激光焊接与电子束焊接的比较
激光焊接与电子束焊接都是比较先进的焊接方式，现已被广泛的
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电子束焊接与激光焊接的比较 一、前言 在汽车制造中，无论是发动机、变速箱等零部件生产，还是车身制造与装配，焊接工艺都是重要的加工手段。除电弧焊、电阻焊等传统焊接技术被普遍采用外，现代汽车生产过程中，以电子束和激光焊为代表的新一代焊接技术的应用也越来越广泛，并凭借精密和高效，成为汽车生产企业提升产品质量、降低生产成本、增加产品竞争力的有力工具。 电子束技术起源于20世纪50年代，10年后激光器诞生，激光加工技术的研究与应用随即展开。电子束与激光加工的应用领域大体相同，这是因为他们同属于高能密度束流加工技术，其能量密度在同一段数量级，远高于其他热源。同时，他们与材料的作用原理也极其相近。 二、电子束与激光加工的原理 电子束加工（electron beam machining，EBM）是在真空条件下，利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦后能量密度为106～109W/cm2的极细束流，高速（光速的60%~70%）冲击到工件表面，并在极短的时间内，将电子的动能大部分转换为热能，形成“小孔”效应，使工件被冲击部位的材料达到几千摄氏度，致使材料局部熔化或蒸发，达到焊接目的。 激光器利用原子受激辐射的原理，使物质受激而产生波长均一，方向一致和强度非常高的光束。通过光学系统将激光束聚焦成尺寸与光波波长相近的极小光斑，其功率密度可达105～1011W/cm2，温度可达一万摄氏度，将材料在瞬间熔化和蒸发。 激光焊接分为热导焊和深熔焊，在深熔焊中，巨大的能量同样可以形成“小孔”效应，并随着工件的移动，“小孔”身后的材料迅速冷却凝固成为焊缝。 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。 λ能量密度高（大于105W/cm2）； 焊接速度高（一般可以达到5~10米/分钟）；λ λ热影响区窄（仅为焊缝宽度的10%~20%）； 热流输入少、工件变形小；λ λ易实现自动控制、可在线检测焊缝质量； λ非接触加工、无后续加工。 三、电子束与激光焊的性能比较 至今，电子束焊经过不断发展已经成为一种成熟的加工技术，无论是汽车制造，还是航空航天，都起着举足轻重的作用。而40多年来，激光加工已从实验室走向了实用化阶段，并进入了原来由电子束加工的各个领域，大有取代电子束加工的势头。但实践证明，激光和电子束作为高能量密度热源，除了具有很多相同技术特点外，在技术和经济性能上，针对不同的应用场合，仍有各自不同的特点。 焊接工艺精度变形热影响焊缝质量深宽比使用条件 电子束焊精密小小好20:1 需要真空 激光焊精密小很小好10:1 可选保护气体 电子束焊接的优点是相当突出的： λ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）；
1.摩擦焊：在轴向压力与转矩作用下，利用焊接接触面之间的相对运动及塑性流动所产生的摩擦热及塑性变形热，使被焊接面的金属达到热塑化的状态，通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶实现连结的一种焊接方法 2.激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法。 3.电子束焊是高能量密度的焊接方法，它利用空间定向高速运动的电子束，撞击工件表面后，将部分动能转化为热能，使被焊金属熔化，冷却结晶后形成焊缝 4.扩散焊是金属或非金属在固态下靠相互扩散完成焊接的方法，这种焊接方法可以精确地控制焊件的尺寸，使焊接件的表面形状规则 5.冷压焊是在室温下进行的，焊件在强大的外界压力下，工件表面的氧化膜破裂并被塑性流动的金属挤向焊接件外部，使纯金属紧密接触，达到原子间结合，最后形成牢固的焊接接头。分为搭接和对接冷压焊 6.热压焊是在工件加热条件下施加压力，使被焊界面金属产生塑性变形，形成界面金属原子间的结合。 7.超声波焊是利用超声波的能量进行焊接的一种方法，它是在被焊工件上先施加一定的压力，然后利用高频的机械振动，使接触面之间产生相对摩擦运动，将金属表面的氧化膜破坏，从而实现焊接的过程。 8.铝热剂焊是利用金属氧化物和铝（还原剂）之间的氧化还原反应所产生的热量，进行熔焊金属母材、填充接头而完成焊接的一种方法。 1.摩擦焊的优缺点？ 