化学焊接小论文
光束由单个电子、光子、电子和离子或两个或多个粒子的组合组成。高功率密度的热源有等离子弧、电子束、激光束和复合热源激光束+电弧(TIG、MIG、等离子)。
目前高能束焊接的主要领域有:①高能束设备的大型化——功率的大型化和可加工零件的大型化(甚至零件集成化)。②开发新设备，如脉冲工作模式和短波长激光器。③设备智能化，加工柔性化。④光束质量的改善和诊断。⑤研究光束、工件和加工介质之间的相互作用机理。⑥光束重组。⑦新材料的焊接。(8)应用领域的拓展。
1激光焊接的最新发展
1.1新型激光器
(1) DC板条)CO2激光器，(2)二极管泵浦的YAG激光器，(3)CO激光器，(4)半导体激光器和(5)准分子激光器。
1.2激光功率放大、脉冲模式和高质量光束模式
以美国PRC公司为例。前几年切割用的CO2激光功率主要是1500 ~ 2000 W，而近期的主导产品是4,000 ~ 6,000 W，6,000 W可以切割的不锈钢和碳钢厚度分别是35 mm和40 mm。
1.3智能设备和柔性加工
特别是对于YAG激光，由于可以通过光纤传输，给加工带来了极大的便利。
其主要特点是:①一机多能。②一台激光机可用于多工位(最多6台)加工。③光纤最大长度可达60m。④开放控制界面。⑤具有远程诊断功能。
1.4的光束重组
最重要的是激光-电弧复合。在深熔焊接中，等离子体产生在熔池上方，在复合加工中，激光产生的等离子体有利于电弧的稳定。复合加工可以提高加工效率；可改善铝合金、双相钢等可焊性差的材料的可焊性；可以增加焊接的稳定性和可靠性；通常激光丝焊很灵敏，结合电弧就变得轻松可靠。
激光-电弧复合主要由激光和TIG、等离子体和GMA组成。通过激光与电弧的相互作用，可以克服各种方法的缺点，进而产生良好的复合效果。
GMA的优点是成本低，由于使用了填充焊丝，适用性强，缺点是熔化深度深，焊接速度低，工件热负荷大。激光焊接可以形成深而窄的焊缝，焊接速度高，热输入低，但投资大，对工件制备精度要求高，对铝等材料适应性差。激光-GMA的复合效果是:电弧增加了间隙的桥接，原因有二:一是填充焊丝，二是具有更宽的电弧加热范围；电弧功率决定了焊缝顶部的宽度；激光产生的等离子体降低了引弧和维持电弧的阻力，使电弧更加稳定；激光功率决定了焊缝的深度；此外，复合导致效率的增加和焊接适应性的增强。
从能量的角度来看，激光电弧复合可以显著提高焊接效率。这主要基于两个效应，一个是能量密度越高，焊接速度越高；二是两个热源相互作用的叠加效应。
GMA、激光加丝和激光电弧复合焊接的线能量、焊缝截面和能量利用率的比较。
激光-TIG复合能显著提高焊接速度，约为TIG焊的两倍；钨电极烧损也大大降低，使用寿命增加；坡口的夹角也减少了焊接面积，类似于激光焊接。埃亨大学弗劳恩霍夫激光技术学院开发了一种激光双弧复合焊接技术。与激光单弧复合焊接相比，焊接速度可提高约1/3，线能量可降低25%。
在英国Conventry大学的现代连接中心也报道了激光-等离子体混合焊接。其优点是:提高焊接速度和熔深；由于电弧加热，金属温度上升，降低了金属对激光的反射率，增加了对光能的吸收。在小功率CO2激光实验的基础上，将在光纤传输的12 000W CO2激光和2kW YAG激光上进行，为机器人的PALW奠定基础。
1.5激光、工件和保护气体相互作用的研究
1.6铝合金的激光焊接
铝合金因其比强度高、耐腐蚀性好而被广泛应用。CO2激光焊接铝合金的主要难点是反射率高，导热性好，难以达到蒸发温度，难以诱导气孔的形成(尤其是Mg含量比较少的时候)，容易产生气孔。除了表面化学改性(如阳极氧化)、表面涂层和表面涂覆外，提高吸收率的措施还有激光- TIG和激光-MIG报道，其中MIG- DC电极定位法因其强的表面清洁作用和焊丝的合金化作用而更好。
最近，比利时的L Cretteur和法国的S Marya用混合气体和焊剂的CO2激光焊接了6061铝合金。在给定的试验条件下，当70%He+30%Ar，气流方向与焊接方向相反时，效果较好；针对熔透焊接时焊缝背面的下垂缺陷，采用75% LiF+25%LiCl的焊剂去除氧化，改善背面熔融金属与母材的结合，使背面焊缝具有“上翘”效果，在较宽的参数范围内形成规则的焊缝。6061铝合金的焊接表明，焊缝强度可达到母材的90%。
1.7激光熔覆
与其他表面改性方法相比，激光熔覆具有加热速度快、热输入少、变形小等优点。粘合强度高；稀释率低；改性层厚度可精确控制，定位性好，易接近，生产效率高。
