绥化蟹贤科技有限公司

當前高能束流焊接被關(guān)注的主要領(lǐng)域是：①高能束流設備的大型化—功率大型化及可加工零件（乃至零件集成）的大型化。②新型設備的研制，諸如，脈沖工作方式以及短波長(cháng)激光器等。③設備的智能化以及加工的柔性化。④束流品質(zhì)的提高及診斷。⑤束流、工件、工藝介質(zhì)相互作用機制的研究。⑥束流的復合。⑦新材料的焊接。⑧應用領(lǐng)域的擴展。 1、激光焊接的最新進(jìn)展 1.1 新型激光器 ——（1）直流板條式（DC Slab）CO2激光器、（2） 二極管泵浦的YAG激光器、（3）CO激光器、（4）半導體激光器、（5）準分子激光器。 1.2 激光器功率的大型化、脈沖方式以及高質(zhì)量的光束模式 以美國PRC公司為例，幾年前，用于切割的CO2激光器功率主要是1500~2000W，而近期的主導產(chǎn)品是4000~6000W，6000W可切割的不銹鋼厚度、碳鋼厚度分別為35 mm和40 mm。 1.3 設備的智能化及加工的柔性化 尤其是對YAG激光，由于可用光纖傳輸，給加工帶來(lái)了極大的方便。其主要特點(diǎn)是：①一機多用。②采用一臺激光機可進(jìn)行多工位（可達6個(gè)）加工。③光纖長(cháng)度最長(cháng)可達60m。④開(kāi)放式的控制接口。⑤具有遠距離診斷功能。 1.4 束流的復合 最主要的是激光－電弧復合。深熔焊接時(shí)，熔池上方產(chǎn)生等離子體，復合加工時(shí)，激光產(chǎn)生的等離子體有利于電弧的穩定；復合加工可提高加工效率；可提高焊接性差的材料諸如鋁合金、雙相鋼等的焊接性；可增加焊接的穩定性和可靠性；通常，激光加絲焊是很敏感的，通過(guò)與電弧的復合，則變的容易而可靠。 激光－電弧復合主要是激光與TIG、Plasma以及GMA。通過(guò)激光與電弧的相互影響，可克服每一種方法自身的不足，進(jìn)而產(chǎn)生良好的復合效應。GMA成本低，使用填絲，適用性強，缺點(diǎn)是熔深淺、焊速低、工件承受熱載荷大。激光焊可形成深而窄的焊縫，焊速高、熱輸入低，但投資高，對工件制備精度要求高，對鋁等材料的適應性差。Laser-GMA的復合效應表現在：電弧增加了對間隙的橋接性，其原因有二：一是填充焊絲，二是電弧加熱范圍較寬；電弧功率決定焊縫頂部寬度；激光產(chǎn)生的等離子體減小了電弧引燃和維持的阻力，使電弧更穩定；激光功率決定了焊縫的深度；更進(jìn)一步講，復合導致了效率增加以及焊接適應性的增強。 從能量觀(guān)點(diǎn)看，激光電弧復合對焊接效率的提高十分顯著(zhù)。這主要基于兩種效應，一是較高的能量密度導致了較高的焊接速度；二是兩熱源相互作用的疊加效應。GMA、激光加絲和激光電弧復合三種方法焊接時(shí)線(xiàn)能量、焊縫斷面以及能量利用率的比較。 Laser-TIG Hybrid可顯著(zhù)增加焊速，約為T(mén)IG焊接時(shí)的2倍；鎢極燒損也大大減小，壽命增加；坡口夾角亦減小焊縫面積與激光焊時(shí)相近。阿亨大學(xué)弗朗和費激光技術(shù)學(xué)院研制了一種激光雙弧復合焊接，與激光單弧復合焊相比，焊接速度可增加約1/3，線(xiàn)能量減小25%。英國Conventry大學(xué)現代連接中心亦有Laser-plasma復合焊接的報導。其優(yōu)點(diǎn)是：提高焊接速度和熔深；由于電弧加熱，金屬溫度升高，降低了金屬對激光的反射率，增加了對光能的吸收。在小功率CO2激光試驗基礎上，還要在12 000W CO2 激光以及光纖傳輸的2kW YAG激光器上進(jìn)行，并為機器人進(jìn)行PALW打基礎。 