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(chǎng)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(dòng)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(diǎn)直徑小于1mm。故電子束焦點(diǎn)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(shí)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(diǎn)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(duì)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(zhǎng)大，使焊接接頭性能改善，高溫作用時(shí)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(dú)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)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(shí)間的主要障礙;有磁偏移：由于電子帶電，會(huì)受磁場(chǎng)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(duì)操作人員實(shí)施保護(hù)；對(duì)工件裝配質(zhì)量要求嚴(yán)格，同時(shí)工件表面清潔的要求也較高。缺點(diǎn)電子束焊機(jī)及應(yīng)用 目前全世界約有8000臺(tái)電子束焊機(jī)在工業(yè)部門及實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用。德

4、國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)、東歐、日

5、本、美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、韓國(guó)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(tái)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(guó)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(cuò)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(jiǎn)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(jiǎn)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(shí)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(jiǎn)介激光加工特點(diǎn) 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(jí)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(shí)間很短，整個(gè)加 工區(qū)幾乎不受熱的影響，工件熱變形極小，故可 加工對(duì)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(jiǎn)介激光加工特點(diǎn) 容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)：激光束傳輸方便，易于控制，便于與機(jī)器人 、自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)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(tái)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(tái)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(shí)，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(shí)，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(shí)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(duì)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(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(duì)于材料 去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對(duì)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。 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(gè)重要問題， 尤其對(duì)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(huì)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(gè)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(jià)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(duì)焊接質(zhì)量的影響。 激光焊接通常需要一定的離焦 量，因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)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(diǎn)的各平面上，功率密度分布 相對(duì)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(shí)，所對(duì)應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表

12、明，當(dāng)要求熔深較大時(shí)，采用負(fù)離焦；焊接薄材料時(shí)，宜用正離焦。 Company Logo激光焊接工藝參數(shù)對(duì)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(gè)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(huì)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(huì)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(diǎn)大小是激光焊接的最重要變量之一，因?yàn)?它決定功率密度。 (3)焊接速度：焊接速度對(duì)熔深影響較大，提高速度會(huì)使熔深變 淺，但速度過低又會(huì)導(dǎo)致材料過度熔化、工件焊穿。 所以，對(duì)一定激光功率和一定厚度的某特定材料有 一個(gè)合適的焊接速度范

13、圍，并在其中相應(yīng)速度值時(shí) 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(lái)保護(hù)熔池 。大多數(shù) 應(yīng)用場(chǎng)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(shí)通常采用聚焦方式會(huì)聚激光，一般選用 63254mm(2.510)焦距的透鏡。 (6)焦點(diǎn)位置：焊接時(shí)，為了保持足夠功率密度，焦點(diǎn)位置至關(guān)重 要。焦點(diǎn)與工件表面相對(duì)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(duì)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(duì)不同的材料進(jìn)行激光焊接時(shí)，激光束位置控制 著焊縫的最終質(zhì)量，特別是對(duì)接接頭的情況比搭 接結(jié)頭的情況對(duì)此更為敏感。Company Logo激光焊接發(fā)展及應(yīng)用舉例激光點(diǎn)焊激光熱傳 導(dǎo)焊接激光深熔 焊接激光