电子束与激光比较

电子束焊接与激光焊接的比较一、前言、增加产品竞争力的有力工具。50年月，10年后激光器诞生，激光加工技术的争论与应用随即开放。电子束与远高于其他热源。同时，他们与材料的作用原理也极其相近。二、电子束与激光加工的原理电子束加工〔electronbeammachining，EBM〕是在真空条件下，利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦后106～109W/cm2的极细束流，高速〔光速的60%~70%〕冲击到工件外表，并在极短的时间内，将电子的动能大局部转换为热能，形成“小孔”效应，使工件被冲击部位的材料到达几千摄氏度，致使材料局部熔化或蒸发，到达焊接目的。过光学系统将激光束聚焦成尺寸与光波波长相近的微小光斑，其功率密度可达105～1011W/cm2，温度可达一万摄氏度，将材料在瞬间熔化和蒸发。孔”身后的材料快速冷却凝固成为焊缝。与传统焊接技术比较，激光焊接与电子束焊接都具有更多优异的特性。 能量密度高〔105W/cm；焊接速度高〔5~10/分钟；热影响区窄〔热流输入少、工件变形小；易实现自动掌握、可在线检测焊缝质量；非接触加工、无后续加工。三、电子束与激光焊的性能比较至今，电子束焊经过不断进展已经成为一种成熟的加工技术，无论是汽车制造，还是航空航天，都起着举40领域，大有取代电子束加工的势头。但实践证明，激光和电子束作为高能量密度热源，除了具有很多一样技术特点外，在技术和经济性能上，针对不同的应用场合，仍有各自不同的特点。焊接工艺 精度 变形 热影响 焊缝质量 深宽比 电子束焊 周密 小 小 好 20:1 需要真空激光焊 周密 小 很小 好 10:1 可选保护气体电子束焊接的优点是相当突出的：电子束的能量转换效率格外高80%~90%，可以研制出很高功率的大型焊接设备〔600kV300kW的超高压电子束焊机已问世； 电子束焊接的焊缝很细，其深宽比很简洁到达10:1，甚至是20:1〔最报道显示：日本在焊接200mm70:1； 电子束的可控性更好，甚至可以在工件内部形成曲线孔径；电子束对不同材料、特别材料的焊接更简洁。固然，电子束的缺点也格外明显：子束焊，是重要的争论方向；〔目前用于齿轮焊接的单台电子束设备循60秒以内；有磁偏移：由于电子带电，会受磁场偏转影响，故要求电子束焊工件焊前去磁处理；X射线问题：X射线在高压下特别强，需对操作人员实施保护；对工件装配质量要求严格，同时工件外表清洁的要求也较高。相比较于电子束焊，激光焊接的优点是：激光焊不需真空室和对工件焊前进展去磁处理，它可在大气中进展，也没有防X射线问题，所以可在生产线内联机操作，也可焊接磁性材料。另外，激光焊接的循环时间大大低于电子束焊接〔很简洁做到30秒以内。激光焊接实际上已取得了电子束焊接20年前的地位，成为高能束焊接技术进展的主流。但是，受到技术进步的局限，激光焊接比电子束焊接还存在肯定的弱势。 30%； 20KW10mm； 50000本钱。但是，要想获得抱负的焊接质量保护气体是不行少的，这也造成加工本钱的增加； 10:1〔4~6mm，故这个深宽比还比较适用，不适合大厚度工件的焊接；段，才能到达较抱负的焊接效果。四、电子束与激光焊的经济性比较电子束技术的进展已经相当成熟，大功率、超大功率电子束焊接设备的进展相当快，而且已经具备了相当有用的价值。激光技术受到能量转换率较低及其他技术障碍，使得激光焊接的功率还不能大幅提10KW，更高功率的激光器，本钱的增加格外快，实际应用价值还较低。在欧美国家，同等功率〔3~5KW〕的电子束焊接设备与激光焊接设备的价格根本相当，而激光焊接的高效率、敏捷性〔不受真空室限制〕和便于集成到生产线中的特性，使得激光焊接设备在汽车制造中的应用增长速度大大超过电子束焊接设备。〔千瓦以上1/3左右，有明显的性能价格比优势。因此，国内的电子束焊接设备应用远远超过激光焊接设备。但是，在汽车生产中，大批量高效率成为汽车制造企业追求的目标。而国产的电子束焊接设备，一般不具满足生产的需求。综合比较下来，其经济性也大打折扣。五、电子束和激光焊接的应用现状及前景焊接中具有不行替代的地位。特别是：发电设备、石化设备、矿山机械、重型汽车、航空航天器、原子能设备和造船工业等领域，电子束焊接仍旧是首选的技术方案。典型的应用是焊接反响堆基体和汽轮机转子300mm以上。金、银、铜、铝等难于激光焊接的材料。例如，电子器件中的无氧铜零件、大电流的铜排、铜钨触头和大马力柴油机的铝活塞等，都能得到高强度、大熔深的焊接接头。为了使大功率电子束焊接更好的用于大型工件，与大功率电子束同步进展的是大型真空室、局部真空及非室虽然造价昂贵，但大功率电子束焊的优异焊接性能和极高的焊接速度，可使综合本钱〔包括设备投资及运行费用〕反而比传统的焊接方法低。