激光、電子束的工業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)比較

1、激光、電子束的工業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)比較0 前言激光焊接是激光加工技術(shù)應(yīng)用的重要內(nèi)容。我國在加快對激光焊接技術(shù)的研究在個(gè)別領(lǐng)域有了較大的突破。隨著工業(yè)制造的發(fā)展，高效、環(huán)保的加工技術(shù)將倍受青睞。激光焊接以其高能束的聚焦方式，在焊接過程中能實(shí)現(xiàn)深熔焊、快速焊等其他焊接工藝較難實(shí)現(xiàn)的形式，實(shí)時(shí)在線檢測技術(shù)成熟，使其能夠在大批量生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，目前已有大量的激光焊接生產(chǎn)線投入工業(yè)生產(chǎn)。實(shí)踐證明，激光焊接在加工業(yè)的應(yīng)用范圍十分廣泛，基本上傳統(tǒng)焊接工藝可以使用的領(lǐng)域，激光焊接都能勝任。 電子束焊接技術(shù)起源于德國，1948 年前西德物理學(xué)家KHSteigerwald首次提出電子束焊接的設(shè)想；1954年法國的J

2、AStohr博士成功焊接了核反應(yīng)堆燃料包殼，標(biāo)志著電子束焊接金屬獲得成功；1957 年11月，在法國巴黎召開的國際原子能燃料元件技術(shù)大會(huì)上公布了該技術(shù)，電子束焊接被確認(rèn)為一種新的焊接方法；1958 年開始，美國、英國、日本及前蘇聯(lián)開始進(jìn)行電子束焊接方面的研究，20 世紀(jì)60 年代后，我國開始從事電子束焊接研究。隨著航空、航天、微電子、核能、交通運(yùn)輸及國防工業(yè)的飛速發(fā)展，各種高強(qiáng)度、高硬度、高韌性的鋁合金、鎂合金、鈦合金和耐高溫合金等金屬材料以及復(fù)合材料廣泛應(yīng)用，加之構(gòu)件形狀日趨復(fù)雜化，對焊接工藝、加工精度和表面完整性提出了更高的要求。傳統(tǒng)的焊接工藝難以適應(yīng)高技術(shù)制造領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，對這些材料采

3、用包括電子束焊接在內(nèi)的高能束焊接技術(shù)優(yōu)勢較大。電子束焊接是以高能密度電子束作為能量載體對材料和構(gòu)件實(shí)現(xiàn)焊接和加工的新型特種加工工藝方法。1 激光焊接與電子束焊接的原理1.1 激光焊接原理激光焊接屬于熔融焊，以激光束作為焊接熱源，其焊接原理是：通過特定的方法激勵(lì)活性介質(zhì)，使其在諧振腔中往返振蕩，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成受激輻射光束，當(dāng)光束與工件相互接觸時(shí)，其能量則被工件吸收，當(dāng)溫度高達(dá)材料的熔點(diǎn)時(shí)即可進(jìn)行焊接。圖1為激光器原理示意圖，圖2為激光焊接示意圖。激光焊接有兩種基本的焊接機(jī)理：熱傳導(dǎo)焊接和深熔( 小孔) 焊接。熱傳導(dǎo)焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量通過熱傳遞擴(kuò)散至工件內(nèi)部，使焊縫表面熔化，基本不產(chǎn)生汽化現(xiàn)象，常用于低

4、速薄壁構(gòu)件的焊接。深熔焊使材料汽化，形成大量等離子體，由于熱量較大，熔池前端會(huì)出現(xiàn)小孔現(xiàn)象。深熔焊能徹底焊透工件，且輸入能量大、焊接速度快，是目前使用最廣泛的激光焊接模式。圖1 激光器原理示意圖 圖2 激光焊接示意圖。1.1.1 熱傳導(dǎo)焊接機(jī)理當(dāng)激光功率密度小于105W/cm2時(shí)，金屬表面溫度迅速加熱到熔點(diǎn)和沸點(diǎn)之間而熔化，通過熱傳導(dǎo)把熱能向金屬內(nèi)部傳遞，使熔池逐漸擴(kuò)大，冷卻凝固時(shí)結(jié)晶形成焊點(diǎn)或者焊縫類似為橢球形。激光與材料的相互作用過程中，很大一部分激光束被金屬表面反射，激光的吸收率較低，沒有蒸汽壓的作用，激光光斑功率密度也會(huì)變得較低，不產(chǎn)生小孔效應(yīng)。熱傳導(dǎo)焊接時(shí)熔深淺，速度較慢。圖3為熱傳

