高能束焊焊接技術——激光焊接機

高能束流焊接技術

高能束流（High Energy Density Beam）焊接技術工藝設備有激光束焊接機、電子束焊機和等離子弧焊機等。這些焊接設備以能量束為熱源，對材料或工件進行焊接的工藝方法。高能束流焊（也叫做高能密度焊）是指焊接功率密度比平時我們常見的氬弧焊（TIG、MIG）或CO2氣體保護焊能量要高出很多的焊接方法。從嚴格的專業角度來說，焊接能量和焊接功率密度是兩個沒有關系的概念，但是兩者又有一定的相關性。從習慣上來講，高能密度焊經常被人們認為是高功率密度焊（功率密度大于105W/cm2），如電子束焊、激光焊、等離子弧焊等。

高能束流焊加工的特點

高能束流焊機焊接工藝技術是利用高功率密度大于（105W/cm2）的熱源（如激光束、電子束、等離子弧等）對材料或工件進行的焊接技術。我在這里說說的“焊接技術”不僅僅是把材料和工件焊接在一起，還包括利用高能束流制備新型材料。
在20世紀80年代以后，激光高能束流焊在市場的作用下，呈現出高速的發展趨勢。在全世界高尖的焊接技術國家，一些經濟大國都相續的建立專門的研究機構，開發高能束流焊的焊接工藝技術和應用工作。當然，我國這激光焊接機焊接技術領域也得到高速的發展，我國的激光焊接技術在國際上也取得不錯的成績[1]。
高能束流焊由單一的光量子、電子和等離子或2種以上的粒子組合而成，現在用在焊接上的高能束流焊主要是激光束焊、電子束焊和等離子弧焊。功率密度大不相同，我們用四個區域來區分不同的功率密度。
（1）低功率密度區，功率密度約小于3×102W/cm2。這種情況下，熱量在傳導的過程大量的熱量會被浪費掉，被加熱的材料只吸收很少的熱量，熔化一點點甚至不熔化，像這種情況下的熱源是很難用于金屬焊接的。
（2）中功率密度區，功率密度范圍為3×102~105W/cm2。這種情況的熱傳導是通過徑向導熱方式，焊接工件被加熱熔化，材料蒸發一點點甚至不蒸發，電弧焊的能量密度范圍幾乎都在這個區域內。
（3）高功率密度區，功率密度達105~109W/cm2。電子束焊跟激光焊的功率密度就在這個區域內，這個時候的焊接就會發生大量的蒸發，并且以蒸發為主，在熔池內的小孔就是由于大量的蒸發造成的。
（4）超高功率密度區，功率密度大于109W/cm2。這個時候的蒸發是非常激烈，在激光焊接機焊接時將光斑調至較小時的情況下。 這個區域內的功率密度主要用于打孔，這樣打出來的孔精密非常的高，小孔附件幾乎不會受到任何的影響，毫不夸張的說幾乎是完美。
高能束流焊接技術可以說是有是高科技與先進制造技術完美結合的產物，我國在高能束流焊技術上還是跟發達國家有一定的差距的，但是工藝研究水平上幾乎是一致的，在某些方面甚至超過其他國家。高能束流設備的大型化是該項技術一直被關注的原因之一，如大功率高能束流設備和可以加工大型的零件、設備智能自動化跟設備加工的柔性化、焊接品質的提高、束流的復合及相互作用、新材料焊接及應用領域的擴展。
高能束流焊接設備向大型化發展主要有2層含義，其一是焊接設備功率大，其二是可以焊接大型零件。由于高能束焊的首次投資大，尤其是激光焊和電子束焊設備。

高能束流焊接特點

      高能束焊工作焊接時，由于高能束焊接設備的熱源能量密度非常高，在極其短暫的時間內，工件在高能束焊的熱源的作用下形成連續的且完全熔透的焊接焊縫。高能束流焊接的較大特點是會產生“小孔效應”，焊縫的寬深比會比傳統的焊接方式都高。
“小孔”的出現會改變焊接工件形成的熔池的傳質、傳熱規律，跟我們常見的電弧焊相比較有非常明顯的優點。激光高能束流焊機在焊接工作時一般不需要填絲或者其它的輔助材料、焊縫熔深寬比大、焊接速度快、工件熱影響極小、焊縫組織細化、工件幾乎沒有變形。“小孔效應”產生可以說是革命性的變化，她的出現改變熱傳遞的方式，由我們常見的導熱焊轉變為穿孔焊，這是包括激光焊、電子束焊、等離子弧焊在內的高能束流焊接的共同特點。
  在其它情況不變的情況下，高能束流焊的功率密度越高，熔深自然也就越大，焊縫的深寬比也越大。高能束流焊的類型不同，設備參數和焊接材料不同，工件焊接出來的額焊縫的尺寸跟形狀也會不同。在電子束焊上，焊接小孔直徑為0.5mm時，熔深能高達200mm，焊縫深寬比達60∶1；在激光焊接時，焊接小孔直徑為0.1mm，熔深竟然能高達20mm。
高能束流焊接技術高技術及國防科技中有著不可替代的作用。由于有上述優勢，激光高能束焊可以焊接其它方式焊接不了的材料跟其它焊機焊接不到的地方，并且具有很高的焊接效率。在核工業、航空航天、汽車等工業部門得到廣泛的應用。