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高能束流焊接方法学习要点总结
课程名称焊接设备维修实训
专业年级焊接1311
学号2013118526113
学生姓名张华荣
指导教师李飞
2016年4月13日
高能束流焊接方法学习要点总结
一．高能束流焊接方法基本概念：
高能束流焊接是指以激光束、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。
注：（1）高能束流焊接的功率密度（Power Density）达到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。（一）电子束焊焊接方法基本概念：
电子束焊是利用会聚的高速电子轰击工作件接缝处所产生的热能，使金属熔合的一种焊接方法。
（二）激光焊焊接方法基本概念：
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。
（三）激光切割基本概念：
激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。（四）等离子弧焊焊焊接方法基本概念：
等离子弧焊是以等离子弧为热源的一种高能速流焊接方法。
二．基本原理和分类
（一）获得高能束流的基本原理：
1.高功率密度激光束的获取
激光器通过谐振腔的方向选择、频率选择以及谐振腔和工作物质共同形成的反馈放大作用，使输出的激光具有良好的方向性、单色性以及很高的亮度。
2.高功率密度电子束的获取
阴极用以发射电子，阳极相对阴极施加高电压以加速电子，控制极用来控制电子束流的强度，聚焦线圈对电子束进行会聚，偏转线圈可使束流产生偏转以满足加工的需要。
3.高能束流的聚焦
（1）激光束的聚集
目前在激光焊中常用的聚集系统有三种：透镜聚集、反射镜聚集和改进型的。
（2）电子束的聚集
电子束聚集是依据于电场和磁场对电子的作用。常用的电子束聚集方法是静电透镜聚集好磁透镜聚集等。其中静电透镜聚集分别为同心球电极聚集。
（二）分类：
1.电子束焊接
2.激光焊
3.激光切割
4.等离子弧焊
（一）电子束焊工作原理：
电子束是从电子枪中产生的。通常电子是以热发射或者场致发射的方式从发射级（阴极）
逸出的。在25~300V的加速电压的作用下，电子被加速到0.3~0.7倍光速，具有一定的动能，经过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。
这种电子束撞击到工件表面，电子的动能就转变为热能，使金属迅速溶化和蒸发。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，液态金属沿着小孔周围流向熔池后部，逐渐冷却凝固形成了焊缝。
电子束传送到焊接接头的热量和其熔化金属的效果与束流强度、加速电压、焊接速度、电子束斑点质量，以及被焊接材料的性能等因素有密切的关系。
分类：
1.被焊工件所处的环境和真空度可以分为三种：高真空电子束焊、低真空电子束焊、非真空电子束焊。
2.电子束焊按照加速电压状态分类：高压型（大于80 kV）；中压型（40～60 kV）；低压型（小于等于30 kV）。
（二）激光焊接的原理：
光子轰击金属表面形成蒸汽，蒸发的金属可防止剩余能量被金属反射掉。如果被焊金属有良好的导热性能，则会得到较大的熔深。激光在材料表面的反射、透射和吸收，本质上是光波的电磁场与材料相互作用的结果。激光光波入射材料时，材料中的带电粒子依着光波电矢量的步调振动，使光子的辐射能变成了电子的动能。物质吸收激光后，首先产生的是某些质点的过量能量，如自由电子的动能，束缚电子的激发能或者还有过量的声子，这些原始激发能经过一定过程在转化为热能。
分类：
1.按照激光器输出能量方式的不同来区分，激光焊可以分为：脉冲激光焊，连续激光焊（包括高频脉冲连续激光焊）。
2.按照激光聚焦后光斑上功率密度的不同，激光焊可分为：传热焊，深熔焊。
1）传热焊定义：传热焊又叫热导焊。传热焊所用采用的激光光斑功率密度较低，（一般情况下，激光的光斑功率密度小于105W/cm2），当激光功率密度介于105W/cm2～106W/cm2的时候，也被认为是传热焊。
2）传热焊过程机理分析：工件吸收激光后，激光将金属表面加热到熔点与沸点之间，焊接的时候，金属材料表面将所吸收的激光转变为热能，使得金属表面温度升高而熔化，但是仅仅达到表面熔化的程度。然后通过热传导方式，把热能向金属工件内部传递，使得熔化区域逐渐扩大形成熔池。凝固后形成焊点或者焊缝，熔深轮廓近似半球形。这种焊接机理称为传热焊。它类似与TIG 焊等钨极电弧焊原理。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。
3）传热焊的主要特点：传热焊激光光斑的功率密度小，很大一部分光被金属表面反射，光的吸收效率低，焊接熔深浅，焊接速度慢，主要用于厚度小于1mm的薄板以及小零件的焊接加工。
4）深熔焊定义：深熔焊采用的激光光斑功率密度比较高。当激光光斑的功率度大于等于106W/cm2（通常介于106W/cm2～107W/cm2）的时候，被认为是深熔焊。
（三）激光切割
可分为激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划片与控制断裂四类。
1.激光汽化切割原理
利用高能量密度的激光束加热工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大，在蒸气喷出的同时，在材料上形成切口。材料的汽化热一般很大，所以激光汽化切割时需要很大的功率和功率密度。
激光汽化切割多用于极薄金属材料和非金属材料(如纸、布、木材、塑料和橡皮等)的切
割。
2.激光熔化切割原理
激光熔化切割时，用激光加热使金属材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性气体(Ar、He、N等)，依靠气体的强大压力使液态金属排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金属完全汽化，所需能量只有汽化切割的1/10。
激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割，如不锈钢、钛、铝及其合金等。
（3）激光氧气切割
激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。它是用激光作为预热热源，用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用，发生氧化反应，放出大量的氧化热;另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出，在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热，所以激光氧气切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。
激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。
（4）激光划片与控制断裂
激光划片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描，使材料受热蒸发出一条小槽，然后施加一定的压力，脆性材料就会沿小槽处裂开。激光划片用的激光器一般为Q 开关激光器和CO2激光器。
控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布，在脆性材料中产生局部热应力，使材料沿小槽断开。
（四）等离子弧焊的基本原理：
等离子弧焊和GTAW焊在很多方面是十分类似的，如果钨极与工件之间的电弧被压缩或断面面积减小，则其温度上升，因为压缩后仍导致通同样大小的电流。这种被压缩的电弧称为等离子体，等离子体是物质的第四状态。等离子有两种类型，转移型等离子弧和非转移型等离子弧。非转移型等离子弧电流通过喷嘴流到喷嘴内部的钨极，然后再回到电源，非转移型电弧主要用于等离子喷涂，还用于加热非金属部件。转移型等离子弧的电流从工件穿过喷嘴上的小孔进入钨极，然后再回到电源。
分类：
1.微孔型等离子弧焊
2.熔透型等离子弧焊
3.微束等离子弧焊
4.熔化极等离子弧焊
5.热丝等离子弧焊
6.脉冲离子弧焊
三．工艺特点和应用范围
（一）电子束焊接
1.主要优点：