优：接头质量高；适于各类同种或异种材质的连结；生产效率高；焊接尺寸精度高，成本低；设备易于机械化，自动化，操作简单；节能环保；缺：①旋转摩擦焊仅适合焊接高强度回转体构件，焊接必须依靠旋转摩擦进行焊接，接头形式和工件断面形成受损，对非圆形截面零件、盘状工件和薄壁管件焊接较困难；受摩擦焊机功率和压力的限制，旋转摩擦焊不能焊接断面较大的工件，目前可焊接工件的最大断面为200㎝2;搅拌摩擦焊仅适合轻合金材料的对接和搭接，对于高强度材料如钢钛合金以及粉末冶金材料的焊接则较困难②对于盘状薄零件、薄管件和筒形件，不易于装夹，较难施焊，因此对工装夹具要求较高;有时焊接接头的飞边是多余和有害的，要求增加清理工序，增加了成本，此外，摩擦焊机设备相对较为复杂，焊机的一次性投机较大，只有大批量生产才能降低成本 2.简述搅拌摩擦焊的原理及其优点？ 原理：利用一个非损耗的搅拌头旋转着插入被焊接工件，当搅拌头的肩部和被焊接工件的表面接触时，由于搅拌针和搅拌肩与被焊接材料的摩擦生热，使搅拌针附近的材料热塑化，热塑化的金属在搅拌头的旋转摩擦作用下，逐渐由前部向后部转移，当搅拌头向前移动时，在搅拌头轴肩的挤压，锻造作用下，形成致密的固相扩散连结接头；优：焊接变形小；焊接金属力学性能好；工作环境好；搅拌头属于非消耗性材料；操作简单；氧化皮可以自动去除；设备结构简单，易于实现自动焊接和机器人焊接；可用于焊接裂纹敏感性较高的材料。 3.搅拌头的接头形式有哪些？特点是什么？搅拌头材料如何选择？ 三槽锥形螺纹和锥形螺纹 特点：减小焊接压力；使塑性流动更加容易；螺纹产生向下的力；增大搅拌针和塑化材料的接触面积。 选择：①热强行：在焊接温度下，搅拌头应具有较好的力学性能。②耐磨性：搅拌头应能够承受焊接初始压入阶段以及焊接过程中的材料磨损，并且在规定焊接时间内和焊接长度内保持搅拌头的初始形状。③耐冲击性：在室温或工作温度下搅拌头应具有抵抗焊接初始压入和焊接冲击的能力。④合适的热传导性：搅拌头的热传导能力应该比被焊工件差，否则大量的摩擦热将通过搅拌头传导损失，而不是用于被焊接材料。⑤不存在危险性：搅拌头作为一种焊接工具，会经常与操作者接触，所以不应该有辐射性。⑥易加工性：搅拌头材料应该容易被加工成复杂形状4.摩擦焊接头的设计原则及接头形式？ 对于传统连续驱动摩擦焊，至少有一个是圆形截面②为了夹持方便，牢固，保证焊接过程不失稳，应尽量避免设计薄管，薄板接头③一般倾斜接头应与中心线成30°~45°的斜面④对锻压温度或热导率相差较大的材料，为了使两个零件的锻压和顶锻相对平衡，应调整界面的相对尺寸⑤对大截面接头，为了降低摩擦加热时的转矩和功率峰值，采用端面侧角的办法可使焊接时接触面积逐渐增加⑥如果限制飞边流出，应预留飞边槽⑦采用中心部位凸起的接头，可有效地避免中心未焊透⑧摩擦焊应避免渗碳﹑渗氮等⑨为了防止由于轴向力引起的工作滑退，通常在工件后面设置挡块⑩工件伸出夹头外的尺寸要适当，被焊工件应尽可能有相同的伸出长度5.为什么钢的激光焊接接头有良好的韧 性、强度和抗裂性？ ①激光焊接焊缝细﹑热影响区窄②从接 头的硬度和显微组织的分布来看，激光焊 有较高的硬度和较陡的硬度梯度，这表明 可能有较大的应力集中出现③激光焊热 影响区的组织主要为马氏体，这时由于它 的焊接速度高|﹑热输入小④合金钢激光 焊时，焊缝中的有害杂质元素大大减少， 产生了净化效应，提高了接头的韧性 6.激光焊接﹑切割时应采取哪些个人防 护措施？ ①激光防护眼镜②激光防护面罩③激光 防护手套④激光防护服 7.激光有哪些危害？ ①对眼睛的危害：当眼睛受到过量照射时， 视网膜会烧伤，引起视力下降，甚至会烧 坏色素上皮和邻近的光感视杆细胞核视 锥细胞，导致视力丧失②对皮肤的危害： 当脉冲激光的能量密度接近几焦每平方 厘米或连续激光的功率密度达到0.5w／ ㎝2时，皮肤就有可能遭到严重的损伤③ 火灾：激光束直接照射或强反射会引起可 燃物的燃烧导致火灾④电击：激光焊中还 存在着数千伏至万伏的高压，存在电击的 危险⑤有害气体：激光焊时材料受到加热 而蒸发、气化，产生各种有毒的金属烟尘， 对人体有一定伤害 7.电子束焊的主要工艺参数有哪些、对焊 接质量有什么影响、如何正确选择焊接工 艺参数？ ①加速电压：在相同的功率、不同的加速 电压下，所得焊缝深度和形状是不同的。 提高加速电压可增加焊缝的深度。当焊接 大厚度并要求得到窄而平行的焊缝或电 子枪与焊件的距离较大时可提高加速电 压。②电子束流：与加速电压一起决定电 子束焊的功率。焊环缝时，要控制束流的 递增、递减；焊接各种不同厚度的材料时， 要改变束流；焊接大厚件时，焊接电流需 逐渐减小。③聚焦电流：有上焦点、下焦 点和表面焦点。焦点位置对焊缝形状影响 很大。当焊件厚度大于10mm时，通常采 用下焦点焊，且焦点在焊缝熔深的30% 处；当焊件厚度大于50mm时，焦点在焊 缝熔深的50~75%之间更合适。④焊接速 度：和电子束功率一起决定着焊缝的熔深、 焊缝宽度以及被焊材料的熔池行为。增加 焊接速度会，焊缝变窄，熔深减小。⑤工 作距离影响电子束的聚焦程度。在不影响 电子枪稳定工作的前提下，可以采用尽可 能短的工作距离。 8.电子束焊安全防护有哪些方面，防护措 施是什么？ 