TIG焊,等离子焊,电子束焊,高频感应焊、双丝焊概述

1、非熔化极气体保护焊（TIG焊）综述传统TIG焊由于其电极的载流能力有限，电弧功率受到一定限制，使得焊缝熔深浅、焊接速度小，尤其是用于中等厚度的焊接结构时需要开坡口并要进行多层焊，因此其使用受到一定限制。热丝TIG焊是于 1956年在传统TIG焊基础上发展起来的一种优质、高效、节能的焊接工艺，其基本原理就是在焊丝送进熔池之前，对焊丝进行加热使其达到一定的预热温度，最终实现高速高效焊接的目的。而对焊丝的加热不仅可以提高焊接速度，而且可以明显改善熔敷率，并且调整了焊接熔池的热输入量，加快了填充丝的熔化速度，降低了母材的稀释率，扩大了传统TIG焊焊接工艺方法的适应性和应用范围，具有较高的经济价值。目前

2、，在国内外热丝TIG焊已经在压力容器、锅炉、高温阀门、高压管道、石化装置、海洋采油设备、军械制造和航空航天工程等高端工业部门用于碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢和镍基合金等重要焊接部件的焊接。也适用于钛合金、铝及其合金等材料的焊接。 过去，围绕着焊丝的加热方法及进一步提高其 熔敷效率和扩大其适用范围，已开发出许多具体的热丝TIG焊方法，主要分类如图1所示。热丝TIG焊按照焊丝的数量可分为单丝和双丝两种；单丝时按照加热方法的不同分为电阻加热、电弧加热、高频感应加热三种；而且还开发出主要用于大厚板焊接的窄间隙热丝TIG焊、用于薄板堆焊和表面熔敷的超高速热丝TIG焊及新型热丝TIG焊。1单丝热丝TI

3、G焊1.1电阻加热单丝热丝TIG焊日本Hori等提出的热丝TIG焊装置中热丝的加热方式就是电阻加热，将热丝电源的两极分别接在焊丝和工件上，利用电流流过焊丝所产生的电阻热来加热焊丝。设焊丝的伸出长度为e，焊丝的横截面积为S,焊丝材料的电阻率为，焊丝的加热电流为Iw，则在焊丝上产生的电阻热功率PR为PR=(I2-e)/S可看出，当焊丝的直径很大、焊丝材料的电阻率很低时，电阻加热的功率将达不到焊丝加热的预热温度，故此方法只适用于大电阻率、较细焊丝加热的情形。焊接电流与热丝电流波形匹配主要分为如表1所示的四种类型。相应的电阻加热热丝TIG焊可以分为DC式、AC式、PH式、HST式等四种。而DC式电阻加

4、热热丝TIG焊存在五大工艺问题，分别是磁偏吹、焊丝电弧现象、最优热丝电源参数调节困难、热丝送进位置波动以及熔化母材金属的能力受限制。而其中磁偏吹是DC式电阻加热热丝TIG焊工艺中最典型的问题。这个磁偏吹现象的发生主要是由于热丝电流所产生的自感应磁场而造成的。PH和HST式电阻加热热丝TIG焊均能有效地抑制磁偏吹现象的发生，其中当用PH式时，热丝电流处于峰值时才会出现磁偏吹，调小脉冲的占空比，磁偏吹发生的时间减少，对焊接工艺的影响相应减小。而当采用HST式时，磁偏吹现象几乎是完全消失。因此，目前有关电阻加热热丝TIG焊的研究几乎都集中于HST式电阻加热热丝TIG焊方法。HST式对焊接电流与热丝电

5、流波形之间的匹配关系要求非常严格。因此，HST式电阻加热热丝TIG焊焊接电源与热丝电源的设计显得尤为重要。之前电阻加热热丝TIG焊是采用双电源形式，即焊接电源和热丝加热电源二者是分开的、相互独立、分别控制的。双电源式电阻加热热丝TIG焊焊接过程中焊接参数与热丝参数是分别调节，焊接过程的不稳定性会使焊接参数实时变化，而热丝参数并未发生相应的变化，必将对焊缝成型产生不利影响。之后，国内外学者均提出了单电源式电阻加热热丝TIG焊，即焊接电源与热丝电源共用一个电源，是将TIG焊焊接电流的一部分分流作为焊丝加热电源。采用单电源式能很好地适应HST式的发展。1.2高频感应加热单丝热丝TIG焊 范成磊等提出

6、高频感应加热热丝TIG焊新方法，其原理如图3所示。采用高频感应加热设备，借助高频交变的磁场，在焊丝上形成高密度的涡流，从而达到加热焊丝的目的。与传统热丝TIG焊接相比,其特点是：加热速度快，热丝效率高，低耗环保； 通过对高频输出电流的控制可以精确地控制焊丝温度；没有焊丝电流磁场的干扰,消除了磁偏吹现象，可以确保焊接质量；通过改变输出振荡频率, 利用高频感应集肤效应,可以控制感应加热的深度；高频感应加热更好地消除焊丝表面所吸附水分对焊缝的不利影响；适用于各种金属材质的焊丝,特别是低电阻率焊丝的加热。但其缺点是长时间接触高频对人身体健康不利，还有就是高频感应加热的设备比较昂贵。高频感应加热热丝TI

7、G焊在铝、镁及其合金等低电阻率材料的热丝TIG焊焊接中发挥着巨大优势。1.3电弧加热单丝热丝TIG焊 吕世雄等提出电弧加热热丝TIG焊方法，其原理如图4所示。此方法的优点是：热丝效率很高；设备简单、成本低；不存在磁偏吹和高频；适用于所有材质的焊丝，特别是有色金属。不足之处就在于施焊过程中电弧加热焊丝部分有微弱的弧光。2新型热丝TIG焊（TOP-TIG）TOP-TIG焊接工艺是由法国SAF公司率先开发的，实属TIG焊焊接领域的一项重要的创新，其原理如图8所示。SAF公司开发此工艺的主要目标是：提高机器人焊接速度；研制出适合焊接机器人的紧凑焊枪；不抑制机器人焊接性能发挥；自动更换电极，方便操作。与