A电子束穿透能力强，焊缝的深宽比高电子束斑点尺寸小，功率密度大，可以实现高深宽比的焊接（即焊缝深而窄）。深宽比达到60/1，可以一次焊透0.1mm -300mm的不锈钢板。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。
B焊接速度快，焊缝物理性能好能量集中，熔化和凝固速度快，例如焊接厚度为125mm 的铝板，焊接速度达到400mm/min，是氩弧焊的40倍。能够避免晶粒长大，使接头性能改
善，高温作业时间短，合金元素烧损少，焊缝抗腐蚀性好。
C焊件热变形小功率密度高，输入焊件的热量少，热影响区小，焊件变形小。对精
密加工的工件，可以最后连接工序，焊后工件仍保持足够的精度。
D焊缝纯洁度高真空对焊缝有良好的保护作用，真空电子束焊接不仅可以防止熔化
金属受到氧气、氮气等有害气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和净化，因而高真空电子束焊尤其适合焊接钛以及钛合金等活性材料。真空电子束焊接常用于焊接真空密封元件，焊接后内部元件保持在真空状态。
E工艺适应性强参数易于精确调节，便于偏转，对焊接结构有广泛的适应性。
F可焊材料多不仅能够焊接金属和异种金属材料的接头，也可以焊接非金属材料，例如陶瓷，石英玻璃等。
G再现性能好电子束焊焊接参数易于实现机械化，自动化控制。重复性好，再现性好，提高了产品质量的稳定性。
H可简化加工工艺可以将重复的大型整体加焊件分为易于加工的、简单的或者小型部件，用电子束焊为一个整体，减少加工难度，节省材料，简化工艺。
2.缺点：设备比较复杂，费用比较昂贵、焊接前对接头加工、装配要求严格，以保证接头位置准确、间隙小，而且均匀、真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状常受到工作室的限制、电子束容易受到杂散电磁场的干扰，影响焊接质量、电子束焊接时，产生的射线需要严加防护，以确保工作人员的健康和安全。
3.电子束焊小孔效应：
电子束焊小孔的形成是一个复杂的高温流体动力学过程。基本过程解释如下：
A高功率密度的电子束轰击焊件，使得焊件表面材料熔化并且伴随着液态金属的蒸发。
B材料表面蒸发走的原子的反作用使液态金属表面向下凹陷。
C随着电子束功率密度的增加，金属蒸气量增多，液面被压凹的程度也增大，并且形成一个通道。
D电子束经过通道轰击底部的待焊金属，使通道逐渐向纵深发展。
E液态金属的表面张力和流体静压力是力图拉平液面的，在达到力的平衡状态时，通道的发展才停止，并且形成小孔。
F小孔和熔迟的形貌与焊接参数有关。
（二）激光焊接
A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0.01mm，功率密度可以达到109W/cm2，可以焊接0.1~ 50mm厚的工件。
B脉冲激光焊加热时间短、焊点小、热影响区小。
C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。
D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。 E激
光不受电磁场的影响。 F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。
G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。
激光焊接的优点：能量密度高，可聚焦，深穿透，高效率，高精度，适应性强等。（三）等离子弧焊接
1.优点：
（1）熔透能力强，在不开坡口、不加填充焊丝的情况下可一次焊透8-10mm厚的不锈钢板；
（2）焊缝质量对弧长的变化不敏感，这是由于电弧的形态接近圆柱形，且挺直度好，弧长变化时对加热斑点的面积影响很小，易获得均匀的焊缝形状。
（3）钨极缩在水冷铜喷嘴内部，不可能与工件接触，因此可避免焊缝金属产生夹钨现象；
（4）等离子电弧的电离度较高，电流较小时仍很稳定，可焊接微型精密零件；
（5）可产生稳定的小孔效应，通过小孔效应，正面施焊时可获得良好的单面焊双面成形。
2.缺点：
（1）可焊厚度有限，一般在25mm以下；
（2）焊枪及控制线路较复杂，喷嘴的使用寿命很低；
（3）焊接参数较多，对焊接操作人员的技术水平要求较高。
3.微束等离子弧具有以下特点：
A小电流时，电弧仍能保持稳定。
B焊件变形量和热影响区均比钨极氩弧焊小。
C电弧呈细长的圆柱状，弧长的变化对工件加热状态的影响较小，因此它对喷嘴至工件间距离变化的敏感性较小，焊接质量稳定。
D设备简单，焊枪小巧，易于操作和实现自动化。
4.应用
可用钨极氩弧焊焊接的金属，比如不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、镍、铜、蒙耐尔合金等，均可用等离子弧焊焊接。这种焊接方法可用于航天、航空、核能、电子、造船及其它工业部门中。
（四）激光切割
1. 特点
（1）切割质量好
由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能够获得较好的切割质量。
1）激光切割切口细窄，切缝两边平行并且与表面垂直，切割零件的尺寸精度可达±0.05mm。
2）切割表面光洁美观，表面粗糙度只有几十微米，甚至激光切割可以作为最后一道工序，无需机械加工，零部件可直接使用。
3）材料经过激光切割后，热影响区宽度很小，切缝附近材料的性能也几乎不受影响，并且工件变形小，切割精度高，切缝的几何形状好，切缝横截面形状呈现较为规则的长方形。
（2）切割效率高
由于激光的传输特性，激光切割机上一般配有多台数控工作台，整个切割过程可以全部实现数控。操作时，只需改变数控程序，就可适用不同形状零件的切割，既可进行二维切割，又可实现三维切割。
（3）切割速度快
用功率为1200W的激光切割2mm厚的低碳钢板，切割速度可达600cm/min;切割5mm厚的聚丙烯树脂板，切割速度可达1200cm/min。材料在激光切割时不需要装夹固定，既可节省工装夹具，又节省了上、下料的辅助时间。
（4）非接触式切割
激光切割时割炬与工件无接触，不存在工具的磨损。加工不同形状的零件，不需要更换“刀具”，只需改变激光器的输出参数。激光切割过程噪声低，振动小，无污染。
（5）切割材料的种类多
与氧乙炔切割和等离子切割比较，激光切割材料的种类多，包括金属、非金属、金属基
和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等。但是对于不同的材料，由于自身的热物理性能
及对激光的吸收率不同，表现出不同的激光切割适应性。采用CO2激光器，
2.激光切割技术具有以下优点：
第一，精度高：定位精度0．05mm，重复定位精度0．02mm。
第二，切缝窄：激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度，材料很陕加
热至气化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的
切缝。切口宽度一般为0．10-0．20ram。
第三，切割面光滑：切割面无毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ral2．5；A内。
第四，速度快：切割速度可达lOm／min，最大定位速度可达70m／m／n，比线切割的速
度快很多。
第五，切割质量好：无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免
材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。
第六，不损伤工件：激光切割头不会与材料表面相接触，保证不划伤工件。
第七，不受被切材料的硬度影响：激光可以对钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等进
行加工，不管什么样的硬度，都可以进行无变形切割。
第八，不受工件外形的影响：激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割管材及其
他异型材。
第九，可以对非金属进行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品和有机玻璃等。
第十，节约模具投资：激光加工不需模具，没有模具消耗，无须修理模具，节约更换模
具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，尤其适合大件产品的加工。
十一，节省材料：采用电脑编程，可以把不同外形的产品进行整张板材料套裁，最大限
