高能焊考試重點

1、高能焊作業(yè)總結（一）激光焊1. 高能焊概念：高能焊接是指以激光束、電子束、等離子體為熱源，對金屬、非金屬材料進行焊接的精細加工工藝。高能束流焊接的功率密度（Power Density）達到105W/cm2以上。2. 高能束流是由單一的電子、光子、電子和離子，或者二種以上的粒子組合而成。3.激光焊概念：激光焊是高能焊的一種。是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效而且精密的焊接方法。它是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產生的熱量而進行焊接的，聚焦的激光束是指：利用大功率相干單色光子流聚焦而成的激光束。3.激光焊特點：（1.）功率密度高。由于激光束的頻譜寬度窄，經過會聚后的光斑直徑可以小到0.0

2、1mm，功率密度可以達到109W/cm2，可以焊接0.1 50mm厚的工件。（2.）脈沖激光焊加熱時間短、焊點小、熱影響區(qū)小。（3.）激光焊與電子束焊有許多相似之處，但它不需要真空室，不產生X射線，更適合生產中推廣應用。激光焊接已成為高能束焊接技術發(fā)展的主流。缺點是激光焊接一些高反射率的金屬還比較困難，另外設備投資大。（4.）激光能夠反射、透射、能夠在空間傳播相當長的距離而衰減很小，激光焊能夠遠距離焊接，或者對難以接近的部位進行焊接，能夠透過玻璃等其他透明物體進行焊接。（5.） 激光不受電磁場的影響。（6.）激光的電光轉換效率低（約為0.1 % 0.3 %）。工件的加工和組裝精度要求高，夾具要

3、求精密，因此焊接成本高。（7.） 一臺激光器可供多個工作臺進行不同的工作，既可以用于焊接，又可以用于切割、合金化和熱處理，一機多用。4激光焊接的優(yōu)點激光焊接具有以下優(yōu)點：能量密度高，可聚焦，深穿透，高效率，高精度，適應性強等。5激光焊設備組成激光焊接設備由以下設備組成：工作平臺，激光器，光束檢測系統(tǒng)，焊接過程檢測系統(tǒng)，導光聚焦系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)6激光器的組成激光器一般由以下這些部件組成：（1）激光工作物質：必須是一個具有若干能級的粒子系統(tǒng)并且具備壓穩(wěn)態(tài)能級，使粒子數反轉和受激輻射成為可能。（2）激勵源：即泵浦源，給激光物質提供能量，使之處于非平衡狀態(tài)，形成粒子數反轉。（3）諧振腔：機制給受激

4、輻射提供振蕩空間和穩(wěn)定輸出的正反饋，并且限制光束的方向和頻率。（4）電源：為激勵源提供能源。（5）控制和冷卻系統(tǒng)：保證激光器能夠穩(wěn)定、正?？煽抗ぷ?。（6）聚光器：固體激光器特有，使光泵浦的光能最大限度地照射在激光工作物質上7. 按照激光工作物質的狀態(tài)，激光器可以分為：固體激光器和氣體激光器，提高泵浦光的利用率。8. 固體激光器根據不同的用途，有不同的工作方式，一般可以分為三種：（1）脈沖激光器單次發(fā)射，每個激光脈沖的寬度為零點幾毫秒至幾十毫秒，每完成一次任務僅有一個脈沖。（2）重復頻率激光器這種激光器每秒可以產生幾個到幾十個脈沖，每完成一個任務需要幾個脈沖。（3）連續(xù)激光器可以長時間穩(wěn)定的輸出

5、激光連續(xù)使用。9. CO2激光器工作氣體的主要成分是CO2 (Carbon Dioxide)、N2 （Nitrogen）和He（Helium）。10. CO2激光器具有以下特點：（1）輸出功率大，國外有100kW的CO2激光焊機。高功率激光焊接設備主要應用于冶金加工和汽車制造等相關產業(yè)。（2）輸出功率范圍大，最小輸出功率為數毫瓦，最大可輸出功率幾百kW。（3）能量轉換率高，大大的高于固體激光器。理論轉換功率為40%，實際應用中光電轉換效率為15%。（4）CO2激光波長為10.6m的紅外激光，屬于紅外線。可以在空氣中傳播很遠而衰減很小。11. 激光焊的分類按照激光器輸出能量方式的不同來區(qū)分，激光