防护高压电击的措施：①保证高压电源和 电子枪有足够的绝缘，耐压实验应为额定 电压的1.5倍②设备外壳应接地良好，采 用专用地线，设备外壳用截面积大于12 ㎜2的粗铜线接地，接地电阻应小于3Ω ③更换阴极组件或维修时，应切断高压电 源，并用接地良好的放电棒接触准备更换 的零件或需要维修的地方，放完电后才可 以操作④电子束焊机应安装电压报警或 其他电子联动装置，以便在出现故障时自 动断电⑤焊工操作时应戴耐高压的绝缘 手套，穿绝缘鞋；X射线的防护：①加速 电压低于60kv的焊机,一般靠焊机外壳的 钢板厚度来防护②加速电压高压60kv的 焊机，外壳应附加足够厚度加铅板加强防 护③电子束焊机在高压电压下运行，观察 窗应选用铅玻璃，厚度可按相应的铅当量 选择 9.扩散焊的中间层有哪些作用、应如何选 择？ 中间层的作用：①改善表面接触，以降低 对待焊接表面制备的要求和降低焊接所 需压力②改善扩散条件，加速扩散过程， 以降低加热温度和缩短焊接时间③改善 冶金反应，避免或将少金属间形成脆性化 合物和不希望存在的共晶组织④避免和 减少焊接热应力或扩散孔洞等缺陷。如何 选择：中间层材料可以是纯金属，也可以 是含有能活化扩散的或能降低熔点的元 素，而成分与母材相似的合金。中间层的 厚度要适当，宜薄不宜厚，一般有1μm 到数百微米。 10.扩散焊的接头形式有哪些？为什么？ 按被焊材料不同有四种组合：同种材料、 同种材料带中间夹层、不同材料、不同材 料带中间夹层。同类材料组合的扩散焊过 程是建立在被焊材料原子自扩散的基础 上的；而不同材料的组合，除自扩散外， 还充分利用了某些元素，特别是某些容易 扩散元素的异类材料扩散和反应扩散的 规模而大大加速扩散过程。如果焊接过程 中，中间层发生熔化，就变成过渡液相扩 散焊，从而又大大加速了扩散焊接过程。 10.对中间层材料的性能有何要求？ ①材料塑性好，易变形②含有容易向基体 扩散的或能降低中间层熔点的元素，如硼、 铍硅等③不与母材金属产生不良的冶金 反应，如不产生脆性化合物层或对性能产 生不良影响的共晶组织④不会在接头上 引起电化学腐蚀 11.超声波焊接的接头必须是搭接接头， 焊缝的形状分：点焊、缝焊、环焊和线焊 12.超声波焊接的工艺参数、如何选择？ ①焊接功率：所需的功率随工件的厚度和 硬度的增加而增加 ②振动频率：焊薄件时宜选取高的谐振频 率，功率愈小选择的频率愈高，大功率焊 机一般选择16到20kHz的较低的谐振频 率③振幅：超声波焊机的振幅约在5到 25μm的范围内，随着材料厚度硬度提高 所需振幅值亦相应增大，但有上限④静压 力：其选择取决于材料厚度、硬度、接头 形式和使用的超声功率⑤焊接时间：随材 料性质、厚度及其他工艺参数而定。 13.钢轨焊接工艺流程：a准备工作。焊接 前将焊接工具、封箱砂、待焊钢轨准备好。 仔细检查钢轨进行焊前清理，两段钢轨接 头对直。B焊接工作。装卡砂型、坩埚装 料及放置坩埚支架、预热、点火浇注。c 整修工作。先推瘤后打磨。D钢轨焊接质 量检测。
激光焊接技术的应用 1. 激光焊接原理 激光是辐射的受激发射光放大的简称，由于其独有的高亮度、高方向性、高单色性、高相干性，自诞生以来，其在工业加工中的应用十分广泛，成为未来制造系统共同的加工手段。 用激光焊接加工是利用高辐射强度的激光束，激光束经过光学系统聚焦后，其激光焦点的功率密度为104~107W/cm2，加工工件置于激光焦点附近进行加热熔化，熔化现象能否产生和产生的强弱程度主要取决于激光作用材料表面的时间、功率密度和峰值功率。控制上述各参数就可利用激光进行各种不同的焊接加工。 2. 激光焊接的一般特点 激光焊接是利用激光束作为热源的一种热加工工艺，它与电子束等离子束和一般机械加工相比较，具有许多优点： 激光束的激光焦点光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔点、高强度的合金材料。 激光焊接是无接触加工，没有工具损耗和工具调换等问题。激光束能量可调，移动速度可调，可以多种焊接加工。 激光焊接自动化程度高，可以用计算机进行控制，焊接速度快，功效高，可方便的进行任何复杂形状的焊接。 激光焊接热影响区小，材料变形小，无需后续工序处理。 激光可通过玻璃焊接处于真空容器内的工件及处于复杂结构内部位置的工件。 激光束易于导向、聚焦，实现各方向变换。 激光焊接与电子束加工相比较，不需要严格的真空设备系统，操作方便。 激光焊接生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好。 3. 激光焊接在传感器生产中的工艺特点。 激光用来封焊传感器金属外壳是目前一种最先进的加工工艺方法，主要基于激光焊接有以下特点： (1) 高的深宽比。焊缝深而窄，焊缝光亮美观。 (2) 最小热输入。由于功率密度高，熔化过程极快，输入工件热量很低，焊接速度快，热变形小，热影响区小。 (3) 高致密性。焊缝生成过程中，熔池不断搅拌，气体易出，导致生成无气孔熔透焊缝。焊后高的冷却速度又易使焊缝组织微细化，焊缝强度、韧性和综合性能高。 (4) 强固焊缝。高温热源和对非金属组份的充分吸收产生纯化作用，降低了杂质含量，改变夹杂尺寸和其在熔池中的分布，焊接过程中无需电极或填充焊丝，熔化区受污染小，使焊缝强度、韧性至少相当于甚至超过母体金属。