度地提高材料的利用率。
十二，缩短了新产品制造周期：新产品试制，数量小，结构不确定、随时会改动‘，根
本不能出模具，激光切割机大大缩短了新产品制造周期，减少了模具投入。
（3）缺点
激光切割由于受激光器功率和设备体积的限制，激光切割只能切割中、小厚度的板材和
管材，而且随着工件厚度的增加，切割速度明显下降。
激光切割设备费用高，一次性投资大。
4.应用范围
大多数激光切割机都由数控程序进行控制操作或做成切割机器人。激光切割作为一种精
密的加工方法，几乎可以切割所有的材料，包括薄金属板的二维切割或三维切割。
在汽车制造领域，小汽车顶窗等空间曲线的切割技术都已经获得广泛应用。德国大众汽
车公司用功率为500W的激光器切割形状复杂的车身薄板及各种曲面件。在航空航天领域，
激光切割技术主要用于特种航空材料的切割，如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、
氧化铍、复合材料、塑料、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼壁板、直升机主旋翼、航天
飞机陶瓷隔热瓦等。
激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较为广泛的应用。不仅可以切割硬度高、脆
性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；还能切割加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶等，如用激光进行服装剪裁，可节约衣料10%～12%，提高功效3倍以上。
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；
□非接触加工、无后续加工。
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。
相比较于电子束焊，激光焊接的优点是：
激光焊不需真空室和对工件焊前进行去磁处理，它可在大气中进行，也没有防X射线问题，所以可在生产线内联机操作，也可焊接磁性材料。另外，激光焊接的循环时间大大低于电子束焊接（很容易做到30s以内）。因此，激光焊接实际上已取得了电子束焊接20年前的地位，成为高能束焊接技术发展的主流。
TIG焊和等离子弧焊：
TLG焊，钨极承载电流能力较差，过大的电流会引起钨极的熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池而引起夹钨。因此，熔敷速度小、熔深浅、生产率低。而等离子弧焊枪的钨极内缩在喷嘴之内，电极不可能与工件相接触，因而没有焊缝夹钨的问题。
等离子切割与激光切割工艺比较：
等离子切割可用于不锈钢、铝、铜、铸铁、碳钢等各种金属材料切割。等离子切割以中厚板切割为主，以260A的等离子电源为例，最大切割厚度可达60mm。等离子切割切割速度快、切割狭窄、切口平整，热影响区小，工件变形小，运行成本低，具有显著的节能及经济效果，其缺点是断面垂直度有0.5°~1.5°倾斜角，切割断面硬化。
激光切割以中薄板为主，以4000w激光为例，最大可切25mm左右普通碳钢。激光切割机除用于切割碳钢、不锈钢、铝合金等材料外，还可用于切割各种髙熔点材料、耐热铝合金和超硬铝合金等特种金属材料，也可切割半导体材料、非金属材料以及复合材料。激光因其具有几乎无发散的方向性，具有极高的发光强度，激光切割速度快、加工精度高、切缝狭窄、切口光滑、热影响区小、切割板材变形小，切割表面无损伤，一般不需后续加工。
四. 影响焊接质量的工艺参数：
（一）电子束焊接
加速电压 (Ua )，电子束流 ( Ib )，聚焦电流 ( If )，焊接速度 (Vb )，工作距离 ( H )。（二）脉冲激光焊接
有4个主要参数：脉冲能量，脉冲宽度，功率密度，离焦量。
（三）等离子弧焊接
1.焊接电流
2.焊接速度
3.喷嘴离工件的距离
4.等离子气及流量
5.引弧及收弧
6.接头形式及装配要求
（四）激光切割
1.切割表面粗糙度Rz
2.切口挂渣尺寸
3.切边垂直度和斜度u
4.切割边缘圆角尺寸r
5.条纹后拖量n
6.平面度F
对比:
五.焊接方法（系统）设备与装置组成和性能指标
（一）电子束焊接
1.真空电子束焊机由以下7部分组成：A电子枪；B. 工作真空室；C. 工作台；D. 高压电源；E. 控制及调整系统；F. 真空系统；G.焊接夹具。
2.电子束焊实现过程：电子束轰击工作件时，动能转变为热能。由高压加速装置形成的高功率电子束流，通过磁透镜会聚后，得到很小的焦点（其功率密度可以达到104W/cm2~ 109 W/cm2），轰击置于真空或者非真空中的焊件，电子的动能迅速转变为热能，熔化金属，实现焊接过程。
3.电子枪分为二极枪和三极枪两种，现代电子束焊机多采用三级电子枪。
二极枪：二极枪是由阴极、聚束极、和阳极组成的电极系统。聚束极与阴极等电位。在一定的加速电压下，通过调节阴极温度来改变阴极发射的电子流，从而调节电子束流的大小。
三极枪：三极枪的电极系统由阴极、偏压电极、阳极组成。阴极处于高的负电位，它与接地的阳极之间形成电子束的加速电场。偏压电极相对于阴极呈负电位，通过调节其负电位的大小和改变偏压电极形状、位置，可以调节电子束流的大小和改变电子束的形状。（二）激光焊接
1.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，计算机控制系统。
2.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：必须是一个具有若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。
（2）激励源：即泵浦源，给激光物质提供能量，使之处于非平衡状态，形成粒子数反转
（3）谐振腔：机制给受激辐射提供振荡空间和稳定输出的正反馈，并且限制光束的方向和频率。
（4）电源：为激励源提供能源。
（5）控制和冷却系统：保证激光器能够稳定、正常可靠工作。
（6）聚光器：固体激光器特有，使光泵浦的光能最大限度地照射在激光工作物质上。
3.按照激光工作物质的状态，激光器可以分为：固体激光器和气体激光器，提高泵浦光
的利用率。
5.固体激光器根据不同的用途，有不同的工作方式，一般可以分为三种：
（1）脉冲激光器——单次发射，每个激光脉冲的宽度为零点几毫秒至几十毫秒，每完成一次任务仅有一个脉冲。
（2）重复频率激光器——这种激光器每秒可以产生几个到几十个脉冲，每完成一个任务需要几个脉冲。
（3）连续激光器——可以长时间稳定的输出激光连续使用。
6.CO2激光器工作气体的主要成分是CO2(Carbon Dioxide)、N2 （Nitrogen）和He（Helium）。CO2激光器具有以下特点：
A输出功率大，国外有100kW的CO2激光焊机。高功率激光焊接设备主要应用于冶金加
工和汽车制造等相关产业。
B输出功率范围大，最小输出功率为数毫瓦，最大可输出功率几百kW。
C能量转换率高，大大的高于固体激光器。理论转换功率为40%，实际应用中光电转换效率为15%。
D CO2激光波长为10.6μm的红外激光，属于红外线。可以在空气中传播很远而衰减很小。
7.激光焊过程中的几种效应：等离子体效应，壁聚焦效应，净化效应。
（三）等离子弧焊接
等离子弧焊接设备由焊接电源、等离子弧发生器（焊枪）、控制电路、供气回路及供水回路等组成。自动等离子弧焊接设备还包括焊接小车或其它自动工装。
1.弧焊电源等离子弧焊接设备一般采用具有垂直外特性或陡降外特性的电源，以防止焊接电流因弧长的变化而变化，获得均匀稳定的熔深及焊缝外形尺寸。一般不采用交流电源，只采用直流电源，并采用正极性接法。与钨极氩弧焊相比，等离子焊所需的电源空载电压较高。
2.控制系统控制系统的作用是控制焊接设备的各个部分按照预定的程序进入、退出工作状态。整个设备的控制电路通常由高频发生器控制电路、送丝电机拖动电路、焊接小车或专用工装控制电路以及程控电路等组成。程控电路控制等离子气预通时间、等离子气流递增时间、保护气预通时间、高频引弧及电弧转移、焊件预热时间、电流衰减熄弧、延迟停气等。
3.供气系统等离子弧焊接设备的气路系统较复杂。由等离子气路、正面保护气路及反面保护气路等组成，而等离子气路还必须能够进行衰减控制。为此，等离子气路一般采用两路供给，其中一路可经气阀放空，以实现等离子气的衰减控制。
4. 水路系统由于等离子弧的温度在100000C以上，为了防止烧坏喷嘴并增加对电弧
的压缩作用，必须对电极及喷嘴进行有效的水冷却。冷却水的流量不得小于3 L/min-1，水压不小于0.15-0.2MPa。水路中应设有水压开关，在水压达不到要求时，切断供电回路。
