高能束焊接加工与固态连接技术的创新发展-关桥
需求引领 研讨新材料高效加工工艺问题——“军工难加工材料高效加工工艺与装备技术研讨会”引人注目
技术 公 司陆 启 建 总 经 理 的 高 速 数 控 加 工 技 术 及 应
用 ，ｏｉ ｒ Ｓ ｌ ｋ公 司技术 总 监 陈超 祥 先 生 的智 能 特 征 ｗｏ 技术 一让新手成 为 专 家 ， 西北 工 业 大 学乔 生 儒 博导 的 瞬态 电能表 面强 化 技 术 ， 林 大 学 李 明哲 博导 的 吉
集 团科 技 部 、 器装备 集 团科技 质晕 与 兵 ｊ 机械 工业 联合 会科技 工作 部 、 中国有 色 会科学 技 术部 以及 国防科技 工业科 技 成
研究 中心 等 共 同主办 ， 新 技术 新 工 艺 》 《
｝ 博 （ 团 ） 限 公 司 、 空 生 产 力 中 世 集 有 航
术 、 示 与 参 观 展
工艺 与装 备技术 研讨 会在 上海举 行作 大 会主题 发
｝ 工业 科 技 成 果推 广 转 化 研 究 中心 赵 钰
国机械 工 业 联合 会 科 技 工作 部 李 冬 茹 ｝ 中国兵 器 工业 集 团公 司 等军 工 集 团科
同 志出席 了会议 并讲 话 。来 自核 、 天 、 航 兵 器 、 电 、 械 、 色金 属 以及高 校 等 军 机 有
代 表近 ３０人参 加 了本次 会议 。会议 旨 ０
《 国防科 技 工业 “ 十一 五 ” 规划 纲 要 》 致 ，
新 型 装 备 技 术 为
主 要 内 容 。会 七
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北京航 空制造 工 程研究 所关桥 院 士的高 能束 流 焊接 与 固态连接技 术 ， 京航 空 航 天 大学 何 宁 博导 南
的高 性能 加工及 冷 却 润滑 技 术 ， 同济 大学 张 曙 博导 的微 纳制造 技术 ， 津 大学 林 彬 教 授 的硬 脆 材 料加 天 Ｉ 术 ， 苏大学 许 晓 静 教授 的高 效率 超 塑 性 成 形 ： 技 江 铝合 金及 其应用 ， 清华 大学唐 靖林 博士 的铝 、 镁合金
高能束焊接技术的发展和应用
高能束焊接技术的发展和应用随着工业自动化和信息化的进一步发展，高能束焊接技术显现出越来越重要的作用。
高能束焊接技术是一种利用能量浓度极高的能流对工件进行加热和熔化，进而实现焊接的技术，它的出现不仅改变了传统焊接方式的过程和结果，也为航空、国防、汽车、电子、冶金等各个领域带来革命性变革。
高能束焊接技术的发展历程可以追溯到20世纪初。
最早的高能束焊接技术应用于X射线管的制造中，然而，由于这种技术受制于物理和材料的限制，所以应用有限。
后来，随着激光技术的引入，高能束焊接技术得以迎来新的发展机遇。
激光是一种能量密度非常高的光束，它具有能量集中、方向性好、调节精度高等优点，成为高能束焊接技术的主要载体。
在激光技术的发展驱动下，高能束焊接技术得以不断优化和完善。
至今，高能束焊接技术已经成为现代工业中最重要的焊接技术之一，包括了激光焊接、电子束焊接、离子束焊接等多种焊接方式。
其中，激光焊接是应用最广泛的高能束焊接技术。
激光高能束能够产生高密度的光束能量，使工件受热的区域快速升温并达到熔化状态。
在这个过程中，激光束对工件的热影响区域非常小，实现了材料局部加热和快速冷却，从而提高了工件的焊接质量和生产效率。
高能束焊接技术的应用范围非常广泛。
在航空航天、汽车制造、电子、国防等一些高端领域，高能束焊接技术得到广泛应用。
在航空领域中，高能束焊接技术被广泛用于飞机、发动机、导弹等各种部件的制造。