1、电子束与激光特征比较 电子束与激光同属高能量密度热源，其能量密度在同一段数量级，远高于其他热源。与一般加工方法相比，它们的共同特点是:加工无机械变形，加工速度快，热影响区小，束斑直径小，加工精度高，加工参数能精确控制等。但电子束与激光的工作原理不同，电子束的加热方式是高能电子穿过靶材的表面进人到距表面一定深度后再传给靶材原子能量，从而使靶材原子的振动加剧，把电子的动能转换为热能；激光则为靶材表面吸收光子能量，激光并未穿过靶材表面。正是由于电子束和激光的这一区别，使得各自的加工过程有所不同:激光加工时表面温度最高，电子束加工时则在距表面一定深度处温度最高。此外，电子束与激光相比还存在一些优点， （1）能量利用率高； （2）功率高； （3）可加工材料广泛 电子束不受加工材料反射的影响，对于各类金属都有很好的、稳定的吸收率。因而可应用于范围广泛的材料加工，并有利于梯度材料的成形加工。而在激光加工中，某些材料(如:金、银、铜、铝等)对激光的反射率高，吸收率低，并且熔化潜热很高，不易熔化，需要足够高的能量密度才能产生熔池。而且熔池一旦形成，对激光能量的吸收率迅速升高，从而使熔池温度急剧升高，导致材料汽化。 （4）电热转换率高； （5）加工速度更快； （6）运行成本低 根据国外统计，电子束运行成本仅是激光器运行成本的一半或更低。激光器在使用过程中需要消耗保护气体，如He,N2，CO2等，尤其是He的价格较高;电子束一般不消耗气体，仅消耗价格不算很高的阴极灯丝,而且消耗量不大。 （7）设备可维护性好 电子束加工设备零部件少的特点使得其维护非常方便，通常只需更换灯丝;激光器拥有的光学系统则需经常进行人工调整和擦拭，以便其最大功率的发挥。 然而电子束应用也有其不方便的地方，限制它的广泛应用。主要表现在电子束加工必须在真空环境中进行，从而使得工件尺寸受到一定限制，而且真空系统在一定程度上增加了电子束加工设备的复杂性和实现难度。 但从另一方面考虑，真空环境对于材料加工也有有利的方面。在真空环境下材料不会发生氧化反应，这对于避免组织缺陷，保证材料性能，提高成形质量大有好处。而激光虽然可在非真空的条件下使用，但也常需要He N2:等辅助气体保护，且这些气体一般不可重复使用。在某些要求较高的场合.激光加工也要求置于真空环境中进行。 2、电子束与激光的应用领域比较 电子束与激光的共同应用领域有焊接和热处理，电子束加工还能进行打孔、蒸镀与熔炼。激光加工还能进行切割、雕刻、打标、钻孔、切削等工作。 （1）技术层面比较 焊接和热处理均是电子束和激光应用的主要对象。电子束焊接和激光焊接都具有焊缝窄、穿透深、热影响区小及变形小等特点，但电子束焊接在真空中进行，工件的大小受真空室尺寸的限制，每次装卸都需要重新抽真空，焊缝定位不方便；激光焊接在大气中进行，工件尺寸不受限制。此外，电子束焊接的熔透能力比激光焊接差。 电子束热处理质量比激光高。因为用激光对工件进行热处理需要在工件表面进行涂黑处理，要涂敷均匀很不容易，继而很难得到均匀的硬化层;电子束热处理则不存在黑化问题，而且是在真空中进行处理，工件表面不易氧化，并且还伴有脱气，处理完后表面光亮，故可
电子束焊接 [摘要]：电子束焊接广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业。电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子，该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束，用此电子束去轰击工件，巨大的动能转化为热能，使焊接处工件熔化，形成熔池，从而实现对工件的焊接。它具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点。 [关键词]：电子束焊接；应用发展；基本原理； 1、电子束焊接的应用及发展 电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。电子束焊是一种先进的焊接方法，在工业上的应用只有不到60年的历史，首先是用于原子能及宇航工业，继而扩大到航空、汽车、电子、电器、机械、医疗、石油化工、造船、能源等工业部门，创造了巨大的社会经济效益，并日益受到人们的关注。 1.1电子束焊接的应用现状 电子束焊在新型材料加工业中的应用非常广泛，新型材料加工业是一个新兴的具有很大发展前景的产业。电子束焊在新型材料加工业中的应用如图1所示。有些新兴材料热比较敏感，用普通的焊接方法进行焊接作业时很容易产生形变，而电子束焊接产生的电子束极细，且可以通过汇聚作用实现有效的控制，在焊接时能够将热量控制在极小部位，瞬间将材料融化并立即凝固，对焊缝周边材料几乎没有影响，从而实现了对热敏感材料的焊接。随着新型材料加工业的发展壮大和新型材料类型的增加，电子束焊接也会在这个领域有更多的应用[1]。 图1 电子束焊接新技术
