特種加工第5章

南航劉志東主編1第5章高能束加工

(HighEnergyBeamMachining)南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院南航劉志東主編2

高能束流主要有：激光加工（LaserBeamMachining，簡(jiǎn)稱(chēng)LBM）電子束加工（ElectronBeamMachining，簡(jiǎn)稱(chēng)EBM）離子束加工（IonBeamMachining，簡(jiǎn)稱(chēng)IBM）激光加工僅僅是激光應(yīng)用的一方面：南航劉志東主編3導(dǎo)入案例機(jī)載激光系統(tǒng)摧毀飛行靶彈南航劉志東主編4南航劉志東主編5艦載激光炮Laser-MachineGun

Mk38MOD2TacticalLaserSystem(BAESystem's)導(dǎo)入案例

南航劉志東主編6激光核聚變示意圖導(dǎo)入案例南航劉志東主編7南航劉志東主編8近視手術(shù)導(dǎo)入案例

南航劉志東主編95.1

激光加工

激光技術(shù)是20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興科學(xué)，在材料加工方面，已逐步形成一種嶄新的加工方法——激光加工。激光加工可以用于打孔、切割、電子器件的微調(diào)、焊接、熱處理等各個(gè)領(lǐng)域。由于激光加工不需要加工工具、而且加工速度快、表面變形小，可以加工各種材料，已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中越來(lái)越多的顯示了它的優(yōu)越性，受到人們的普遍重視。南航劉志東主編105.1.1

激光加工簡(jiǎn)介

激光加工：靠光熱效應(yīng)來(lái)加工各種材料其過(guò)程大體分為：激光束照射材料，材料吸收光能，光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁共牧霞訜幔ㄟ^(guò)汽化和熔融濺出使材料去除或破壞等。激光加工示意圖南航劉志東主編11適應(yīng)性強(qiáng)：可在不同環(huán)境中加工不同種類(lèi)材料;加工效率好：在某些情況下，用激光切割可提高效率8~20倍;加工質(zhì)量好：利用激光具有的能量密度高、瞬態(tài)性和非接觸等特點(diǎn)，屬于局部加工，對(duì)非激光照射部位影響較小;綜合效益高:激光打孔的直接費(fèi)用可節(jié)省25～75％，間接加工費(fèi)用可節(jié)省50～75％。激光加工的特點(diǎn)：南航劉志東主編12

激光加工系統(tǒng)：激光器：主要由激勵(lì)系統(tǒng)、激光物質(zhì)、光學(xué)諧振腔三部分組成;導(dǎo)光系統(tǒng)：進(jìn)行光束的傳輸，光束的折射、聚焦或散射;加工裝置：承載加工工件使加工工件與激光束相對(duì)運(yùn)動(dòng);

輔助裝置：比如光學(xué)元件的冷卻系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)的保護(hù)裝置、外圍安全裝置等。南航劉志東主編13三維光纖激光加工系統(tǒng)南航劉志東主編14小功率CO2激光加工系統(tǒng)5軸激光加工系統(tǒng)大型懸臂激光加工系統(tǒng)桌面型激光加工系統(tǒng)南航劉志東主編155.1.2典型激光器

受激輻射:

量子論觀點(diǎn)，當(dāng)原子在一定頻率的輻射場(chǎng)（激勵(lì)）作用下發(fā)生躍遷并釋放光子時(shí)，稱(chēng)之為受激輻射。為了得到激光，就必須使高能級(jí)E2上的原子數(shù)目大于低能級(jí)E1上的原子數(shù)目，因?yàn)镋2上的原子多，發(fā)生受激輻射，使光增強(qiáng)。南航劉志東主編沈理達(dá)16

hν=E2-E1

某些物質(zhì)中的原子、分子或離子具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)（如氦原子、CO2、釹離子），這是形成激光的重要條件。

粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（亞穩(wěn)態(tài)的原子數(shù)大于基態(tài)原子數(shù)）激光的產(chǎn)生南航劉志東主編17激光器的結(jié)構(gòu)部件:激光工作物質(zhì):CO2混合氣體、Nd:YAG及摻鋁GaAS；激勵(lì)源:給激光物質(zhì)提供能量，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；諧振腔；電源；控制和冷卻系統(tǒng)；聚光器（固體激光器特有的)。南航劉志東主編181.氣體激光器氣體激光器一般采用電激勵(lì)，工作物質(zhì)為氣體介質(zhì)。因其效率高、壽命長(zhǎng)，連續(xù)輸出功率大，因此廣泛應(yīng)用于切割、焊接、熱處理等加工領(lǐng)域。用于材料加工的常見(jiàn)的氣體激光器有CO2激光器、氬離子激光器等。南航劉志東主編19CO2激光器特點(diǎn)：輸出功率范圍大能量轉(zhuǎn)換功率大大高于固體激光器CO2激光波長(zhǎng)為10.6μm，屬于紅外光，它可在空氣中傳播很遠(yuǎn)而衰減很少南航劉志東主編20CO2激光器分類(lèi):封離型快速軸向流動(dòng)式快速橫向流動(dòng)式板條式南航劉志東主編21封離型CO2激光器結(jié)構(gòu)示意圖南航劉志東主編22軸向快速流動(dòng)CO2激光器結(jié)構(gòu)示意圖南航劉志東主編23橫向快速流動(dòng)CO2激光器結(jié)構(gòu)示意圖南航劉志東主編24擴(kuò)散冷卻CO2板條激光器

南航劉志東主編252.固體激光器固體激光器（Solid-stateLaser）是以絕緣晶體或玻璃作為工作物質(zhì)的激光器，少量的過(guò)渡金屬離子或稀土離子摻入晶體或玻璃中后發(fā)生受激輻射晶體類(lèi)基質(zhì)：剛玉（Al2O3）、釔鋁石榴石（Y3Al5O12）、鎢酸鈣（CaWO4）、氟化鈣（CaF2）、鋁酸釔（YAlO3）、鈹酸鑭（La2Be2O5）玻璃類(lèi)基質(zhì)：優(yōu)質(zhì)硅酸鹽光學(xué)玻璃南航劉志東主編26固體激光器的基本組成

固體激光器結(jié)構(gòu)比較緊湊，有工作物質(zhì)、光泵、冷卻水、聚光器以及諧振腔等。南航劉志東主編27紅寶石激光器紅寶石是摻有濃度為0.05%氧化鉻的氧化鋁晶體，發(fā)射的紅光，它易于獲得相干性好的單模輸出，穩(wěn)定性好。紅寶石激光器是三能級(jí)系統(tǒng)的激光器，主要是鉻離子起受激發(fā)射作用。波長(zhǎng)為0.6943μm南航劉志東主編28YAG激光器

釹玻璃激光器是摻有少量氧化釹（Nd2O3）的非晶體硅酸鹽玻璃，含釹離子（Nd+++）量在1～5%左右，吸收光譜較寬，發(fā)射波長(zhǎng)為1.06μm的紅外激光。摻釹釔鋁石榴石（YAG）激光器發(fā)射波長(zhǎng)也為1.06μm的紅外激光。南航劉志東主編29YAG激光器系統(tǒng)示意圖南航劉志東主編303.半導(dǎo)體固體激光器原理：

用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射，區(qū)別在于激勵(lì)源不一定是光激勵(lì)，激勵(lì)方式有電注入、電子束激勵(lì)和光泵浦三種形式優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、穩(wěn)定性好、能耗低、效率高半導(dǎo)體激光器南航劉志東主編31激光二極管陣列示意圖南航劉志東主編324.二極管泵浦固體激光器（DPSSL）

技術(shù)基礎(chǔ)：大功率半導(dǎo)體激光器陣列技術(shù)的逐步成熟

性能提升：1)壽命加長(zhǎng) 2)能耗降低 3)體積更小

常見(jiàn)結(jié)構(gòu)：DPSSL激光器根據(jù)激光工作物質(zhì)的形狀一般可以分為四類(lèi)，棒狀、片狀、板條狀及光纖（Rod、Disk、SlabandFiber）。其中棒狀與傳統(tǒng)的燈泵浦固體激光器最為接近。按照半導(dǎo)體激光器的泵浦光的輸入方向，其有可分為端面泵浦（EndPump）與側(cè)面泵浦(SidePump)。

南航劉志東主編33端面泵浦南航劉志東主編34側(cè)面泵浦南航劉志東主編35板條式固體激光器 工作原理：光在厚度方向的兩側(cè)面（即泵浦面）上發(fā)生內(nèi)全反射，呈鋸齒形光路在兩泵浦面之間傳播，光傳播方向近似與溫度梯度方向平行，避免熱透鏡效應(yīng)和熱光畸變效應(yīng)，大幅度提高了激光輸出功率。南航劉志東主編36高功率光纖激光器