5、導(dǎo)焊接機(jī)理示意圖。圖3 熱傳導(dǎo)焊接機(jī)理示意圖。1.1.2 深熔焊接機(jī)理當(dāng)激光功率密度大于106W/cm2時(shí)，金屬表面溫度可在極短的時(shí)間內(nèi)使加熱區(qū)域的金屬熔化及汽化，產(chǎn)生金屬液體和金屬蒸汽，氣態(tài)金屬產(chǎn)生的蒸汽壓很高，足以克服液態(tài)金屬的表面張力，把熔化的金屬向四周吹散，形成小孔。隨著金屬蒸汽的逸出，在工件上方及小孔內(nèi)部形成等離子體，較厚的等離子體云會(huì)對入射激光具有一定屏蔽作用。激光束在小孔內(nèi)產(chǎn)生多重的反射，小孔幾乎可以吸收全部的激光能量，使小孔進(jìn)一步加深，當(dāng)激光束在小孔產(chǎn)生的金屬蒸汽壓力與液態(tài)金屬的表面張力和重力平衡后，小孔不再加深而形成一個(gè)深度穩(wěn)定的小孔，這就是小孔效應(yīng)。當(dāng)工件以一定的速度相對于

6、激光束移動(dòng)時(shí)，小孔前方的金屬不斷熔化和汽化，液態(tài)金屬流向小孔后方，逐漸凝固形成焊縫，這種焊接機(jī)理叫深熔焊，是激光焊接中最常用的焊接模式。在激光深熔焊時(shí)，材料對激光束的吸收決定于小孔和等離子體效應(yīng)。一般來說，工件表面的等離子體云吸收部分激光，使激光有效的能量較低，并使光束波前畸變導(dǎo)致焦光斑擴(kuò)散，使表面熔化區(qū)擴(kuò)大，因此等離子體云對焊接過程有害。常采用以下兩種預(yù)防措施: 一是使用保護(hù)氣體吹散激光與工件作用點(diǎn)反沖出的金屬蒸汽; 第二種是使用保護(hù)氣體，抑制金屬蒸汽電離，阻止等離子體云的產(chǎn)生。圖4為深熔焊接機(jī)理示意圖。圖4 深熔焊接機(jī)理示意圖1.2 電子束焊接原理電子束焊是利用空間定向高速運(yùn)動(dòng)的電子束撞擊

7、工件表面后，將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能，使被焊金屬熔化，冷卻凝固后形成焊縫。電子束撞擊到工件表面，電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，使金屬迅速熔化和蒸發(fā)。在高壓金屬蒸汽的作用下，熔化的金屬被排開，電子束就能繼續(xù)撞擊深處的固態(tài)金屬，同時(shí)很快在被焊工件上鉆出小孔，小孔的周圍被液態(tài)金屬包圍，如圖5所示。隨著電子束與工件的相對移動(dòng)，液態(tài)金屬沿小孔周圍流向熔池后部，逐漸冷卻、凝固形成焊縫。圖5 電子束焊接原理示意圖2 激光焊接與電子束焊接的特點(diǎn)2.1 激光焊接的特點(diǎn)激光焊接的優(yōu)點(diǎn)：（1）采用激光焊接可以獲得高質(zhì)量的接頭強(qiáng)度和較大的深寬比，且焊接速度比較快。（2）由于激光焊接不需真空環(huán)境，因此通過透鏡及光纖，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控

8、制與自動(dòng)化生產(chǎn)。（3）激光具有較大的功率密度，對難焊材料如鈦、石英等有較好的焊接效果，并能對不同性能材料施焊。激光焊接的不足：（1）激光器及焊接系統(tǒng)各配件的價(jià)格較為昂貴。（2）由于固體材料對激光的吸收率較低，特別是在出現(xiàn)等離子體后，激光焊接的轉(zhuǎn)化效率較低。（3）由于激光焊接的聚焦光斑較小，對工件接頭的裝備精度要求較高。2.2 激光焊接影響因素影響激光焊接質(zhì)量的工藝參數(shù)較多，如功率密度、激光脈沖波形、焊接速度等。2.2.1 激光功率密度功率密度是激光加工中關(guān)鍵的參數(shù)。采用較高的功率密度，在微秒時(shí)間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點(diǎn)，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。