据估算，当焊深超过50mm时，电子束焊接的本钱即可低于窄间隙150mm时，电子束焊接的综合本钱就只有窄间隙焊和埋弧焊的1/2～1/3。大型真空室多数用于焊接航空航天器中的机匣、涡轮盘、机翼大梁和发电设备中的汽轮机隔板之类产量不大而价值很高的产品，这些产品对焊接要求往往格外苛刻，例如汽轮机隔板单次焊深可150mm以上，而焊缝所在的围带又很窄，极易变形。在汽车制造领域，焊接的深度大局部在10mm以下，这为激光焊接的应用供给了最好的空也从齿轮焊接、传动系统零件焊接，到车身焊接、底板不等厚钢板焊接、车门焊接等各个领域。近年来，随着激光器制造水平的提高，本钱相对降低，大功率激光器的应用增加，这一点很明显地表现在汽车变速器齿轮的焊接上，除日本外，美、德、法、意等国均大量承受激光取代电子束焊。前几年齿轮激1～2kW6kW左右的横流CO22～3kW9kW的横流CO2激光器。生产率的提高抵消了设备投资的增加。例如，克莱斯勒公司现在就有24台激光器用于生产，其变14kW13秒左右。电子束焊接一支研制生产的技术队伍，能为国内市场供给小功率的电子束焊机。近年来，消灭了关键部件〔电子枪，高压电源等〕引进、其它部件国内配套的引进方式，这种方式的优点是：设备既保持了较高的技术水平，又能大大降低本钱，同时还能对用户供给较完善的售后效劳。北京航空工艺争论所以此方式为某航空厂实施设备的总体设计和总成，实现了某重要构件的真空电子束焊接；桂HDG(Z)-6型双金属带材高压电子束连续自动焊接生产线，该机6kW0～15m/min，从而使我国挤身于世界上能生产这种生产线的几个国家之一。激光焊接心、中国大恒激光工程公司、上海团结百超数控激光设备等，主要生产千瓦级的CO2激光设备和1YAG激光设备。激光—电弧复合热源的应用、激光堆焊、超级钢焊接、水下激光焊接、宽板激光拼焊〔TailoredBlankLaserWeldin、填丝激光焊、铝合金激光焊、激光切割质量掌握等。从事激光焊接争论比较多的主要有华中理工大学、国家产学研激光技术中心、清华大学、哈尔滨焊接争论所、北京航空工艺争论所、哈尔滨工业大学、西北工业大学等。清华大学从声和电的角度，分析了熔透状态的声信号，提出了激光焊接等离子体的国家产学研激光技术中心的肖荣诗、左铁钏提出了双层内外圆管吹送异种气体法；西北工业大学的刘金合率固体激光加工中心，开展了材料为碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金等多种材料的大功率固体激光焊接工艺争论以及激光—电弧复合热源焊接技术争论。七、完毕语同，因而各有各的应用场合。它们不能相互代替，但可相互补充。作为应用者，应合理地应用。激光焊接从上世纪60年月激光器诞生不久就开头了争论，从开头的薄小零件或器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经受了40多年的进展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动掌握、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、国防工业、造船、海洋工程、核电设备等领域，所涉及的材料涵盖了几乎全部的金属材料。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵，一次性投资大，技术要求高的问题，使得激光焊接在我国的工业应用还相当有限，但激光焊接生产效率高和易实现自动掌握的特点使其格外适于大规模生产线和柔性制造。其中，激光焊接在汽车制造领域中的很多成功应用已经凸现出激光焊接不同于传统焊接方法的特点和优势，也为很多大功率激光器制造商和激光焊接设备制造商供给了更为迷人的经济效益前景。三个方面：1、汽车零部件的激光焊接激光焊接在汽车制造中的应用始于变速箱的齿轮焊接，由于承受了激光焊接，焊接后的齿轮几乎没有焊接变形，不需要焊后热处理，而且焊接速度大大提高，因此很快得到了应用。国外到目前为止，激光焊接已〔歧管、排气管、消声器等、变速箱双联齿轮、减振器储油缸筒体、滤清器、车门铰链等。国内汽车领域应用激光焊接主要有变速箱齿轮和减振器储油缸筒的焊接。2、激光拼焊技术车身重量；降低制造本钱；提高尺寸精度；提高车身构造刚度和安全性。1985年将激光拼焊用于Audi1986年承受添丝激光焊的方法技术，所涉及的汽车构造件包括车身侧框架、车门内板、挡风玻璃窗框、轮罩板、底板、中间支柱等。3、汽车车身激光焊接技术盖与车身侧板的焊接。传统的焊接方法为点焊，但现在正渐渐被激光焊接所代替。同时提高了车体的刚度。目前这种车身框架的激光焊接技术在各大汽车制造商的较型车中都得到了格外广泛的应用，例如AudiA2车体框架是由铝合金材料焊接而成，比同样构造使用钢材可削减重量43kg，其30mPolo、PassatBora、速腾、迈腾