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(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)：金屬材料科學(xué)與工程姓名：黎琦學(xué)號(hào)：20100800411激光焊和電子束焊接摘要：本文通過對(duì)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(diǎn)、設(shè)備、工藝及應(yīng)用等方面的簡(jiǎn)介，讓大家對(duì)特種焊接技術(shù)得到一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)。在焊接這個(gè)領(lǐng)域中，特種焊接技術(shù)是在近年來得到高速的發(fā)展。它不僅給焊接技術(shù)的發(fā)展帶來巨大的推動(dòng)力，也對(duì)許多相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生相當(dāng)深遠(yuǎn)的影響關(guān)鍵詞：焊接技術(shù)發(fā)展日新月異1.引言焊接作為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)家建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用。焊接技術(shù)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(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，焊接已經(jīng)逐漸脫離了單純工藝和技術(shù)的層面而走向科學(xué)的范疇，并且在與其他科學(xué)知識(shí)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(chǎn)生、新能源的不斷開發(fā)和新結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)，對(duì)焊接技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。由此傳統(tǒng)的焊接技術(shù)以滿足不了工程的應(yīng)用，隨著材料和技術(shù)的發(fā)展，焊接技術(shù)也得到了發(fā)展，越來越多的焊接方法得到應(yīng)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(jīng)光學(xué)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(duì)光能的吸收來對(duì)其進(jìn)行加熱、熔化，再經(jīng)過冷卻結(jié)晶而形成焊接接頭的一種熔化焊過程。（2）激光焊機(jī)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(shí)，激光將金屬表面加熱到熔點(diǎn)與沸點(diǎn)之間，焊接時(shí)，金屬材料表面將所吸收的激光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，是金屬表面溫度升高而熔化，然后通過熱傳導(dǎo)方式把熱能傳向金屬內(nèi)部，使熔化區(qū)逐漸擴(kuò)大，凝固后形成焊點(diǎn)或焊縫，其熔深輪廓近似為半球形。特點(diǎn)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(dāng)激光光斑上的功率密度足夠大時(shí)（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(shí)間內(nèi)升高到沸點(diǎn)，是金屬熔化和汽化。當(dāng)金屬汽化時(shí)，所產(chǎn)生的金屬蒸汽以一定的速度離開熔池，金屬蒸汽的溢出對(duì)熔化的液態(tài)金屬產(chǎn)生一個(gè)附加壓力，使熔池金屬表面向下凹陷，在激光光斑下產(chǎn)生一個(gè)凹坑。當(dāng)光束在小孔底部繼續(xù)加熱汽化時(shí)，所產(chǎn)生的金屬蒸汽一方面壓迫坑底的液態(tài)金屬是小坑進(jìn)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(gè)過程連續(xù)進(jìn)行下去，便在液態(tài)金屬中形成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的空洞。當(dāng)光束能力所產(chǎn)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(gè)深度穩(wěn)定的孔而進(jìn)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(yīng)小孔效應(yīng)、等離子體屏蔽效應(yīng)、等離子體的負(fù)面效應(yīng)、壁聚焦效應(yīng)、凈化效應(yīng)2.2激光焊接的設(shè)備組成激光器、光學(xué)系統(tǒng)、激光加工機(jī)、輻射參數(shù)傳感器、工藝介質(zhì)輸送系統(tǒng)、工藝參數(shù)傳感器、控制系統(tǒng)、準(zhǔn)直用He-Ne激光器其中激光焊接設(shè)備主要由激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、焊接機(jī)和控制系統(tǒng)組成。2.

6、3激光焊接的工藝特點(diǎn)按焊接熔池形成的機(jī)理區(qū)分，激光焊接有兩種基本模式：熱導(dǎo)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(dá)到表面熔化，然后依靠熱傳導(dǎo)向工件內(nèi)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(dòng)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(nèi)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(dòng)時(shí)，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(jī)械制造領(lǐng)域，除了那些微薄零件之外，一般應(yīng)選用深館焊。深熔焊過程產(chǎn)生的金屬蒸氣和保護(hù)氣體，在激光作用下發(fā)生電離，從而在小孔內(nèi)部和上方形成等離子體。等離子體對(duì)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(huì)削弱到達(dá)工件的激光能量。并影響光束的聚焦效果、對(duì)焊接不利。通常可輔加側(cè)吹氣驅(qū)除或削弱等離子體。小孔的形成和等離子體效應(yīng)，使焊接過程中伴隨著具有特征的聲、光和電荷產(chǎn)生，研究它們與焊接規(guī)范及焊縫質(zhì)量之間的關(guān)系，和利用這些特征信號(hào)對(duì)激光焊接過程及質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，具有十分重要的

8、理論意義和實(shí)用價(jià)值。由于經(jīng)聚焦后的激光束光斑小（0.1～0.3mm），功率密度高，比電弧焊（5×102～104W/cm2）高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，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(diǎn)：加熱范圍小，焊縫和熱影響區(qū)窄，接頭性能優(yōu)良；殘余應(yīng)力和焊接變形小，可以實(shí)現(xiàn)高精度焊接；可對(duì)高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率