9、對于較低功率密度，表層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達(dá)到熔點(diǎn)，易形成良好的熔融焊接。2.2.2 激光脈沖波形激光脈沖波形既是區(qū)別是材料去除還是材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備體積及造價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，材料表面將會(huì)有60 -90% 的激光能量被反射損失掉，且反射率隨著表面溫度的變化而變化。在一個(gè)激光脈沖作用周期內(nèi)，被加工金屬的反射率的變化也很大。2.2.3 焊接速度焊接速度決定了焊接表面質(zhì)量、熔深、熱影響區(qū)等。焊接速度的快慢會(huì)影響單位時(shí)間內(nèi)的熱輸入量，焊接速度過慢，則熱輸入量過大，導(dǎo)致工件燒穿，焊接速度過快，則熱輸入量過小，造成工件焊不透。通常采用降低

10、焊接速度的方法來改善熔深。焊接速度對焊縫影響見圖6.圖6 焊接速度對焊縫影響2.3 電子束焊接特點(diǎn)電子束是由于高密度電子的聚集而產(chǎn)生的，所以在電子束用于焊接時(shí)會(huì)使得焊接產(chǎn)生的融化小孔有所變化，根據(jù)融化小孔的變化可以推斷出電子束焊接時(shí)的真空度的大小。由此可以將電子束焊接分為三個(gè)種類高真空焊接、低真空焊接和非真空焊接。電子束焊接中電子束的形成是經(jīng)過高壓加速器進(jìn)行高壓加速，在通過內(nèi)部的磁透鏡進(jìn)行匯聚進(jìn)行成束，在競奪關(guān)口被發(fā)射出來，在電子束在碰到真空或非真空焊接構(gòu)建時(shí)具有相當(dāng)大的動(dòng)力，在接觸瞬間動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，形成極高溫度進(jìn)而將金屬消融，達(dá)到焊接的作用。電子束的主要具有以下特點(diǎn)：（1）電子束焊接技術(shù)能

11、偶產(chǎn)生相當(dāng)之高的溫度，能夠融化任何材料，并且焊接速度快。鏈接時(shí)主要依靠的時(shí)材料之間的自我融合。（2）電子束由于是在真空環(huán)境中進(jìn)行焊接，早根本上防止了其他氧化雜雜質(zhì)的參與，提高了焊接部件的純度。（3）由于電子束中電子含有的能量極高，所致溫度夠高，所以加工的構(gòu)建焊縫深且窄，并且對于構(gòu)建的形狀影響較小。（4）由于電子束的束寬小，所以在進(jìn)行換位焊接時(shí)較為方便，并且因?yàn)槿绱怂诤附泳?xì)部件上擁有極大的優(yōu)勢。又由于他溫度極高，所以又可焊接熔點(diǎn)高的材料。尤其在航天領(lǐng)域應(yīng)用極為平常。（5）能量高、束寬小。焊接成效快。3 激光焊接與電子束焊接的研究現(xiàn)狀3.1 激光焊接研究現(xiàn)狀3.1.1 激光-電弧復(fù)合焊接上世紀(jì)

12、70 年代末，英國倫敦帝國大學(xué)的Steen就提出了激光-電弧復(fù)合焊接。工作原理：將電弧焊接和激光焊接同時(shí)施加于工件上，使整個(gè)焊接過程既具有激光焊接高能束的優(yōu)點(diǎn)，又有電弧焊接適用性強(qiáng)的優(yōu)勢。首先，電弧焊接的引入能夠稀釋激光焊接產(chǎn)生的等離子體，提高激光能量的傳輸效率；其次，電弧能對母材進(jìn)行預(yù)熱，提高材料對激光的吸收率，避免了材料對大功率激光器的依賴，降低了設(shè)備成本；再次，激光熔化金屬時(shí)所帶來的大量自由電子能降低電弧通道的電阻，提高電弧的能量利用率，改善焊接速度和焊接質(zhì)量；最后，電弧焊接對工件的熔合寬度大，彌補(bǔ)了激光對焊縫間隙要求嚴(yán)格的不足，使得激光-電弧復(fù)合焊接成為一種高效、經(jīng)濟(jì)的焊接技術(shù)。3.1