5.焊枪等离子弧焊枪是等离子弧发生器，对等离子弧的性能及焊接过程的稳定性起着决定性作用。主要由电极、电极夹头、压缩喷嘴、中间绝缘体、上枪体、下枪体及冷却套等组成。最关键的部件为喷嘴及电极。
（四）激光切割
激光切割机系统一般由激光发生器、（外）光束传输组件、工作台（机床）、微机数控柜、冷却器和计算机（硬件和软件）等部分组成。
1.机床主机部分：激光切割机机床部分，实现X、Y、Z轴的运动的机械部分，包括切割工作平台。用于安放被切割工件，并能按照控制程序正确而精准的进行移动，通常由伺服电机驱动。
2.激光发生器：产生激光光源的装置。对于激光切割的用途而言，除了少数场合采用
YAG固体激光器外，绝大部分采用电-光转换效率较高并能输出较高功率的CO2气体激光器。由于激光切割对光束质量要求很高，所以不是所有的激光器都能用作切割的。高斯模式适用于小于1500W、低阶模二氧化碳激光器100W-3000W、多模3000W以上。
3.外光路：折射反射镜，用于将激光导向所需要的方向。为使光束通路不发生故障，所有反射镜都要保护罩加以保护，并通入洁净的正压保护气体以保护镜片不受污染。一套性能良好的透镜会将一无发散角的光束聚焦成无限小的光斑。一般用5.0英寸焦距的透镜。7.5英寸透镜仅用于>12mm厚材。
4.数控系统：控制机床实现X、Y、Z轴的运动，同时也控制激光器的输出功率。
5.稳压电源：连接在激光器，数控机床与电力供应系统之间。主要起防止外电网干扰的作用。
6.切割头：主要包括腔体、聚焦透镜座、聚焦镜、电容式传感器和辅助气体喷嘴等零件。切割头驱动装置用于按照程序驱动切割头沿Z轴方向运动，由伺服电机和丝杆或齿轮等传动件组成。
7.操作台：用于控制整个切割装置的工作过程。
8.冷水机组：用于冷却激光发生器。激光器是利用电能转换成光能的装置，如CO2气体激光器的转换率一般为20%，剩余的能量就变换成热量。冷却水把多余的热量带走以保持激光发生器的正常工作。冷水机组还对机床外光路反射镜和聚焦镜进行冷却，以保证稳定的光束传输质量，并有效防止镜片温度过高而导致变形或炸裂。
9.气瓶：包括激光切割机工作介质气瓶和辅助气瓶，用于补充激光震荡的工业气体和供给切割头用辅助气体。
10.空压机、储气罐：提供和存储压缩空气。
11.空气冷却干燥机、过滤器：用于向激光发生器和光束通路供给洁净的干燥空气，以保持通路和反射镜的正常工作。
12.抽风除尘机：抽出加工时产生的烟尘和粉尘，并进行过滤处理，使废气排放符合环境保护标准。
13.排渣机：排除加工时产生的边角余料和废料等。
六典型零件的应用实例
（一）电子束焊接
1.宇宙空间电子束焊机
2.宇宙飞行器助推器
3.非真空电子束焊导弹壳体
（二）激光焊接
1.激光焊接在国外汽车工业中的应用
（1）白车身激光焊接
（2）不等厚激光拼焊板
（3）齿轮及传动部件焊接
2.光纤激光焊在造船及海洋工程方面的应用
3.激光焊在飞机制造中的应用
4.复合激光焊的应用
5.激光焊在医学上的应用
（三）等离子弧焊接
变极性等离子弧焊是一种很有前途的用于铝及其合金的焊接方法。
（四）激光切割
激光切割指采用激光发射性光束在产品上面打孔，根据水平移动来对应产生的缝隙称为激光切割，激光可以在多产品材料上面切割，如亚克力、刀模板、布料、皮革等行业都能运用激光进行切割，因此激光切割是一种在多行业切割的新型方案。
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）
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。
七参考文献
【1】巩水利，高能束流加工技术在航空发动机领域的应用。航空制造技术。2013（9）；34-37 【2】关桥，邵亦陈。航空特种焊接/连接技术的形成和发展——中航工业北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室建所55周年纪念。航空制造技术。2012（13）；34-39。【3】滕育英译.载人航天信息，1997年，第2期
【4】于喜海译.载人航天信息，1997年，第3期
【5】George Tulisiak Proc. of Electron Beam Symposium, 6th April 1964
实训成绩 批阅教师 日期 区肌提N殳晋城市学院 CITY COLLEGE,KUNMING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 高能束流焊接方法学习要点总结 课程名称焊接设备维修实训 ___________ 专业年级焊接1311 ____________ 学号2013118526113 ____________ 学生姓名张华荣 __________________ 指导教师李飞 2016年4月13日
高能束流焊接方法学习要点总结 一．高能束流焊接方法基本概念： 高能束流焊接是指以激光束、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。 52 注：（1）高能束流焊接的功率密度（Power Density ）达到10 W/cm 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。 （一）电子束焊焊接方法基本概念： 电子束焊是利用会聚的高速电子轰击工作件接缝处所产生的热能，使金属熔合的一种焊接方法。（二）激光焊焊接方法基本概念：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。 （三）激光切割基本概念： 激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。 （四）等离子弧焊焊焊接方法基本概念： 等离子弧焊是以等离子弧为热源的一种高能速流焊接方法。 二．基本原理和分类 （一）获得高能束流的基本原理： 1. 高功率密度激光束的获取激光器通过谐振腔的方向选择、频率选择以及谐振腔和工作物质共同形成的反馈放大作用，使输出的激光具有良好的方向性、单色性以及很高的亮度。 2. 高功率密度电子束的获取 阴极用以发射电子，阳极相对阴极施加高电压以加速电子，控制极用来控制电子束流的强度，聚焦线圈对电子束进行会聚，偏转线圈可使束流产生偏转以满足加工的需要。 3. 高能束流的聚焦 （1）激光束的聚集目前在激光焊中常用的聚集系统有三种：透镜聚集、反射镜聚集和改进型的。 （2）电子束的聚集电子束聚集是依据于电场和磁场对电子的作用。常用的电子束聚集方法是静电透镜聚集好磁透镜聚集等。其中静电透镜聚集分别为同心球电极聚集。 （二）分类： 1. 电子束焊接 2. 激光焊 3. 激光切割 4. 等离子弧焊 （一）电子束焊工作原理： 电子束是从电子枪中产生的。通常电子是以热发射或者场致发射的方式从发射级（阴极）逸出的。在25~300V 的加速电压的作用下，电子被加速到0.3~0.7 倍光速，具有一定的动能，经过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。 这种电子束撞击到工件表面，电子的动能就转变为热能，使金属迅速溶化和蒸发。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
高能束焊接复习总结 激光焊接： 1.激光的基本特性？ （1）激光的单色性好。激光的单色性比一般光要高出很多（106倍以上）。 （2）方向性好、亮度高。激光输出的光束发散角度很小（小于10-3弧度），光源表面的亮度高，被照射地方的照度大。 （3）相干性好。激光的相位在时间上是保持不变的，合成后能形成相位整齐、规则有序的大振幅光波。 2.如何评价激光光束的质量？ （1）光束传播系数k 、光束衍射极限倍数M 。 200 11= =K M w λπ??Θ 通常K 的取值为0~1，K 或M 2为1， 光束质量实际达到衍射极限。 （2）光束参数积（BBP ）。 200M BPP w K λ λ π π =?Θ= = ? 决定激光加工使用围。光束参数积与激光功率决定加工围。 3.激光产生相关名次解释？ （1）辐射跃迁：粒子从外界吸收能量时从低能级跃迁到高能级；从高能级跃迁到低能级时向外界释放能量。如果吸收或释放的能量是光能，则称此跃迁为
