真空電子束激光焊解析課件

1、 真空電子束焊一些先進(jìn)的熔化焊技術(shù)（適于稀有和難熔金屬的焊接和普通材料的高精度焊接） 陰極被燈絲加熱到2600K，并發(fā)射大量的電子。這些電子在高壓電場的作用下，經(jīng)電磁透鏡聚焦成電子束，高速轟擊工件表面（160000km/s）。電子動能瞬間變成熱能（能量密度是普通電弧的1000倍）。a加熱功率密度大。焊接用電子束電流為幾十到幾百毫安，最大可達(dá)l000mA以上；加速電壓為幾十到幾百千伏；故電子束功率從幾十千瓦到100kw以上，而電子束焦點直徑小于1mm。故電子束焦點處的功率密度可達(dá)103105Kw/cm2，比普通電弧功率密度高1001000倍。b焊縫深寬比(H/B)大。通常電弧焊的深寬比很難超過2

2、，電子束焊的深度比在50以上。電子束焊比電弧焊可節(jié)約大量填充金屬和電能，可實現(xiàn)高深寬比的焊接，深寬比達(dá)60：1，可依次焊透0.1300mm厚度的不銹鋼板。優(yōu)點c. 焊接速度快，焊縫熱物理性能好。焊接速度快，能量集中、熔化和凝固過程快熱影響區(qū)小，焊接變形小。對精加工的工件可用作最后的連接工序，焊后工件仍能保持足夠的精度。能避免晶粒長大，使焊接接頭性能改善，高溫作用時間短，合金元素?zé)龘p少，焊縫抗蝕性好。d焊縫純度高。真空電子束焊的真空度一般為510-4Pa，適合焊接鈦及鈦合金等活性材料。e. 焊接工藝參數(shù)調(diào)節(jié)范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)。電子束焊接的工藝參數(shù)可獨立地在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，控制靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，再現(xiàn)

3、性好，而且電子束焊焊接參數(shù)易于實現(xiàn)機(jī)械化、自動化控制，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。f. 可焊材料多。不僅能焊金屬和異種金屬材料的接頭,也可焊接非金屬材料,如陶瓷、石英玻璃等。 需要高真空環(huán)境以防止電子散射，設(shè)備復(fù)雜，焊件尺寸和形狀受到真空室限制(非真空環(huán)境電子束焊，是重要研究方向)；由于真空室的存在，抽真空成為影響循環(huán)時間的主要障礙;有磁偏移：由于電子帶電，會受磁場偏轉(zhuǎn)影響，故要求電子束焊工件焊前去磁處理；X射線問題：X射線在高壓下特別強(qiáng)，需對操作人員實施保護(hù)；對工件裝配質(zhì)量要求嚴(yán)格，同時工件表面清潔的要求也較高。缺點電子束焊機(jī)及應(yīng)用 目前全世界約有8000臺電子束焊機(jī)在工業(yè)部門及實驗室中應(yīng)用。德

4、國PTR公司生產(chǎn)的ebw3000/15-150CNC型電子束焊機(jī) 真空室:1.7m1.25m 1.45m ; 額定功率:15KW;額定電壓:150KV法國TECHMETA公司MEDARD 43型:Chamber dimensions:500 500500;Operating voltage:60KV;Power:6KWLARA 52型:Chamber dimensions:350600800;Operating voltage:60KV;Power:30KW烏克蘭國家科學(xué)院巴頓電焊所 前蘇聯(lián)唯一的焊接科學(xué)與工程的研發(fā)單位 真空電子焊接分部是巴頓電焊所主要的骨干部門之一，為前蘇聯(lián)、中國、東歐、日