6、焊可以分為：脈沖激光焊，連續(xù)激光焊（包括高頻脈沖連續(xù)激光焊）。按照激光聚焦后光斑上功率密度的不同，激光焊可分為：傳熱焊，深熔焊。12傳熱焊定義：傳熱焊又叫熱導焊。 傳熱焊所用采用的激光光斑功率密度較低，（一般情況下，激光的光斑功率密度小于105W/cm2），當激光功率密度介于105W/cm2106W/cm2的時候，也被認為是傳熱焊。13. 傳熱焊過程機理分析：工件吸收激光后，激光將金屬表面加熱到熔點與沸點之間，焊接的時候，金屬材料表面將所吸收的激光轉變?yōu)闊崮埽沟媒饘俦砻鏈囟壬叨刍?，但是僅僅達到表面熔化的程度。然后通過熱傳導方式，把熱能向金屬工件內部傳遞，使得熔化區(qū)域逐漸擴大形成熔池。凝固

7、后形成焊點或者焊縫，熔深輪廓近似半球形。這種焊接機理稱為傳熱焊。它類似與TIG 焊等鎢極電弧焊原理。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。14傳熱焊的主要特點：傳熱焊激光光斑的功率密度小，很大一部分光被金屬表面反射，光的吸收效率低，焊接熔深淺，焊接速度慢，主要用于厚度小于1mm的薄板以及小零件的焊接加工。15. 深熔焊定義：深熔焊采用的激光光斑功率密度比較高。當激光光斑的功率度大于等于106W/cm2（通常介于106W/cm2107W/cm2）的時候，被認為是深熔焊。 17激光焊過程中的幾種效應：等離子體效應，壁聚焦效應，凈化效應。18. 脈沖激光焊的焊接參數脈沖激光焊有4個主要參數：脈沖能量，脈沖

8、寬度，功率密度，離焦量。19.分析比較氣體激光和固體激光的特點：20. 理解下圖意義.注意結合實際分析.20.根據波長與吸收率的關系圖，試分析論述焊接鋁合金時應該選取的激光器材類型。21什么是激光-電弧復合焊接？ 將激光束和電弧通過一定方式的組合后，作為復合熱源來實現焊接的過程。22. 激光+電弧作為一種復合熱源，激光和電弧組合方式如下：A. 激光束+ TIGB. 激光束+ GMAW （熔化極氣保焊）包括有：a. 激光束+ MIG b. 激光束+ MAG C. 激光束+ Plasma.23. 激光-電弧復合焊 （按照激光和電弧主輔關系分類）包括三種主要的方法：A. 電弧加強激光焊接. B.激光

9、輔助電弧焊接. C.電弧激光順序焊接24. 激光-電弧復合焊接有以下特點： (1) 可降低工件裝配要求，間隙適應性好。  (2) 復合焊接利用電弧的復合作用，在保證大熔深的同時適當增加熔池寬度，降低凝固速度，有利于減小氣孔傾向。   (3) 可以實現在較低激光功率下獲得更大的熔深和焊接速度，有利于降低成本。   (4) 電弧對等離子體有稀釋作用，可減小對激光的屏蔽效應，同時激光對電弧有引導和聚焦作用，使焊接過程穩(wěn)定性提高。   (5) 利用電弧焊的填絲可改善焊縫成分和性能。對焊接特種材料或異種材料有重要意

10、義。25. 激光電弧復合的布置方式：旁軸式； 同軸式1. 旁軸式-激光和電弧不在同一軸線上。2.2.同軸式-激光和電弧在同一軸線上，同軸復合可以在工件表面提供對稱熱源, 焊接質量不受焊接方向影響而適于三維焊接。 26. 激光焊接也存在著一定的局限性：A、要求焊件裝配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移。這是因為激光聚焦后光斑尺寸小，焊縫窄，若工件裝配精度或光束定位精度達不到要求，很容易造成焊接缺憾。B、激光器及其相關系統(tǒng)的成本較高，一次性投資較大。27.復合焊、激光焊、電弧焊焊縫比較 (分析)28. 鋁；鋁合金的激光焊 鋁及其合金對輸入能量強度和焊接參數很敏感。要獲得無缺陷的接頭，必