8、传统热丝TIG焊的设计理念不同，TOP-TIG焊方法是直接利用电弧柱辐射热和等离子区的高温熔化填充焊丝。与传统的冷丝TIG焊相比，可成倍地提高熔敷率，加快焊接速度。与常规的MIG/MAG焊相比，焊接速度提高了，并且焊缝质量更优，焊接过程也不产生飞溅，经济性能良好。TOP-TIG焊接方法除了上述优点之外,还大大简化了焊接附属设备，无需添加单独的热丝电源，而需对焊枪进行重新设计，使焊丝在送进熔池之前通过焊接电弧区。所以TOP-TIG焊工艺的关键部件就是与送丝系统一体化的焊枪的设计。而这种焊枪的构造使得TOP-TIG焊接过程中出现了类似MAG焊短路过渡和颗粒过渡的过渡模式。TOP-TIG焊主要用于厚

9、度为3mm以下薄板件的装配。3超高速热丝TIG焊ShiUeguri等对电源系统进行了重新设计，整个系统只有一个电源，并利用电弧电流的一部分作为焊丝加热电流。采用此电源系统，焊速可以提高到普通冷丝TIG焊的两倍以上。Shinozaki等基于脉冲加热的热丝TIG焊系统开发出超高速热丝TIG焊。首先，他们利用超高速热丝TIG焊装置在板厚为2mm的S304不锈钢板上进行堆焊，研究焊丝的熔化现象及焊丝温度分布情况。焊丝的熔化现象是用高速摄影拍摄得到的，而焊丝的温度分布则是通过辐射测温装置测得的。研究结果表明，主要受热丝电流影响的焊丝温度分布和焊丝熔化位置是影响该焊接工艺获得优良焊接质量的重要因素，并得到

10、了保证焊缝成形与焊接质量的适宜的焊接工艺参数范围。日本巴布日立工业公司与Shinozaki教授进行共同研究,利用超高速热丝TIG焊，已实现平板堆焊的最大速度为7m/min，角焊缝的焊接速度最大可达到5m/min。这与传统的焊接方法相比，焊接速度可提高10倍左右。随后，Shi-nozaki等人利用相同的研究方法与手段对普通碳钢和钛合金的超高速热丝TIG焊焊接工艺进行了研究，并提出热丝温度分布简化估算方法。并证明了热丝TIG焊可用于具有不同电阻率材料的焊接。4结论不同的热丝TIG焊方法具有不同的特点，也具有不同的适用范围。这些从热丝TIG焊基本原理而发展起来的方法扩大了热丝TIG焊在工业领域中的应

11、用范围，尤其是在大厚板结构与薄板结构焊接中发挥了其优质、高效、节能等优点。而对于HST式电阻加热热丝TIG焊、窄间隙热丝TIG焊、超高速热丝TIG焊来说，它们仍存在些技术与工艺难点，也存在许多理论研究热点。这三种热丝TIG焊的研究具有很大的理论与现实应用意义，从而得到了广泛的重视。并且随着微型机、数字化控制理论、质量控制等技术的发展，热丝TIG焊方法将向着多元化、数字化、自动化和智能化方向发展，其在高端工业领域的应用也将进一步扩大。等离子焊综述1概述 等离子弧焊发明于1953年，英文学名为“Plasma Arc Welding”，缩写为PAW，由钨极氩弧焊发展而成

12、，是该领域内的一项重大技术创新。等离子弧焊与原始的TIG焊相比，具有优质、高效、经济等优点，早在上世纪60年代初已成功用于金属制品生产。近20年来，等离子弧焊技术获得了进一步的发展，并成为现代焊接结构制造业中不可缺少的精密焊接工艺方法,在压力容器、管道、航天航空、石化装置、核能装备和食品及制药机械生产中得到普遍的推广应用，可以焊接普通优质碳钢、低合金钢、不锈钢、镍基合金、铜镍合金、钛、钽、锆及其合金和铝及其合金等金属材料。 为充分发挥等离子弧焊方法的潜在优势,增强其工艺适应性，进一步扩大应用范围，已开发出各种等离子弧焊工艺方法，如微束等离子弧焊、熔透型（弱等离子）等离子弧焊、锁孔型等

13、离子弧焊、脉冲等离子弧焊、交流变极性等离子弧焊、等离子弧钎焊和等离子弧堆焊等。可以预料，等离子弧焊必将在现代工业生产中发挥出愈来愈重要的作用。 2等离子弧焊的基本工作原理 等离子弧焊是早期对焊接电弧物理深入研究的最重要的成果之一。通过试验研究发现，在任何一种焊接电弧中，都存在温度超过3000的等离子区，但在自由状态的电弧中，这一区域的尺寸显得过小，且紧靠阴极，未能充分发挥其作用。TIG焊自由状态电弧的形貌成锥形，大部分能量被散失，电弧的热效率很低,从而大大降低了焊接效率。为充分利用电弧的能量，自然萌发出将电弧柱进行压缩，使其能量集中的想法，并逐步形成了等离子弧焊的设计思想。

14、     等离子弧是一种被压缩的钨极氢弧，或者说是一种受约束的非自由电弧。一般情况下，借助于水冷喷嘴的约束作用，等离子体电弧弧柱在压缩作用下形成压缩电弧，即等离子弧。等离子弧由特殊结构的等离子体发生器产生，具有热压缩效应、机械压缩效应以及电磁压缩效应的特点。根据电极接电方式，等离子弧可以分为非转移型等离子弧和转移型等离子弧。 非转移型等离子弧的电极接负极，喷嘴接正极，电极与喷嘴之间产生等离子弧，工件不接电；转移型等离子弧电极接负极，工件接正极，等离子弧在电机与工件之间产生。国内的等离子弧焊接有混合型等离子弧，即非转移型等离子弧和转移型