1.5 鋁合金的激光焊接 鋁合金由于比強度高、抗腐蝕性好而得以廣泛應用。CO2激光焊接鋁合金的困難主要在于高的反射率以及導熱性好，難以達到蒸發(fā)溫度、難于誘導小孔的形成（尤其是對Mg含量比較小時(shí)）以及容易產(chǎn)生氣孔。提高吸收率的措施除了表面化學(xué)改性（如陽(yáng)極氧化）、表面鍍層、表面涂層等外，也有用激光－TIG、激光－MIG的報道，其中MIG－DC electrode position方法由于表面的清理作用強和加絲的合金化作用效果為好。 最近，比利時(shí)的L Cretteur和法國的S Marya對6061鋁合金進(jìn)行了混合氣和焊劑的CO2激光焊。在給定的試驗條件下表明：70%He+30%Ar、氣流方向與焊接方向相反時(shí)效果為好；針對穿透焊接時(shí)焊縫背面容易產(chǎn)生下垂缺陷，采用75% LiF+25%LiCl的焊劑，起到了祛除氧化、改善熔化金屬與背面母材的接合，使背面焊縫具有"上翹"效應，在較寬的參數區間內形成了規整的焊道。對6061鋁合金的焊接表明，焊縫強度可達到母材的90%。 1.6 激光熔覆 激光熔覆與其它表面改性方法相比，加熱速度快、熱輸入少，變形極??；結合強度高；稀釋率低；改性層厚度可精確控制，定域性好、可達性好、生產(chǎn)效率高。激光熔覆除用于民品外，英、美等國也已用于航空機發(fā)動(dòng)機Ni基渦輪葉片的耐熱、耐磨層的熔覆及修復。 2、電子束焊接和等離子弧焊接的最新進(jìn)展 國外電子束焊接發(fā)展可歸結為：超高能密度裝置研制、設備智能化柔性化、電子束流特性診斷、束流與物質(zhì)作用機制研究以及非真空電子束焊設備及工藝的研究等。在日本，加速電壓600kV、功率300kW的超高壓電子束焊機已問(wèn)世，一次可焊200 mm的不銹鋼，深寬比達70：1。日、俄、德開(kāi)展了雙槍及填絲電子束焊技術(shù)的研究。在對大厚度板第一次焊接的基礎上，通過(guò)第二次填絲來(lái)彌補頂部下凹或咬邊缺陷；日本采用雙搶實(shí)現了薄板的超高速焊接，反面無(wú)飛濺，成形良好。法國研制成功的雙金屬和三金屬薄帶材電子束焊接機也頗引人關(guān)注。 關(guān)于非真空電子束焊接，德國實(shí)現了母材為Al Mg0.4 Si1.2的旋轉件的填絲焊接，加絲材料為AlMg4.5Mn，送絲速度35m/min，焊接速度高達60m/min。該研究在斯圖加特大學(xué)的25kW電子束焊機上完成。非真空電子束焊接在汽車(chē)制造領(lǐng)域一直倍受重視。例如，手動(dòng)變速器中同步環(huán)與齒輪的非真空電子束焊接，生產(chǎn)率已超過(guò)500件/小時(shí)。最近，德國和波蘭的學(xué)者共同研制了真空電子束焊接時(shí)安裝于真空室中的非接觸測溫裝置，測量點(diǎn)最小直徑1.8 mm，主要用于陶瓷和硬質(zhì)合金的釬焊，該裝置可排除隨機的熱流的干擾，測量精度高。在等離子弧焊接方面，變極性等離子弧焊以及鋁合金穿孔等離子立焊是關(guān)注點(diǎn)之一。 3、國內高能束流焊接現狀 在國內，高能束流焊接越來(lái)越引起更多相關(guān)人士諸如焊接、物理、激光、材料、機床、計算機等工作者的關(guān)注。國內在設備水平上，與國外有一定差距，但在工藝研究上，水平則較為接近，甚至在某些方面還有自己的特色。 3.1 激光焊接 在設備生產(chǎn)與研究上，主要生產(chǎn)千瓦級的CO2激光設備和1千瓦以下的固體YAG激光設備。國內對激光焊接研究主要集中在激光焊接等離子體形成機理、特性分析、檢測、控制、深熔激光焊接模擬、激光-電弧復合熱源的應用、激光堆焊等。