辐射跃迁。 （2）激发：实现粒子从低能级向高能级的跃迁过程成为激发，方式主要以：加热激发、辐射激发、碰撞激发。 （3）自发辐射：处于高能级的粒子自发地向低能级跃迁并释放光子的过程。 （4）受激辐射：处于高能级的粒子受到一个能量为hv=E2-E1光子的作用，从E2能级跃迁到E1能级并同时辐射出与入射光子完全一样（频率、相位、传播方向、偏振方向）的光子的过程。 （5）受激吸收：处于低能级的粒子受到一个能量hv=E2-E1光子的作用，从E1能级跃迁到E2能级的过程。 PS：自发辐射与受激辐射的区别：一个是自由辐射的过程，光波之间没有固定的关系；另一个则是入射与辐射的光完全一致。 （6）粒子数反转：热平衡状态下，处于高能级的粒子远远少于处于基态的粒子数，如果在外界作用下打破平衡，使亚稳态能级的粒子数大于处于低能级的粒子数，这种状态称为粒子数反转。 （7）激光工作物质：凡是可通过激励实现粒子数反转的物质都称激光工作物质。 （8）泵浦：使工作物质在某两个能级之间实现粒子数反转的过程称为泵浦或抽运。 4.激光产生的基本条件？ 产生激光三个基本条件，必要条件；激光器的三个基本条件： （1）合适的工作物质。具有亚稳态能级，能实现粒子反转，使受激辐射多于受激吸收。 （2）外界泵浦。作为外界激励，使工作物质产生受激辐射。 （3）光学谐振腔。筛选工作物质辐射出的光的频率，使光只能沿着轴线方向往返运动，增加光强度，实现光放大。 5.常见工业激光器的性能特性？
1.厚度小于1.6mm的铝合金,采用小孔法和熔透法焊接时,都必须使用Ar作为保护气。（x） 2.引起油脂自燃的内因是有较大的氧化表面(如浸油的纤维物质)有空气,具备蓄热的条件。（x ） 3.熔化极氩弧焊时，熔滴喷射过渡会产生很大的飞溅。（x） 4.室内焊接作业应避免可燃易燃气体(或蒸汽)的滞留积聚,除必要的 通风措施外,还应装设气体分析仪器和报警器。（V） 5.熔透型等离子弧焊主要用于薄板加单面焊双面成形及厚板的多层焊。（V） 6. 气体保护电弧焊存在着气瓶爆炸危险性。（V ） 7.在焊接过程中加入的二氧化碳对母材可能产生渗碳作用。（V） 8. 焊接作业处，应把乙炔瓶和氧气瓶安放在15m以外。（X）9.二氧化碳焊不能焊接管道。（X） 10.一个人在皮肤干燥状态下,接触的电压越高,人体电阻越小。X 11. 铝粉和镁粉的自燃点是一个较高的温度值,不是一个范围。（X） 12. 压缩空气的作用不包括对碳棒电极起冷却作用。（X） 13. 屈服强度越高,金属材料的抗拉强度也会越大。（V ） 14. 钎焊作业的安全生产可以保障人身安全与健康。（V） 15. 气割时，由于割炬内采用高压氧气，因此使用前要特别注意检查割炬各接头的密封性。（V） 16. 低碳钢焊接时,对焊接电源没有特殊要求,可采用交、直流弧焊机进行全位置焊接,工艺简单。（V）
17. 氩弧焊可以焊接化学活泼性强和已形成高熔点氧化膜的镁、铝、钛及其合金。（V） 18. 碳弧气刨不能清理铸件的毛边、飞边、浇铸冒口及铸件中的缺陷。（X ） 19. 氢氧化钠可以腐蚀塑料。（X ） 20. 割炬按可燃气体与氧气混合的方式不同可分为射吸式割炬和等 压式割炬两种,其中等压式割炬使用较多。（X ） 21.电流对人体的伤害有电击、电伤与灼伤。（X ） 22.安全生产工作应当做在生产活动过程中,尽量避免事故发生。（X ） 23. 割炬是气割工作的主要工具。（V ） 24. 碱性焊条的塑性、韧性和抗裂性能均比酸性的焊条好，所以在焊接重要结构时一般均采用碱性焊条。（V ） 25. 弧焊时会产生强烈的烟尘。（X ） 26. 操作激光切割机时,要严格按照激光器启动程序启动激光器。 （V ） 27. 在钎焊作业生产过程中,气瓶不会发生泄漏。（X ） 28. 置换焊补时,若隔绝工作不可靠,不得焊割。（V） 29. 劳动者无权了解所从事的工作对他们的健康可能产生的影响和 危害。（X ） 30. 铝比铜的密度小,熔点也低。（V ） 31. 熔化焊机中不与地相连接的电气回路,在试验时对个别元件,由于特性限制,允许从电路中拆除或短接。（v）
焊接工艺设计级生产大作业 学院：材料科学与工程学院 专业班级：焊接1301班 小组成员：马永亮（130200814） 徐壮（130200812） 孙建（130200116） 何星池（130200112） 郝绪文（130200101） 汪颖（130200525） 马鸣檀（130200530） 经戌末（130200109） 陈诗函（130200802） 作业时间： 2016年11月01日
12mm板厚Q345真空电子束焊接工艺 一、发展背景 电子束的发现迄今已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。 电子束焊接(EBW)是以高能密度电子束作为能量载体对材料和构件实现焊接和加工的新型特种加工工艺方法。它具有其它熔焊方法难以比拟的优势和特殊功能：其焊接能量密度极高,容易实现金属材料的深熔透焊接、焊缝窄、深宽比大、焊缝热影响区小、焊接残余变形小、焊接工艺参数容易精确控制、重复性和稳定性好等。 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电子束焊接在内的高能束焊接技术优势较大。 正是由于电子束焊接的上述优点，使该技术获得长足发展，已经成功地应用于各种工业领域，并广泛应用在各种材料上。厚大截面不锈钢的电子束焊接由于能够节约成本且满足质量要求而得到青睐。有许多文献已经证明电子束焊接在航空和医药钛合金上得到了成功应用。有色金属如铜、镍及其合金的电子束焊接以及运输工业中异种材料的电子束焊接正迅猛增长。 二、目的 为了巩固所学常用特种焊接方法与设备的知识，熟悉有关资料，掌握焊接参数的选择和焊接设备的使用与维护，安排了为期一周的课程设计。通过本次焊接工艺设计，锻炼学生们的分析问题的能力，提高焊接操作技能。
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。3 ⒏电子束-束焊接参数能够精确控制，焊接参数重复性高，因此焊缝的成形与焊后零件尺寸精度等都能保证重复性。 但是电子束焊接也有一些缺点： ⒈电子束捍机成本昂贵，国际市场价格一般小型机每台在3O万美元以上，而巨型机要千万美元，推广应用受一定限制。 ⒉电子束焊接设备涉及高电压、真空、电子光学、各类电源与控制、计算机技术以及精密机械等，技术涉及面广而复杂，对使用人员及维修人员的素质要求高。
电子束焊 一、电子束焊的基本原理 电子束焊是一种高能束流焊接方法。一定功率的电子束经电子透镜聚焦后，其功率密度可以提高到106 W/cm2以上，是目前已实际应用的各种焊接热源之首。 电子束传送到焊接接头的热量和其熔化金属的效果与束流强度、加速电压、焊接速度、电子束斑点质量以及被焊材料的热物理性能等因素有密切的关系。 二、电子束焊的特点 1．电子束焊的优点 （1）电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。通常电弧焊的深宽比很难超过2：1，而电子束焊的深宽比可达到60：1以上，可一次焊透0.1~300mm厚度的不锈钢板。 （2）焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。电子束焊速度一般在1m/mm 以上。电子束焊缝热影响区很小。由于热输人低，控制了焊接区晶粒长大和变形，使焊接接头性能得到改善。由于焊接变形小，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尺寸精度。 （3）焊缝纯度高，接头质量好。真空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受氢、氧、氮等有害气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和净化，因而特别适于活泼金属的焊接，也常用于焊接真空密封元件，焊后元件内部保持在真空状态。可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷，提高接头质量。 （4）再现性好，工艺适应性强。电子束焊的焊接参数可独立地在很宽的范围内调节，易于实现机械化、自动化控制，重复性、再现性好，提高了产品质量的稳定性。通过控制电子束的偏移，可以实现复杂接缝的自动焊接；电子束在真空中可以传到较远（约500mm）的位置上进行焊接，因而也可以焊接难以接近部位的接缝。对焊接结构具有广泛的适应性。 （5）可焊材料多。电子束焊不仅能焊接金属和异种金属材料的接头，也可焊非金属材料，如陶瓷、石英玻璃等。真空电子束焊的真空度一般为5×10-4Pa，尤其适合焊接钛及钛合金等活性材料。 2．电子束焊的缺点： （1）设备比较复杂，投资大，费用较昂贵。 （2）电子束焊要求接头位置准确，间隙小而且均匀，因而，焊接前对接头加工、装配要求严格。 （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，操作人员需要严加防护。 表1-1归纳了与其他传统焊接工艺方法相比较，电子束焊所具有的优点。