在汽车制造中，高能束焊接技术被广泛应用于车身、底盘等工件的制造。
在电子领域中，高能束焊接技术则被广泛应用于集成电路芯片等微小部件的制造。
需要指出的是，尽管高能束焊接技术带来了无限商机，但它仍有一些局限性。
首先，高能束焊接技术对材料的选择较为严格，只能应用于一些特定材料的焊接，对于易氧化材料或高反射性材料等难焊接材料的加工难度相对较大；其次，高能束焊接设备的成本较高，需要对设备进行高起点的投资；最后，高能束焊接技术的专业知识对于工人的要求非常高，需要具备一定的技术水平。
高能束焊接技术的发展和应用
高能束焊接技术的发展和应用高能束焊接技术（EBW）是一种先进的焊接方法，它利用高速电子束来熔化和连接金属材料。
这种焊接技术具有高能量密度、高焊接速度、优质的焊接效果和适用于各种金属材料等优点，因此在航空航天、汽车制造、核工业和电子行业等领域得到了广泛的应用。
本文将从高能束焊接技术的发展历程和原理、应用领域、优势和挑战等方面进行介绍。
一、高能束焊接技术的发展历程和原理高能束焊接技术最早是在20世纪50年代发展起来的，最初是用于核工业和航天航空领域。
1958年，美国杜邦公司开发出了第一台商用的电子束焊接机，这标志着电子束焊接技术开始走向工业化生产。
高能束焊接技术通过电子枪产生高速电子束，电子束击中工件表面时，产生的能量将工件表面瞬间加热到熔化温度，然后通过电子束辐照区域产生高温熔池，从而实现熔化和连接金属材料的目的。
高能束焊接技术的原理是利用高速电子束的能量瞬间加热金属材料，使其熔化并形成熔池，然后利用合适的焊接工艺来实现金属材料的连接。
与传统的焊接方法相比，高能束焊接技术具有能量密度高、焊接速度快、热影响区小、热输入低等优点，因此可以实现高质量的焊接效果。
二、高能束焊接技术的应用领域高能束焊接技术在航空航天、汽车制造、核工业和电子行业等领域得到了广泛的应用。
在航空航天领域，高能束焊接技术被广泛应用于飞机结构件、发动机零部件、航天器壳体等关键部件的焊接，以提高焊接质量和生产效率。
在汽车制造领域，高能束焊接技术通常应用于汽车车身焊接、汽车零部件焊接等工艺环节，以提高焊接强度和减少成本。
在核工业领域，高能束焊接技术被用于核反应堆压力容器、核燃料元件等核设备的焊接，以保证核设备的安全可靠性。
在电子行业领域，高能束焊接技术通常应用于电子器件的微细焊接和包装，以提高器件的性能和可靠性。
高能束焊接技术相对传统焊接方法有很多优势，主要包括以下几点：1. 高能量密度：高能束焊接技术的能量密度很高，可以实现瞬间加热和快速熔化金属材料，从而提高焊接速度和效率。
激光-MIG复合焊接技术
02
激光-MIG复合焊接技术 优势
高效率
01
激光-MIG复合焊接技术通过结合 激光的高能量密度和MIG焊接的 填充特性，实现了快速、高效的 焊接过程。
02
与传统的焊接方法相比，激光MIG复合焊接技术能够显著减少 焊接时间和成本，提高生产效率 。
高质量
激光-MIG复合焊接技术能够获得具 有优异力学性能和美观外观的焊接接 头，如高强度、高致密性和低变形等 。
05
激光-MIG复合焊接技术 未来发展展望
技术创新
激光与MIG焊接工艺的优化
通过改进激光与MIG焊接的工艺参数，提高焊接质量和效率，降低生产成本。
新型激光器与MIG焊机的研发
研发更高功率、更稳定、更可靠的激光器和MIG焊机，以满足更广泛的应用需求。
智能化与自动化焊接系统的研发
利用先进的传感器、控制系统和人工智能技术，实现焊接过程的智能化和自动化，提高焊 接质量和效率。
1 2 3
激光与电弧的相互作用机制
激光与电弧在复合焊接过程中如何相互影响，提 高焊接效率和质量，是亟待解决的关键问题。
