真空电子束激光焊解析.pptx

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1、a加热功率密度大。焊接用电子束电流为几十到几百毫安，最大可达l000mA以上；加速电压为几十到几百千伏；故电子束功率从几十千瓦到100kw以上，而电子束焦点直径小于1mm。故电子束焦点处的功率密度可达103105Kw/cm2，比普通电弧功率比普通电弧功率密度高密度高10010010001000倍倍。b焊缝深宽比(H/B)大。通常电弧焊的深宽比很难超过2，电子束焊的深度比在电子束焊的深度比在电子束焊的深度比在电子束焊的深度比在50505050以上以上以上以上。电子束焊比电弧焊可节约大量填充金属和电能节约大量填充金属和电能节约大量填充金属和电能节约大量填充金属和电能，可实现高深宽比的焊接，深宽比达

2、60：1，可依次焊透0.1300mm厚度的不锈钢板。优点第1页/共29页c.焊接速度快，焊缝热物理性能好。焊接速度快，能量集能量集中、熔化和凝固过程快热影响区小，焊接变形小。中、熔化和凝固过程快热影响区小，焊接变形小。对精加精加工工的工件可用作最后的连接工序，焊后工件仍能保持足够的精度。能避免晶粒长大，使焊接接头性能改善，高温作用时间短，合金元素烧损少合金元素烧损少，焊缝抗蚀性好。d焊缝纯度高。真空电子束焊的真空度一般为510510510510-4-4-4-4PaPaPaPa，适合焊接钛及钛合金等活性材料。e.焊接工艺参数调节范围广，适应性强。电子束焊接的工艺参数可独立地在很宽的范围内调节很宽

3、的范围内调节，控制灵活，适应性强，再现性好，而且电子束焊焊接参数易于实现机械化、自动化控制，提高了产品质量的稳定性。f.可焊材料多。不仅能焊金属和异种金属材料的接头,也可焊接非金属材料,如陶瓷、石英玻璃等。第2页/共29页 需要高真空环境以防止电子散射高真空环境以防止电子散射，设备复杂，焊件尺寸和形状受到真空室限制(非真空环境电子束焊，是重要研究方向)；由于真空室的存在，抽真空成为影响循环时间抽真空成为影响循环时间的主要障碍;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对操作人员实施保护护；对工件装配质量

4、要求严格，同时工件表面清洁的要求也较高。缺点第3页/共29页电子束焊机及应用电子束焊机及应用 目前全世界约有目前全世界约有80008000台电子束焊机在工业台电子束焊机在工业部门及实验室中应用。部门及实验室中应用。第4页/共29页德国德国PTRPTR公司生产的公司生产的ebw3000/15-150CNCebw3000/15-150CNC型电子束焊机型电子束焊机 真空室真空室:1.7m1.25m 1.45m;:1.7m1.25m 1.45m;额定功率额定功率:15KW;:15KW;额定电压额定电压:150KV:150KV第5页/共29页法国TECHMETA公司MEDARD 43型:Chamber

5、 dimensions:500 500500;500500;Operating Operating voltage:60KV;voltage:60KV;Power:6KWPower:6KWLARA 52型:Chamber Chamber dimensions:dimensions:350600800;350600800;Operating voltage:60KV;Operating voltage:60KV;Power:30KWPower:30KW第6页/共29页乌克兰国家科学院巴顿电焊所 前苏联唯一的焊接科学与工程的研发单位 真空电子焊接分部是巴顿电焊所主要的骨干部门之一，为前苏联、中国、

6、东欧、日本、美国、德国、英国、韩国的航空航天、机械及汽车制造、仪器仪表等行业总共生产了800台以上真空电子束焊接系统和整套装备，领先开发了领先开发了合金钢、铝合金、钛合金、铜合金等多种材料焊深从0.1到400mm直线及空间曲线焊缝的真空电子束焊缝工艺第7页/共29页成都飞机制造厂由北京航空制造工程研北京航空制造工程研究所究所研制，其主要部件电子枪是德国德国Steigerwald Strahltechnik公司合作生产的高压型电子束焊机，控制系统为西门子的SIMATIC S7-400容错PLC 设备加速电压可调节范围为70150kv，电子束流可调节范围为0200mA，焊接速度可调节范围为050m

7、m/s；真空室尺寸8200mm4000mm2000mm，容积65.6m3，电子束功率30kW。ZD150-30C CV65M 电子束焊机第8页/共29页激光焊激光焊-目录激光加工简介激光加工简介1激光焊接机原理激光焊接机原理2 激光焊接机的工艺参数激光焊接机的工艺参数3 激光焊接发展及应用举例激光焊接发展及应用举例4第9页/共29页激光加工简介激光加工的一般原理激光加工的一般原理 激光加工是一种激光加工是一种高能束加工方法，它是利用激光高强加工方法，它是利用激光高强度、高亮度、方向性好、单色性好的特性，通过一系列的光度、高亮度、方向性好、单色性好的特性，通过一系列的光学系统学系统聚焦成平行度很