激光熔覆不仅用于民用产品，还用于英、美等国飞机发动机镍基涡轮叶片耐热耐磨层的熔覆和修复。
2.电子束焊接和等离子弧焊接的最新发展。
国外电子束焊接的发展可以概括为:超高能量密度装置的开发，设备的智能化和柔性化，电子束电流特性的诊断，束流与物质相互作用机理的研究，非真空电子束焊接设备和技术的研究。
日本研制出加速电压600kV、功率300kW的超高压电子束焊机，一次可焊接200 mm不锈钢，深宽比为70: 1。
日本、俄罗斯和德国开展了双枪填丝电子束焊接技术的研究。在厚板第一次焊接的基础上，通过第二次填丝来补偿顶部的凹陷或咬边缺陷；日本利用双抓手实现了薄板的超高速焊接，反面无飞溅，成型好。
法国研制成功的双金属和三金属薄带电子束焊机也引起了相当大的关注。
关于非真空电子束焊接，德国实现了以Al Mg0.4 Si1.2为母材的旋转件填丝焊接，填丝材料为AlMg4.5Mn，送丝速度35m/min，焊接速度高达60m/min。这项研究是在斯图加特大学的25kW电子束焊机上完成的。
非真空电子束焊接在汽车制造领域备受关注。比如手动变速器同步环和齿轮的非真空电子束焊接，生产率已经超过500件/小时。
最近，德国和波兰学者开发了一种在真空电子束焊接过程中安装在真空室中的非接触式温度测量装置。测点最小直径为1.8 mm，主要用于钎焊陶瓷和硬质合金。该装置能消除随机热流的干扰，测量精度高。
在等离子弧焊中，变极性等离子弧焊和铝合金穿孔等离子立焊是人们关注的问题之一。
3.中国高能束焊接的现状
在我国，高能束焊接越来越受到焊接、物理、激光、材料、机床、计算机等相关人员的重视。中国在装备水平上与国外有一定差距，但在工艺研究上，水平比较接近，甚至在某些方面有自己的特色。
3.1激光焊接
在设备产研方面，主要生产千瓦级CO2激光设备和1千瓦以下固体YAG激光设备。
国内对激光焊接的研究主要集中在激光焊接等离子体的形成机理、特性分析、检测与控制、激光深熔焊接的模拟、激光-电弧复合热源的应用、激光堆焊等方面。清华大学从声、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电特性的等效电路和数学模型。在抑制等离子体的负面效应方面，清华大学的张旭东和陈武竹提出了侧吸法；国家产学研激光技术中心的肖荣石、左铁川提出了通过双层内外圆管吹不同气体的方法；西北工业大学的刘金河提出了外磁场的方法。
3.2电子束焊接
我国自行研制电子束焊机始于1960年代，至今已研制生产了数百台不同类型和功能的电子束焊机，并形成了一支技术队伍，可为国内市场提供小功率电子束焊机。
近年来，关键部件(如电子枪、高压电源等。)已进口，其他部件在国内配套。这种方式的优点是设备不仅保持了较高的技术水平，而且大大降低了成本，还可以为用户提供更好的售后服务。
目前，以中科院电工所EBW系列为代表的汽车齿轮专用电子束焊机占据了我国汽车齿轮电子束焊接的主要市场份额。我国中小功率电子束焊机已接近或赶上国外同类产品的先进水平，价格仅为国外同类产品的1/4左右，性价比优势明显。
在机理和技术研究方面，北京航空航天大学、北京航空航天大学、天津大学、上海交通大学、西北工业大学、中国科学电工研究所、桂林电器研究所、Xi安航空发动机公司、航天材料与工艺研究所开展的工作涉及熔池小孔动力学、电子束钎焊、接头疲劳裂纹扩展行为、接头残余应力、填丝焊接、局部真空焊接中的焊缝轨迹示教等
3.3等离子弧焊接
在等离子弧焊接设备方面，西北工业大学开展了脉冲等离子喷焊技术的研究。通过在工件和喷枪阳极(喷嘴)之间连接高频IGBT无触点开关，成功实现了转移弧和非转移弧的高频交替工作，实现了单电源下的等离子喷焊。Xi交通大学开展了适用于铝、镁及其合金的变极性等离子弧焊接设备的研究。主电弧的正负半波分别由两个DC电源供电，实现了工件(铝)的变极性焊接，既稳定了电弧，又具有可靠的阴极清洗功能。北京航空工业学院开展了脉冲等离子弧焊接“一脉冲一孔”工艺的研究。在检测等离子弧焊接小孔特征和行为方面，哈尔滨工业大学、北京航空工业大学和清华大学分别通过光谱信息、电弧电压和电流的频谱分析检测小孔的建立、闭合和大小；天津大学的王喜宝和张文忠分析了等离子弧粉末堆焊过程中粉末在转移弧中的传输行为及其主要影响因素，计算了不同参数下铁基合金粉末和碳化硼粉末在弧柱中的传输速度分布以及粉末流量沿弧柱横截面的分布。在重要应用中，Xi安航空发动机公司利用自制电源设备和进口等离子焊枪对某型航空发动机进行了工艺改进。