清華大學(xué)從聲和電的角度，分析了熔透狀態(tài)的聲信號，提出了激光焊接等離子體的等效電路及電特性數學(xué)模型；在抑制等離子體的負面效應方面，清華大學(xué)張旭東、陳武柱等提出了側吸法；國家產(chǎn)學(xué)研激光技術(shù)中心的肖榮詩(shī)、左鐵釧提出了雙層內外圓管吹送異種氣體法；西北工業(yè)大學(xué)的劉金合提出了外加磁場(chǎng)法。 3.2 電子束焊接 我國自行研制電子束焊機始于1960年代，至今已研制生產(chǎn)出不同類(lèi)型和功能的電子束焊機上百臺，并形成了一支研制生產(chǎn)的技術(shù)隊伍，能為國內市場(chǎng)提供小功率的電子束焊機。近年來(lái)，出現了關(guān)鍵部件（電子槍?zhuān)邏弘娫吹龋┮M(jìn)、其它部件國內配套的引進(jìn)方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：設備既保持了較高的技術(shù)水平，又能大大降低成本，同時(shí)還能對用戶(hù)提供較完善的售后服務(wù)。目前，以科學(xué)院電工所的EBW系列為代表的汽車(chē)齒輪專(zhuān)用電子束焊機占據了國內汽車(chē)齒輪電子束焊接的主要市場(chǎng)份額；我國的中小功率電子束焊機已接近或趕上國外同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平，而價(jià)格僅為國外同類(lèi)產(chǎn)品的1/4左右，有明顯的性能價(jià)格比優(yōu)勢。 在機理及工藝研究上，北京航空工藝研究所、北京航空航天大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)電工所、桂林電器科學(xué)研究所、西安航空發(fā)動(dòng)機公司、航天材料及工藝研究所開(kāi)展的工作涉及熔池小孔動(dòng)力學(xué)、電子束釬焊、接頭疲勞裂紋擴展行為、接頭殘余應力、填絲焊接、局部真空焊接時(shí)的焊縫軌跡示教等。 3.3 等離子弧焊接 在等離子弧焊設備方面，西北工業(yè)大學(xué)開(kāi)展了脈動(dòng)等離子噴焊技術(shù)研究，通過(guò)在工件和噴槍陽(yáng)極（噴嘴）間接入高頻的IGBT無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，成功地實(shí)現了轉移弧和非轉移弧的高頻交替工作，實(shí)現了單一電源下的等離子噴焊。西安交通大學(xué)開(kāi)展了適宜于A(yíng)l、Mg及其合金的變極性等離子弧焊設備的研究，主弧的正、負半波分別由兩臺直流電源供電，對工件（鋁）實(shí)現了變極性焊接，它不僅使電弧穩定，而且還有可靠的陰極清理作用。北京航空工藝研究所開(kāi)展了脈沖等離子弧焊的"一脈一孔"的工藝研究；在穿孔等離子弧焊小孔特征及行為檢測方面，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空工藝研究所以及清華大學(xué)分別通過(guò)光譜信息、電弧電壓和電流的頻譜分析，檢測小孔的建立、閉合以及小孔尺寸；天津大學(xué)的王惜寶、張文鉞分析了等離子弧粉末堆焊時(shí)粉末在轉移弧中的輸運行為及其主要影響因素，計算了鐵基合金粉末和碳化硼粉末、不同參數下在弧柱中的輸運速度分布及沿弧柱橫截面上的粉通量分布。在重要的應用方面，西安航空發(fā)動(dòng)機公司利用自制的電源設備配以進(jìn)口的等離子焊槍?zhuān)瑢?shí)現了某航空發(fā)動(dòng)機工藝的改進(jìn)。 中國焊接資訊網(wǎng)