8、高的微细光束（成平行度很高的微细光束（直径几微米至几十微直径几微米至几十微米米），获得极高的能量密度照射到材料上，使材料在极短的），获得极高的能量密度照射到材料上，使材料在极短的时间内（时间内（千分之几秒甚至更短千分之几秒甚至更短）熔化甚至气化，以达到加热）熔化甚至气化，以达到加热和去除材料的目的。和去除材料的目的。第10页/共29页激光加工简介激光加工特点激光加工特点 适应性强：适应性强：激光加工的功率密度高，激光加工的功率密度高，几乎能加工任何材料几乎能加工任何材料几乎能加工任何材料几乎能加工任何材料，如各种金属、陶瓷、石英、金刚石、橡胶等。如各种金属、陶瓷、石英、金刚石、橡胶等。加工精度

9、高：加工精度高：激光束可聚焦成微米级的光斑（理论上直径可小激光束可聚焦成微米级的光斑（理论上直径可小 于于1um），适合），适合精密微细加工精密微细加工精密微细加工精密微细加工。加工质量好：加工质量好：激光加工能量密度高，热作用时间很短，整个加激光加工能量密度高，热作用时间很短，整个加 工区几乎不受热的影响，工区几乎不受热的影响，工件热变形极小工件热变形极小工件热变形极小工件热变形极小，故可，故可 加工对热冲击敏感的材料。加工对热冲击敏感的材料。加工效率高：加工效率高：激光加工只需激光加工只需0.01s，切割比常规方法提高效率，切割比常规方法提高效率 820820倍倍倍倍，激光焊接可提高效率，

10、激光焊接可提高效率3030倍倍倍倍。第11页/共29页激光加工简介激光加工特点激光加工特点 容易实现自动：容易实现自动：激光束传输方便，易于控制，便于与机器人激光束传输方便，易于控制，便于与机器人 、自动检测、计算机数字控制等先进技术相、自动检测、计算机数字控制等先进技术相 结合。结合。通用性强：通用性强：用一台激光器给变不同的导光系统，可以处用一台激光器给变不同的导光系统，可以处 理理各种形状和尺寸的工件各种形状和尺寸的工件。也可以选择适当。也可以选择适当 的加工条件，用同一台装置进行切割、打孔的加工条件，用同一台装置进行切割、打孔 、焊接和表面处理等多种加工。、焊接和表面处理等多种加工。节

11、能节材：节能节材：激光束的能量利用率为常规加工工艺的激光束的能量利用率为常规加工工艺的 101000倍倍，激光切割可以节省材料，激光切割可以节省材料 15%30%。第12页/共29页激光焊接机视频演示10第13页/共29页激光焊接机原理 激光焊接是将高强度的激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属面激光束辐射至金属面，通过激，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。化后冷却结晶形成焊接。第14页/共29页激光焊接机原理1、热传导焊接：当激光、热传导焊接：当激光照射在材料表面时，一部照射在材料表面时，一部分激光被

12、反射，一部分被分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，热能而加热熔化，材料表材料表材料表材料表面层的热以热传导的方式面层的热以热传导的方式面层的热以热传导的方式面层的热以热传导的方式继续向材料深处传继续向材料深处传继续向材料深处传继续向材料深处传递递递递，最，最后将两焊件熔接在一起。后将两焊件熔接在一起。激光焊接的机理有两种：激光焊接的机理有两种：第15页/共29页激光焊接机2、激光深熔焊、激光深熔焊:当当功率密度比较功率密度比较大的大的激光束照射到材料表面时，激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料吸收光能转化为热能，材料材料被加热熔化至

13、汽化被加热熔化至汽化，产生大量的产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，液体向四周排挤，形成凹坑，随形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿人更着激光的继续照射，凹坑穿人更深，当激光停止照射后，凹坑周深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在焊件焊接在起。起。第16页/共29页激光焊接工艺参数激光焊接的激光焊接的主要参数主要参数离焦量离焦量焊接速度焊接速度激光模式激光模式坡口间隙坡口间隙保护气体保护气体脉冲参数脉冲参数激光功率激光功率第17页/共29

14、页激光焊接的工艺参数Add Your Title对于一般激光焊接的工艺参数：对于一般激光焊接的工艺参数：对于一般激光焊接的工艺参数：对于一般激光焊接的工艺参数：(1)功率密度：功率密度：功率密度是激光加工中最关键的参数之一功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高采用较高 的功率密度的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至，在微秒时间范围内，表层即可加热至 沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料 去除加工去除加工去除加工去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功对于较低功 率密度率密度，表层温度达到沸点需要经

15、历数毫秒，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表在表 层汽化前，底层达到熔点层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在 第18页/共29页激光焊接工艺参数(2)激光脉冲波形：激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，激光脉冲波形：激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束 射至材料表面，金属表面将会有射至材料表面，金属表面将会有6098%的激光的激光 能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。能量反射而损失掉，

