電子束焊接

電子束焊接技術(shù)是將高能電子束作為加工熱源，用高能量密度的電子束轟擊焊件接頭處的金屬 ，使其快速熔融 ，然后迅速冷卻來達(dá)到焊接的目的。

電子束焊接因具有不用焊條、不易氧化、工藝重復(fù)性好及熱變形量小的優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于航空航天、原子能、國(guó)防及軍工、汽車和電氣電工儀表等眾多行業(yè)。電子束焊接的基本原理是電子槍中的陰極由于直接或間接加熱而發(fā)射電子，該電子在高壓靜電場(chǎng)的加速下再通過電磁場(chǎng)的聚焦就可以形成能量密度極高的電子束，用此電子束去轟擊工件，巨大的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使焊接處工件熔化，形成熔池，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的焊接。

激光焊接

激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。20世紀(jì)70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于微、小型零件的精密焊接中。

由光學(xué)震蕩器及放在震蕩器空穴兩端鏡間的介質(zhì)所組成。介質(zhì)受到激發(fā)至高能量狀態(tài)時(shí)，開始產(chǎn)生同相位光波且在兩端鏡間來回反射，形成光電的串結(jié)效應(yīng)，將光波放大，并獲得足夠能量而開始發(fā)射出激光。

激光亦可解釋成將電能、化學(xué)能、熱能、光能或核能等原始能源轉(zhuǎn)換成某些特定光頻（紫外光、可見光或紅外光）的電磁輻射束的一種設(shè)備。轉(zhuǎn)換形態(tài)在某些固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)介質(zhì)中很容易進(jìn)行。當(dāng)這些介質(zhì)以原子或分子形態(tài)被激發(fā)，便產(chǎn)生相位幾乎相同且近乎單一波長(zhǎng)的光束-激光。由于具同相位及單一波長(zhǎng)，差異角均非常小，在被高度集中以提供焊接、切割及熱處理等功能前可傳送的距離相當(dāng)長(zhǎng)。

電子束焊接與激光焊接區(qū)別

電子束與激光焊的性能比較

至今，電子束焊經(jīng)過不斷發(fā)展已經(jīng)成為一種成熟的加工技術(shù)，無論是汽車制造，還是航空航天，都起著舉足輕重的作用。而40多年來，激光加工已從實(shí)驗(yàn)室走向了實(shí)用化階段，并進(jìn)入了原來由電子束加工的各個(gè)領(lǐng)域，大有取代電子束加工的勢(shì)頭。但實(shí)踐證明，激光和電子束作為高能量密度熱源，除了具有很多相同技術(shù)特點(diǎn)外，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能上，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，仍有各自不同的特點(diǎn)。

電子束焊接的優(yōu)點(diǎn)是相當(dāng)突出的：

電子束的能量轉(zhuǎn)換效率非常高（80%~90%），可以研制出很高功率的大型焊接設(shè)備（在日本，加速電壓600kV、功率300kW的超高壓電子束焊機(jī)已問世）；

電子束焊接的焊縫很細(xì)，其深寬比很容易達(dá)到10:1，甚至是20:1（最新報(bào)道顯示：日本在焊接200mm厚不銹鋼時(shí)，深寬比達(dá)70:1）；

電子束的可控性更好，甚至可以在工件內(nèi)部形成曲線孔徑；

電子束對(duì)不同材料、特殊材料的焊接更容易。

當(dāng)然，電子束的缺點(diǎn)也十分明顯：

需要高真空環(huán)境以防止電子散射，設(shè)備復(fù)雜，焊件尺寸和形狀受到真空室的限制（非真空環(huán)境的電子束焊，是重要的研究方向）；

由于真空室的存在，抽真空成為影響循環(huán)時(shí)間的主要障礙（目前用于齒輪焊接的單臺(tái)電子束設(shè)備循環(huán)時(shí)間很難做到60秒以內(nèi)）；

有磁偏移：由于電子帶電，會(huì)受磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)影響，故要求電子束焊工件焊前去磁處理；