5、本、美國、德國、英國、韓國的航空航天、機(jī)械及汽車制造、儀器儀表等行業(yè)總共生產(chǎn)了800臺以上真空電子束焊接系統(tǒng)和整套裝備，領(lǐng)先開發(fā)了合金鋼、鋁合金、鈦合金、銅合金等多種材料焊深從0.1到400mm直線及空間曲線焊縫的真空電子束焊縫工藝成都飛機(jī)制造廠由北京航空制造工程研究所研制，其主要部件電子槍是德國Steigerwald Strahltechnik公司合作生產(chǎn)的高壓型電子束焊機(jī)，控制系統(tǒng)為西門子的SIMATIC S7-400容錯PLC 設(shè)備加速電壓可調(diào)節(jié)范圍為70150kv，電子束流可調(diào)節(jié)范圍為0200mA，焊接速度可調(diào)節(jié)范圍為050mm/s；真空室尺寸8200mm4000mm2000mm，容積

6、65.6m3，電子束功率30kW。 ZD150-30C CV65M 電子束焊機(jī)Company Logo激光焊-目錄激光加工簡介1激光焊接機(jī)原理2 激光焊接機(jī)的工藝參數(shù)3 激光焊接發(fā)展及應(yīng)用舉例4Company Logo激光加工簡介激光加工的一般原理 激光加工是一種高能束加工方法，它是利用激光高強(qiáng)度、高亮度、方向性好、單色性好的特性，通過一系列的光學(xué)系統(tǒng)聚焦成平行度很高的微細(xì)光束（直徑幾微米至幾十微米），獲得極高的能量密度照射到材料上，使材料在極短的時間內(nèi)（千分之幾秒甚至更短）熔化甚至氣化，以達(dá)到加熱和去除材料的目的。Company Logo激光加工簡介激光加工特點 適應(yīng)性強(qiáng)： 激光加工的功率密

7、度高，幾乎能加工任何材料， 如各種金屬、陶瓷、石英、金剛石、橡膠等。 加工精度高：激光束可聚焦成微米級的光斑（理論上直徑可小 于1um），適合精密微細(xì)加工。 加工質(zhì)量好：激光加工能量密度高，熱作用時間很短，整個加 工區(qū)幾乎不受熱的影響，工件熱變形極小，故可 加工對熱沖擊敏感的材料。 加工效率高： 激光加工只需0.01s，切割比常規(guī)方法提高效率 820倍，激光焊接可提高效率30倍。Company Logo激光加工簡介激光加工特點 容易實現(xiàn)自動：激光束傳輸方便，易于控制，便于與機(jī)器人 、自動檢測、計算機(jī)數(shù)字控制等先進(jìn)技術(shù)相 結(jié)合。 通用性強(qiáng)： 用一臺激光器給變不同的導(dǎo)光系統(tǒng)，可以處 理各種形狀和尺

8、寸的工件。也可以選擇適當(dāng) 的加工條件，用同一臺裝置進(jìn)行切割、打孔 、焊接和表面處理等多種加工。 節(jié)能節(jié)材： 激光束的能量利用率為常規(guī)加工工藝的 101000倍，激光切割可以節(jié)省材料 15%30%。 Company Logo激光焊接機(jī)視頻演示10Company Logo激光焊接機(jī)原理 激光焊接是將高強(qiáng)度的激光束輻射至金屬面，通過激光與金屬的相互作用，金屬吸收激光轉(zhuǎn)化為熱能使金屬熔化后冷卻結(jié)晶形成焊接。 Company Logo激光焊接機(jī)原理1、熱傳導(dǎo)焊接：當(dāng)激光照射在材料表面時，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，將光能轉(zhuǎn)化為熱能而加熱熔化，材料表面層的熱以熱傳導(dǎo)的方式繼續(xù)向材料深處傳遞，最后將