焊接过程的稳定性
激光和电弧的协同作用导致焊接过程变得更加复 杂，如何保持焊接过程的稳定性和一致性是一个 挑战。
高效能量传输与控制
如何实现激光和电弧的高效能量传输与控制，以 获得更好的焊接效果，是另一个需要克服的技术 瓶颈。
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市场前景
市场需求增长
随着制造业的发展和技术的进步， 激光-MIG复合焊接技术的应用领 域不断扩大，市场需求也将持续 增长。
技术竞争加剧
随着激光-MIG复合焊接技术的不 断发展和应用拓展，技术竞争将 更加激烈，企业需要不断提高技 术水平和创新能力，以保持竞争 优势。
高能束焊接技术的发展和应用
高能束焊接技术的发展和应用高能束焊接技术是一种现代焊接技术，它采用高能束作为焊接热源，利用高能束的集中能量和高能流密度，将焊接接头迅速加热至熔化温度并实现焊接。
高能束焊接技术包括激光焊接、电子束焊接和等离子焊接等多种形式。
这些焊接技术具有高能量浓度、热输入集中、加热速度快、熔深大、焊接变形小等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
高能束焊接技术的发展可追溯到20世纪40年代。
当时，电子束焊接技术首次应用于军事工业领域。
随着激光技术和等离子技术的发展，高能束焊接技术的应用范围逐渐扩大。
高能束焊接技术在航空航天领域中的应用十分广泛。
航空航天器的结构件往往需要具备高强度和高精度的特点，而高能束焊接技术能够满足这些要求。
激光焊接技术被应用于喷气发动机涡轮叶片的制造，能够提高制品的性能并保证焊接接头的质量。
电子束焊接技术被广泛应用于轻型航空航天器的生产，能够实现高效率、高质量的焊接，提高产品的可靠性。
在汽车制造领域，高能束焊接技术也发挥了重要作用。
汽车的表面涂层和涂漆往往会影响到其外观和耐腐蚀性能，而高能束焊接技术能够在不破坏基材的情况下，有效地去除涂层。
高能束焊接技术还可以用于汽车零部件的焊接，提高产品的质量和可靠性。
电子设备制造领域也是高能束焊接技术的主要应用领域之一。
电子器件往往需要高精度和高可靠性的连接，而高能束焊接技术能够实现精确的焊接和微小尺寸的焊接接头。
激光焊接技术被广泛应用于集成电路的封装和电子组装的焊接。
高能束焊接技术的发展和应用为现代工业生产带来了许多优势。
它能够实现高效率、高质量的焊接，提高产品的性能和可靠性。
随着科技的不断进步和创新，高能束焊接技术还将继续发展，并在更多领域得到应用。
《高能束加工》课件
通过高能束对材料表面进行辐照，改变材料表面的化学成分和结 构，提高材料表面的耐腐蚀性和抗氧化性。
高能束表面涂层技术
通过高能束将涂层材料熔融并沉积在材料表面，形成具有特殊性 能的涂层，提高材料表面的防护和装饰性能。
05
高能束加工发展现状 与趋势
高能束加工技术发展现状
高能束加工技术是指利用高能量密度的束流对材料进行加工 的方法，包括激光束、电子束、离子束等。目前，高能束加 工技术在航空航天、能源、电子信息等领域得到了广泛应用 。
纯度的特点。
高能束加工控制系统
加工过程控制系统
对高能束加工过程进行实时监测 和控制，确保加工过程的稳定性
和可靠性。
加工结果检测系统
对加工后的工件进行检测和评估， 确保加工质量符合要求。
加工数据管理系统
对加工过程中的数据进行收集、整 理和分析，为加工过程的优化提供 支持。
04
高能束加工材料与工 艺
新型高能束源的研发和应用将进一步提高加工效率和精度 ，同时降低能耗和成本。高能束加工技术的智能化和数字 化也将成为未来的发展趋势，实现加工过程的自动化和智 能化控制。