X射線問題：X射線在高壓下特別強(qiáng)，需對(duì)操作人員實(shí)施保護(hù)；

對(duì)工件裝配質(zhì)量要求嚴(yán)格，同時(shí)工件表面清潔的要求也較高。

相比較于電子束焊，激光焊接的優(yōu)點(diǎn)是：激光焊不需真空室和對(duì)工件焊前進(jìn)行去磁處理，它可在大氣中進(jìn)行，也沒有防X射線問題，所以可在生產(chǎn)線內(nèi)聯(lián)機(jī)操作，也可焊接磁性材料。另外，激光焊接的循環(huán)時(shí)間大大低于電子束焊接（很容易做到30秒以內(nèi)）。激光焊接實(shí)際上已取得了電子束焊接20年前的地位，成為高能束焊接技術(shù)發(fā)展的主流。

但是，受到技術(shù)進(jìn)步的局限，激光焊接比電子束焊接還存在一定的弱勢(shì)。

激光的能量轉(zhuǎn)換效率較低，Rofin的DC系列CO2激光器能量轉(zhuǎn)換效率不足20%，最新的IPG光纖激光器轉(zhuǎn)換效率也沒有超過30%；

能量轉(zhuǎn)換效率低造成在生產(chǎn)線中應(yīng)用大功率激光焊接的經(jīng)濟(jì)性很差，目前實(shí)用的激光焊接設(shè)備功率大多小于20KW，可焊接的深度一般很少超過10mm；

隨著新一代激光器的誕生，激光器的壽命可以達(dá)到50000小時(shí)，這大大降低了激光焊接設(shè)備的使用成本。但是，要想獲得理想的焊接質(zhì)量保護(hù)氣體是不可少的，這也造成加工成本的增加；

激光焊接的深寬比小于電子束焊，一般在10:1以內(nèi)（在齒輪激光焊接中，焊縫的深度一般在4~6mm，故這個(gè)深寬比還比較適用），不適合大厚度工件的焊接；

激光焊接對(duì)于鋁合金材料及其他高反射率材料的焊接還存在一些技術(shù)難點(diǎn)，必須通過填絲等輔助手段，才能達(dá)到較理想的焊接效果。

電子束與激光焊的經(jīng)濟(jì)性比較

電子束技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，大功率、超大功率電子束焊接設(shè)備的發(fā)展相當(dāng)快，而且已經(jīng)具備了相當(dāng)實(shí)用的價(jià)值。激光技術(shù)受到能量轉(zhuǎn)換率較低及其他技術(shù)障礙，使得激光焊接的功率還不能大幅提升。目前，實(shí)用的激光器功率還不能超過10KW，更高功率的激光器，成本的增加非?？?，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值還較低。

在歐美國(guó)家，同等功率（3~5KW）的電子束焊接設(shè)備與激光焊接設(shè)備的價(jià)格基本相當(dāng)，而激光焊接的高效率、靈活性（不受真空室限制）和便于集成到生產(chǎn)線中的特性，使得激光焊接設(shè)備在汽車制造中的應(yīng)用增長(zhǎng)速度大大超過電子束焊接設(shè)備。

在國(guó)內(nèi)，由于大功率激光器（千瓦以上）的研發(fā)滯后，實(shí)際使用的激光焊接設(shè)備基本依賴進(jìn)口。同時(shí)，我國(guó)的中小功率電子束焊機(jī)已接近或趕上國(guó)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，而價(jià)格僅為國(guó)外同類產(chǎn)品的1/3左右，有明顯的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)。因此，國(guó)內(nèi)的電子束焊接設(shè)備應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過激光焊接設(shè)備。

但是，在汽車生產(chǎn)中，大批量高效率成為汽車制造企業(yè)追求的目標(biāo)。而國(guó)產(chǎn)的電子束焊接設(shè)備，一般不具備大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的能力。在產(chǎn)能提高的時(shí)候，往往靠增加電子束焊接設(shè)備的數(shù)量和增加人力的方式，滿足生產(chǎn)的需求。綜合比較下來，其經(jīng)濟(jì)性也大打折扣。