15、等离子弧同时存在，电极接负极，喷嘴与工件接正极。 等离子弧焊接多使用惰性气体氢气作为工作气和保护气，利用产生的高温等离子弧做焊接热源，通过加热并熔化焊材以及母材金属，使熔化的焊材熔敷在母材上，同时熔化的焊材与母材之间发生复杂的冶金作用而形成焊接接头。一般情况下，等离子弧焊接有以下几种分类方法。根据操作方式的不同，等离子弧焊接分为手工等离子弧焊接和自动等离子弧焊接;根据焊接工艺.等离子弧焊接可分为脉冲等离子弧焊接、小孔型等离子弧焊接、微束等离子弧焊接、熔化极等离子弧焊接、热兹等离子弧焊接等;根据焊透母材的方式，等离子弧焊接可分为穿透型等离子弧焊接和熔透型等离子弧焊接。 3等离

16、子弧焊接特点 等离子弧作为一种钨极氢弧，由于受到水冷喷嘴的压缩，在机械压缩效应、热压缩效应以及电弧自身的电磁压缩效应下，使等离子弧具有能量密度更加集中、温度更加高、焰流速度更加大，而且刚直性更好的特点。 鉴于等离子弧的以上特点，等离子弧焊接相对于钨极氢弧焊而言，具有以下优点。 (1)电弧能量密度大，熔透能力强，因此焊缝深宽比大，截而积小; (2)焊接速度快，薄板焊接变形小，厚板焊接时热影响区窄; (3)电弧方向性强，挺度好，稳定性好，电弧容易控制;(4)钨极内缩在喷嘴内部，不能与工件接触，可以杜绝焊缝夹钨，焊缝质量高;(5)可以产生稳定的小孔效应，通过小孔效应，可

17、以正而焊接获得良好的单而焊双而成形。 等离子弧焊接的缺点: (1)焊接时需要保护气和等离子气两股气流，使焊接过程控制和焊枪结构复杂化;  (2)焊接过程中，需控制的工艺参数较多，对焊接操作人员的技术要求较高，尤其是程序化控制的自动等离子弧焊接。 4等离子弧焊工艺方法的新发展 近年来，为适应不同焊件的工艺要求，等离子弧焊工艺方法得到了很大的发展，并开发出了多种等离子弧焊工艺方法。它们已在各工业部门得以推广应用。     4.1 微束等离子弧焊 微束等离子弧焊亦称微弧等离子焊，其

18、常规的焊接电流范围为0.125A,以产生直径很细的等离子弧而得名，可用于壁厚范围为0.011.5mm的箔材和微型零部件的焊接。微束等离子弧焊作为一种精密焊接法广泛应用于检测仪表和微电子器件制造行业。微束等离子弧焊最大的特点是可在极低的电流下（最小极限电流为25mA）维持稳定的电弧，甚至可以用来焊接几克重的微型零件，且可保证优异的焊接质量。在许多应用场合，微束等离子弧焊由于设备投资低，其技术经济指标优于激光束焊，已成为一种值得大力推广的经济、精密的熔焊方法。 4.2 锁孔型等离子弧焊 锁孔型等离子弧焊亦称穿透型等离子弧焊，它是利用高速、高温的等离子气流将焊接熔池穿透

19、，并在底部形成小孔，随着等离子弧的前移，焊接熔池利用其本身的表面张力将小孔熔合，形成酒杯状焊缝横截面形状。这样可以一次行程完成单面焊双面成形的焊缝。在焊接不锈钢、高合金耐热钢、镍基合金和钛合金时，焊缝正反面均能达到令人满意的成形，外表均整美观。目前已成为上列材料焊接的首选焊接工艺方法，在某些工业发达国家，对于质量要求较高的不锈钢压力容器主焊缝，甚至在产品施工图样上强制性规定必须采用等离子弧焊。可见，锁孔型等离子弧焊已被该领域的工程技术人员公认为最先进的优质焊接法，并已取得成熟的生产经验， 4.3 熔透型等离子弧焊 熔透型等离子弧焊的工作原理与锁孔型等离子弧焊的区别

20、在于：适当减少离子气的流量，并扩大喷嘴孔道直径，以降低等离子弧的压缩程度和穿透能力，产生一种所谓弱等离子弧。焊接过程中，焊接熔池的形成主要借助等离子弧热传导。熔透深度的控制则通过调整能量参数（焊接电流、焊接速度）来实现。熔透型等离子弧焊的特点是可在相当宽的焊接电流范围内（25500A）良好地操作。此外，等离子弧的稳定性和弧柱温度大大高于TIG焊，因此,可以相当快的速度（大于60m/h）完成焊接过程，并保证焊缝的高质量。熔透型等离子弧焊已在制管、电工、电子器件、过滤器、航空器械、船舶和核能装置部件等制造行业得到广泛应用，并取得了可观的经济效益。 4.4 直流脉冲等离子弧焊&#

21、160;为将锁孔型等离子弧焊也能适用于全位置焊， 开发了焊接电流和离子气流量同步脉冲的直流脉冲等离子弧焊（脉冲频率120Hz）。这样，如同脉冲TIG焊一样，可按要求严格控制焊接热输入量，从而保证在立焊、仰焊位置亦能使焊缝良好地成形，大大提高了锁孔型等离子弧焊的工艺适应性，满足了许多大型焊件和管件在安装位置焊接的需要。在食品、饮料加工、石化工业中需建造大量大直径薄壁容器和贮罐，由于这些薄壁容器的刚度很小，不适宜于卧式组装和焊接，而必须采取立式组装，这就要求在立焊位置焊接筒体的纵缝，在横焊位置焊接环缝，直流脉冲等离子弧焊在该制造行业已推广应用。 5结论及展望 等离子弧