航空航天领域对于各种零部件的精细化程度和耐受力要求到近乎苛刻的程度，要能够承受高空恶劣的环境、高低温度的变化、超重和失重等，确保万无一失。电子焊接技术在航空航天领域有重要的应用，是促进航空航天事业发展的强有力工具之一。 电子焊接具有很好的柔性，在飞机重要承力件、发动机转子等部件的焊接上应用广泛。比如。美国生产的F-22战机(禽猛)的机身需要焊接一种钛合金，对焊缝长度和厚度要求很高，一般的焊接技术无能只能望洋兴叹，而采用电子束焊接技术成功实现了达87彻的焊缝长和20mm的厚度焊接，而且采用电子束焊接技术，不需要另附连接焊条，减少了战机的有效载重．提高了灵敏度和作战能力。 高真空电子束焊接技术非常适用于宇宙空间站和太阳能电站的建设及宇宙 飞船的修复。宇宙空间站和太阳能电站建设时，在宇宙空间用电子束焊接，不需要使用焊条，避免了额外的增重，而宇宙空问处于真空状态，也和电子束焊接所需条件不谋而合。美国在上世纪六十年代就研制出了在宇宙空间进行焊接作业的电子束焊机，专门用来对阿波罗登月舱进行维修，防止登月舱与地球表面碰撞时受到损坏而无法返回地球。科学家们经过大量实验，认为电子束焊机是最理想的修复宇宙空间站和太阳能电站的技术，在未来的空间站和太阳能电站发展中，电子束焊接技术将发挥重要的作用[2]。 图2某型号发动机功率轴的焊接 电子束焊在重工业领域也得到了广泛的应用，重工业领域对焊接作业的需求量很大，特别是在一些诸如厚大界面不锈钢、异种材料、Al或Ti合金的焊接中，电子束焊接技术都得到了广泛的应用。如在核工业的大型核反应堆隔板的焊接中，采用电子束焊接技术，可以实现150mm的焊接深度，最大程度上避免隔板焊缝处开裂引起的核泄漏。 在精密仪器、发动机、专用刀具等的制造工序中，经常需要将两种或以上不宜相容的金属进行对接焊，由于金属特性的差异性，一般的焊接手段很难做到，而电子束焊接凭借其超高的能量密度，可以实现几种不同熔点金属的瞬间熔化，从而实现完美焊接。美国在二十世纪六十年代就开始将非真空电子束焊接应用到汽车零件的生产中，大大提高了零件生产的效率和产量，非真空电子束焊接也逐
焊接新工艺 焊接是一种常见的金属连接工艺，通过熔化金属并使其凝固，完成金属材料的连接。随着技术的不断发展，焊接新工艺应运而生。本文将介绍一些新兴的焊接工艺和其应用领域。 一、激光焊接 激光焊接是一种高能量密度焊接方法，通过将激光束聚焦到焊缝上，使焊接材料瞬间熔化和凝固，实现金属材料的连接。激光焊接具有焊缝窄、热影响区小、焊接速度快等优点，适用于高精度焊接和对焊接质量要求较高的领域，如航空航天、汽车制造等。 二、电弧增材制造 电弧增材制造（Arc Additive Manufacturing，简称AAM）是一种结合了焊接和3D打印技术的新型焊接工艺。它通过电弧熔化金属丝材料，并逐层堆积，最终形成所需的零件。相比传统的切削加工方法，AAM具有材料利用率高、生产周期短、设计自由度大等优点，广泛应用于航空、航天、能源等领域。 三、摩擦搅拌焊接 摩擦搅拌焊接（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种通过在焊接接头处施加搅拌力和热力，将金属材料高速搅拌并在非熔化状态下连接的焊接工艺。与传统焊接方法相比，FSW无需加入填充材
料、无需熔化金属，可以避免气孔和裂纹等缺陷，具有焊缝质量高、焊接变形小等优点，广泛应用于船舶、铁路、航空等领域。 四、等离子焊接 等离子焊接是一种利用电弧等离子体产生的高温高能量，将金属材料熔化并连接在一起的焊接工艺。等离子焊接具有热影响区小、熔化金属少、焊接速度快等优点，适用于焊接薄板、复杂形状的零件，例如电子设备、光学器件等。 五、电子束焊接 电子束焊接是一种利用高速电子束对金属材料进行加热和熔化的焊接工艺。电子束焊接具有焊缝深度大、热影响区小、焊接速度快等优点，适用于焊接高熔点金属和特殊材料，如钛合金、镍基高温合金等。电子束焊接广泛应用于航空航天、核工程等领域。 六、超声波焊接 超声波焊接是一种利用超声波振动产生的摩擦热来实现金属材料连接的焊接工艺。超声波焊接具有焊接速度快、焊接变形小、无需填充材料等优点，适用于焊接薄板、塑料材料等。超声波焊接广泛应用于汽车制造、电子设备等领域。 总结起来，焊接新工艺的出现为各行各业的制造业带来了很大的发展机遇。激光焊接、电弧增材制造、摩擦搅拌焊接、等离子焊接、