高能束加工技术面临的挑战与机遇
高能束加工技术虽然具有很多优点，但也面临着一些挑战，如设备成本高、加工效率低、材料适应性差等问题。同时，随着 环保意识的提高，高能束加工技术的环保性能也需要得到进一步提高。
激光加工材料与工艺
激光加工材料
激光加工适用于各种材料，如金属、非金属、复 合材料等。
激光加工工艺
激光切割、激光打标、激光焊接、激光熔覆等。
激光加工特点
高精度、高效率、非接触式加工。
电子束加工材料与工艺
电子束加工材料
高能束流焊接技术的最新进展
而窄的焊缝 ， 焊速 高、 热输入低 ， 但投资高 ， 对工件制备精度要求 子立焊是关注点之一。
高， 对铝等材料的适应性差 。从能量观点看 ， 激光电弧复合对焊 ３ 国内高能束流焊接现状 在 国 内 ， 能 束 流 焊接 越 来 越 引 起 更 多相 关 人 士 诸 如 焊 接 、 高 接效率的提高十分显著。这主要基于两种效应 ， 一是较高的能量
密度 导致 了较高的焊接速度 ； 二是两热源相互作用的叠加效应 。 物理 、 激光 、 材料、 机床 、 计算机等工作者的关 注。国内在设备水 与 但在工艺研究上 ， 水平则较为接近 ， 甚 Ｇ Ａ 激 光加丝和激光电弧 复合三种方法焊接 时线能量 、 Ｍ 、 焊缝断 平上 ， 国外有一定差距 ， 面以及能量利用率 的比较。Ｌ ｓｒＴ Ｇ Ｈ ｂｉ 可显著增加焊速 ， 至在某些方面还有 自己的特色。 ａｅ－ Ｉ ｙｒ ｄ
０ ｍｍ的不锈钢 ， 深宽比达 ７ ：。 日、 、 ０１ 俄 德开展 了双枪及填丝 机多用。 ） ２ 采用一台激光机可进行多工位 （ 可达 ６ ） 个 加工 。 ） ３光 ２ ０ 纤长度最长可达 ６ ｍ。 ） ０ ４ 开放式 的控制接 口。 ） ５ 具有远距离诊断 电子束焊接技术的研 究。法 国研制成功的双金属和三金属薄带
１ 激光焊接的最新进展
方法由于表面的清理作用强和加丝 的合金化作用效果 为好。 １ 激光熔覆 。激光熔覆与其它表直 流板条式 （ Ｃ Ｓａ ）Ｏ 激光器 ； ） ． １ ） Ｄ ｌｂ Ｃ ２ 二极 快、 热输人少 ， 变形极小 ； 结合强度高 ； 稀释率低 ； 改性层厚度可 管泵浦的 Ｙ Ｇ激光器 ； ） Ｏ激光器 ；） Ａ ３Ｃ ４ 半导体 激光器 ； ） ５ 准分 精确控制 ， 定域性好、 可达性好 、 生产效率高。
先进焊接技术发展现状与趋势
１先 进焊 接 技术 应 用领 域 １ ． １在 航 空领 域 的 应用 焊接 在 航空 航 天领 域 的应 用 极 为 广泛 ， 航 空 航 天工 业 中的许 多 金 属 材料 都 需要 使 用 先进 的焊 接 工艺 焊 接 在一 起 。 航 空 航 天工 业 中 由于 使用 的金属 材 料 的特 殊性 ， 使 得 应 用 于航 空 航 天领 域 的 焊 接技 术 也必须 具 有 一定 的 先进 性 。 航 空 航 天工 业 中许 多新 材 料 的广 泛应 朋 促 成 了特 种焊 接 技术 的应运 而生 。 我 国的航 空 航天 工 业 中 目前最 常使 用 的是 高 能束 流 焊接 技术 与 固态焊 接 技术 。 高能 束 流焊 接 技术 包 括 了等 离 子 束焊 接 、 激 光 焊与 电子 束 焊 接技 术 ； 固态 焊技 术 包 括 了各 种 摩擦 焊 以及 扩 散焊 。 这 其 中 的激 光焊 、 电子束 焊 、 搅拌 摩 擦 焊 是在 我 同航 空 航 天领 域 中最 经 常使 用 的 种先 进 焊接 技 术 。 这 些 技 术 的 出现 ， 使 得传 统 的铆 接 技 术 正在 逐 渐 退 出 历史 的舞 台 ， 先 进 焊 接技 术 在航 空 航 天领 域 的应 用 已是 大 势 所 趋 。