22、焊接技术发展至今仅仅经历了60余年，其最初在航空航天工业中得到重视，并且应用逐步加强。随着石油工业、汽车工业以及核电工业的发展，对于具有高焊接质量的等离子弧焊接技术将会得到更加广泛的应用。 随着高端装备制造工业的快速发展，等离子弧焊接技术将会有更大的提高和更快的发展。等离子弧焊接的电弧能量密度大，熔透能力强以及电弧方向性强，焊接速度快，效率高的特点将会得到更充分地发挥。在再制造技术领域中，由于先进技术方法的应用，程序化控制的自动等离子弧焊接技术，不仅进一步提高了焊接效率，并且大大提高了焊接质量，因此，作为等离子弧焊接技术的发展方向，程序化控制的自动等离子弧焊接技术在再制造工业中必然会

23、得到更广泛的应用。电子束焊综述1.电子束加工的研究现状及其发展趋势  电子经过汇集成束。具有高能量密度。它是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压（25-300kV）加速电场作用下被加速至很高的速度（0.3-0.7倍光速），经透镜会聚作用后，形成密集的高速电子流。.电子束焊是用会聚的高速电子流轰击工件，将 电子束动能直接转化为热能，实现焊接。电子束焊 正因为它的高能量密度，焊接速度快，加热范围窄， 热影响区小，加热冷却速度极快等优点而受到越来 越广泛的应用。由于电子束加热过程贯穿整个焊接 过程的始终，一切焊接物理化学过

24、程都是在热过程 中发生和发展的。焊接温度场决定了焊接应力场和 应变场，还与冶金、结晶、相变过程密不可分，使之成 为影响焊接质量和生产率的主要因素。因此，有必 要对电子束焊温度场进行研究，这也是进行焊接冶 金分析、应力应变分析与对焊接过程进行控制的基础。  电子束焊接作为一种高能束加工方法，在生产应用中具有重要地位。电子束焊温度场决定了焊接应 力场和应变场，是影响焊接质量和生产率的主要因素。介绍了电子束焊温度场模型，在分析了点热源、线热源模型 的基础上，指出点热源模型仍是研宄焊接温度场的基础，同时介绍了其它

25、几种考虑电子束小孔效应的温度场模型。 讨论了计算温度场的热源模式，给出以高斯函数分布和双椭圆体能量密度分布的两种热源模式。列举了热物理参 数、相变潜热、熔池流动等影响温度场的因素。认为基于解析解法的复杂性和计算机的飞速发展，数值解法将在温 度场研宄中发挥更加重要的作用。电子束焊温度场模型对于焊接热过程的研究早在40年代就已经开始。Rosenthal分析了移动热源在固体中的热传导。之后，苏联的雷卡林又进行大量的工作。建立了如下的数学物理模型： （1)热源集中于一点、一线或一面； （2)材料无论在何温度下都是固体，无相变； （3材料热物性

26、参数不随温度变化； （4焊接物体的几何尺寸是无限的。 然而这些都是系统性的论述我们应该在此基础上论述此技术在某些领域的应用，及其原理方法首先电子束焊热源模式焊接热过程的准确性在很大程度上依赖于建立 合理的热输入模式。在高能束焊中用于预测温度场 的最广泛的模型是点热源和线源模型，尤其是点源 模型是迄今为止焊接温度场分析的基础。但是电子 束焊作为一种高能束焊与普通电弧焊有明显的不 同。电子束焊中束孔的形成，使得焊接加热方式发 生了很大的变化。其主要的的公式原理来源： 2.高斯分布热源模型 高斯函数的

27、热流分布是一种比点热源更切实际 的热源分部函数，应用广泛，它将热源按高斯函数在 一定范围内分布，以往建立的许多温度场模型中都 采用了高斯分布这种热源分布模式，其函数为8:q(r) = 3Q exp ( 3r2/a2)Kaa)式中，（r)为半径r处的表面热流；为热流分布 函数；Q为能量功率；r为距热源中心的距离。电子 束功率并非总是满足高斯模式，有些研究者在高斯 模式基础上对其加以改进，增加电子束斑点加热中 心区的比热流，相应改变加热边缘的比热流，同时保 持热源输入的

28、总能量与高斯模式相同。    随着世界制造业的快速发展，焊接技术应用越来越广泛，焊接技术水平也越来越高在飞机制造领域，作为下一代飞机制造的主要连接 方法，先进焊接技术替代铆接技术已经成为了趋势电子束焊接主要用于变速箱齿轮、行星齿轮框架、后桥、汽缸、离合器、发动机增压器涡轮等部件的焊接目前各国在飞机制造、航空航天等领域广泛使用这几项技术。尤其 在飞机制造领域，作为下一代飞机制造的主要连接方法，先进焊接技术 替代铆接技术已经成为了趋势。首先是航空航天材料的革新。高性能、 多功能、复合化和高环境相容性是未来航空材料的发展

29、趋势。随着科技 的发展和对飞机、太空船等使用要求的提高，飞机机体和发动机材料结 构经历了 4个阶段的发展，正在跨人第五阶段即机体材料结构为复合材 料、铝合金、钛合金、钢结构（以复合材料为主)、发动机材料结构为高 温合金、钛合金、钢、复合材料。飞机制造中采用了各种焊接技术。焊 接结构件在喷气发动机零部件总数中所占比例已超过50%,焊接的工作 量已占发动机制造总工时的10%左右。在汽车制造领域的应用电子束焊接主要用于变速箱齿轮、行星齿轮框架、后桥、汽缸、离 合器' 发动机增压器涡轮等部件的焊接。焊接热