11、須仔細選擇焊接參數，并且對等離子體進行良好的控制。鋁合金激光焊時，用8kW的激光功率可以焊透12.7mm厚的材料，焊透率大致為1.5mm/kW。形成粒子數反轉的方法中 最常見的是： 光泵浦 和電激勵。 （二）、電子束焊接1. 電子束焊概念：電子束焊是利用會聚的高速電子轟擊工作件接縫處所產生的熱能，使金屬熔合的一種焊接方法。2.電子束焊實現過程：電子束轟擊工作件時，動能轉變?yōu)闊崮?。由高壓加速裝置形成的高功率電子束流，通過磁透鏡會聚后，得到很小的焦點（其功率密度可以達到104 W/cm2 109 W/cm2），轟擊置于真空或者非真空中的焊件，電子的動能迅速轉變?yōu)闊崮?，熔化金屬，實現焊接過程。 3.

12、 電子槍分為二極槍和三極槍兩種，現代電子束焊機多采用三級電子槍。 二極槍： 二極槍是由陰極、聚束極、和陽極組成的電極系統(tǒng)。聚束極與陰極等電位。在一定的加速電壓下，通過調節(jié)陰極溫度來改變陰極發(fā)射的電子流，從而調節(jié)電子束流的大小。三極槍： 三極槍的電極系統(tǒng)由陰極、偏壓電極、陽極組成。陰極處于高的負電位，它與接地的陽極之間形成電子束的加速電場。 偏壓電極相對于陰極呈負電位，通過調節(jié)其負電位的大小和改變偏壓電極形狀、位置，可以調節(jié)電子束流的大小和改變電子束的形狀。 4. 電子束焊的分類：電子束焊的分類方法很多。被焊工件所處的環(huán)境和真空度可以分為三種：高真空電子束焊、低真空電子束焊、非真空電子

13、束焊。5. 電子束焊按照加速電壓狀態(tài)分類：高壓型（大于80 kV）；中壓型（4060 kV）；低壓型（小于等于30 kV）。6. 真空電子束焊機由以下7部分組成：A電子槍；B. 工作真空室；C. 工作臺；D. 高壓電源；E. 控制及調整系統(tǒng)；F. 真空系統(tǒng)；G. 焊接夾具。7.電子束焊的主要焊接參數有以下：加速電壓 (Ua )，電子束流 ( Ib )，聚焦電流 ( If )，焊接速度 (Vb )，工作距離 ( H )。8. 電子束焊接主要優(yōu)點： A電子束穿透能力強，焊縫的深寬比高1.電子束斑點尺寸小，功率密度大，可以實現高深寬比的焊接（即焊縫深而窄）。深寬比達到60/1，可以一次焊透0.1mm

14、 -300mm的不銹鋼板。焊接厚板時，可以不開坡口實現單道焊，比電弧焊可以節(jié)省輔助材料和能源的消耗。  B焊接速度快，焊縫物理性能好2.能量集中，熔化和凝固速度快，例如焊接厚度為125mm的鋁板，焊接速度達到400mm/min，是氬弧焊的40倍。能夠避免晶粒長大，使接頭性能改善，高溫作業(yè)時間短，合金元素燒損少，焊縫抗腐蝕性好。C3. 焊件熱變形小4.功率密度高，輸入焊件的熱量少，熱影響區(qū)小，焊件變形小。對精密加工的工件，可以最后連接工序，焊后工件仍保持足夠的精度。 D焊縫純潔度高5.真空對焊縫有良好的保護作用，真空電子束焊接不僅可以防止熔化金屬受到氧氣、氮氣等有害氣體的污染

