高能束流加工技術是當今制造技術發(fā)展的前沿領域，是武器裝備研制中不可缺少的特種加工技術。高能束流加工技術是利用以光量子、電子、等離子體為能量載體的高能量密度束流對材料和構(gòu)件進行加工。它是一個典型的多學科交叉領域，研究內(nèi)容極為豐富，涉及光學、電學、熱力學、冶金學、金屬物理、流體力學、材料科學、真空學、機械設計和自動控制以及計算機技術等多種學科。它的主要技術領域有激光束加工技術、電子束加工技術、離子束及等離子體加工技術以及高能束流復合加工技術等。 "TOa=Tt{,  
{XCf-{a]~  
一、國外高能束流加工技術的發(fā)展概況 g(4bBa9y  
7'lZg<z{~j  
美、日及西歐的發(fā)達國家在七八十年代就將高能束流加工技術做為先進制造技術的重要組成部分列入相應的工業(yè)發(fā)展計劃，并先后成立了相應的開發(fā)研究機構(gòu)。日本大阪大學、德國阿亨大學的焊接研究所、英國焊接研究所、法國焊接研究所以及烏克蘭巴頓焊接研究所等均有高能束流加工研究中心。通過對上述研究中心的考察及資料研究，可看出高能束流加工技術在未來的發(fā)展趨勢。 r@G#[.*A>  
[1yq{n=  
(一) 電子束加工技術 Ea $aUORm  
c1XX~8  
電子束加工技術的主要應用是電子束焊(EBW)，經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)已成為較成熟的技術，處于平穩(wěn)發(fā)展、擴大應用階段。目前的研究工作集中在焊縫實時跟蹤、電子束加熱溫度場計算機模擬計算、大功率二極槍的研究(間熱式陰極、高壓放電保護)、電子束能量密度測試、電子束焊接專家系統(tǒng)等方面，在應用研究方面，主要是對大氣條件下電子束焊接的設備和工藝的研究以及電子束焊接大厚件的研究。另外在電子束加工設備開發(fā)中，采用了體積更小的高壓電源，并采用當代先進的計算機控制以及工業(yè)電視監(jiān)控等技術，使商品化的EBW設備外形更美觀，操作更方便。電子束物理氣相沉積(EB-PVD)技術在航空發(fā)動機制造業(yè)日益受到重視。俄羅斯、烏克蘭等國先后把該技術用于航空發(fā)動機葉片的熱障涂層以及葉片的制造、金屬材料的制備等方面。值得一提的是，烏克蘭巴頓焊接所的(EB-PVD)設備已形成了實驗室型、中試生產(chǎn)型和批生產(chǎn)用的系列產(chǎn)品；俄羅斯庫茲涅佐夫設計局自1978年起開始將該技術應用于HK系列發(fā)動機葉片的生產(chǎn)上，并在其批生產(chǎn)廠安裝了三臺設備。現(xiàn)在這一技術日益得到西方的重視，例如美國P&W公司與烏克蘭巴頓焊接所成立了該項技術的合資公司，以盡快在美國推廣該項技術。 \cJa;WM>  
Rl~T$ Ey  
(二) 激光加工技術 3'`dFY,  
9 ;i\g=  
10年前激光在工業(yè)上的主要應用還是切割(激光加工機的70%以上用于切割)和制孔，而近年來，激光焊接成為熱點。薄件焊接主要用于宇航業(yè)及汽車業(yè)，而激光焊接大厚件將主要用于核工業(yè)、造船、石油、軍用車輛、越野車等方面。英國焊接研究所和法國焊接研究所正針對激光焊接大厚件進行聯(lián)合研究，即45KW CO[_2]激光焊接，焊接鋼厚度的期望值是50mm。目前，在等離子+激光復合焊接，氬弧焊+激光復合焊接，激光質(zhì)量檢測技術基礎(如溫度場、等離子體監(jiān)測等)等方面，對激光加工技術的機理開展了研究工作。在應用方面，主要利用激光焊接鍍鋅板、鋁板、核電站散熱管、高壓氣瓶、輸油管道等，激光切割的應用領域及材料范圍也越來越廣。激光加工設備在工業(yè)上用的最多的是橫流4～6KW CO[_2]加工機，它正向著幾十千瓦的大功率方向發(fā)展。近年來開發(fā)的擴散冷卻CO[_2]板條激光器具有成本低、效率高、質(zhì)量好的優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。YAG激光器脈沖式的最大功率是1KW，連續(xù)式的最大功率是4KW，正在發(fā)展中的雙管YAG激光器預計到1998年可達5KW。另外，半導體激光器的成本低、壽命高，不久將在汽車等工業(yè)生產(chǎn)線上得到應用。在激光沖擊硬化中，使用調(diào)質(zhì)YAG激光器，而銅蒸激光器最初是用于分離同位素元素的，它將非常適合激光沖擊硬化等工藝。 s>n(`?@L  
