高能束焊焊接技术——激光焊接机

高能束流焊接技术

高能束流（High Energy Density Beam）焊接技术工艺设备有激光束焊接机、电子束焊机和等离子弧焊机等。这些焊接设备以能量束为热源，对材料或工件进行焊接的工艺方法。高能束流焊（也叫做高能密度焊）是指焊接功率密度比平时我们常见的氩弧焊（TIG、MIG）或CO2气体保护焊能量要高出很多的焊接方法。从严格的专业角度来说，焊接能量和焊接功率密度是两个没有关系的概念，但是两者又有一定的相关性。从习惯上来讲，高能密度焊经常被人们认为是高功率密度焊（功率密度大于105W/cm2），如电子束焊、激光焊、等离子弧焊等。

高能束流焊加工的特点

高能束流焊机焊接工艺技术是利用高功率密度大于（105W/cm2）的热源（如激光束、电子束、等离子弧等）对材料或工件进行的焊接技术。我在这里说说的“焊接技术”不仅仅是把材料和工件焊接在一起，还包括利用高能束流制备新型材料。
在20世纪80年代以后，激光高能束流焊在市场的作用下，呈现出高速的发展趋势。在全世界高尖的焊接技术国家，一些经济大国都相续的建立专门的研究机构，开发高能束流焊的焊接工艺技术和应用工作。当然，我国这激光焊接机焊接技术领域也得到高速的发展，我国的激光焊接技术在国际上也取得不错的成绩[1]。
高能束流焊由单一的光量子、电子和等离子或2种以上的粒子组合而成，现在用在焊接上的高能束流焊主要是激光束焊、电子束焊和等离子弧焊。功率密度大不相同，我们用四个区域来区分不同的功率密度。
（1）低功率密度区，功率密度约小于3×102W/cm2。这种情况下，热量在传导的过程大量的热量会被浪费掉，被加热的材料只吸收很少的热量，熔化一点点甚至不熔化，像这种情况下的热源是很难用于金属焊接的。
（2）中功率密度区，功率密度范围为3×102~105W/cm2。这种情况的热传导是通过径向导热方式，焊接工件被加热熔化，材料蒸发一点点甚至不蒸发，电弧焊的能量密度范围几乎都在这个区域内。
（3）高功率密度区，功率密度达105~109W/cm2。电子束焊跟激光焊的功率密度就在这个区域内，这个时候的焊接就会发生大量的蒸发，并且以蒸发为主，在熔池内的小孔就是由于大量的蒸发造成的。
（4）超高功率密度区，功率密度大于109W/cm2。这个时候的蒸发是非常激烈，在激光焊接机焊接时将光斑调至较小时的情况下。 这个区域内的功率密度主要用于打孔，这样打出来的孔精密非常的高，小孔附件几乎不会受到任何的影响，毫不夸张的说几乎是完美。
高能束流焊接技术可以说是有是高科技与先进制造技术完美结合的产物，我国在高能束流焊技术上还是跟发达国家有一定的差距的，但是工艺研究水平上几乎是一致的，在某些方面甚至超过其他国家。高能束流设备的大型化是该项技术一直被关注的原因之一，如大功率高能束流设备和可以加工大型的零件、设备智能自动化跟设备加工的柔性化、焊接品质的提高、束流的复合及相互作用、新材料焊接及应用领域的扩展。
高能束流焊接设备向大型化发展主要有2层含义，其一是焊接设备功率大，其二是可以焊接大型零件。由于高能束焊的首次投资大，尤其是激光焊和电子束焊设备。

高能束流焊接特点

      高能束焊工作焊接时，由于高能束焊接设备的热源能量密度非常高，在极其短暂的时间内，工件在高能束焊的热源的作用下形成连续的且完全熔透的焊接焊缝。高能束流焊接的较大特点是会产生“小孔效应”，焊缝的宽深比会比传统的焊接方式都高。
“小孔”的出现会改变焊接工件形成的熔池的传质、传热规律，跟我们常见的电弧焊相比较有非常明显的优点。激光高能束流焊机在焊接工作时一般不需要填丝或者其它的辅助材料、焊缝熔深宽比大、焊接速度快、工件热影响极小、焊缝组织细化、工件几乎没有变形。“小孔效应”产生可以说是革命性的变化，她的出现改变热传递的方式，由我们常见的导热焊转变为穿孔焊，这是包括激光焊、电子束焊、等离子弧焊在内的高能束流焊接的共同特点。
  在其它情况不变的情况下，高能束流焊的功率密度越高，熔深自然也就越大，焊缝的深宽比也越大。高能束流焊的类型不同，设备参数和焊接材料不同，工件焊接出来的额焊缝的尺寸跟形状也会不同。在电子束焊上，焊接小孔直径为0.5mm时，熔深能高达200mm，焊缝深宽比达60∶1；在激光焊接时，焊接小孔直径为0.1mm，熔深竟然能高达20mm。
高能束流焊接技术高技术及国防科技中有着不可替代的作用。由于有上述优势，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机焊接不到的地方，并且具有很高的焊接效率。在核工业、航空航天、汽车等工业部门得到广泛的应用。