13、.2 激光焊接多焦點(diǎn)技術(shù)與旋轉(zhuǎn)焦點(diǎn)技術(shù)由于激光焊接過程中，光束的質(zhì)量和聚焦的模式直接影響到焊接的穩(wěn)定性和接頭強(qiáng)度，因此不斷提高和改善光束模式一直是學(xué)者們探討的重點(diǎn)。多焦點(diǎn)技術(shù)的基本原理是：采用不同的透鏡和反射鏡的組合，使激光器發(fā)射出的一道光束分解為多道，在焊縫表面上將形成多個(gè)焦點(diǎn)，目前最常用的是雙光束激光雙束激光的2個(gè)焦點(diǎn)可以平行分布在焊縫左右兩側(cè)，或者前后分布在焊縫中心線上。平行式雙焦點(diǎn)能夠在寬焊縫下進(jìn)行激光焊接，而采用前后排列式，則熱影響區(qū)的溫度梯度將大大減小，避免了咬邊等焊接缺陷。旋轉(zhuǎn)焦點(diǎn)技術(shù)的基本原理是：通過驅(qū)動(dòng)透鏡或反射鏡做有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，使焦點(diǎn)在焊縫上作旋轉(zhuǎn)式前進(jìn)，這樣焊縫的寬度就可

14、以擴(kuò)大到激光束旋轉(zhuǎn)圓直徑的長度上，大大降低激光焊接對裝備精度的要求，并且可以避免產(chǎn)生大量的氣孔。3.1.2 激光填絲焊激光填絲焊在激光照射焊縫的同時(shí)，輸入特定金屬絲。解決了對工件裝夾要求嚴(yán)格的問題，可以實(shí)現(xiàn)用小功率激光器焊接厚大的零件，適當(dāng)?shù)剡x擇填絲種類，能夠改善焊縫質(zhì)量，獲得硬度和塑性較好的焊接接頭。Salminen對激光束與焊絲的相互作用進(jìn)行了專門的試驗(yàn)研，并對焊絲反射部分的能量進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)反射的激光功率受送絲速度的影響很大，送絲速度的提高將使激光的反射能量明顯增加。3.2 電子束焊接研究現(xiàn)狀3.2.1 電子束釬焊真空電子束釬焊作為一種高質(zhì)量、高效率、精確控制的制造技術(shù)，對各種精密、復(fù)

15、雜部件的連接制造具有非常重要的意義。用電子束作為加熱源進(jìn)行真空釬焊，就是用電子束高速掃描，使電子束由點(diǎn)熱源轉(zhuǎn)化為面熱源，實(shí)現(xiàn)零件的局部高速均勻加熱。該工藝具有普通真空釬焊無法比擬的優(yōu)越性，如高溫停留時(shí)間短、大大減少釬料對母材的溶蝕、輸入能量精密可控、能量輸入路徑可任意編輯等優(yōu)點(diǎn)。 近年來國內(nèi)外已通過電子束釬焊技術(shù)實(shí)現(xiàn)了陶瓷零件、碳碳復(fù)合材料、立方氮化硼與碳化鎢基體以及換熱器管板結(jié)構(gòu)的連接。在國內(nèi)，電子束復(fù)合加工技術(shù)應(yīng)用尚未普及，僅某航空研究所對飛機(jī)換熱器管板結(jié)構(gòu)進(jìn)行過初步研究。李少青等人采用電子束釬焊對不銹鋼管板進(jìn)行連接。接頭部位的釬縫均勻圓滑，釬焊透率100%，滿足技術(shù)規(guī)范要求，如圖7所示。

16、圖7 電子束釬焊接頭3.2.2 活性劑電子束焊接將活性劑應(yīng)用于電子束焊也是目前活性焊接研究的重要領(lǐng)域之一。在一定條件下，活性劑對電子束焊的熔深影響很大，現(xiàn)已逐步形成了活性電子束焊的新技術(shù)?；钚噪娮邮傅奶攸c(diǎn)：（1）使用活性劑可明顯減小熔池上部寬度，改變?nèi)鄢匦螤?。?）SiO2、TiO2、Cr2O3 單組元活性劑對電子束焊接熔深增加有影響。（3）由SiO2、TiO2、Cr2O3 等組成的多組元不銹鋼電子束焊活性劑，可使聚焦電子束焊接熔深增加兩倍多。（4）使用活性劑后，聚焦電流和束流對電子束焊熔深增加有影響。柴國明等人對用電子束活性劑焊接TA15 板材進(jìn)行堆焊實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，活性劑對熔池形狀有很大