30、处理强化或冷作硬化的 材料是接头的力学性能不发生变化。同时，可以焊接内部需保持真空度 的密封件、靠近热敏元件的焊件、形状复杂且精密的零部件，也可以同 时施焊具有两层或多层接头的焊件，这种接头层与层之间可以间隔几十 毫米。激光焊技术主要用于车身拼焊、框架结构和零部件的焊件。激光 拼焊是指在车身设计制造中，根据车身不同的设计和性能要求，选择不 同规格的钢板，通过激光裁剪和拼装技术完成车身某一部位的制造。 焊接作为一种传统技术又面临着21世纪的挑战。一方面，材料作为 21时间的支柱巳显示出：5个方面的变化趋势，即从黑色金

31、属向有色金 属变化；从金属材料向非金属材料变化；从结构材料向功能材料变化； 从多维材料向低维材料变化；从单一材料向复合材料变化。新材料的连 接对焊接技术提出了更高的要求。另一方面，先进制造技术的蓬勃发展， 正从信息化、集成化、系统化、柔性化等几个方面对焊接技术的发展提 出了越来越高的要求。先进焊接技术将逐步实现上述要求，提升整个制 造业水平。国外最早先将电子束焊接技术广 泛应用于飞机发动机核心机部件的制造，如美洲虎攻击机的阿杜尔涡扇 发动机钛合金压气机转子采用了 7条环形电子束焊缝; 作为一种精

32、密焊接工艺，电子束焊接广泛用于航空航天工业多种零部件 的加丁.中，如飞机的结构件（起落架、框、腹鳍等）和发动机转子部件、 燃烧室机匣髙压涡轮组件以及航空继电器及波纹管的焊接等。现在，电 子束焊接技术已经成为大型飞机制造公司的标准配置，是制造飞机主、 次承力结构件和机翼骨架的必选技术之一，也是衡量飞机制造水平的一 把标尺。 结束语 到目前为止电子束焊的理论建模以解析模型居 多，这些模型基本上都是在一些假设基础上进行的。 因此，只是在一定程度上揭示了电子束焊熔池的热 力学、动力学特性。尽管如此，因热

33、物性参数实际是 温度的函数，是一个高度非线性问题，解析求解常常 是非常困难的。由于计算机的迅速发展，数值解法 已经越来越多地受到人们地重视，它对实际问题有 很大的适应性，一般稍复杂的热传导问题，几乎都是 通过数值解法求解。许多大型有限元分析软件开发 成功，使有限元方法在温度场计算日益增多，但需对 它们进行二次开发，在有限元模型中实现对流增强、 热物性参数随温度变化以及相变与温度场的耦合。 对电子束焊物理机理有清晰透彻的了解，才能 给出正确的物理模型，进而给出可靠的数学模型。 因此，电子

34、束焊温度场研究还将在以下方面进一步 开展研究工作:搞清楚电子束与材料的相互作用，建 立合适的束孔能量吸收模型；考虑熔池内液态金属 以对流为主（也有液态导热）的传热过程和熔池外以 导热为主的传热过程；丰富材料在高温时热物性参 数和性能数据，在高温时特别是接近熔化时材料参 数很难获得，所以许多材料的高温热物性参数一般 是通过已有的数据外推获得；改进温度场测量方法 及设备来检验计算结果。 随着电子束的应用日益广泛，必将推动电子束 温度场研究发展，为生产实际提供强有力的理论依 据。其实电子束虽

35、然发展时间不长应用领域已经很广泛医疗领域也已经有所涉及比如：呈现剂量测定的研究和评价剂量交付给皮肤肿瘤采用二极管检波器总电子疗法(TSET)。方法:总皮肤电子辐照(TSEI)技术被用于治疗十患者组织学证实蕈样根据斯坦福分期系统放射治疗部门,国家癌症研究所,埃及开罗大学。高剂量率较低的电子束电子能5伏从西门子直线加速器被用于治疗。还有增减材制造即现在时兴的3D打印技术，其电子束扫描速度之快，有些技术都无法企及，所以其未来的应用领域必将是极为广阔的，焊接技术领域的应用上面所述已经甚详，不在综述，还有些领域不是很成熟，不过事业还是很广阔的，需要我辈的不懈努力。高频感应焊综述1 高频感应焊的发展高频加

36、热已经广泛应用于金属的热处理、熔炼、焊接等方面。感应焊是利用交变磁场一电场感应场中工件上的涡流效应加热工件，使工件熔化，从而实现焊接的一种方法。焊接设备由交流电源和感应加热圈组成。交流电源按其频率不同分为高频和中频，高频电源由于频率高，加热迅速，应用广泛。感应圈是感应加热设备的重要元件，交流电源的能量是通过它传递给焊件而实现加热的，通常用紫铜管制作，工作时管内通水冷却。感应圈可以根据不同的需要设计成合理的结构，对于保证焊接质量和提高生产效率有重大的影响，常见的结构形式有单式、多螺管式、扁平式、外热式、内热式等。感应加热电源早在20世纪50年代就已经出现，当时主要有：工频感应炉、中频发电机组、电

37、子管振荡器式高频电源。20世纪50年代末硅晶闸管的出现引发了感应加热电源技术的一场革命，感应加热电源及其应用得到了飞速的发展。到20世纪80年代，IGBT开关器件的发明使感应电源的频率可高达100kHz，功率达MW级。2 高频感应加热原理和特点 2.1高频感应加热原理将工件放入感应器（线圈通常使用紫铜管制作而成）内，当感应器通入一定频率的交变电流，周围即产生交变磁场。交变磁场的电磁感应产生即性瞬间变化的强磁束，将金属等被加热物体放置在感应圈内，磁束就会贯穿整个被加热物质，在被加热物质内部与加热的电流相反的方向产生很大的涡电流，由于被加热物质内的电阻产生焦耳热，使物质本身的温度迅速上升，这就是感