电子束焊、激光焊的原理分类、特点与应用 —— 电子束焊、激光焊的原理分类、特点与应用 一、电子束焊原理、分类、特点与应用 1.电子束焊的原理 真空电子束焊原理，如图131所示。 在真空中，把电子枪的阴极（灯丝）通电加热到高温，使它发射出大量电子，通过阴极和阳极之间强电场的加速和电磁透镜的聚焦，收敛成一束能量极大且十分集中的电子束，电子束轰击焊件表面，电子能转化为热能，使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸汽的作用下，熔化金属被排开，电子束能继续轰击深处的固态金属，很快地使焊件表面形成一个锥形的空隙，这种空隙在电子束的轰击下可以达到相当大的深度。在焊接过程中，随着电子束与焊件的相对移动，空隙周围的熔化金属就流入空隙内，冷却后即形成焊缝。 电子束焊时，由于电子在及时到几百千伏电压的作用下被加速到1/22/3的光速，电子束所的能量大大超出它在发射时的能量，然后将它通过磁场聚焦在很小的面积内，就变成一种能量密度很高的能源。其电弧功率密度比普通电弧功率高1001000倍。 2.电子束焊的分类
（1）按焊件所处环境的真空度可分为三类：高真空电子束焊、低真空电子束焊和非真空电子束焊。 1）高真空电子束焊。高真空电子束焊时将焊件放在真空度为104101Pa的工作室中完成的。由于具有良好的真空环境，可以保证对熔池的“保护”，防止金属元素的氧化和烧损。所以很适用于焊接活泼性金属、难熔金属和质量要求较高的工件。但是，也存在缺点，如焊件的大小会受到工作室尺寸的限制，真空系统相对庞杂，抽真空时间长。 2）低真空电子束焊。低真空电子束焊时使电子通过隔离阀及气阻孔道进入工作室，工作室的真空度保持在10110Pa，低真空袋子束焊也具有束流密度和功率密度高的特点。由于只需要抽到低真空，明显地缩短了抽真空的时间，从而提高了生产效率。 3）非真空电子束焊。非真空电子束焊也称为大气压电子束焊。这种焊接方法其电子束仍是在高真空条件下产生的，射到处于大气压力下的工件上施焊。为了保护焊缝金属不受污染，减少电子束的散射，束流在进入大气中时先经过充满氦的气室，然后与氦气一起进入大气中。 在大气压力下，电子束散射强烈，即使将电子枪的工作距离限制在2050mm，焊缝深宽比最大只能达到5:1.目前，非真空电子束焊接最大熔深为30mm。 这种方法的优点是：不需要真空室，因而可以焊接尺寸大的工件，生产效率高，扩大了电子束焊接技术的应用范围。
焊接工艺基本介绍 焊接工艺是制造业中一项非常重要的工艺，它可以将两个或多个金属件连接在一起，形成一个整体。焊接工艺可以应用于各种不同的行业，如航空、造船、汽车等，也可以应用于家庭维修和DIY项目中。本文将介绍焊接工艺的基本知识和技术。 一、焊接工艺的基础知识 焊接工艺是一种将两个或多个金属件连接在一起的工艺。通常使用的焊接方法包括气焊、电弧焊、激光焊、电子束焊、摩擦焊等。这些方法的选择取决于所需的焊接强度、材料类型和厚度、成本和其他因素。 焊接工艺的主要原理是通过加热和融化金属，在融化的金属中添加填充材料，并在冷却后将两个或多个金属件连接在一起。焊接过程可以在空气中或在惰性气体下进行，以防止氧化。 二、焊接工艺的类型 1.气焊 气焊是一种使用气体燃烧产生的火焰来加热和融化金属的焊接方法。气焊通常用于焊接较薄的金属件，如汽车零部件、管道、金属家具等。气焊可以在室外和室内进行，但需要注意安全问题，如火源和气体泄漏等。
2.电弧焊 电弧焊是一种使用电弧产生的高温来加热和融化金属的焊接方法。电弧焊常用于焊接较厚的金属件，如建筑钢结构、船舶、铁路车辆等。电弧焊可以分为手工电弧焊、气体保护电弧焊、熔覆焊等。电弧焊需要注意电源和安全措施，如防护眼镜和手套等。 3.激光焊 激光焊是一种使用激光束来加热和融化金属的焊接方法。激光焊通常用于精密加工和高速焊接，如电子元件、航空部件、汽车零部件等。激光焊可以实现高精度、高效率的焊接，但设备成本较高。 4.电子束焊 电子束焊是一种使用电子束来加热和融化金属的焊接方法。电子束焊通常用于高精度加工和高速焊接，如航空部件、半导体器件、核电站设备等。电子束焊可以实现高精度、高效率的焊接，但设备成本较高。 5.摩擦焊 摩擦焊是一种使用旋转摩擦来加热和融化金属的焊接方法。摩擦焊通常用于焊接铝合金、镁合金等难焊材料，如航空部件、汽车零部件、铁路车辆等。摩擦焊可以实现高强度、无变形的焊接，但需要