判断题 1( × )“安全第一,预防为主,综合治理”的安全生产方针是不合理的。 2( ×)“安全第一”,指在生产经营活动中,要始终把财产安全放在首要位置。 3( ×) “综合治理”就是标本兼治,重在综合。 4 ( ×)《安全生产法》的核心内容不包括五方运行机制。 6 (× )《安全生产法》规定,生产经营单位对重大危险源可以一劳永逸,不进行定期检测、评估、监控。错9 (×)《安全生产许可证条例》主要内容不包括目的、对象与管理机关,安全生产许可证的条件及有效期。 13 (× ) 氩气+氧气+二氧化碳不能作为气体保护焊的保护气体。 17 (×) 1211灭火器是干粉灭火器。 18 (×) 20G钢是低合金钢。 19 (×) E4301焊条焊接时的发尘量与电流关系不大,与电压关系较大。 21 (× ) HS-1000型电渣焊机可焊60mm~500mm厚的T形接头和角接头焊缝。 24 (× ) LUP-300型及LUP-500型等离子弧粉末焊机不能通用。 25 (× ) LUP-300型及LUP-500型等离子弧粉末焊机电弧电流的调节范围较小。 30 (× ) 安全生产工作应当做在生产活动过程中,尽量避免事故发生。 31 (× ) 安全生产管理的基本对象是企业的员工,不涉及机器设备。 32 (× ) 安全生产管理的目标是减少和控制危害,减少和控制事故,尽量避免生产过程中由于事故所造成的设备损坏、财产损失、环境污染,其他人员损失可以忽略。 34 (×)奥氏体不锈钢的电子束焊接接头抗晶间腐蚀的能力较弱。 37 (×)爆炸必然伴随着燃烧。 38(×) 爆炸极限的幅度越宽,其危险性就越小。 39 (×)苯的爆炸温度极限是15℃。 40(×)苯和甲苯的爆炸温度极限相同。 43(×)薄药皮电弧焊和药芯焊丝氩弧焊是同一种焊接。 45(×)不锈钢可以用火焰切割的方式进行加工。 48 (×)采用心脏复苏法急救时,按压吹气半分钟后,应采用“看、听、试”方法对触电者是否恢复自然呼吸和心跳进行再判断。 49(×)采用心脏复苏法抢救5分钟后,触电人员仍未恢复心跳和呼吸,即可停止抢救。 50(×)采用压缩空气的吸压式焊剂回收输送器不可以安装在小车上使用。 51 (×)操作高频加热设备时,工人操作位置要铺耐压15kV的绝缘橡胶板。 56(×)超声波焊不是压力焊。 59 (×)冲击吸收功和冲击韧度的单位均为焦耳。 60 (×)触碰设备不带电的外露金属部分,如金属外壳、金属护罩和金属构架等,不会触电。 62 (×)纯二氧化碳焊在一般工艺范围内即可达到射流过渡。 66 (×) 纯铁不能用热切割的方式进行加工。 67(×)纯钨极要求的空载电压较低。 69(×)从经济方面考虑,电渣焊多采用直流正接电源。 70(×)从开关板到焊机的导线并非愈短愈好。 73(×)从事接触职业病危害因素作业的劳动者有获得职业健康检查的权力,但无权了解本人健康检查结果 74 (×)大量酸碱泄漏只需用砂土,可与酸碱中和的物质混合,也可用大量水冲洗,水稀释后放入废水系统。 75 (×)大直径的焊丝,容易被弄乱,常制成焊丝卷或焊丝盘供货使用。 76 (×)带压不置换焊割同样需要置换原有的气体。 77 (×) 带压不置换焊割正压作业时,压力小时,可防止爆炸性混合气体的形成。 78 (×)带压不置换焊割主要适用于容器、管道的生产检修工作。 80 (×)当电弧长度伸长时,电弧热传递至工件的距离减小。
预览： 特种焊接技术是指除焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等传统焊接方法之外的非常规焊接方法，主要包含电子束焊、激光焊等先进的高能束流焊接方法及扩散焊、摩擦焊、高频焊、超声波焊、爆炸焊、变形焊等固相焊接方法。高能束流焊是指利用高能量密度的束流，高能束流功率密度在10～10W/cm2范围内。高能束流焊接被誉为21世纪最具有发展前景的焊接技术。1、（1）电子束焊（EBW）是指在真空或非真空环境中，利用汇聚的高速电子流轰击焊件接缝处所产生的热能，使被焊金属融合的一种焊接方法。电子束焊由一般熔焊方法的“热导焊”转变为“穿孔焊”。 （2）优点：焊缝深宽比大；焊接速度快、焊缝组织性能好；焊接变形小；焊缝纯度高、接头质量好；工艺适应性强；可焊材料多；再现性好；可简化加工工艺。 缺点：设备复杂，一次性投 资大，费用较昂贵；电子束焊要求接头位置准确，间隙小而且均匀，焊前对接头加工、装配要求严格、真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状受到工作室的限制、容易受杂散电磁场干扰，影响焊接质量、焊接是产生X射线，需要操作人员严格防护。 电子束焊的分类：高真空电子束焊、低真空电子束焊、非真空电子束焊。高真空电子束焊的真空度为10～10Pa，低真空的真空度为10～10Pa，非真空在真空条件（≤10Pa）下产生的。 电子束焊的应用：一般熔焊能焊的金属都可以采用电子束焊，此外还能焊接稀有金属、活性金属、难熔金属和非金属陶瓷等。也可焊接物理性能差异较大的异种金属。焊接厚板时无需开坡口和填充金属，亦可焊厚度相差悬殊的焊件，可以焊接内部需保持真空度的密封件、靠近热敏元件的焊件、形状复杂且精密的零部件，也可以同时施焊具有两层或多层接头的焊件，这种接头层与层之间可以间隔几十毫米。 （3）电子枪高压型60～150kv，电子束焊机中用以产生电子并使之汇聚成电子束的装置称为电子枪。电子枪是电子束焊的核心部件，主要有阴极、阳极、栅极和聚焦线圈组成，电子枪有二级枪和三级枪之分，现在多采用三级电子枪。 （4）电子束焊的常用接头：对接、角接、T形接、搭接和端接。 （5）电子束焊的主要焊接参数及选择：加速电压（影响熔深）、电子束电流、焊接速度、聚焦电流和工作距离。这些参数直接影响到焊缝的熔深和几何形状。 （6）长空洞及焊缝中裂纹都是深熔透电子束焊接时所特有的缺陷，降低焊接速度，改进材质有利于消除此类缺陷。2、（1）激光焊（LBW）是利用能量密度极高的激光束作为热源的一种高效精密的焊接方法。与传统焊接方法比较具有能量密度高、穿透力强、精度高、适用性强等优点。 （2）特点：①激光束功率密度高，加热速度快，热影响区窄，焊接应力和变形小，容易实现深熔焊和高速焊，适用于精密焊接和微细焊接。②焊缝熔深比大。③适应于常规焊接方法难以焊接的材料、如难熔金属、热敏感性强的材料以及热物理性能、尺寸和体积差异悬殊的工件间焊接，也用于非金属材料的焊接。④可借助反射镜使光束达到一般焊接方法无法施焊的部位。⑤可穿过透明介质对密闭容器内的工件进行焊接，如焊接置于玻璃密封容器内的合金等剧毒材料。 ⑥激光束不受电磁干扰，不存在X射线防护问题，也不需要真空保护。 缺点：①激光焊难以焊接反射率较高的材料。②对焊件加工、组装、定位要求相对较高。 ③设备一次性投资较大。 （3）按激光对工件的作用方式，激光焊可分为脉冲激光焊和连续激光焊。根据实际作用在工件上的功率密度，激光焊分为传热焊、深熔焊。数千瓦的高功率CO2激光器的出现，开辟了激光应用于焊接的新纪元。
1、电子束焊接属于高能束流焊接,它是利用加速和聚集的电子束轰击置于真空(必须是真空)的焊件所产生的热能进行焊接的方法。(1.0分) 正确答案：错 2、超声波焊不是压力焊。(1.0分) 正确答案：错 3、调质能得到韧性和强度最好的配合,获得良好的综合力学性能。(1.0分) 正确答案：对 4、通常化合物具有较高的硬度和大的塑性,而脆性较低。(1.0分) 正确答案：错 5、纯铁不能用热切割的方式进行加工。(1.0分) 正确答案：错 6、电阻焊时加热时间短,热量集中,热影响区小。(1.0分) 正确答案：对 7、薄药皮电弧焊和药芯焊丝氩弧焊是同一种焊接。(1.0分) 正确答案：错 8、奥氏体的最大特点是没有磁性。(1.0分) 正确答案：对 9、价格低不是干粉灭火器的优点。(1.0分) 正确答案：错 10、自燃点是指物质(不论是固态、液态或气态)在没有外部火花和火焰的条件下,能自动引燃和继续燃烧的最低温度。(1.0分) 正确答案：对 11、液体在火源作用下,首先使其蒸发,然后蒸汽氧化分解进行燃烧。(1.0分) 正确答案：对 12、发泡倍数在20~200之间的泡沫称为高倍数泡沫。(1.0分) 正确答案：错 13、1211灭火器是干粉灭火器。(1.0分) 正确答案：错 14、二氧化碳灭火器应每月检查一次。(1.0分) 正确答案：对 15、氧气瓶阀门着火,只要操作者将阀门关闭,断绝氧气,火会自行熄灭。(1.0分) 正确答案：对 16、铝粉和镁粉的自燃点是一个较高的温度值,不是一个范围。(1.0分) 正确答案：错 17、在空气不足的情况下燃烧会生成炭粒。(1.0分) 正确答案：对 18、《中华人民共和国职业病防治法》的规定:在职业病防治工作上坚持预防为主、防治结合的方针,实行分类管理、综合治理。(1.0分) 正确答案：对 19、手工电弧焊时的弧光比氩弧焊时的弧光辐射低。(1.0分) 正确答案：对 20、气体火焰焊是利用可燃气体(如乙炔、液化石油气、氢、丙烷等),以合适的比例在空气中燃烧。(1.0分) 正确答案：错