38、应加热的原理。感应加热原理图高频感应加热是利用高频感应设备产生的高频磁场在磁导材料表面的法拉第电磁效应和焦耳效应在材料表面产生涡流，利用涡流产生的热能加热材料。在线圈的交变磁场中导体内所产生的感应电流(单位：A)为式中B为磁感应强度(单位：T)；S为工件受磁场作用的横截面积(单位：cm2)；为交流电频率(单位：Hz)；N为感应线圈的匝数；Z为工件的阻抗(单位：Q)。2.2 高频感应加热特点表面效应（集肤效应）：由于焦耳效应，涡流在金属材料中产生的热与金属的电阻、感应电流的关系式为Q=I²RT 由此可知，产生的热量Q与频率门的平方成正比，所以高频感应的频率越高，加热的速度越快。当直流电

39、通过导体时， 电流在导体截面上的分布是均匀的，但是当交流电通过圆柱导体时，电流分布是中心密度小，越接近表面密度越大，当电流频率相当高时，导体的中心可以没有电流，而全部集中在导体的表面，这种现象称为高频电流的表面效应。涡流是由进入工件的交变磁场引起的，而磁场从工件的表面到心部也是按指数曲线衰减的，因此，涡流的最大值集中在工件的表面，这也是表面效应。涡流的理论透入深度为：式中：材料电阻率， 为导磁率， 为电流频率。邻近效应：两邻近的导体，例如两汇流排或感应线圈与被感应应加热的零件，在有电流通过的情况下，由于电流磁场的相互作用，在导体上的电流将重新分布，这种现象被称之为邻近效应。圆环效应：圆环形导体

40、通入高频电流（或中频）交流时所产生的磁场在环内集中，环外分散，环内的磁通不仅穿过环外空间，同时也穿过环形导体本身，这样就使环形导体外侧交链的磁通多于内侧，于是环形导体外侧产生较大的感应电动势，迫使电流在环形导体内侧的电流透入深度中流过，这种现象称为高频电的环形效应。在感应加热装置中，感应线圈和工件通常是同心安置，由于导体和工件上的电流方向在任一瞬间都是相反的，所以电流都集中在感应线圈的内表面和工件的外表面上，工件外表面最先受热升温2.3 感应加热的频率用于感应加热的电源频率范围很大，可从50赫兹到几兆赫兹，选择频率的重要依据是加热频率和温度分布，其次是考虑各种加工工艺（如淬火，焊接）对电流频率

41、的一些特殊要求。熔炼透热加工工艺要求加热温度均匀；而淬火要求满足淬应层深度，在此基础上，要求淬应层深度内加热温度均匀。对于熔炼还要考虑功率和搅拌力。再者频率高的电源较频率低的电源价格高，功率大的电源价格高，为此选择电源频率及功率成为一项技术经济指标。2.4 高频感应加热焊接的特点(1)加热速度快、生产效率高。高频感应加热单位功率高达5001 000/ kW²，所以加热速度极快，大面积焊接所需时间只要几秒，可大大缩短焊接时间，提高生产率，降低生产成本。(2)热影响区小、对基体损伤小。高频感应加热的集肤效应使得待焊工件的加热深度很浅，甚至可以达到零点几毫米，仅仅依靠工件传热向芯部导热，工

42、件任一点在进入感应器内时，被急剧加热到融化温度，离开感应器就进入急剧冷却状态，几乎没有保温时间，加热时间极短，所以热影响区很小，基本不会损伤基体。另外，氧化皮生成极少，即使在空气中加热，坯料表面的氧化、脱碳也非常少。(3)避免或减少界面脆性化合物的形成，焊接接头力学性能优异。由于感应加热速度快、能量集中、冷却时间短，获得的奥氏体晶粒细，所以感应加热的工件具有非常好的金相组织。用于异种金属焊接则因加热时间极短可以减少界面脆性化合物的形成，能够有效地提高焊接接头的力学性能。(4)实现复杂界面的焊接。感应器加热头可以根据不同工件的加热需要设计成相应的形状，而极短的加热时间能够实现局部加热，加热区温度

43、迅速建立，温度过渡区较窄，这样感应器能够沿着复杂界面移动从而实现复杂界面的焊接。另外，高频感应加热焊接还具有节能、可重现性、易于自动化生产等优点。不足之处是加热温度不易准确控制，且产生的电磁场对人体危害较大。3 高频感应加热设备高频电源和感应加热器组成。要获得理想的接头，首先就要选择优良的电源和感应器。3.1 高频感应电源目前高频感应电源主要为IGBT、MOSFET等类型电源，感应设备向微型化、模块化、集成化方向发展。国内外生产感应电源公司很多，其中，美国AMERITHERM公司,RF 电源很有特色。3.2 感应圈设计感应加热是利用感应器进行的，感应器的形状及其与工件之间的相互位置，强烈地影响

44、着工件的加热质量和效率。因此，要求感应热处理工作者对感应器的形状和尺寸作出精心的设计和选择。在选择感应其形状结构与尺寸时，必须注意考虑以下因素：工件被加热部分的形状、尺寸和位置，确定感应器的类型、有效导体的形状和尺寸以及附属夹具的形状等。感应加热电流的频率， 确定感应器载流导体的厚度。感应加热电源的功率容量和电压等级等，确定感应器的最大电流密度和阻抗大小，进而确定感应器的结构形式和冷却方法（冷却水和淬火介质）。 3.3感应器形状参数的选择 感应器的形状参数如图1所示。间隙间隙是指有效圈内表面至零件侧表面之间的距离，常用来表示。间隙是感应器设计中的一个重要参数。由感应加热原理可知，越小，感应器效