9、兩焊件熔接在一起。激光焊接的機(jī)理有兩種：Company Logo激光焊接機(jī)2、激光深熔焊:當(dāng)功率密度比較大的激光束照射到材料表面時，材料吸收光能轉(zhuǎn)化為熱能，材料被加熱熔化至汽化，產(chǎn)生大量的金屬蒸汽，在蒸汽退出表面時產(chǎn)生的反作用力下，使熔化的金屬液體向四周排擠，形成凹坑，隨著激光的繼續(xù)照射，凹坑穿人更深，當(dāng)激光停止照射后，凹坑周邊的熔液回流，冷卻凝固后將兩焊件焊接在起。 Company Logo激光焊接工藝參數(shù)激光焊接的主要參數(shù)離焦量焊接速度激光模式坡口間隙保護(hù)氣體脈沖參數(shù)激光功率Company Logo激光焊接的工藝參數(shù)Add Your Title對于一般激光焊接的工藝參數(shù)：(1)功率密度：功

10、率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高 的功率密度，在微秒時間范圍內(nèi)，表層即可加熱至 沸點，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。對于較低功 率密度，表層溫度達(dá)到沸點需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表 層汽化前，底層達(dá)到熔點，易形成良好的熔融焊接。 因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度在范圍在 Company Logo激光焊接工藝參數(shù)(2)激光脈沖波形：激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題， 尤其對于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束 射至材料表面，金屬表面將會有6098%的激光 能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。 在一個激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變 化

11、很大。(3)激光脈沖寬度：脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū) 別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決 定加工設(shè)備造價及體積的關(guān)鍵參數(shù)。Company Logo激光焊接工藝參數(shù)(4) 離焦量：對焊接質(zhì)量的影響。 激光焊接通常需要一定的離焦 量，因為激光焦點處光斑中心的功率密度過高，容易 蒸發(fā)成孔。離開激光焦點的各平面上，功率密度分布 相對均勻。離焦方式有兩種：正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。 按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時，所對應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。實驗表

12、明，當(dāng)要求熔深較大時，采用負(fù)離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。 Company Logo激光焊接工藝參數(shù)對于激光深熔焊接的主要工藝參數(shù)：(1)激光功率：激光焊接中存在一個激光能量密度閾值，低于此 值，熔深很淺，一旦達(dá)到或超過此值，熔深會大幅 度提高。只有當(dāng)工件上的激光功率密度超過閾值 （與材料有關(guān)），等離子體才會產(chǎn)生，這標(biāo)志著穩(wěn)定 深熔焊的進(jìn)行。(2)光束焦斑；光束斑點大小是激光焊接的最重要變量之一，因為 它決定功率密度。 (3)焊接速度：焊接速度對熔深影響較大，提高速度會使熔深變 淺，但速度過低又會導(dǎo)致材料過度熔化、工件焊穿。 所以，對一定激光功率和一定厚度的某特定材料有 一個合適的焊接速度范

13、圍，并在其中相應(yīng)速度值時 可獲得最大熔深。 Company Logo激光焊接工藝參數(shù)Your Text(4)保護(hù)氣體：激光焊接過程常使用惰性氣體來保護(hù)熔池 。大多數(shù) 應(yīng)用場合則常使用氦、氬、氮等氣體作保護(hù)，使工 件在焊接過程中免受氧化。 (5)透鏡焦距：焊接時通常采用聚焦方式會聚激光，一般選用 63254mm(2.510)焦距的透鏡。 (6)焦點位置：焊接時，為了保持足夠功率密度，焦點位置至關(guān)重 要。焦點與工件表面相對位置的變化直接影響焊縫 寬度與深度。 Company Logo激光焊接工藝參數(shù)Your Text(7)材料吸收值：材料對激光的吸收取決于材料的一些重要性能， 如吸收率、反射率、熱導(dǎo)率、熔化溫度、蒸發(fā)溫 度等，其中最重要的是吸收率。(8)激光束位置：對不同的材料進(jìn)行激光焊接時，激光束位置控制 著焊縫的最終質(zhì)量，特別是對接接頭的情況比搭 接結(jié)頭的情況對此更為敏感。Company Logo激光焊接發(fā)展及應(yīng)用舉例激光點焊激光熱傳 導(dǎo)焊接激光深熔 焊接激光