焊接原理与工艺 一、名词解释 1、焊接：两种或两种以上材质(同种或异种)，通过加热或加压或两者并用，来达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。是一种可达到与母材等强度、等塑性、等韧性的材料连接方法。 2、焊接电弧：电弧是在一定条件下电荷通过两电极间气体空间的一种导电过程，即是一种气体放电现象。有自持和非自持两种放电方式。其特点是电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。 3、电子发射：阳极或阴极表面接受一定外加能量作用时，电极中的电子可能冲破金属电极表面的约束而飞到电弧空间，称为电子发射。但只有阴极发射的电子在电场的作用下参加导电过程。 4、焊接电弧的热效率：相对于电弧功率（电弧电压×电弧电流），向母材传送的热量所占的比例称作焊接电弧热效率 5、直流电弧：是指电弧极性不发生变化的电弧，稳定性好，根据电流形式的不同，可以有恒定电流下的直流电弧和变动电流下的直流电弧。 6、交流电弧：指电弧（电极）极性随时间交替变化的电弧，也就是焊接电流方向按照一定的时间间隔变化，一般用在TIG焊接、等离子弧焊接和焊条电弧焊中。 7、焊接电弧的静特性：稳定状态下焊接电弧的电流电压特性称为电弧的静特性。静特性曲线是在①某一电弧长度数值下，在②稳定的保护气流量和③电极条件下（还应包括其他稳定条件），改变电弧电流
数值，在电弧达到稳定燃烧状态时所对应的电弧电压曲线。一般呈现三个区段的变化：下降特性区（负阻特性区）、平特性区、上升特性区。其特点由电弧本身的性质决定，主要和电弧自身形态、所处环境、电弧产热与散热平衡有关。 8、阴极斑点：根据阴极材料性质及所处状态的不同，在某些场合下，电弧导电通道将主要集中在一个较小的区域，该区域电流密度、温度、发光强度远高于其他区域，称为阴极斑点。 9、最小电压原理：在给定电流和周围条件的情况下，电弧稳定燃烧时，其导电区的半径（或温度）应使电弧电场强度具有最小的数值。就是说电弧具有保持最小能量消耗的特性。如果电弧断面大于或小于自动确定的断面，都会引起E增大，即散失能量要增大。 10、电弧的挺直性：电弧挺直性指电弧作为柔性导体具有抵抗外界干扰、力求保持焊接电流沿电极轴线方向流动的性能。当电极产生倾斜后，电弧的指向亦随之倾斜，电弧中心线沿着电极的倾斜方向伸展。 11、焊缝成形系数：熔宽与熔深的比值。 12、焊丝的比熔化量：单位时间、单位电流下的脱落金属量，称作焊丝的比熔化量，单位mg/(A·s) 13、电弧固有的自身控制特性：焊丝送进速度发生变动时，焊丝比熔化量随可见弧长的减小而增大的特性使电弧具有保持弧长稳定的能力，把这种熔化特性称为电弧固有的自身控制特性。 14、钨极氩弧焊：钨极氩弧焊是以钨材料做电极，在惰性气体保 护下进行的焊接，又称为TIG (Tungsten Insertgas)焊或GTA (Gas
特种焊接方法 特种焊接技术是指除焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等传统焊接方法之外的非常规焊接方法，主要包含电子束焊、激光焊等先进的高能束流焊接方法及扩散焊、摩擦焊、高频焊、超声波焊、爆炸焊、变形焊等固相焊接方法。高能束流焊是指利用高能量密度的束流，高能束流功率密度在10～10W/cm2范围内。高能束流焊接被誉为21世纪最具有发展前景的焊接技术。 一、电子束焊 电子束焊（EBW）是指在真空或非真空环境中，利用汇聚的高速电子流轰击焊件接缝处所产生的热能，使被焊金属融合的一种焊接方法。电子束焊由一般熔焊方法的“热导焊”转变为“穿孔焊”。 优点：焊缝深宽比大；焊接速度快、焊缝组织性能好；焊接变形小；焊缝纯度高、接头质量好；工艺适应性强；可焊材料多；再现性好；可简化加工工艺。 缺点：设备复杂，一次性投资大，费用较昂贵；电子束焊要求接头位置准确，间隙小而且均匀，焊前对接头加工、装配要求严格、真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状受到工作室的限制、容易受杂散电磁场干扰，影响焊接质量、焊接是产生X射线，需要操作人员严格防护。 电子束焊的分类：高真空电子束焊、低真空电子束焊、非真空电子束焊。高真空电子束焊的真空度为10～10Pa，低真空的真空度为10～10Pa，非真空在真空条件（≤10Pa）下产生的。电子束焊的应用：一般熔焊能焊的金属都可以采用电子束焊，此外还能焊接稀有金属、活性金属、难熔金属和非金属陶瓷等。也可焊接物理性能差异较大的异种金属。焊接厚板时无需开坡口和填充金属，亦可焊厚度相差悬殊的焊件，可以焊接内部需保持真空度的密封件、靠近热敏元件的焊件、形状复杂且精密的零部件，也可以同时施焊具有两层或多层接头的焊件，这种接头层与层之间可以间隔几十毫米。 电子枪高压型60～150kv，电子束焊机中用以产生电子并使之汇聚成电子束的装置称为电子枪。电子枪是电子束焊的核心部件，主要有阴极、阳极、栅极和聚焦线圈组成，电子枪有二级枪和三级枪之分，现在多采用三级电子枪。 电子束焊的常用接头：对接、角接、T形接、搭接和端接。 电子束焊的主要焊接参数及选择：加速电压（影响熔深）、电子束电流、焊接速度、聚焦电流和工作距离。这些参数直接影响到焊缝的熔深和几何形状。 长空洞及焊缝中裂纹都是深熔透电子束焊接时所特有的缺陷，降低焊接速度，改进材质有利于消除此类缺陷。 二、激光焊 激光焊（LBW）是利用能量密度极高的激光束作为热源的一种高效精密的焊接方法。与传统焊接方法比较具有能量密度高、穿透力强、精度高、适用性强等优点。 优点：①激光束功率密度高，加热速度快，热影响区窄，焊接应力和变形小，容易实现深熔焊和高速焊，适用于精密焊接和微细焊接。②焊缝熔深比大。③适应于常规焊接方法难以焊接的材料、如难熔金属、热敏感性强的材料以及热物理性能、尺寸和体积差异悬殊的工件间焊接，也用于非金属材料的焊接。④可借助反射镜使光束达到一般焊接方法无法施焊的部位。 ⑤可穿过透明介质对密闭容器内的工件进行焊接，如焊接置于玻璃密封容器内的合金等剧毒材料。⑥激光束不受电磁干扰，不存在X射线防护问题，也不需要真空保护。 缺点：①激光焊难以焊接反射率较高的材料。②对焊件加工、组装、定位要求相对较高。③设备一次性投资较大。
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。美国霍尼韦尔公司修复的叶片已累计飞行2千万个飞行小时。美 国伍德集团公司利用激光粉末合金熔焊技术可以修理过去认为不可修的单晶和DS 合金零部件。 随着高能束焊接技术发展，新束源研发方面不断进步，在航空结构制造上发 挥的作用也越来越大，如在电子束焊接方面，注重大功率、高可靠性的电子束枪 的研制，目前国外电子束焊接设备功率一般大于60kW，最高可达到200kW，加 速电压在150kV以上，同时利用先进的高压逆变电源技术提高了高压性能、设备 稳定性，降低了噪声；在激光焊接方面，目前，CO2激光和YAG（注）激光这两 类激光器的功率增大已达到极限，难以实现大型结构中厚板焊接。以盘式激光和 光纤激光为代表的高亮度大功率激光技术，尤其是光纤激光，束流品质高，其功 率也已超过50kW，且还有提高潜力，可实现薄板高效焊接，20mm以上厚板的 高质量焊接，和现场移动焊接，因此，光纤激光焊接大有替代CO2激光和YAG激光之势。 二、高能束流焊接技术在我国航空领域的研究与应用 （一）电子束焊接 在航空领域，电子束焊接技术的应用使发动机中的许多减重设计及异种材料 的焊接成为现实，大大提高了飞机、发动机的性能和制造水平，同时为许多整体 加工难以实现的零件制造提供了一种加工途径。随着现代新型发动机研制的需求