17、影響，通過添加活性劑改變表面張力梯度，改善了焊縫咬邊。隨著對活性焊接機(jī)理的進(jìn)一步研究，新的高效活性焊接法將得到應(yīng)用。3.2.3 電子束復(fù)合焊接哈爾濱焊接研究所提出了新型非真空電子束焊接方法，即電子束等離子弧焊接，如圖8所示。它采用電子束與等離子弧相串聯(lián)，疊加起來進(jìn)行焊接，電子束通過真空和等離子槍的陰極進(jìn)入大氣，穿過等離子弧后熔化金屬進(jìn)行焊接。這樣可以減小電子束的能量損失，也有助于穩(wěn)定等離子弧，等離子弧可以很好的保護(hù)焊接熔池，并作為附加熱源預(yù)熱工件，有助于改善焊縫成形，增加熔深。圖8 電子束-等離子弧示意圖3.2.4 電子束填絲焊與自熔性電子束焊接相比，電子束填絲焊接具有許多特殊的優(yōu)點(diǎn)。填充焊絲

18、的電子束焊接技術(shù)放寬了對間隙和對接面加工精度的要求，從而降低了工藝難度，節(jié)省成本，提高生產(chǎn)效率。姚舜等人通過對角焊縫低真空填絲電子束焊接的研究，詳細(xì)討論了束流形態(tài)、填充金屬送進(jìn)、聚焦點(diǎn)位置等主要填絲電子束焊接工藝參數(shù)對焊縫成形的影響。結(jié)果表明：優(yōu)先選用前送進(jìn)方向的送絲方式，避免了終焊時(shí)的粘絲現(xiàn)象，焊絲送入點(diǎn)必須位于與電子束流移動(dòng)方向一致的軸線上。3.2.5 局部真空電子束焊接局部真空電子束焊接技術(shù)是在大尺寸結(jié)構(gòu)件的焊縫及其附近局部區(qū)域建立真空環(huán)境，并進(jìn)行電子束焊接的技術(shù)。這種方法既保留了真空電子束焊接的特點(diǎn)，又避開了龐大的真空室，解決了厚大工件的焊接問題，可大大提高焊接質(zhì)量并降低設(shè)備成本。為了

19、發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)，法國、德國等國家做了大量深入的研究工作。國內(nèi)的航天科技集團(tuán)公司510所研制了行程1.5 m、50 kV、5 kW 直線型局部真空電子束焊機(jī)，已用于衛(wèi)星燃料貯箱制造中。局部真空電子束焊接技術(shù)是一種先進(jìn)的焊接技術(shù)，在國防工業(yè)和民用工業(yè)應(yīng)用前景廣闊。3 激光與電子束加工的應(yīng)用3.1 激光加工的應(yīng)用激光技術(shù)迅速發(fā)展，很快應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)，在發(fā)展的過程中也帶來了一些讓人驚奇的激光設(shè)備：激光打標(biāo)機(jī)、激光焊接機(jī)、激光雕刻機(jī)、激光切割機(jī)等。每一種激光設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域都非常的廣泛。日本以CO2激光焊代替了閃光對焊進(jìn)行制鋼業(yè)軋鋼卷材的連接，在超薄板焊接的研究，如板厚100微米以下的箔片，無法熔焊，但通過有

20、特殊輸出功率波形的YAG激光焊得以成功，顯示了激光焊的廣闊前途。激光拼焊技術(shù)在國外轎車制造中得到廣泛的應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年全球范圍內(nèi)剪裁坯板激光拼焊生產(chǎn)線超過100條，年產(chǎn)轎車構(gòu)件拼焊坯板7000萬件，并繼續(xù)以較高速度增長。國內(nèi)生產(chǎn)的引進(jìn)車型Passat，Buick，Audi等也采用了一些剪裁坯板結(jié)構(gòu)。德國奧迪、奔馳、大眾、瑞典的沃爾沃等歐洲的汽車制造廠早在20世紀(jì)80年代就率先采用激光焊接車頂、車身、側(cè)框等鈑金焊接，90年代美國通用、福特和克萊斯勒公司竟相將激光焊接引入汽車制造，盡管起步較晚，但發(fā)展很快。意大利菲亞特在大多數(shù)鋼板組件的焊接裝配中采用了激光焊接，日本的日產(chǎn)、本田和豐田汽車公