45、率越高。有资料介绍，当增加1 倍时，输送给零件的功率下降58.3%；增加2倍时，功率下降75%。间隙增大从而降低感应器效率的重要原因是漏磁通增加， 感应加热的能量就是靠磁通传递的。间隙也不能太小，其原因有三个：第一，间隙太小，将增加零件对感应器的磨损；第二，间隙太小，将造成零件与感应器之间打火放电，将零件和感应器打坏或烧熔； 第三， 间隙太小，在零件淬火时易产生点状裂纹，增大间隙，裂纹情况则明显好转。间隙的具体数值应根据工件的具体形状及加热要求确定。有效圈厚度b有效圈厚度的选择要考虑以下几种因素：电流在有效圈中的透入深度；有效圈要有足够的强度，保证在电磁力及零件和附属重力作用夹具下不变性，不损

46、坏；加热过程中的冷却情况等。根据上述因素可用以下两个经验公式：有效圈高度Hi：轴类零件中间有淬火长度Lz时，有效圈的高度要大于淬火区Lz，这是因为淬火加热时淬火区两端的冷金属要吸收热量，影响淬火区长度。一般，中频感应器用式子：Hi=（1.11.3）Lz感应加热是利用感应器进行的，感应器的形状及其与工件之间的相互位置，强烈地影响着工件的加热质量和效率。因此，要求感应热处理工作者对感应器的形状和尺寸作出精心的设计和选择。在选择感应其形状结构与尺寸时，必须注意考虑以下因素：(1)工件被加热部分的形状、尺寸和位置，确定感应器的类型、有效导体的形状和尺寸以及附属夹具的形状等；(2)感应加热电流的频率，确

47、定感应器载流导体的厚度；(3)感应加热电源的功率容量和电压等级等，确定感应器的最大电流密度和阻抗大小，进而确定感应器的结构形式和冷却方法(冷却水和淬火介质)。4 异种金属焊接的特点和方法金属材料的品种众多，优缺点各不相同。为了充分发挥不同材料的优势，现代工业中常常要求异种金属连接使用，这对于提高材料使用性能、有效利用金属资源具有重要意义。铝及其合金的密度低、比强度高，加之耐腐蚀性、导电性、导热性优良，以及良好的可加工性和可回收性、储量丰富、价格便宜等特点，已成为一种重要的轻金属结构材料。对于要求结构轻型化和低成本设计与制造的交通工具，铝合金正广泛应用于高速船舶、汽车、航空航天和其他一些金属结构

48、。例如高速巡逻艇和豪华游艇大多采用主船体为钢质结构，上层建筑为铝合金结构。为了实现铝合金结构与钢结构的有效连接，对钢一铝异种金属的焊接研究具有重要的意义。铜及其合金的高电导率和热导率、易于成型以及适当的机械性能等优良特性使其成为在工程上广泛应用的一种重要有色金属材料。但是铜，尤其是工业纯铜，同时存在强度低、硬度低、抗氧化性差、耐磨性不高等不足，使其应用范围受到限制。铜与钢、铜与铝等异种金属的连接使用能有效改善上述不足。目前异种金属的连接主要包括铝一钢，铝一铜，铝一钛，铜一钢，铜一钛等。异种金属由于物理化学性能的巨大差异使熔化焊接困难：熔点相差悬殊；线膨胀系数、热导率和热容量相差很大，容易导致热

49、应力而产生裂纹；界面过渡区易形成脆性的金属间化合物；有些金属如铝、钛表面容易生成难熔的氧化物膜，会在焊缝中形成夹渣。因此，采用传统的熔焊方法难以实现异种金属的有效焊接。目前异种金属焊接主要采用激光焊、摩擦焊、爆炸焊、扩散焊、钎焊等。激光焊能量集中，热输入量小，冷却速度快，焊接质量较好，但设备投资巨大，难以推广。摩擦焊和爆炸焊接头的形状受到限制。爆炸焊采用瞬间焊接，限制了脆性化合物的生成，且界面平整、结合牢固，目前钢一铝焊接主要采用爆炸焊接。例如，南华高速船舶工程股份有限公司制造的高速船主要采用法国Nobel爆炸公司制造的钢一铝过渡接头131。但爆炸焊容易引起母材的变形，且生产效率低，成本高。扩

50、散焊工件受限且耗能耗时，效率低。钎焊是异种金属焊接的主要方法，它可以避免异种金属因成分、性能不同造成的熔化焊接困难，焊接选择温度范围广泛，焊件的应力和变形小，可完成复杂形状、不同金属甚至金属与非金属的焊接。缺点是焊接接头强度一般比较低。根据钎焊方法的不同又可分为火焰钎焊、电阻钎焊、感应钎焊、炉中钎焊等。5 结论(1)高频感应焊具有加热速度快、热量集中、易于实现自动化的特点，其集肤效应使得热影响区小，对基体损伤小。(2)异种金属连接复合使用越来越广泛，但由于物理化学性能的巨大差异导致其熔化焊接困难，高频感应独特的特性可实现异种金属的钎焊和熔覆焊，接头形成冶金结合，焊接质量高。(3)采取适当的焊接

51、工艺，合理控制焊接温度和时间，使用高频感应加热可实现异种金属直接的熔一钎焊。(4)焊剂具有溶解被焊母材表面的氧化膜，防止被焊母材的再氧化，降低熔融焊料的表面张力，保护焊接母材表面的作用。(5)感应熔覆具有加热速度快，生产周期短，熔覆层的厚度可控等特点。熔化极气体保护焊综述熔化极气体保护焊（GMAW）以其高效、节能和便于实现自动化等特点，在激烈的市场竞争中显示出强大的优势。因此，已在各种熔焊方法中居主导地位。据90年代初的统计，在许多发达国家中，按熔敷金属量计算，采用熔化极气体保护焊的已经占70%以上，其中日本、德国等都已达到,#-以上，而手弧焊的比例已经降至"#-。我国也将推广熔化极

