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电子束焊、激光焊的原理分类、特点与应用
剥线一、电子束焊原理、分类、特点与应用
1.电子束焊的原理
在真空中，把电子的阴极（灯丝）通电加热到高温，使它发射出大量电子，通过阴极和阳极之间强电场的加速和电磁透镜的聚焦，收敛成一束能量极大且十分集中的电子束，电子束轰击焊件表面，电子能转化为热能，使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸汽的作用下，熔化金属被排开，电子束能继续轰击深处的固态金属，很快地使焊件表面形成一个锥形的空隙，这种空隙在电子束的轰击下可以达到相当大的深度。在焊接过程中，随着电子束与焊件的相对移动，空隙周围的熔化金属就流入空隙内，冷却后即形成焊缝。 电子束焊时，由于电子在及时到几百千伏电压的作用下被加速到1/22/3的光速，电子束所的能量大大超
出它在发射时的能量，然后将它通过磁场聚焦在很小的面积内，就变成一种能量密度很高的能源。其电弧功率密度比普通电弧功率高1001000倍。
2.电子束焊的分类
（1）按焊件所处环境的真空度可分为三类：高真空电子束焊、低真空电子束焊和非真空电子束焊。
1）高真空电子束焊。高真空电子束焊时将焊件放在真空度为104101Pa的工作室中完成的。由于具有良好的真空环境，可以保证对熔池的“保护”，防止金属元素的氧化和烧损。所以很适用于焊接活泼性金属、难熔金属和质量要求较高的工件。但是，也存在缺点，如焊件的大小会受到工作室尺寸的限制，真空系统相对庞杂，抽真空时间长。
2）低真空电子束焊。低真空电子束焊时使电子通过隔离阀及气阻孔道进入工作室，工作室的真空度保持在10110Pa，低真空袋子束焊也具有束流密度和功率密度高的特点。由于只需要抽到低真空，明显地缩短了抽真空的时间，从而提高了生产效率。
3）非真空电子束焊。非真空电子束焊也称为大气压电子束焊。这种焊接方法其电子束仍是在高真空条件下产生的，射到处于大气压力下的工件上施焊。为了保护焊缝金属不受污染，减少电子束的散射，束流在进入大气中时先经过充满氦的气室，然后与氦气一起进入大气中。
在大气压力下，电子束散射强烈，即使将电子的工作距离限制在2050mm，焊缝深宽比最大只能达到5:1.目前，非真空电子束焊接最大熔深为30mm。
这种方法的优点是：不需要真空室，因而可以焊接尺寸大的工件，生产效率高，扩大了电子束焊接技术的应用范围。
（2）按电子束焊机的加速电压高低可分三类：高压电子束焊、中压电子束焊和低压电子束焊。
1）高压电子束焊。高压电子束焊一般指加速电压的范围为60150kv。在相同功率情况下，高压电子束焊所需的束流小，加速电压高，易于直径小、功率密度大的束斑和深宽比大的焊缝。因而特别适用于大厚度板材的单道焊，也适用于焊接哪些难熔金属和热敏感性强的材料。缺点是，屏蔽焊接时产生的X 射线比较困难；电子的静电部分为防止高压击穿，需要用耐高压的绝缘子，使结构复杂而笨重，只能做成固定式。
2）中压电子束焊。中压电子蜀汉所用加速电压的范围为3060kv。当电子束的功率不超过30KW时，中压电子束焊机的电子能保证束斑的直径小于0.4mm，除极薄材料外，这样的束斑尺寸完全能满足焊接要求。30KW的中压电子束焊机焊接的最大钢板厚度可达70mm左右。中压电子束焊时产生的X射线，可以适当厚度的真空室壁吸收，不需要铅板保护、电子极间不要求特殊的绝缘子，因而电子可做成固定型和移动型。
3）低压电子束焊。低压电子束焊所用的加速电压低于
银行门30kv。低压电子束焊机不用铅板保护，电子可做小型移动式。缺点是在相同功率情况下，低于电子束的束流大，加速电压低，束流的会聚比较困难。通常束斑直径很难达到1mm以下，其功率限于10kw以内，因而低压电子束焊只能焊接薄板。
3.电子束焊的特点及应用
（1）电子束焊的特点
1）加热功率密度大。焊接用的电子束电流为及时到几百毫安，最大可达1000mA以上；加速电压为几十到几百千伏；故电子功率从几十千瓦到100kw以上。由于电子的质量小，束流值不大。所以电子束焦点直径小于1mm。而电子束束斑（或称焦点）的功率密度高达106108W/cm2，比普通电弧功率密度高1001000倍。
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2）焊缝深宽比大。通常电弧焊的深宽比＜2，而电子束焊的深宽比可达50:1.所以，对于平行边焊缝接头，焊后基本上不产生角变形。对大厚度钢板可进行补开坡口的单焊道。
3）焊缝纯度高。真空电子束焊的真空度一般为104Pa，比氩气（Ar99.99%）还要纯净几百倍左右。因此，不存在污染问题。
4）焊接速度快且焊缝热物理性能好。电子束焊焊接速快，能量非常集中；熔化和凝固过程快，热影响区小，对精加工的焊件，焊后仍能保持精度不变。
5）可焊材料多。不仅能焊同种金属和异种金属材料的接头，也能焊接金属材料，如陶瓷。石英玻璃等。
6）焊接工艺参数调节范围广、适应性强。电子束焊接的工艺参数能各自单独进行调节，并且调节范围很宽，控制灵活，电子束焊焊接参数易于实现机械化和自动化控制，使产品质量相对稳定。
7）电子束焊的缺点是：设备复杂，价格昂贵，使用维护要求高；对焊接装备要求严格，工件尺寸受真空室大小的限制；使用时需注意防护X射线。
（2）应用范围。电子束焊接作为一种先进制造技术已广泛应用于航空航天工业、七尺制造工业和电子及发电等工业。在其他工业中电子束焊主要用于高压气瓶、核电站反应堆内构件筒体等。另外，炼钢炉的铜冷却风口也采用电子束焊。电子束焊接不仅能焊接除黄铜、铸铁和未作脱氧处理的普通低碳钢以外的绝大多数金属，还能焊接异种金属；可焊接工件厚度范围较大，例如，最薄小于0.1mm，最厚超过100mm。并且能焊接采用常规焊接方法难以施焊的复杂构件，如焊接精密仪器。仪表或电子工业中的微型器件。同时，散焦电子耍可用于焊前预热或焊后冷却，还可用做钎焊，切割及表面涂敷的热源。电子束焊接事在修复领域和新材料焊接中，最有价值的工艺方法之一，也是未来太空焊接最有
前途的热源和空间结构焊接强有力的工具。抗生素制作方法
二、激光焊原理、分类、特点与应用
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1.激光焊接原理
进行激光焊接的核心装置是激光器，激光器最基本的组成部件有激光体（红宝石）、泵灯、聚光器、谐振腔、电源及控制系统。
当泵灯通入脉冲电流时，就发出强烈的闪光，经聚光器会聚集中照射在激光体上，激发了红宝石晶体中的原子（铬），使之发射出红射线。激发出的红射线经谐振腔中的全发射镜的多次反射（共振作用），逐渐加强，通过输出窗口发射出的激射光即为激光。
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