15、，而且有利于焊縫金屬的除氣和凈化，因而高真空電子束焊尤其適合焊接鈦以及鈦合金等活性材料。真空電子束焊接常用于焊接真空密封元件，焊接后內部元件保持在真空狀態(tài)。E工藝適應性強 參數易于精確調節(jié)，便于偏轉，對焊接結構有廣泛的適應性。F可焊材料多 不僅能夠焊接金屬和異種金屬材料的接頭，也可以焊接非金屬材料，例如陶瓷，石英玻璃等。G再現性能好 電子束焊焊接參數易于實現機械化，自動化控制。重復性好，再現性好，提高了產品質量的穩(wěn)定性。H可簡化加工工藝 可以將重復的大型整體加焊件分為易于加工的、簡單的或者小型部件，用電子束焊為一個整體，減少加工難度，節(jié)省材料，簡化工藝。 9. 電子束焊工作原理：電子束是從電子

16、槍中產生的。通常電子是以熱發(fā)射或者場致發(fā)射的方式從發(fā)射級（陰極）逸出的。在25300V的加速電壓的作用下，電子被加速到0.30.7倍光速，具有一定的動能，經過電子槍中靜電透鏡和電磁透鏡的作用，電子會聚成功率密度很高的電子束。這種電子束撞擊到工件表面，電子的動能就轉變?yōu)闊崮?，使金屬迅速溶化和蒸發(fā)。在高壓金屬蒸氣的作用下，熔化的金屬被排開，電子束就能繼續(xù)撞擊深處的固態(tài)金屬。很快在被焊工件上“鉆”出一個鎖形小孔。小孔的周圍被液態(tài)金屬包圍。隨著電子束與工件的相對移動，液態(tài)金屬沿著小孔周圍流向熔池后部，逐漸冷卻凝固形成了焊縫。電子束傳送到焊接接頭的熱量和其熔化金屬的效果與束流強度、加速電壓、焊接速度、電

17、子束斑點質量，以及被焊接材料的性能等因素有密切的關系。11. 電子束焊接的特點,優(yōu)點,缺點.(自己總結)10. 電子束焊小孔效應：電子束焊小孔的形成是一個復雜的高溫流體動力學過程?；具^程解釋如下：A高功率密度的電子束轟擊焊件，使得焊件表面材料熔化并且伴隨著液態(tài)金屬的蒸發(fā)。B材料表面蒸發(fā)走的原子的反作用使液態(tài)金屬表面向下凹陷。C隨著電子束功率密度的增加，金屬蒸氣量增多，液面被壓凹的程度也增大，并且形成一個通道。D電子束經過通道轟擊底部的待焊金屬，使通道逐漸向縱深發(fā)展。E液態(tài)金屬的表面張力和流體靜壓力是力圖拉平液面的，在達到力的平衡狀態(tài)時，通道的發(fā)展才停止，并且形成小孔。F小孔和熔遲的形貌與焊接

18、參數有關。（三）等離子弧焊1.等離子弧：等離子弧是電弧的一種特殊形式，是一種壓縮電弧。它是借助水冷噴嘴的外部拘束，使電弧的弧柱區(qū)橫截面受到限制，使電弧的溫度、能量密度、電離度和它的流速都顯著增大。這種用外部拘束條件使弧柱受到壓縮的電弧，就是通常所稱的等離子弧。2.等離子弧是通過以下三種壓縮作用而獲得的：機械壓縮效應，熱壓縮效應（熱收縮效應），電磁壓縮效應：（磁收縮效應）。3.等離子弧的類型：按照電源供電方式的不同，等離子弧可以分為：轉移型、非轉移型、聯合型三種。4.等離子焊接概念等離子弧焊是以等離子弧為熱源的一種高能速流焊接方法。它具有以下特點：能量集中，穿透力強，焊接速度快，焊接變形小，接頭強度高，可以不開坡口，一次焊雙面成型。5. 等離子焊接特點等離子弧具有能量密度高、射流速度大、等離子流力強的特點，在焊接過程中等離子弧穿透被焊工件形成小孔，一次焊接實現單面焊雙面成