技術(shù)基礎(chǔ)：雙包層泵浦技術(shù)的出現(xiàn) 工作物質(zhì)：晶體光纖、塑料光纖等材料，玻璃光纖

良好的光學(xué)質(zhì)量，較高的輸出功率，超長(zhǎng)的壽命及無(wú)需維護(hù)的特點(diǎn)南航劉志東主編37光纖截面:四個(gè)層次構(gòu)成：纖芯、內(nèi)包層、外包層和保護(hù)層，形成了兩個(gè)同心的軸向纖芯。工作原理圖:激光二極管陣列產(chǎn)生的多模激光在內(nèi)包層和外包層間來(lái)回反射、周期性地穿越摻雜質(zhì)的單模光纖核心，促使核心光纖中產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)特定波長(zhǎng)光的單模放大與輸出。雙包層泵浦技術(shù)

南航劉志東主編38多模泵浦光耦合:大功率輸出結(jié)構(gòu)南航劉志東主編39

5.1.3常見(jiàn)激光加工技術(shù)圓形鏡共焦腔模的強(qiáng)度花樣振蕩模式TEMmnq：在圓形鏡諧振腔中，m與n分別代表電磁場(chǎng)在諧振腔橫截面上沿幅角方向和徑向的節(jié)線數(shù)。在方形鏡諧振腔中，m與n分別代表電磁場(chǎng)在諧振腔橫截面上沿x方向和y方向的節(jié)線數(shù)。南航劉志東主編40

光強(qiáng)分布:TEM20TEM30TEM00TEM10方形鏡共焦腔模的振幅分布和強(qiáng)度花樣

南航劉志東主編41

1.激光打孔 打孔常見(jiàn)分類(lèi)：熱熔鉆進(jìn)（MeltDrilling）氣化鉆進(jìn)（SublimationDrilling）

(1)熱熔鉆進(jìn)(2)氣化鉆進(jìn)南航劉志東主編42熔化和氣化現(xiàn)象:如圖所示，把瞬時(shí)的激光脈沖分成五個(gè)連續(xù)的小段，“1”段為前緣，“2”、“3”、“4”段為穩(wěn)定輸出，“5”段為尾緣。脈沖激光能量作用材料示意圖

南航劉志東主編43南航劉志東主編44常見(jiàn)工藝南航劉志東主編45脈沖打孔通常應(yīng)用在大批量小孔加工，孔直徑一般小于1mm，深度低于3mm，每個(gè)激光脈沖的輻照持續(xù)時(shí)間通常介于100μs到20ms間。沖擊打孔則適用于直徑小于1mm的大深度（<20mm）小孔加工，由于是長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)激光輻照作用，因此加工參數(shù)對(duì)孔洞質(zhì)量及基材的熱影響非常顯著。環(huán)切打孔是將脈沖打孔或者沖擊打孔與光束運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來(lái)的一種加工方式，通過(guò)光束與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)獲得具有不同形狀或者輪廓的孔洞。旋切打孔同樣是光束相對(duì)于工件作特定運(yùn)動(dòng)的一種加工工藝，通過(guò)光束旋轉(zhuǎn)可以避免在底部形成大熔池，配合納秒級(jí)的脈沖輻照時(shí)間，可以獲得非常精密的小孔。南航劉志東主編46激光環(huán)切打孔光束運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖錐形群孔零件

南航劉志東主編47(a)(b)(c)(d)(e)激光打孔應(yīng)用(a)手術(shù)針(b)燃油濾清器(c)生物過(guò)濾網(wǎng)(d)透明金屬薄片(e)噴墨頭微孔南航劉志東主編482.激光切割

激光切割：利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，在超過(guò)閾值功率密度的條件下，光束能量及其與輔助氣體之間產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能被材料吸收，引起照射點(diǎn)材料溫度急劇上升，到達(dá)沸點(diǎn)后，材料開(kāi)始?xì)饣?，形成孔洞。隨著光束與工件的相對(duì)移動(dòng)，最終使材料形成切縫。

切割分類(lèi)：氣化切割、熔化切割、氧助熔化切割、控制斷裂切割南航劉志東主編49切割特點(diǎn):高速度、高質(zhì)量切割材料：除了常見(jiàn)的金屬，還能加工各種非金屬材料(a)木材(b)陶瓷(c)皮革(d)織物(e)玻璃