21、司在制造車身覆蓋件中都使用了激光焊接和切割工藝，高強(qiáng)鋼激光焊接裝配件因其性能優(yōu)良在汽車車身制造中使用得越來越多。 激光焊接在電子工業(yè)中，特別是微電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于激光焊接熱影響區(qū)小加熱集中迅速、熱應(yīng)力低，因而正在集成電路和半導(dǎo)體器件殼體的封裝中，顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了應(yīng)用，如鉬聚焦極與不銹鋼支持環(huán)、快熱陰極燈絲組件等。傳感器或溫控器中的彈性薄壁波紋片其厚度在0.05-0.1mm，采用傳統(tǒng)焊接方法難以解決，TIG焊容易焊穿，等離子穩(wěn)定性差，影響因素多而采用激光焊接效果很好，得到廣泛的應(yīng)用。生物組織的激光焊接始于20世紀(jì)70年代，Klink等及jain

22、用激光焊接輸卵管和血管的成功焊接及顯示出來的優(yōu)越性，使更多研究者嘗試焊接各種生物組織，并推廣到其他組織的焊接。有關(guān)激光焊接神經(jīng)方面目前國內(nèi)外的研究主要集中在激光波長、劑量及其對功能恢復(fù)以及激光焊料的選擇等方面的研究，劉銅軍進(jìn)行了激光焊接小血管及皮膚等基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上又對大白鼠膽總管進(jìn)行了焊接研究。3.2 電子束加工的應(yīng)用3.2.1 航空工業(yè)當(dāng)前航空航天對電子束焊接技術(shù)研究的需求主要體現(xiàn)在新材料焊接與特種焊接研制、焊接熱過程和應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算機(jī)模擬與仿真以及大厚度鈦合金焊接工藝技術(shù)等幾方面，進(jìn)一步擴(kuò)大電子束焊接技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，解決高強(qiáng)鈦合金、超高強(qiáng)鋼以及大厚度材料框和盒形梁等結(jié)構(gòu)的焊接工藝

23、已成為電子束在我國航空航天工業(yè)應(yīng)用中的工作重點(diǎn)。 俄羅斯和西方發(fā)達(dá)國家電子束焊接技術(shù)發(fā)展迅速，已在許多飛機(jī)機(jī)型上得到了較普遍的應(yīng)用，電子束焊接技術(shù)已成為先進(jìn)飛機(jī)研制不可缺少的支撐技術(shù)。國外最早先將電子束焊接技術(shù)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)部件的制造，如美洲虎攻擊機(jī)的阿杜爾渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子采用了7條環(huán)形電子束焊縫；米格-29渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子前3級(jí)盤及第46級(jí)盤鼓，蘇-27的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)的第13級(jí)盤及46級(jí)盤，均采用了電子束焊接技術(shù)；德國EADS Space Transportation 公司已將電子束焊接應(yīng)用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的生產(chǎn)。最典型的代表是美國大型客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)CMF

24、56渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其核心機(jī)部件的低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、燃燒室等部件均采用真空電子束焊接，使發(fā)動(dòng)機(jī)的重量、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的制造精度和使用壽命均得到了改善，使發(fā)動(dòng)機(jī)的制造水平得到了極大的飛躍，可以說現(xiàn)代先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)是采用電子束等焊接技術(shù)連接而成的，由此可以看出電子束焊接技術(shù)對飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制起著至關(guān)重要的作用。國外在飛機(jī)制造技術(shù)方面，電子束焊接技術(shù)是飛機(jī)重要承力構(gòu)件，如鈦合金承力框、梁等的關(guān)鍵制造技術(shù)之一。俄羅斯擁有世界最先進(jìn)的焊接技術(shù)，系統(tǒng)的焊接結(jié)構(gòu)研究成果，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材和焊接技術(shù)的研發(fā)（基礎(chǔ)研究）緊密結(jié)合，在飛機(jī)制造中大量采用焊接技術(shù)。在航空制造業(yè)中，電子束焊接的應(yīng)用得到了長足的發(fā)