判断题 1、钎焊作业安全生产可以消除或控制危险、有害因素。(√) 2、钎焊作业安全生产是为了使钎焊作业生产过程在符合物质条件和工作秩序下进行，防止发生人身伤亡和财产 损失等生产事故，消除或控制危险、有害因素，保障人身安全与健康、设备和设施免受损坏、环境免遭破坏的总称。(√) 3、钎焊作业属于特种作业范畴。(√) 4、钎焊作业安全生产应遵守一般安全生产规律。(√) 5、在钎焊作业生产过程中，气瓶不会发生泄漏。(×) 6、在钎焊作业生产过程中，气瓶可能会发生泄漏，引起中毒、火灾或爆炸事故。(√) 7、装满气的气瓶是危险源。(√) 8、操作过程中如果没有完善的操作标准，可能会使员工出现不安全行为，因此没有操作标准也是危险源。(√) 9、危险源是指可能造成人员伤害、疾病、财产损失、作业环境破坏或其他损失根源或状态。(√) 10、危险源只可以是物，不可以是人。(×) 11、狭义上，重大危险源是指可能导致重大事故发生的危险源。(×) 12、从广义上说。重大危险源是指可能导致重大事故发生的危险源。(√) 13、重大危险源是指长期地或临时地生产、搬运、使用或者储存危险物品，且危险物品的数量等于或者超过临界 量的单元。(√) 14、钎焊作业安全生产除应遵守一般安全生产规律之外，还应充分考虑钎焊的专业特性和技术上的要求。(√) 15、生产经营单位应当按照国家有关规定，将本单位重大危险源及安全措施、应急措施报地方人民政府负责安全 生产监督管理的有关部门备案。(√) 16、在国家标准GB18218-2009《危险化学品重大危险源》中，给出了各种危险物质的名称、类别及其临界量。(√) 17、国家安全生产监督管理总局于2004年提出了《关于开展重大危险源监督管理工作的指导意见》。(√) 18、重大危险源申报登记的类型分为：易燃、易爆、有害物质的储罐区(储罐)，易燃、易爆、有毒物质的库区(库)， 具有火灾、爆炸、中毒危险的场所，压力管道，锅炉，压力容器，企业危险建(构)筑物。(√) 19、事故隐患泛指生产系统中可导致事故发生的人的不安全行为、物的不安全状态和管理上的缺陷。(√) 20、事故隐患分为一般事故隐患和重大事故隐患两种。(√) 21、一般事故隐患是指危害和整改难度较小，发现后能够立即整改排除的隐患。(√) 22、重大事故隐患是指危害和整改难度较大，应当全部或局部停产、停业，并经过一定时间整改治理方能排除的 隐患，或者因外部因素影响，致使生产经营单位自身难以排除的隐患。(√) 23、如果不对事故隐患进行有效管理，就可能产生安全事故。(√) 24、生产安全事故是指在生产过程中造成人员伤亡、伤害、职业病、财产损失或其他损失的意外事件。(√) 25、由于危险源的存在，生产安全事故发生的可能，使得对生产进行安全管理就显得可有可无。(×) 26、安全生产管理就是针对人们生产过程中的安全问题，运用有效的资源，发挥人们的智慧，通过人们的努力， 进行有关决策、计划、组织和控制等活动，达到安全生产的目标。(√) 27、安全生产管理的目标是减少和控制危害，减少和控制事故，尽量避免生产过程中由于事故所造成的设备损坏、 财产损失、环境污染，其他人员损失可以忽略。(×) 28、安全生产管理的最高境界是技术安全，技术安全是指通过设计等手段使生产设备、设施或技术工艺含有内在 的能够从根本上防止发生事故的功能，即使在错误操作或发生故障的情况下也不会发生事故。(√) 29、在生产过程中，操作者即使操作失误，也不会发生事故或伤害，或者设备、设施和技术工艺本身具有自动防 止人的不安全行为的能力称为失误一安全功能。(√) 30、技术安全是安全生产管理以预防为主的根本体现。(√) 31、技术安全是安全生产管理以事故发生再减小危害为主的根本体现。(×) 32、安全生产管理基本对象是企业的员工，不涉及机器设备。(×) 33、《安全生产许可证条例》主要内容不包括目的、对象与管理机关，安全生产许可证的条件及有效期。(×) 34、钎焊从业人员的权利主要包括：知情权与建议权，批评、检举权，不包括控告权、拒绝违章指挥和强令冒险 作业权。(×) 35、钎焊从业人员权利包括工伤保险赔偿权和监督权。(√)
杜炳鑫06031113 高能束流加工技术简析（可编辑）杜炳鑫06031113 高能束流加工技术简析 高能束流加工技术简析 高能束流加工技术简析1 .1 高能束流加工技术简介1 .1 高能束流加工技术简介1 2 高能束流加工技术分类1 2 高能束流加工技术分类1 3 高能束流加工技术横向详解1 3 高能束流加工技术横向详解1 4 高能束流加工技术纵向浅解1 4 高能束流加工技术纵向浅解1 5 尾语1 5 尾语1 .1 高能束流加工技术简介 1 .1 高能束流加工技术简介高能束流加工技术是当今制造技术发展的前沿领域,高能束流加工技术是当今制造技术发展的前沿领域, 是武器装备研制中不可缺少的特种加工技术。高能 是武器装备研制中不可缺少的特种加工技术。高能 束流加工技术是利用以光量子、电子、等离子体为束流加工技术是利用以光量子、电子、等离子体为 能量载体的高能量密度束流对材料和构件进行加工。 能量载体的高能量密度束流对材料和构件进行加工。 它是一个典型的多学科交叉领域,研究内容极为丰 它是一个典型的多学科交叉领域,研究内容极为丰 富,涉及光学、电学、热力学、冶金学、金属物理、 富,涉及光学、电学、热力学、冶金学、金属物理、 流体力学、材料科学、真空学、机械设计和自动控 流体力学、材料科学、真空学、机械设计和自动控
制以及计算机技术等多种学科。back 制以及计算机技术等多种学科。back 1.2 高能束流加工技术分类 1.2 高能束流加工技术分类从横向看高能束流加工技术包括激光束加工从横向看高能束流加工技术包括激光束加工 技术、电子束加工技术、离子束及等离子体 技术、电子束加工技术、离子束及等离子体 加工技术以及高能束流复合加工技术等。从 加工技术以及高能束流复合加工技术等。从 纵向看高能束流加工技术包括高能束流焊接、 纵向看高能束流加工技术包括高能束流焊接、 高能束流切割、高能束流打孔、高能束流热 高能束流切割、高能束流打孔、高能束流热 处理等领域。此外随着科技的进步 , 高能束 处理等领域。此外随着科技的进步 , 高能束 流加工在抛光等方面也有应用。back 流加工在抛光等方面也有应用。back1.3 高能束流加工技术横向详解 1.3 高能束流加工技术横向详解1.3.1 激光加工? 1.3.1 激光加工? 1.3.2 电子束加工1.3.2 电子束加工1.3.3 离子束加工 1.3.3 离子束加工 1.3.4 高能束流加工技术最新进展 1.3.4 高能束流加工技术最新进展 1.3.1 激光加工1.3.1 激光加工 激光加工是利用光能经透镜聚焦以极高
2mm 板厚304L 真空电子束焊焊接工艺 电子束焊接是利用空间定向高速电子束焊（EBW ）是指在真空或非真空环境中，利用汇聚的高速电子流轰击焊件接缝处所产生的热能，使被焊金属融合的一种焊接方法。电子束焊接是一种高能束流焊接方法,可以焊接熔点、热导率、溶解度相差很大的异种金属。可以焊接热处理强化或冷作硬化的材料，而对接头的力学性能没有太大的影响。可实现不开坡口单道大厚度材料的焊接，节约大量填充材料，降低能源消耗，焊接速度快、焊缝组织性能好，焊接变形小，焊缝纯度高、接头质量好，工艺适应性强，可焊材料多，再现性好，可简化加工工艺。 一、设计题目及要求 2mm 板厚304L 真空电子束焊焊接工艺 母材尺寸：300mm ×100mm ×2mm 的304L 试件二块。 二、母材性能介绍 304L 不锈钢是一种通用性的不锈钢材料，它广泛地用于制作要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件。 304L 是碳含量较低的304不锈钢的变种，较低的碳含量使得在靠近焊缝的热影响去中所析出的碳化物减少至最少，而碳化物的析出可能导致不锈钢在某些环境中产生晶间腐蚀。 1、母材化学成份见表1： 2、母材的物理、力学性能见表2 ： 表2 304L 物理、力学性能
三、焊接设备的选择及特性 选择高真空电子束焊。 1、高真空电子束焊机型号EZ-60/100 如图1 图1、 EZ-60/100焊机 选用电子束焊设备时，应综合考虑被焊材料、板厚、形状、产品批量等因素。一般来说，焊接化学性能活泼的金属（如W、Ta、Mo、Nb、Ti）及其合金应选用高真空焊机；焊接易蒸发的金属及其合金应选用低真空焊机；厚大焊件应选用高压型焊机，中等厚度工件选用中压焊机；成批量生产时应选用专用焊机，品种多、批量小或单件生产选用通用型焊机。所以选用EZ-60/100型号电子束焊机,制造商是桂林师达，特性是焊接时不需要填充焊丝或其他材料；超精密焊接，焊接深度可在0.05～100mm范围内精确控制；焊缝深宽比大，中压焊机可达25:1以上，高压焊机可达到60:1以上；热影响区小，使焊后工件变形小；可进行数控精密焊接，能焊接复杂几何形状；焊后不需要进行焊缝表面处理和加工，大大减少机加工工作量；焊接速度快，效率高，特别适合大批量生产；可焊接各种金属，包括不同种金属和难熔金属；由于焊接是在真空中进行，还可采用扫描搅拌焊接，因而有利于焊接过程中气体杂质的排出，且焊缝表面光亮美观、无氧化现象。电子束焊机结构原理如图2所示。