激光焊接是将高强度的激光束辐射至金届表面，通过激光与金届的相互作用，金届吸收激光转化为热能使金届熔化后冷却结晶形成焊接。图1显示在不同的辐射功率密度下熔化过程的演变阶段，激光焊接机原理有两种： 第一种，热传导焊接 当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。 第二种，激光深熔焊 当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金届蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金届液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿人更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在一起。 这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择，通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机理。这两种方式最基本的区别在丁：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换由传导方式向小孔方式的转变取决丁施加丁工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变，即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成，然后再转变为小孔方式。 1、激光焊接的焊缝形状 对丁大功率深熔焊由丁在焊缝熔池处的熔化金届，由丁材料的瞬时汽化而形成深穿型的圆孔空腔，随着激光束与工件的相对运动使小孔周边金届不断熔化、流动、封闭、凝固而形成连续焊缝，其焊缝形状深而窄，即具有较大的熔深熔宽比，在高功率器件焊接时，深宽比可达5:1,最高可达10:1[2]。图2显示四种焊法在316不锈钢及DUCOLW30钢上的焊缝截
激光-电弧复合焊接和电子束焊接的发展和应用 摘要：介绍了激光-电弧复合焊接和电子束焊接的方法，着重介绍了激光-电弧复合焊接和电子束焊接的原理，激光-电弧复合焊接方式，电子束与其他焊接方法复合的焊接方式，以及他们的发展和应用。 关键词：激光；电子束；接头；焊缝；应用 0引言 激光焊接以其能量密度高、焊速快、变形小、熔深大和易实现自动化等优点而被广泛应用于各种结构件的焊接。但是，与其他焊接热源一样，激光焊也有其缺点：设备投资大，能量利用率低，焊前的准备工作要求高，接头中易产生气孔、裂纹、咬边等缺陷。为避免单独激光焊所存在的问题，激光-电弧复合焊是最好的选择。本文就激光-电弧复合焊接与电子束焊接技术的发展与应用做了简要的论述。 1 起源 激光-电弧复合焊将激光焊和电弧焊两种工艺相结合，取长补短发挥各自优势，不仅能获得好的焊接质量和生产效益，而且还能降低成本，实现高效、优质的焊接。近年来，随着电弧焊设备和激光器性能的提高，激光-电弧复合焊技术的发展日新月异，已成为激光焊接研究的热点。 电子束的发现迄今已有100多年的历史。电子束焊接技术起源于德国，1948年前西德物理学家K．H．Steigerwald首次提出电子束焊接的设想；1954年法国的J．A．Stohr博士成功焊接了核反应堆燃料包壳，标志着电子束焊接金属获得成功；1957年11月，在法国巴黎召开的国际原子能燃料元件技术大会上公布了该技术，电子束焊接被确认为一种新的焊接方法；1958年开始，美国、英国、日本及前苏联开始进行电子束焊接方面的研究，20世纪60年代后，我国开始从事电子束焊接研究。随着航空、航天、微电子、核能、交通运输及国防工业的飞速发展，各种高强度、高硬度、高韧性的铝合金、镁合金、钛合金和耐高温合金等金属材料以及复合材料广泛应用，加之构件形状日趋复杂化，对焊接工艺、加工精度和表面完整性提出了更高的要求。 传统的焊接工艺难以适应高技术制造领域的发展趋势，对这些材料采用包括
激光焊接基本原理讲解LT
2、脉冲激光焊接的机理 传热溶化焊接是指当激光束照射到材料的表面上时,材料吸收光能而加热熔化。材料表面层的热以传导方式 继续向材料深处传递,直至将两个待焊件的接触面互溶并焊接在一起。 深穿入熔化焊接是指当更大功率密度的激光束照射到材料上时,材料被加工熔化以至气化,产生较大的蒸汽 压,在蒸汽的压力的作用下,溶化金属被挤在周围使照射处 (熔池 呈现出一个凹坑,随着激光束的继续照射,凹 坑越来越深,并穿入到另一个工件中。激光停止照射后,被排挤在凹坑周围的溶化金属重新流回到凹坑里,凝固后将工件焊接在一起。 这两种激光焊接机理,与功率密度、照射时间、材料性质、焊接方式等因素有关。当功率密度较低、照射时 间较长而焊件较薄时,通常以传热溶化机理为主进行。反之,则是以深穿入熔化机理为主进行 激光焊接技术应用 引言 激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。 70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接, 焊接过程属于热传导型, 即激光辐射加热工件表面, 表面热量通过热传导向内部扩散, 通过控制激光脉冲的宽度、能量、 峰值功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法,随着高功率 CO2和高功率的 YAG 激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束 物镜等的研制成功,使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。目前的研究主要集中于 C02激光和 YAG