南航劉志東主編50氣化切割工作原理：在激光束加熱下，工件溫度升高到至沸點(diǎn)以上，部分材料化作蒸氣逸去，部分作為噴出物從切縫底部吹走。功率要求：超過(guò)108W/cm2切割材料：適用于木材、紙張等南航劉志東主編51不同厚度材料激光氣化切割加工速度對(duì)比（功率500W，CO2連續(xù)激光）南航劉志東主編52

熔化切割 工作原理：激光束功率密度超過(guò)一定值時(shí)，會(huì)將工件內(nèi)部材料蒸發(fā)，形成孔洞。一旦這種小孔形成，它將作為黑體吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金屬壁所包圍，然后，與光束同軸的輔助氣流把孔洞周?chē)娜廴诓牧先コ?、吹走?輔助氣體：一般為惰性氣體，不參與輔助燃燒，吹走熔體 主要參數(shù)：切割速度、焦距和切割輔氣壓力。南航劉志東主編53不同厚度不銹鋼板材激光熔化切割速度曲線南航劉志東主編54

氧助熔化切割

工作原理：如果用氧或其他活性氣體代替熔化切割所用的惰性氣體，材料在激光束的照射下被點(diǎn)燃，因此，除激光能量外，另一熱源同時(shí)產(chǎn)生，且與激光能量共同作用，進(jìn)行氧化熔化切割。

南航劉志東主編55氧作輔助氣體可獲得更高的切割速度和更大的切割厚度不同鐵基板材厚度氧助熔化切割速度曲線：南航劉志東主編56

控制斷裂切割

工作原理：激光束加熱脆性材料小塊區(qū)域，引起該區(qū)域大的熱梯度和嚴(yán)重的機(jī)械變形，導(dǎo)致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導(dǎo)裂縫在任何需要的方向產(chǎn)生。

氧化鋁陶瓷切割應(yīng)用南航劉志東主編57

激光切割技術(shù)發(fā)展趨勢(shì):高速激光切割（HighSpeedLaserCutting）：高速激光切割具有極高的加工效率，例如1mm厚的不銹鋼板最高可以實(shí)現(xiàn)100m/min的切割速度。加工對(duì)比示意圖：南航劉志東主編58

激光切割技術(shù)發(fā)展趨勢(shì):激光精密切割（LaserFineCutting）：通常我們將切割材料厚度、切割結(jié)構(gòu)尺寸在幾百微米的加工稱(chēng)為激光精密切割。激光精密切割示意圖：短波長(zhǎng)固體激光器和光纖激光器南航劉志東主編59

激光切割應(yīng)用:心血管支架的切割加工：直徑1.6~2mm的不銹鋼細(xì)管按照設(shè)計(jì)的軌跡進(jìn)行激光精密切割，可以獲得如圖所示的彈性支撐架，植入堵塞血管就可以解決血管堵塞的問(wèn)題。

南航劉志東主編60

激光切割應(yīng)用:大厚度不銹鋼切割加工：通過(guò)特殊的切割頭設(shè)計(jì)及加工工藝實(shí)現(xiàn)的40mm不銹鋼精密切割，所使用的CO2激光器加工功率8KW，切割縫寬0.85mm，切割面的表面粗糙度僅為0.16mm，獲得了接近垂直的切割輪廓。

南航劉志東主編61

激光切割應(yīng)用:復(fù)雜曲面切割加工，光纖激光器與機(jī)器人手臂結(jié)合后切割加工三維零件的應(yīng)用。

南航劉志東主編623.激光焊接 概念：激光作為熱源對(duì)材料進(jìn)行加熱，使材料熔化而聯(lián)結(jié) 優(yōu)點(diǎn)：激光照射時(shí)間短激光不僅能焊接同種金屬材料，而且可以焊接異種金屬材料，甚至還可以焊接金屬與非金屬材料 分類(lèi)：激光熱傳導(dǎo)焊接激光深熔焊接

南航劉志東主編63異種材料焊接激光束金屬玻璃

南航劉志東主編64

熱傳導(dǎo)激光焊接 工作原理：熱傳導(dǎo)激光焊接是將高強(qiáng)度激光束直接輻射至材料表面，通過(guò)激光與材料的相互作用，使材料局部熔化實(shí)現(xiàn)焊接。 主要工藝：主要有激光點(diǎn)焊、縫焊等工藝。