16、且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变 化很大。化很大。(3)激光脉冲宽度：脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区激光脉冲宽度：脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区 别于别于材料去除和材料熔化材料去除和材料熔化材料去除和材料熔化材料去除和材料熔化的重要参数，也是决的重要参数，也是决 定加工设备造价及体积的关键参数。定加工设备造价及体积的关键参数。第19页/共29页激光焊接工艺参数(4)离焦量：对焊接质量的影响。离焦量：对焊接质量的影响。激光焊接通常需要一定的离焦激光焊接通常需要一定的离焦 量，因为激光焦点处光斑中心的功

17、率密度过高，容易量，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易 蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布 相对均匀。相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离焦平面与焊接平面距离相等时，所按几何光学理论，当正负离焦平面与焊接平面距离相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关

18、。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表实验表明，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦明，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。第20页/共29页激光焊接工艺参数对于激光深熔焊接的主要工艺参数：对于激光深熔焊接的主要工艺参数：对于激光深熔焊接的主要工艺参数：对于激光深熔焊接的主要工艺参数：(1)(1)激光功率：激光焊接中存在一个激光激光功率：激光焊接中存在一个激光激光功率：激光焊接中存在一个激光激光功率：激光焊接中存在一个激光能量密度阈值能量密度阈值能量密度阈值能量密度阈值，低于此低于此低于此低于此 值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深

19、会大幅值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅 度提高。度提高。度提高。度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值只有当工件上的激光功率密度超过阈值只有当工件上的激光功率密度超过阈值只有当工件上的激光功率密度超过阈值 （与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定 深熔焊的进行。深熔焊的进行。深熔焊的进行。深熔焊的进行。(2)(2)光束焦斑；光束斑点大小是激光焊接的最

20、重要变量之一，因为光束焦斑；光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为光束焦斑；光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为光束焦斑；光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为 它决定功率密度。它决定功率密度。它决定功率密度。它决定功率密度。(3)(3)焊接速度：焊接速度：焊接速度：焊接速度：焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变 浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件

21、焊穿。浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有 一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时 可获得最大熔深。可获得最大熔深。可获得最大熔深。可获得最大熔深。第21页/共29页激光焊接工艺参数Your Text(4)保护气体：激光焊接过程常使用保护气体：激光焊接过程常使用惰性气体惰性气

22、体来保护熔池来保护熔池。大多数。大多数 应用场合则常使用氦、氩、氮等气体作保护，使工应用场合则常使用氦、氩、氮等气体作保护，使工 件在焊接过程中免受氧化。件在焊接过程中免受氧化。(5)透镜焦距：焊接时通常采用聚焦方式会聚激光，一般选用透镜焦距：焊接时通常采用聚焦方式会聚激光，一般选用 63254mm(2.510)焦距的透镜。焦距的透镜。(6)焦点位置：焊接时，为了保持足够功率密度，焦点位置至关重焦点位置：焊接时，为了保持足够功率密度，焦点位置至关重 要。要。焦点与工件表面相对位置的变化直接影响焊缝焦点与工件表面相对位置的变化直接影响焊缝 宽度与深度宽度与深度。第22页/共29页激光焊接工艺参数

23、Your Text(7)(7)材料吸收值：材料吸收值：材料吸收值：材料吸收值：材料对激光的吸收材料对激光的吸收材料对激光的吸收材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，取决于材料的一些重要性能，取决于材料的一些重要性能，取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温 度等，其中最重要的是吸收率。度等，其中最重要的是吸收率。度等，其中最重要的是吸收率。度等，其中最重要的是吸收率。(8)激光束位置：对不同的材料进行激光焊接时，激光束位置：对不同的材料进

24、行激光焊接时，激光束位置控制激光束位置控制 着焊缝的最终质量着焊缝的最终质量，特别是对接接头的情况比搭，特别是对接接头的情况比搭 接结头的情况对此更为敏感。接结头的情况对此更为敏感。第23页/共29页激光焊接发展及应用举例激光激光点焊点焊激光热传激光热传 导焊接导焊接激光深熔激光深熔 焊接焊接激光激光钎焊钎焊激光激光-电弧电弧复合焊接复合焊接激光焊接技术激光焊接技术脉冲激光脉冲激光 焊接焊接激光填激光填丝焊接丝焊接第24页/共29页激光焊接发展及应用举例汽车传动零部件激光焊接汽车传动零部件激光焊接第25页/共29页激光焊接发展及应用举例 用激光可以焊接用激光可以焊接一些要求一些要求强度高、强度高、变形小变形小,用传统用传统方法无法焊接的方法无法焊接的特种材料的汽车特种材料的汽车零部件零部件第26页/共29页激光焊接发展及应用举例激光焊接发展及应用举例第27页/共29页Add Your TextAdd Your TextAdd Your Text激光焊接发展及应用举例激光焊接发展及应用举例第28页/共29页Company Logo感谢您的观看。第29页/共29页