高能束及特種激光焊接技術(shù)的發(fā)展
0 前言
高能束流焊接的功率密度(Power Density)可達(dá)到105W/cm?-2以上。
束流可由單一的電子、光子、電子和離子或二種以上的粒子組合而成。目前,用在焊接領(lǐng)域的高能束流主要是等離子弧、電子束和激光束。TI ..
CO2激光焊接鋁合金的困難主要在于高的反射率以及導(dǎo)熱性好,難以達(dá)到蒸發(fā)溫度、難于誘導(dǎo)小孔的形成(尤其是對(duì)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(bào)道,其中MIG—DC electrode position (DCEP)方法由于表面的清理作用強(qiáng)和加絲的合金化作用效果較好。
最近,比利時(shí)的L·Cretteur和法國(guó)的S·Marya 對(duì)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(yàn)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(duì)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(yīng),在較寬的參數(shù)區(qū)間內(nèi)形成了規(guī)整的焊道。對(duì)6061鋁合金的焊接表明,焊縫強(qiáng)度可達(dá)到母材的90% 。 2.7 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,變形極小;結(jié)合強(qiáng)度高;稀釋率低;改性層厚度可精確控制,定域性好、可達(dá)性好、生產(chǎn)效率高。 激光熔覆除用于民品外,英、美等國(guó)也已用于航空機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)Ni基渦輪葉片的耐熱、耐磨層的熔覆及修復(fù)。 3 電子束焊接和等離子弧焊接的最新進(jìn)展 國(guó)外電子束焊接發(fā)展可歸結(jié)為:超高能密度裝置研制、設(shè)備智能化柔性化、電子束流特性診斷、束流與物質(zhì)作用機(jī)制研究以及非真空電子束焊設(shè)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(jī)已問(wèn)世,一次可焊200mm的不銹鋼,深寬比達(dá)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(duì)大厚度板第一次焊接的基礎(chǔ)上,通過(guò)第二次填絲來(lái)彌補(bǔ)頂部下凹或咬邊缺陷;日本采用雙搶實(shí)現(xiàn)了薄板的超高速焊接,反面無(wú)飛濺,成形良好。 法國(guó)研制成功的雙金屬和三金屬薄帶材電子束焊接也頗引人關(guān)注。 關(guān)于非真空電子束焊接,德國(guó)實(shí)現(xiàn)了母材為Al Mg0.4 Si1.2的旋轉(zhuǎn)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(dá)60m / min 。該研究在斯圖加特大學(xué)的25kW電子束焊機(jī)上完成。 非真空電子束焊接(EBW—NV)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(guó)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(cè)溫裝置,測(cè)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(jī)的熱流的干擾,測(cè)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 . 4 國(guó)內(nèi)高能束流焊接現(xiàn)狀 在國(guó)內(nèi),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(jī)床、計(jì)算機(jī)等工作者的關(guān)注。國(guó)內(nèi)在設(shè)備水平上,與國(guó)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。 4.1 激光焊接 在設(shè)備生產(chǎn)與研究上,主要有華工的氣體激光加工國(guó)家工程中心、電子部11所的固體激光加工國(guó)家工程中心、中國(guó)大恒激光工程公司、上海團(tuán)結(jié)百超數(shù)控激光設(shè)備有限公司等,主要生產(chǎn)千瓦級(jí)的CO2激光設(shè)備和1千瓦以下的固體YAG激光設(shè)備。 國(guó)內(nèi)對(duì)激光焊接研究主要集中在激光焊接等離子體形成機(jī)理、特性分析、檢測(cè)、控制、深熔激光焊接模擬、激光—電弧復(fù)合熱源的應(yīng)用、激光堆焊、超級(jí)鋼焊接、水下激光焊接、寬板激光拼焊(Tailored Blank Laser Welding)、填絲激光焊、鋁合金激光焊、激光切割質(zhì)量控制等。從事激光焊接研究比較多的主要有華中理工大學(xué)、國(guó)家產(chǎn)學(xué)研激光技術(shù)中心、清華大學(xué)、哈爾濱焊接研究所、北京航空工藝研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)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(hào),提出了激光焊接等離子體的等效電路及電特性數(shù)學(xué)模型;在抑制等離子體的負(fù)面效應(yīng)方面,清華大學(xué)張旭東、陳武柱等提出了側(cè)吸法;國(guó)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(nèi)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。哈爾濱焊接研究所引進(jìn)德國(guó)HAAS公司生產(chǎn)的2kW Nd:YAG激光發(fā)生器,建立了大功率固體激光加工中心,開(kāi)展了材料為碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦合金等多種材料的大功率固體激光焊接工藝研究以及激光—電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)研究。 |
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