熱傳導(dǎo)激光焊接加工示意圖南航劉志東主編65熱傳導(dǎo)激光焊接應(yīng)用：車(chē)身焊接南航劉志東主編66

激光深熔焊接：

工作原理：激光深熔焊接所用的激光功率密度較熱傳導(dǎo)激光焊接高，材料吸收光能后轉(zhuǎn)化為熱能，使工件迅速熔化乃至氣化，產(chǎn)生較高的蒸氣壓力，將熔融的金屬迅速?gòu)墓馐闹車(chē)砰_(kāi)，在激光照射處呈現(xiàn)出一個(gè)小的孔眼。隨著照射時(shí)間的增加，這個(gè)孔眼不斷向下延伸，一旦激光照射停止，孔眼四周的熔融金屬（或其他熔物）立即將孔眼填充，這些熔融物冷卻后，便形成了牢固的平齊焊縫。 高深寬比：12：1南航劉志東主編67激光深熔焊接原理圖激光深熔焊接的機(jī)理：主要有小孔效應(yīng)、等離子體屏蔽及純化作用。

南航劉志東主編68激光深熔焊接應(yīng)用：

右圖所示為采用盤(pán)形激光器對(duì)10mm不銹鋼進(jìn)行深熔焊后所得的焊接截面，焊接時(shí)的功率達(dá)到了8KW，焊接速度可以超過(guò)3m/min。南航劉志東主編695.1.4激光表面加工技術(shù)常見(jiàn)激光表面加工技術(shù)：激光相變硬化（淬火）和退火激光合金化激光重熔激光熔覆激光沖擊強(qiáng)化南航劉志東主編701.激光相變硬化

工作原理：也叫激光表面淬火，它以高能密度的激光束快速照射材料表面，使其需要硬化的部位瞬間吸收光能并立即轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)而使激光作用區(qū)的溫度急劇上升到相變溫度以上，鋼鐵中鐵素體相遵循非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變規(guī)律形成奧氏體。激光相變硬化區(qū)域示意圖南航劉志東主編71激光相變不同階段相變化過(guò)程南航劉志東主編72激光相變硬化特點(diǎn)：淬火速度快(0.1秒)；激光淬火后工件變形小，幾乎無(wú)氧化脫碳現(xiàn)象，表面光潔；硬度可比常規(guī)淬火硬度提高15~20%；可實(shí)現(xiàn)自冷淬火，不需水或油等淬火介質(zhì)對(duì)工件的許多特殊部位進(jìn)行處理；工藝過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，過(guò)程適合在線監(jiān)測(cè)。南航劉志東主編73激光相變硬化應(yīng)用：

發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸

連接環(huán)套南航劉志東主編742.激光重熔工作原理：將用激光輻照工件表面至熔化，而不加任何金屬元素，以達(dá)到表面組織改善的目的。

工件橫截面沿深度方向的組織為：熔凝層、相變硬化層、熱影響區(qū)和基材南航劉志東主編75主要特點(diǎn)：表面熔化時(shí)不添加其它元素，熔凝層與材料基體是天然的冶金結(jié)合；在激光熔凝過(guò)程中，可以排除雜質(zhì)和氣體，同時(shí)急冷重結(jié)晶獲得的組織有較高的硬度、耐磨性和抗蝕性；熔層薄，熱作用區(qū)小，對(duì)表面粗糙度和工件尺寸影響不大，甚至可以直接使用。南航劉志東主編76激光重熔加工應(yīng)用：凸輪表面強(qiáng)化南航劉志東主編773.激光合金化及熔覆

激光表面合金化：是指在高能束激光的作用下，將一種或多種合金元素快速熔入基體表面，使母材與合金材料同時(shí)熔化，形成表面合金層，從而使基體表層具有特定的合金成分的技術(shù)。南航劉志東主編78

激光熔覆：指以不同的填料方式在被涂覆基體表面上選擇放置涂層材料，經(jīng)激光輻照使之與基體表面一薄層同時(shí)熔化，快速凝固后形成稀釋度極低并與基體材料成冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及功能特性等的工藝方法。南航劉志東主編79激光熔覆加工應(yīng)用：激光束氣氛保護(hù)送粉軸南航劉志東主編805.1.5其它激光加工技術(shù)南航劉志東主編811.激光成形激光熱應(yīng)力成形（LaserThermalForming)：激光輻照金屬板材，溫度變化形成熱應(yīng)力，板材發(fā)生變形扭曲，通過(guò)移動(dòng)激光熱源達(dá)到所需的最終程度的彎曲或變形。

