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特种焊接技能之电子束焊与激光焊差异

东易日盛家居装饰集团股份通讯 2025-02-02 0

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电子束技能起源于20世纪50年代,激光器出身与20世纪50年代,晚了10年旁边。
电子束与激光加工都属于特种加工技能,属于高能密度束流加工技能,其能量密度在同一段数量级,远高于其他热源,运用领域也大体相同。

一、定义

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1、电子束焊:是将高能电子束作为加工热源,用高能量密度的电子束轰击焊件接头处的金属,使其快速熔融,然后迅速冷却来达到焊接的目的。

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(图片来自网络侵删)

2、激光焊:是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接手法。
定义和名字可以看出:两者紧张差异是热源不同,电子束焊因此高能电子束为热源,激光焊因此高能激光束作为热源。

二、加工事理

1、电子束焊:是在真空条件下,利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦后能量密度为10六次方~10九次方W/cm2的极细束流,高速(光速的60%~70%)冲击到工件表面,并在极短的韶光内,将电子的动能大部分转换为热能,形成“小孔”效应,使工件被冲击部位的材料达到几千摄氏度,致使材料局部熔化或蒸发,达到焊接目的。

2、激光焊:激光器利用原子受激辐射的事理,使物质受激而产生波长均一,方向同等和强度非常高的光束。
通过光学系统将激光束聚焦成尺寸与光波波长附近的极小光斑,其功率密度可达10五次方~10十一次方W/cm2,温度可达一万摄氏度,将材料在瞬间熔化和蒸发。
可以看出:一个是利用电子枪产生电子束,一个是采取激光器产生激光束。

三、性能

1、电子束焊性能

1)电子束的能量转换效率非常高(80%~90%),可以研制出很高功率的大型焊接设备,加速电压600kV、功率300kW的超高压电子束焊机已问世。

2)电子束焊接的焊缝很细,其深宽比很随意马虎达到10:1,乃至是20:1。

3)电子束的可控性好,乃至可以在工件内部形成曲线孔径。

4)电子束对不同材料、分外材料的接随意马虎。

5)须要高真空环境以防止电子散射,设备繁芜,焊件尺寸和形状受到真空室的限定(非真空环境的电子束焊,是主要的研究方向);由于真空室的存在,抽真空成为影响循环韶光的紧张障碍;

6)有磁偏移:由于电子带电,会受磁场偏转影响,故哀求电子束焊工件焊前去磁处理。

7)X射线问题:X射线在高压下特殊强,需对操作职员履行保护。

8)对工件装置质量哀求严格,同时对工件表面清洁的哀求也较高。
9)焊接时受环境影响,尤其在湿润、多雨以及雷雨时令对电子束的焊接质量影响较大。

2、激光焊

1)激光焊不需真空室和对工件焊提高行去磁处理,它可在大气中进行。

2)也没有防X射线问题,以是可在生产线内联机操作。

3)可焊接磁性材料。

4)激光焊接的循环韶光大大低于电子束焊接(很随意马虎做到30秒以内)。

5)激光的能量转换效率较低,CO2激光器能量转换效率不敷20%,最新的光纤激光器转换效率也没有超过30%,目前实用的激光焊接设备功率大多小于20KW,可焊接的深度一样平常很少超过10 mm;

6)一样平常须要保护气体。

7)激光焊接的深宽比小于电子束焊,一样平常在10:1以内(在齿轮激光焊接中,焊缝的深度一样平常在4~6mm,故这个深宽比还比较适用),不适宜大厚度工件的焊接;

8)激光焊接对付铝合金材料及其他高反射率材料的焊接还存在一些技能难点,必须通过填丝等赞助手段,才能达到较空想的焊接效果。

当然与传统焊接技能比较,激光焊接与电子束焊接都具有以下精良特性:

1)能量密度高(大于105W/cm2);

2)焊接速率高(一样平常可以达到5~10米/分钟);

3)热影响区窄(仅为焊缝宽度的10%~20%);

4)热流输入少、工件变形小;

5)易实现自动掌握、可在线检测焊缝质量;

6)非打仗加工、无后续加工。

四、经济性

1、电子束技能的发展已经相称成熟,大功率、超大功率电子束焊接设备的发展相称快,而且已经具备了相称实用的代价。

我国的中小功率电子束焊机已靠近或遇上国外同类产品的前辈水平,而价格仅为国外同类产品的1/3旁边,有明显的性能价格比上风。

2、激光技能受到能量转换率较低及其他技能障碍,使得激光焊接的功率还不能大幅提升。
目前,实用的激光器功率还不能超过10KW,更高功率的激光器,本钱的增加非常快,实际运用代价还较低。

在海内,由于大功率激光器(千瓦以上)的研发滞后,实际利用的激光焊接设备基本依赖入口。
一样平常激光焊接设备一次性投资略高于电子束。
电子束焊设备一次性投资高于其它焊接设备,略低于激光焊接,价格约40-50万元。

但是,在汽车生产中,大批量高效率成为汽车制造企业追求的目标。
而国产的电子束焊接设备,一样平常不具备大批量自动化生产的能力。
在产能提高的时候,每每靠增加电子束焊接设备的数量和增加人力的办法,知足生产的需求,激光焊接的自动化产线能力使其具备竞争上风。

五、运用

1、电子束焊接:在超大功率(30KW以上)和大熔深(50mm以上)焊接中具有不可替代的地位。
特殊是:发电设备、石扮装备、矿山机器、重型汽车、航空航天器、原子能设备和造船工业等领域,电子束焊接仍旧是首选的技能方案。

和激光焊接比较较,电子束另一主要特点是不受补焊材料反射的影响,因此能很随意马虎地焊接金、银、铜、铝等难于激光焊接的材料。
例如,电子器件中的无氧铜零件、大电流的铜排、铜钨触头和大马力柴油机的铝活塞等,都能得到高强度、大熔深的焊接接头。

据估算,当焊深超过50mm时,电子束焊接的本钱即可低于窄间隙焊和埋弧焊。
焊深越深,差价越大。
当焊深超过150mm时,电子束焊接的综合本钱就只有窄间隙焊和埋弧焊的1/2~1/3。

2、激光焊接:在汽车制造领域,激光焊接应用最好空间,紧张是焊接的深度大10mm以下领域,随着技能的快速发展,激光焊接正逐步取代电子束焊接,成为10mm以下熔深首选的技能方案。

激光焊接的运用范围,也从齿轮焊接、传动系统零件焊接,到车身焊接、底板不等厚钢板焊接、车门焊接等各个领域。

七、结束语

激光焊接与电子束焊接都属于高能束流焊接工艺,电子束与激光加工的机理大致相同,运用领域也大体相同,但又各有其优缺陷,激光焊接由于适应性强,在机器,车辆制造等多个领域广泛运用,而对付焊接大熔深且质量高的厚大部件,电子束焊接具有不可替代的浸染。

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