高能束流焊接方法Word文档下载推荐.docx
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（2）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。
（3）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%。
（4）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。
11.激光焊的分类
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）。
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。
12．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。
13.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。
14．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。
15.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。
17．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。
18.脉冲激光焊的焊接参数
脉冲激光焊有4个主要参数：
脉冲能量，脉冲宽度，功率密度，离焦量。
19.分析比较气体激光和固体激光的特点：
21．什么是激光-电弧复合焊接？
将激光束和电弧通过一定方式的组合后，作为复合热源来实现焊接的过程。
22.激光+电弧作为一种复合热源，激光和电弧组合方式如下：
A.激光束+TIG
B.激光束+GMAW（熔化极气保焊）包括有：
a.激光束+MIG
b.激光束+MAG
C.激光束+Plasma.
23.激光-电弧复合焊（按照激光和电弧主辅关系分类）
包括三种主要的方法：
A.电弧加强激光焊接.B.激光辅助电弧焊接.C.电弧激光顺序焊接
20.理解下图意义.注意结合实际分析.
20.根据波长与吸收率的关系图，试分析论述焊接铝合金时应该选取的激光器材类型。
图为吸收率与波长关系
24.激光-电弧复合焊接有以下特点：
（1）可降低工件装配要求，间隙适应性好。
（2）复合焊接利用电弧的复合作用，在保证大熔深的同时适当增加熔池宽度，降低凝固速度，有利于减小气孔倾向。
（3）可以实现在较低激光功率下获得更大的熔深和焊接速度，有利于降低成本。
（4）电弧对等离子体有稀释作用，可减小对激光的屏蔽效应，同时激光对电弧有引导和聚焦作用，使焊接过程稳定性提高。
（5）利用电弧焊的填丝可改善焊缝成分和性能。
对焊接特种材料或异种材料有重要意义。
25.激光—电弧复合的布置方式：
旁轴式；
同轴式
1.旁轴式----激光和电弧不在同一轴线上。
2.
2.同轴式----激光和电弧在同一轴线上，同轴复合可以在工件表面提供对称热源,焊接质量不受焊接方向影响而适于三维焊接。
26.激光焊接也存在着一定的局限性：
A、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。
这是因为激光聚焦后光斑尺寸小，焊缝窄，若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。
B、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。
27.复合焊、激光焊、电弧焊焊缝比较（分析）
28.铝；
铝合金的激光焊
铝及其合金对输入能量强度和焊接参数很敏感。
要获得无缺陷的接头，必须仔细选择焊接参数，并且对等离子体进行良好的控制。
铝合金激光焊时，用8kW的激光功率可以焊透12.7mm厚的材料，焊透率大致为1.5mm/kW。
形成粒子数反转的方法中最常见的是：
光泵浦和电激励。
（二）、电子束焊接
1.电子束焊概念：
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。
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/cm2~109W/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。
4.电子束焊的分类：
电子束焊的分类方法很多。
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。
5.电子束焊按照加速电压状态分类：
高压型（大于80kV）；
中压型（40～60kV）；
低压型（小于等于30kV）。
6.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。
7.电子束焊的主要焊接参数有以下：
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）。
8.电子束焊接主要优点：
A电子束穿透能力强，焊缝的深宽比高
1.
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
3.焊件热变形小
4.
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
5.
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。
9.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。
11.电子束焊接的特点,优点,缺点.
特点:
1.功率密度高;
2.精确、快速的可控制性
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。
10.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。
（三）等离子弧焊
1.等离子弧：
等离子弧是电弧的一种特殊形式，是一种压缩电弧。
它是借助水冷喷嘴的外部拘束，使电弧的弧柱区横截面受到限制，使电弧的温度、能量密度、电离度和它的流速都显著增大。
这种用外部拘束条件使弧柱受到压缩的电弧，就是通常所称的等离子弧。
2.等离子弧是通过以下三种压缩作用而获得的：
机械压缩效应，热压缩效应（热收缩效应），电磁压缩效应：
（磁收缩效应）。
3.等离子弧的类型：
按照电源供电方式的不同，等离子弧可以分为：
转移型、非转移型、联合型三种。
4.等离子焊接概念
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。
它具有以下特点：
能量集中，穿透力强，焊接速度快，焊接变形小，接头强度高，可以不开坡口，一次焊双面成型。
5.等离子焊接特点
等离子弧具有能量密度高、射流速度大、等离子流力强的特点，在焊接过程中等离子弧穿透被焊工件形成小孔，一次焊接实现单面焊双面成形。
适于中厚度（2~20mm）的高强钢、钛合金、铝合金等国防工业中常用金属材料。
等离子弧焊接的接头内部缺陷率低、焊件变形小、焊接效率高，采用等离子焊接技术，无需添加金属即可获得与母材相同的焊缝。
（不全,自己总结）
6.等离子弧焊基本方法
按照焊缝成形原理，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、微束等离子弧焊。
7.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。
8.等离子弧切割工作原理
等离子弧切割是一种常用的金属和非金属材料切割工艺方法。
它是利用高速、高温、高能的等离子气流来加热和熔化被切割材料，并且借助内部的或者外部的高速气流或者水流将熔化材料排开，直至等离子气流束穿透背面而形成割口。
等离子弧柱的温度高，远远超过所有金属、以及非金属的熔点。
因此，等离子弧切割过程不是依靠氧化反应，而是靠熔化来切割材料，因而比氧化切割方法的适用范围大的多，能够切割绝大部分金属和非金属材料。
9.等离子弧切割最常见的气体为氩气、氮气、氮加氩的混合气体、氮加氢的混合气体、氩加氢的混合气体等。
可以依据被切割材料、及各种工艺条件，而选择使用以上的气体。
10.等离子弧焊常见的缺陷有；
咬边、气孔等。
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