激光熱應(yīng)力成形基本原理圖南航劉志東主編82激光沖擊成形（LaserPeenForming)：

利用高功率密度納秒級(jí)脈沖強(qiáng)激光照射金屬材料表面，產(chǎn)生向金屬內(nèi)部傳播的強(qiáng)沖擊波，使金屬材料表層發(fā)生塑性變形，形成激光沖擊強(qiáng)化區(qū)，改善金屬材料機(jī)械性能。南航劉志東主編83

2.激光燒蝕工作原理：將激光輻照作用于吸收特性匹配的材料上，在特定的能量密度及特定作用時(shí)間條件內(nèi)，激光能量傳遞到材料晶格組織，破壞材料原子間的鍵合，引起材料蒸發(fā)。能量傳遞示意圖南航劉志東主編84激光燒蝕優(yōu)點(diǎn)：1)容易實(shí)現(xiàn)多組分薄膜的組分比的控制；2)沉積速率高，試驗(yàn)周期短，襯底溫度要求低，制備的薄膜均勻；3)對(duì)靶材的種類(lèi)沒(méi)有限制；4)工藝參數(shù)可任意調(diào)節(jié)。南航劉志東主編85激光燒蝕應(yīng)用：南航劉志東主編863.激光拋光工作原理：利用激光輻照材料，使得材料表面氣化或者重熔，降低原有的粗糙度，適合拋光既硬又脆的陶瓷、玻璃、半導(dǎo)體等材料。激光拋光原理圖南航劉志東主編87激光拋光應(yīng)用：前后對(duì)比南航劉志東主編884.激光清洗激光清洗基本原理圖南航劉志東主編89激光清洗對(duì)比：南航劉志東主編905.2電子束加工5.2.1電子束加工定義:

電子束加工是利用高能電子束流轟擊材料，使其產(chǎn)生熱效應(yīng)或輻照化學(xué)和物理效應(yīng)，以達(dá)到預(yù)定的工藝目的。電子束加工原理圖南航劉志東主編915.2.2電子束加工特點(diǎn)

束斑極小能量密度高生產(chǎn)率高可控性能好無(wú)污染

NASA電子束成形應(yīng)用南航劉志東主編925.23電子束加工設(shè)備電子束加工裝置的基本結(jié)構(gòu)主要由電子槍、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源等部分組成南航劉志東主編935.2.4電子束加工應(yīng)用電子束加工可用于打孔、焊接、切割、熱處理、蝕刻等多方面工作，但是生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是焊接、打孔和蝕刻。南航劉志東主編941.電子束打孔工作原理： (a)電子束對(duì)材料表面層進(jìn)行轟擊，使其熔化并氣化 (b)電子束進(jìn)入材料內(nèi)部，材料氣化形成空穴 (c)空穴一直擴(kuò)展至材料貫通 (d)電子束進(jìn)入工件下面的輔助材料南航劉志東主編95主要特點(diǎn)：（1）可以加工各種金屬和非金屬材料；（2）生產(chǎn)率極高，其他加工方法無(wú)可比擬；（3）能加工各種異形孔（槽）、斜度孔、錐孔、彎孔。南航劉志東主編96燃燒室氣膜孔南航劉志東主編97南航劉志東主編98加工納米尺寸微孔南航劉志東主編99

2.加工型孔及特殊表面工作原理：利用電子束在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的原理，使電子束在工件內(nèi)部偏轉(zhuǎn)?？刂齐娮铀俣群痛艌?chǎng)強(qiáng)度，即可控制曲率半徑，加工出彎曲的孔。南航劉志東主編100

3.電子束焊接

相比傳統(tǒng)焊接工藝，電子束焊接優(yōu)越很多，具有焊縫深寬比高、焊接速度高、工件熱變形小、焊縫物理性能好、可焊材料范圍廣等特點(diǎn)南航劉志東主編101Trent發(fā)動(dòng)機(jī)電子束焊接南航劉志東主編102工作原理:電子束熱處理也是把電子束作為熱源，但適當(dāng)控制電子束的功率密度，使金屬表面加熱不熔化，達(dá)到熱處理的目的。特點(diǎn)：加熱速度和冷卻速度都很快。

4.電子束熱處理南航劉志東主編103可控?zé)崽幚碜冃? 鋁合金構(gòu)件南航劉志東主編104

5.電子束成形加工南航劉志東主編105南航劉志東主編1066.電子束拋光ElectronBeamFINISHMachine

南航劉志東主編1075.3離子束加工

工作原理:由離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)過(guò)