊接时主要是电子束流、加速电压、焦 距，离焦量等，激光焊接时主要是光束功率、焦距、离焦量等)均能进行单独调节，而 且可调范围宽，以菜进口电予柬焊机为例，对其不需任何改动，其最大输出功率与最小 输出功率可相差百倍以上，它既能一次焊透100 mm的钢材，又可焊接厚度仅为0．05蛐 的箔片。 总之，高能柬流焊接是