焊 接 技术 的变革 ， 离 不 开 新材 料 的变 革 ， 航 空 航 天 工 业 与其 他 行 业 不 同 ， 对 材 料 的 材 质 要求较高 ， 要 求所 使 用 的材 料 不 仅具 有物 理 的 坚 固 性 ， 而 且 更 要 有 质量 上 的 轻质 性 。 要 求 材料 要 能够 适 应 任何 复杂 的高低 温 变 化剧 烈 的外部 环 境 ， 并且 还 要具 备 多 功 能 、 高性 能 、 复 合 化 的特 点 。我 国 的 航 空 航 天材 料 在 这 样 的 要求 下 度 过 了 四个 阶段 目前 正 处 于 第 五 代 材 料 的 阶段 。 由于焊 接 的 可靠 性 的逐 步 提 高 ， 许 多采 用 螺 栓 连接 的 部 位 由 于是永 久 连接 因此 目前 也 转 而使 用 焊接 连 接 ， 焊 接 连接 的部 件 在 我 国 的航 空 航 天领 域 内已经 超 过 了百 分 之 五十 ， 焊接的＿ Ｔ作 量 已经 达到 了 全部 １ 时 的百 分之 十 。 焊 接 在航 空 航 天工 业 中 的重要 性
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高能束焊接/加工与固态连接技术的创新发展
关 桥
北京航空制造工程研究所
摘要：半个世纪以来，航空特种焊接/连接技术发展和应用的大趋势表明：高能束(激光束、电子束)焊接/加工技术在各类金属材料熔化焊接方法的发展中独占鳌头；而固态连接技术的创新性发展，也正在解决着航空制造工程中新出现的焊接技术难题，诸如：
⑴激光焊接铝合金、钛合金机身整体带筋壁板，取代铆接结构，减轻重量、降低成本；
⑵电子束焊接Ti合金飞机框、梁主要承力结构件以及高性能涡扇喷气发动机的关键部件；
⑶超塑成形/扩散连接技术用于制造钛合金夹层壁板结构和涡扇喷气发动机大型宽弦空心叶片，对
飞行器结构的设计与制造带来新的创新理念；
⑷线性摩擦焊用于先进涡扇喷气发动机叶盘等核心部件的制造已崭露头角, 减轻重量、实现高推重
比；
⑸搅拌摩擦焊技术用于飞行器大型铝合金整体结构和带筋壁板的制造更是如日中天；
⑹过渡液相（TLP）钎焊/扩散连接技术正在定向凝固、单晶和金属间化合物高温涡轮叶片与发散气
冷结构的制造中突破着传统钎焊技术的局限；
⑺扩散焊接/连接技术正在为新型结构的设计/制造开拓前景，同时也为新材料的制备、金属基复合
材料的纤维界面反应提供科学技术支撑；
⑻基于高能束加工（堆焊、喷焊）原理的增量制造技术,如激光(喷粉)、电子束(添丝)快速原形制
造和近净成形等新方法，也在一定的研制生产环境中与传统的大余量锻件毛坯切削加工的制造形成竞争态势；
⑼高能束特种加工（毛化、雕刻）的创新发展，为复合材料与金属材料等异种材料构件的可靠连接
提供了新途径；
⑽航空板壳焊接整体结构件的焊接应力与变形控制技术依然是飞行器制造工程中技术创新发展的命题之一。
一大批新兴的特种焊接/连接/加工制造技术集群和产业正在形成。
诸如：高能束流：电子束、激光束焊接/加工制造技术产业；高能束增量制造技术产业；以及固态焊接/连接制造技术产业：扩散焊、过渡液相连接、超塑成形/扩散连接技术产业、线性摩擦焊、搅拌摩擦焊接技术产业等。
这些新兴产业萌芽并根植于航空工业，并力挺诸多行业焊接技术的进步与发展，在航天、造船、兵器、电子、汽车、能源电力与核能、轨道交通、机械与装备制造等领域已得到广泛而卓有成效的应用。
必须大幅提升我国焊接科技自主创新的发展能力与水平，加强技术基础研究与多学科交融的创新发展，为建设创新型国家而不懈努力。