F7*wQ{~  
(三) 等離子加工技術 Kg\R+i@#<  
yYZxLJ='  
近代高技術的發(fā)展，尤其是航空、航天高技術發(fā)展的需求牽引，給等離子加工技術注入了活力。等離子切割、等離子焊接、等離子噴涂以及等離子體源離子注入和離子刻蝕技術都得到迅速發(fā)展。國外對等離子體加工技術的研究和應用給予了很大重視。俄羅斯新西伯利亞科學分院對等離子射流的研究很深入，推動了等離子矩的發(fā)展，并且研制了等離子設備軟件。烏克蘭巴頓焊接研究所在超音速火焰噴涂、微束等離子噴涂、爆炸噴涂等方面開展了大量的研究、應用工作。90年代后，等離子束流加工技術又從航空、航天動力裝置特殊功能涂層的真空噴涂，發(fā)展到制備特種整體機構(gòu)件，即等離子噴涂成形技術。預計，等離子加工技術在進入21世紀后將會有新的發(fā)展。 o4y']JSN  
A!i q->+  
二、我國高能束流加工技術現(xiàn)狀、與國外的差距及應采取的對策 /8'S1!zc  
uBrMk  
60年代，為了加強對高能束流加工技術的研究，經(jīng)國防科工委批準在中國航空工業(yè)總公司第625 研究所建立了"高能束流加工技術國防科技重點實驗室"，開始了國內(nèi)高能束流加工技術的研究。該實驗室集激光加工技術、電子束加工技術和等離子體加工技術于一體，是我國唯一同時擁有三束加工技術的研究單位。它的建立給我們創(chuàng)造了一個良好的研究環(huán)境，將對我國高能束流加工技術的發(fā)展起巨大的推動作用。"高能束流加工技術重點實驗室"的三個專業(yè)(激光、電子束、等離子)在過去三十多年時間里，無論是在機理研究還是在應用研究方面都開展了大量的工作，為我國高能束流加工技術發(fā)展作出了很大的貢獻。其成果在我國新型航空動力裝置的研制和生產(chǎn)應用中得到了有價值的應用。如電子束焊接用于宇航工業(yè)，激光切割、激光熱處理、激光表面改性等用于汽車和冶金工業(yè)，等離子噴涂、離子刻蝕等也在很多部門得到應用。再如激光打孔技術，解決了當前高性能發(fā)動機葉片上成千上萬個氣膜冷卻孔的加工問題，使渦輪前溫度提高300～350℃，發(fā)動機推力提高20%～30%；優(yōu)質(zhì)電子束焊接解決了新型航空發(fā)動機壓氣機整體轉(zhuǎn)子、燃燒室、大厚件鈦合金機匣等的焊接關鍵技術，省去了大量機械連接，減輕結(jié)構(gòu)重量10%～20%；等離子噴涂技術用在發(fā)動機的熱障涂層及封嚴涂層中，提高了發(fā)動機的性能。我國高能束流加工技術與世界先進水平相比，差距還很大。表現(xiàn)在：①基礎研究不夠深入，人員素質(zhì)較低，研究水平還不高；②質(zhì)量控制技術研究的少，手段欠缺；③科研設備總是處于落后狀態(tài)；④工程應用的轉(zhuǎn)化速度較慢。上述因素會影響我國高能束流加工技術的發(fā)展，我們必須采取切實可行的措施，積極克服困難，努力跟蹤世界先進水平，縮小差距。具體措施如下： K4ZolWbU  
qoMfSz"(  
（1）結(jié)合研究工作，開展國際合作，以提高高能束流加工技術的科研起點。國外發(fā)達國家在高能束流加工技術研究方面有很多成功經(jīng)驗和先進的手段，因而結(jié)合我們的研究方向，與其開展合作，可使我們在短期內(nèi)掌握世界發(fā)展新動向，提高科研起點。 gb|Q%LS9R  
f