激光束焊接(LBW)和电子束(EBW)焊接的支持者每次发音他们有利的技术的奇异赞美,但往往是客户的最佳解决方案是在一起使用两种技术。这两个过程非常适合加入具有复杂几何形状的组件,并且能够满足最终组装的冶金特性的最严格要求。

图1.固态激光焊接系统(Trumpf Inc.提供照片)

在单个设施中使用激光和电子束技术可以简化制造过程,当组件的设计包括多个焊接接头,单独为一个过程或另一个过程分别定制。实例包括在成品部分内需要惰性气体或真空密封的传感器,医疗装置和产品。

当最终组件的尺寸太大而对于EB焊接室时,需要激光加工,组件中的一些部件与真空处理(例如液体或气体)不兼容,或者当焊缝无法进入电子束时来源。当焊接穿透超过1/2时,电子束必须在真空中用内部部件密封时,电子束将在真空中用内部部件密封时,当材料挑战以启动激光耦合时,或者当焊缝不得暴露在大气条件下时直到它冷却到可接受的温度。例子是钛及其合金的航空焊接,以及许多难治金属,如钨,铌,铼和钽。

LBW - 更简单的工具和更短的循环时间

激光焊接能源利用连续波(CW)或光子的脉冲输出。利用CW系统,在焊接过程中,激光束始终开启。调制脉冲系统以在这些脉冲之间输出一系列脉冲。通过这两种方法,激光束光学聚焦在待焊接的工件表面上。这些激光束可以通过经典的硬光学或通过能够将激光能量输送到远处工作站的高度柔性光缆来递送到部分。

它是激光器的高能量密度,其允许迅速地将材料表面迅速达到其液相温度,与传统的焊接方法(如GTAW(TIG焊接)和类似过程相比,允许短束相互作用时间。因此,能量较少的时间来消散到工件的内部。这导致狭窄的热影响区域和对组件的疲劳借记。

可以高度控制和调制光束能量输出以产生任意脉冲轮廓。焊缝可以通过重叠单独的脉冲来制造,其通过在脉冲之间引入短暂的冷却循环来减少热输入,这是用于在热敏材料中产生焊缝的优点。

萨莱斯斯坦纳德是加入技术的材料工程师,东方大花卉基于CT的创新者,电子束和激光焊接应用中,CW激光器可以实现高达和超过0.5英寸的渗透,而脉冲激光器通常仅实现0.030-0.045英寸。她说,“这些结果可能在激光系统之间变化,并且在很大程度上取决于加工参数选择和联合设计。”图1描绘了固态激光焊接系统的构造。

斯坦纳德补充说:“由于这种类型的焊接过程中的热源是光的能量,因此应考虑焊接材料的反射率。例如,金,银,铜和铝需要更强烈的能量输入。一旦融化,反射率降低,过程的热传导进展以实现渗透。“

如上所述,激光的高功率密度导致小型热影响的区域,并确保关键部件受到侵扰。这对于外科手术器械,电子元件,传感器组件和许多其他精密装置具有特别的优势。与EBW不同,LBW不会产生任何X射线,并用自动化和机器人易于操纵。通常,LBW也具有更简单的工具要求,并且没有真空室的物理约束。短周期时间转化为成本优势而不牺牲质量。表1列出了连续波和脉冲LBW的优点。

EBW - 更深层次的焊接渗透和污染自由

广泛接受许多行业,EBW允许耐火材料和不同金属的焊接,这些金属通常不适合其他方法。如图2所示,用以极高的速度轰击工件用聚焦的电子流轰击。电子的动能被转换为热能,这反过来是融合的驱动力。通常不需要添加或使用添加填料,并且焊后失真是最小的。超高能量密度能够实现深度渗透和高纵横比,而真空环境确保了无污染的无污染焊缝,这对于诸如的金属至关重要

图2.电子束焊接钛,铌,耐火金属和镍基超合金。

然而,在真空下操作的主要必要性是精确地控制电子束。当电子与空气分子相互作用时发生散射;通过降低环境压力,可以更加紧密控制。

现代真空室配有最先进的密封件,真空传感器和高性能泵送系统,可以快速疏散。这些特征使得可以将电子束聚焦到直径为0.3至0.8毫米。

通过利用最新的微处理器计算机数字控制(CNC)和系统监测的优越部件操纵,可以连接各种尺寸和质量的部分,而不会过度熔化较小的部件。精确控制电子束的直径和行进速度允许从0.001“到几英寸厚的材料融合在一起。这些特性使EBW成为一个非常有价值的技术。

该过程将热量最小的热量放入工件中,这产生了尽可能小的变形量,并且允许在没有额外的处理的情况下将待结合的机加工部件连接在一起。表2列出了EB焊接的主要优点。

图2.电子束焊接

根据John Rugh,endfield基于CT的PTR-Precision Technologies,Inc。的营销和普通销售经理,EBW是一个很长一段时间的过程。“由于大多数EB焊接是在真空室内进行的,因此对于加入这样的行业中使用的先进材料,作为航空航天,发电,医疗和核,需要在真空环境中生产以保护它们免受氧气和氧气在露天环境中发现的氮。“

他补充说,“焊接环境的清洁度是你不必担心的一个变量。除了提供理想的焊接环境外,新的EB焊接控制还允许光束的快速电磁偏转,这允许定制焊接和周围区域的热量输入以获得最佳材料特性。“

例如,这种快速偏转允许通过快速移动光束位置,焦点和功率水平同时进行预热,焊接和后加热。这提供了焊接困难或“不可能焊接”合金的能力。

根据基于马萨诸塞州的剑桥真空工程总经理Geoffrey Young,“EBW零件需要最少的焊接加工和热处理,并且与其他融合焊接过程不同,EBW不需要屏蔽气体。”他补充说,“焊接质量卓越,过程非常有效(通常为95%),所有过程参数都经过精心控制,并全自动过程。”

两全其美的

连续同轴粉末进料喷嘴允许多向激光包层,需要高粉末效率。它还为高度易受极端氧化的材料提供出色的大气屏蔽功能,例如钛。

根据John Rugh的说法,LBW通常用于焊接钢板金属部件和机加工组件,厚度为1/3至1/2英寸。激光焊接对于连接不适合于在真空室内处理的部分也是有用的。

“一些零件及其相关的焊接夹具可能太大而无法适合可用的EB焊接室,”Rugh说。“除了尺寸外,如果焊接的部件含有会干扰真空泵的液体,激光焊接将是一个不错的选择。”撤离EB焊接室需要几分钟,并且该时间可能不值得这款较少的焊接。

如果组件具有高值,则由可从钛和镍合金如诸如真空环境中受益的材料制成,焊缝比1/3到1/2英寸更深,或者激光束与材料耦合难以连接焊接,如铝合金,EB焊接通常是激光焊接的选择过程。

虽然每个技术都具有其优势,但实际上,许多组件设计都包含EB和激光焊接。在这些情况下,在同一设施中执行两种类型的焊接绝对简化了制造过程。

本文是由John Lucas,Process Developmencian,加入技术(East Granby,CT)编写的。有关更多信息,请联系John At此电子邮件地址受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用Javascript来查看它。或者访问http://info.hotims.com/34454-200。


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本文首先出现在2011年5月的问题Photonics技yabovip16.com术简报杂志。

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