25、展，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓風(fēng)扇機(jī)匣的制造過程中，為了減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，新型發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣采用鈦合金制造，采用機(jī)匣外環(huán)與靜子葉片電子束焊接的工藝，簡化了制造工藝，同時(shí)在鈦合金的焊接過程中，電子束焊接在真空中進(jìn)行，完全避免了鈦合金在大氣中焊接存在的氧化問題，電子束焊接熱輸入量小，零件變形小，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控編程一次完成焊接，生產(chǎn)效率高，焊接質(zhì)量好。在壓氣機(jī)部件的制造過程中，電子束焊接應(yīng)用更加廣泛。壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子一般選材GH4169 材料和鈦合金材料，其主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高，每分鐘可達(dá)數(shù)千或數(shù)萬轉(zhuǎn)，鼓盤式轉(zhuǎn)子兼有鼓式轉(zhuǎn)子的抗彎剛性和盤式轉(zhuǎn)子的承受大離心載荷的能力，因而被廣泛采用，尤其是在現(xiàn)代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)上。

26、為了不影響轉(zhuǎn)子的定心和平衡，減輕轉(zhuǎn)子的重量，采用電子束焊接發(fā)動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子。在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的加工制造過程中，電子束焊接得到了更多的應(yīng)用。燃燒室部件是發(fā)動(dòng)機(jī)中承受熱負(fù)荷最大的部件，重量要輕。燃燒室部件易出現(xiàn)故障，危及自身及其他部件。3.2.2 航天工業(yè)宇航技術(shù)中所用的各類火箭、衛(wèi)星、飛船以及空間站等的結(jié)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)，以及所用的各種儀器都有一些共同特點(diǎn)：不僅要求零部件質(zhì)量極其可靠，能經(jīng)受各種惡劣環(huán)境，而且要求零件尺寸小，重量輕，密封性好。這對航天器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇及加工工藝都提出了極為苛刻的要求，實(shí)踐證明電子束焊接作為一種有效的熔焊方法，是解決這些技術(shù)難題的有效工藝手段之一。 艙外航天服是航天員

27、執(zhí)行出艙活動(dòng)的基本保障系統(tǒng)，而軀干殼體是航天服的重要骨架。作為承力結(jié)構(gòu)主體，軀干殼體對其外形結(jié)構(gòu)尺寸有嚴(yán)格的要求，若采用常規(guī)熔化焊接方法，由于焊接變形等因素，易造成尺寸超差。根據(jù)軀干結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用電子束焊接連接門邊框與軀干薄壁殼體，可以充分發(fā)揮高能束焊接質(zhì)量高、變形小的優(yōu)點(diǎn)。 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室身部采用銅胎上電鑄金屬與不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)，焊接難處在于2 種焊接金屬的物理化學(xué)性能差別很大，接頭易產(chǎn)生有害雜質(zhì)偏析，導(dǎo)致在較大的焊接應(yīng)力下開裂。電鑄層如果受高熱還會(huì)發(fā)生電鑄層結(jié)合削弱、剝離的情況。此外，電鑄金屬層所帶磁性對電子束有很大影響，電子束焊接前零件需整體退磁，電子束路徑還需采用磁場屏蔽等手段。電子束焊接

28、燃燒室身部時(shí)使用高壓型電子束焊機(jī)，采用硬規(guī)范焊接，高焊速，盡量減少焊接熱量和控制變形，降低接頭應(yīng)力，防止易熔夾層的形成。嚴(yán)格控制焊接熱輸入量，以防止電鑄金屬層與銅胎之間的電鑄結(jié)合力因過熱而降低，并導(dǎo)致開裂。波紋管組合件是航天發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品中利用電子束焊接的一個(gè)主要部分。航天發(fā)動(dòng)機(jī)活門一般采用多層金屬波紋管作動(dòng)密封元件，執(zhí)行指令時(shí)，波紋管組合件的動(dòng)作部分要工作靈活、無卡滯。尤其在液氫溫度下可以顯示無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，制造過程中必須保證波紋管組件焊縫氣密無泄漏和運(yùn)動(dòng)付活動(dòng)靈活，這就要求波紋管組件要有合理的結(jié)構(gòu)和可靠的生產(chǎn)工藝，其中，制造的關(guān)鍵是波紋管的焊接。真空電子束焊接波紋管的接頭強(qiáng)度高，可將焊接的變形量減至最?。痪芘浜系牧?/p>