特種焊接論文 激光焊和電子束焊接

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1、激光焊和電子束焊接學院：材料科學與工程學院專業(yè)：金屬材料科學與工程姓名：黎琦學號：20100800411激光焊和電子束焊接摘要：本文通過對特種焊接方法中的激光焊和電子束焊接兩種方法的原理、特點、設備、工藝及應用等方面的簡介，讓大家對特種焊接技術得到一個完整的認識。在焊接這個領域中，特種焊接技術是在近年來得到高速的發(fā)展。它不僅給焊接技術的發(fā)展帶來巨大的推動力，也對許多相關產業(yè)產生相當深遠的影響關鍵詞：焊接技術發(fā)展日新月異1.引言焊接作為先進制造技術的重要組成部分在國民經濟的發(fā)展和國家建設中發(fā)揮了重要的作用。焊接技術的優(yōu)秀成果在

2、航空、核能、船舶、電力、電子、海洋鉆探、高程建筑等領域得到廣泛的應用。隨著科學技術的發(fā)展和技術的進步，焊接已經逐漸脫離了單純工藝和技術的層面而走向科學的范疇，并且在與其他科學知識的不斷碰撞和交融中，展現(xiàn)出來旺盛的生命力。新材料的不斷產生、新能源的不斷開發(fā)和新結構的不斷涌現(xiàn)，對焊接技術提出了新的挑戰(zhàn)。由此傳統(tǒng)的焊接技術以滿足不了工程的應用，隨著材料和技術的發(fā)展，焊接技術也得到了發(fā)展，越來越多的焊接方法得到應用——特種焊接。2.激光焊2.1激光焊的基本原理（1）激光焊接的基本過程使用經光學系統(tǒng)聚焦后具有高功率密度的激光束照射到焊

3、接材料表面，利用材料對光能的吸收來對其進行加熱、熔化，再經過冷卻結晶而形成焊接接頭的一種熔化焊過程。（2）激光焊機理按激光器輸出能量的方式不同，激光焊分為脈沖激光焊和連續(xù)激光焊，按激光聚焦后光斑上功率密度的不同，激光焊可分為傳熱焊和深熔焊。1）激光傳熱焊采用的激光器光斑上的功率密度小于105W時，激光將金屬表面加熱到熔點與沸點之間，焊接時，金屬材料表面將所吸收的激光能轉變?yōu)闊崮埽墙饘俦砻鏈囟壬叨刍?，然后通過熱傳導方式把熱能傳向金屬內部，使熔化區(qū)逐漸擴大，凝固后形成焊點或焊縫，其熔深輪廓近似為半球形。特點是：激光光斑上的

4、功率密度小，很大一部分光被金屬表面所反射，光的吸收率較低，焊接熔深淺，焊接速度慢。主要用于薄、小零件的焊接加工。2）激光深熔焊當激光光斑上的功率密度足夠大時（大于等于106W/cm2）,金屬在激光的照射下被迅速加熱，其表面溫度在極短的時間內升高到沸點，是金屬熔化和汽化。當金屬汽化時，所產生的金屬蒸汽以一定的速度離開熔池，金屬蒸汽的溢出對熔化的液態(tài)金屬產生一個附加壓力，使熔池金屬表面向下凹陷，在激光光斑下產生一個凹坑。當光束在小孔底部繼續(xù)加熱汽化時，所產生的金屬蒸汽一方面壓迫坑底的液態(tài)金屬是小坑進一步加深，另一方面，向坑外飛出

5、的蒸汽將熔化的的金屬擠向熔池四周。這個過程連續(xù)進行下去，便在液態(tài)金屬中形成一個細長的空洞。當光束能力所產生的金屬蒸汽的反沖壓力與液態(tài)金屬的表面張力和重力平衡后，小孔不再繼續(xù)加深，形成一個深度穩(wěn)定的孔而進行焊接，因此稱之為激光深熔焊。（3）激光焊過程中的幾種效應小孔效應、等離子體屏蔽效應、等離子體的負面效應、壁聚焦效應、凈化效應2.2激光焊接的設備組成激光器、光學系統(tǒng)、激光加工機、輻射參數(shù)傳感器、工藝介質輸送系統(tǒng)、工藝參數(shù)傳感器、控制系統(tǒng)、準直用He-Ne激光器其中激光焊接設備主要由激光器、導光系統(tǒng)、焊接機和控制系統(tǒng)組成。2.

6、3激光焊接的工藝特點按焊接熔池形成的機理區(qū)分，激光焊接有兩種基本模式：熱導焊和深熔焊，前者所用激光功率密度較低（105～106W／cm2），工件吸收激光后，僅達到表面熔化，然后依靠熱傳導向工件內部傳遞熱量形成熔池。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。后者激光動車密度高（106～107W／cm2），工件吸收激光后迅速熔化乃至氣化，熔化的金屬在蒸汽壓力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不斷延伸，直至小孔內的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。小孔隨著激光束沿焊接方向移動時，小孔前方熔化的金屬繞過小孔流向后方，凝固后形成焊

7、縫（圖1）。這種焊接模式熔深大，深寬比也大。在機械制造領域，除了那些微薄零件之外，一般應選用深館焊。深熔焊過程產生的金屬蒸氣和保護氣體，在激光作用下發(fā)生電離，從而在小孔內部和上方形成等離子體。等離子體對激光有吸收、折射和散射作用，因此一般來說熔池上方的等離子體會削弱到達工件的激光能量。并影響光束的聚焦效果、對焊接不利。通常可輔加側吹氣驅除或削弱等離子體。小孔的形成和等離子體效應，使焊接過程中伴隨著具有特征的聲、光和電荷產生，研究它們與焊接規(guī)范及焊縫質量之間的關系，和利用這些特征信號對激光焊接過程及質量進行監(jiān)控，具有十分重要的

8、理論意義和實用價值。由于經聚焦后的激光束光斑?。?.1～0.3mm），功率密度高，比電弧焊（5×102～104W/cm2）高幾個數(shù)量級，因而激光焊接具有傳統(tǒng)焊接方法無法比擬的顯著優(yōu)點：加熱范圍小，焊縫和熱影響區(qū)窄，接頭性能優(yōu)良；殘余應力和焊接變形小，可以實現(xiàn)高精度焊接；可對高熔點、高熱導率