52、气体保护焊列入“八五”和“九五”规划中。进入90年代后，随着工业生产的发展和市场竞争的日趋激烈，各生产厂家为增强市场竞争能力，对提高生产效率，降低产品成本的要求变得更加强烈。焊接作为工业生产的重要环节，其效率的提高对提高总的生产率有着举足轻重的作用。在自动化技术、人工智能理论等相关学科的长足发展为提高焊接生产效率提供了充足的外部条件的同时，焊接方法自身生产效率的提高成为影响焊接生产效率提高的主要因素。对于自动化、半自动化焊接和机器人焊接中应用最为广泛的GMAW方法，便显得尤为突出。因此高效焊接方法的研究将成为今后焊接工艺研究的热点之一。高效焊接方法包括高速焊和高熔敷率焊两种焊接方法。其中，高速

53、焊用于薄板焊接，高熔敷率焊用于厚板焊接。下面将对这两种焊接方法分别予以介绍。1.高速焊1.1高速焊特点及应用前景高速焊与传统GMAW相比，最大的特点体现在焊接速度上，国际上比较成熟的高速焊工艺均采用实心焊丝以CO2作为保护气体，即高速CO2焊。常规CO2焊焊接速度为0.3-0.5m/min，高速焊可达1-4m/min，为常规CO2焊焊接速度的3-8倍。在保证焊接质量的同时，大幅度提高了焊接效率。常规CO2焊作为一种高效（是手弧焊的3-5倍）、节能的焊接方法已广泛应用于汽车、集装箱等薄板为主的焊接量较高的工业中。这种焊接方法在国民经济中占有重要地位。在我国，CO2焊占焊接工作总量的15%左右，为

54、工业发达国家的1/5-1/3，有十分广阔的发展空间。可以说，开展高速CO2焊研究工作对国民经济的发展起着重要作用。1.2 常规焊接方法常规焊接方法用于高速焊接时存在的问题常规焊接方法在提高焊接速度时会带来一些与常规速度焊接时不同的问题。其中最主要的是焊缝成形差，出现焊道咬边的现象，进一步提高焊接速度会出现所谓“驼峰”焊道，甚至造成焊缝不连续。正是由于这一因素的制约，常规熔化极气体保护焊的焊接速度不能超过1m/min，而在实际生产中则更被限制在0.5m/min以内。所以，如何解决高速焊接时焊缝成形差的问题，是大幅度提高薄板焊接生产效率的关键。近年来，各国工业界和相关领域学者纷纷从焊接材料、焊接工

55、艺和焊接设备等各个方面探索解决这一问题的方法。1.3研究现状薄板焊接，一般不采用多层焊接，因此提高焊接效率的主要出发点应是保证焊接质量的同时，提高单道焊接速度。为此，国内外学者从多方面进行探索以期实现高速焊。目前已经取得了很大进展。改变保护气体成分对提高焊接速度会有一定的作用，其中比较成功的是瑞典的AGA公司的rapid arc焊接法。它采用高速送丝、大干伸长和低氧化性气体mison8（该公司专利产品），增强了熔池润湿性，因而焊缝与母材过渡平滑，并且焊缝平坦，可在1-2m/min的速度下进行焊接而不出现成形缺陷，这种焊接方法已经在欧洲得到成功推广。在焊接设备方面多采用双丝甚至多丝的MAG焊接方

56、法。日本研究者藤村告史开发的多丝焊方法的系统示意图如图!所示。它采用同一个焊枪同时输送多条焊丝，各焊丝之间相互绝缘，可用药芯焊丝和100% CO2保护，也可用实芯焊丝和80%Ar + 20% CO2保护。其问题是如各焊丝分别采用隔离的电源，则设备投入过大，且应用不便。如采用同一电源供电，则会带来新问题，一是如果电源和送丝系统不够稳定，则各电弧的电流和电压会不等，这样可能会造成电弧失去自调节能力，另外，各焊丝上燃烧的电弧之间存在强烈的电磁力，会造成电弧不稳，飞溅大，焊缝成形不好，失去多丝焊意义。为解决这一问题，藤村采用了电流相位控制的脉冲焊接方式，电弧在三个焊丝上轮流燃烧，可以保证电弧的挺直性，

57、使焊接过程稳定，另外，通过调节各焊丝之间的位置关系及其与焊接方向的夹角，可以改变能量分布，保持熔池平静，从而减小产生咬边、驼峰等成形缺陷的倾向。采用这种焊接方法成功地进行了角焊缝的高速焊接，焊接速度达到1.8m/min。双丝焊综述近年来, 航空航天、交通运输、海洋工程等工业的发展, 极大地推动了焊接技术的发展。伴随着产品、材料、使用条件的多种多样, 对焊接质量的要求越来越高, 因此如何用优质、高效的焊接技术来满足当前的需要, 是焊接工作者面临的任务。提高焊接生产效率和焊接质量、实现焊接自动化生产、减少焊接缺陷成为实际生产的迫切要求。焊接生产率的提高主要有两个方面:一是薄板焊接时焊接速度的提高;二是中、厚板焊接时熔敷率的提高。双丝焊因具有焊接速度高、焊丝熔敷率高、焊缝质量好等优点而受到各国焊接学者的关注, 因此其应用越来越广泛, 对其研究也越来越多。 双丝焊作为一种高效率的焊接方法越来越被人们关注。对于多丝焊的研究国内外都是从双丝埋弧焊开始的 。双丝埋弧焊最早应用于1948 年。双丝埋弧焊包括单电源双丝和串列