激光焊接各种金属材料时的理论, 包括激光诱发的等离子体的分光、 吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法 等,并对镍基耐热合金、铝合金及镁合金的焊接性,焊接现象建模与数值模拟,钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接,激光接头性能评价等方面做了一定的研究。 一、激光焊接的质量与特点 激光焊接原理:激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面,通过激光与金属的相互作用,金属吸收激光 转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。激光焊接的机理有两种: 1、热传导焊接 当激光照射在材料表面时,一部分激光被反射,一部分被材料吸收,将光能转化为热能而加热熔化,材料表 面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递,最后将两焊件熔接在一起。 2、激光深熔焊 当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时,材料吸收光能转化为热能,材料被加热熔化至汽化,产生大 量的金属蒸汽,在蒸汽退出表面时产生的反作用力下,使熔化的金属液体向四周排挤,形成凹坑,随着激光的继 续照射,凹坑穿人更深,当激光停止照射后,凹坑周边的熔液回流,冷却凝固后将两焊件焊接在—起。 这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择, 通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机 理。这两种方式最基本的区别在于:前者熔池表面保持封闭,而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的 扰动较小,因为激光束的辐射没有穿透被焊材料,所以,在传导焊过程中焊缝不易被气
1、(判断题)等离子弧堆焊的漆合金方式为带极堆焊。 参考答案：错误 2、(判断题)电子束焊接的焊接速度较低，不如氩弧焊生产效率高。 参考答案：错误 3、(判断题)接地线应用螺母拧紧，串联接入。 参考答案：错误 4、(判断题)液化石油气做为气割用气源时，和乙炔焰相比，其切割质量较好，但在切割多层迭板时，切割速度比乙炔慢。 参考答案：错误 5、(判断题)MU-2X300型双头埋弧自动堆焊机用于堆焊锅炉环缝。 参考答案：错误 6、(判断题)薄药皮电弧焊和药芯焊丝氩弧焊是同一种焊接。 参考答案：错误 7、(判断题)脚手板宽度单人道不得小于0.6m。 参考答案：正确
8、(判断题)电子束作为焊接热源，具有高能量密度，且控制精准、反应迅速。参考答案：正确 9、(判断题)气体保护焊用纯Ar做保护气焊接低合金钢的好处是电弧非常稳定。参考答案：错误 10、(判断题)埋弧焊时，对无法使用衬垫的焊缝，没必要封底，可直接采用埋弧焊。 参考答案：错误 11、(判断题)在氩气和二氧化碳混合气体保护焊中，熔滴过渡特性随着二氧化碳含量的增加而恶化，飞溅也增大。 参考答案：正确 12、(判断题)二氧化碳气体保护焊的缺点之一就是不能全位置焊接。 参考答案：错误 13、(判断题)实质上使用可熔夹条是对接接头单面焊背面成形工艺中采取的一种特殊措施。 参考答案：正确 14、(判断题)气瓶运输(含装卸)时，瓶必须配戴好瓶帽(有防护罩的除外)，并要拧紧。
15、(判断题)通常可以将爆炸分为物理性爆炸和化学性爆炸两大类。 参考答案：正确 16、(判断题)盛装腐蚀性气体的气瓶，每一年检验一次。 参考答案：错误 17、(判断题)普通橡胶导管和衬垫可用做液化石油气瓶的配件。 参考答案：错误 18、(判断题)埋弧焊一般采用粗焊丝，电弧具有上升的静特性曲线。 参考答案：错误 19、(判断题)汽车制造业中，激光焊接技术主要用于车身拼焊、框架结构和零部件的焊接。 参考答案：正确 20、(判断题)氧熔剂切割气主要用于切割不锈钢铸件和铸铁件的浇冒口。 参考答案：正确 21、(判断题)在潮湿环境操作时，焊工必须使用干燥、绝缘可靠的焊工手套，但不必使用绝缘橡胶衬垫。