国外高能束流加工技术的发展概况
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。
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。
激光束加工技术全球发展趋势研究
三、实例验证 按照上述思路，我们按照“宏观、中观、微观”三层次分析法对激光束 加工技术的全球发展状况做一个全面的分析，以期为我国今后在该领域 的发展提供相应的支持。
2.技术发展趋势分析。在了解激光束加工技术整体发展状况后，我 们可以对该领域的子领域进行细分。专利在分类时会依照不同技术类别 归类，这就是专利的 IPC 号。因此我们可以通过专利 IPC 号进一步对激 光束加工技术各个子领域的研发情况进行研究。从表 1 中，可以看到前 十 IPC 年度分布状况。从 2000 年至 2009 年，激光束加工领域的技术主 要集中在 B23K26（激光束加工，例如焊接，切割，打孔）这个子领域。从表 中可以看出，在激光束加工技术中，所有子领域在这十年间都呈现缓慢 下降的趋势。我们可以看到，几乎所有子领域都在 2001- 2003 年达到最 大值，因此，在一定程度上可以说明各技术目前都处于成熟状态，发展速 度变慢。
关键词：激光束加工 专利分析 核心研发机构 技术发展趋势 中图分类号:T- 19 文献标识码:A 文章编号:1004- 4914（2011）11- 045- 02
一、前言 激光加工技术是一种智能化的先进加工技术,被誉为“21 世纪的万 能加工工具”。它主要是利用能量密度很高的激光束使工件材料熔化、汽 化和蒸发而予以去除的高能束加工工艺。与计量、图像技术、信息传递等 激光应用领域一样, 激光加工技术随着激光器及外围技术的进步而发 展起来。目前，激光束加工技术被广泛应用于工业制造业、太阳能电池制 造等领域中。由于激光束加工技术良好的应用前景，目前国内外都对该 项技术展开了大量的研究工作。20 世纪 80 年代,日本的激光器制造商在 世界市场上曾作出过重大贡献。然而到了 90 年代,德国、美国等一些技 术先进的国家增大了对该领域的投入，不断开发出新的产品，逐渐拉开 了与日本的距离。到了 90 年代末，日本掀起了第二波研发热潮，开发出 了半导体激光泵浦的大功率固体激光器及新型高性能装置,人们对其在 21 世纪的应用寄予厚望。 为了深入研究激光束加工技术在全球的发展趋势，预测其今后的发 展动态，并找到领域内的核心研究机构，本文从专利角度，对该领域展开 分析，以期为我国激光束加工领域的下一步的发展作出相应支持。 二、本文的研究框架 专利分析研究是情报学的重要内容，属于情报服务中的高层次活 动。专利作为一种衡量尺度，对一个国家、公司的发展影响很大。 为了研究激光束加工技术在全球的发展状况，我们可以通过领域内 专利的申请数量和质量在宏观上衡量产业技术水平，以掌握技术的发展 进程与趋势。 在中观上，我们按照国家进行分类，对各国的研究状况进行分析，掌 握各国的研发实力及研发重点，并通过进一步的深入挖掘，确定各国在 激光束加工技术领域的合作与竞争关系。 在微观上，我们对激光束加工技术领域的高产申请机构及其研究领 域进行进一步的挖掘，确定领域的核心机构，为今后进一步追踪领域发 展奠定基础。
高能束流加工技术的现状及发展
高能束流加工技术的现状及发展一、引言高能束流加工技术是一种先进的制造加工技术，其利用高能束流对材料进行加工处理，可以实现高精度、高效率、低损伤的加工效果。
随着科技的不断进步和应用领域的不断扩展，高能束流加工技术已经成为了当前最具前景和潜力的制造加工技术之一。
二、高能束流加工技术的基本原理1. 高能束流的产生高能束流包括电子束、离子束和激光束等。
其中，电子束和离子束是通过电子枪或离子源产生，并通过磁场聚焦形成细小且密集的束流；激光束则是通过激光器产生，并通过透镜系统聚焦形成极小直径的光斑。
2. 高能束流与材料相互作用当高能束流与材料相互作用时，会发生以下几种物理过程：撞击效应、热效应、化学效应和辐射效应。
其中，撞击效应主要指由于高速粒子与固体表面发生碰撞而导致表面变形或破裂；热效应主要指由于高能束流的能量被转化为材料内部的热能而导致材料熔化或蒸发；化学效应主要指由于高能束流与材料发生化学反应而导致表面化学性质的改变；辐射效应主要指由于高能束流所产生的辐射而导致材料受到辐射损伤。
3. 高能束流加工技术的基本过程高能束流加工技术包括预处理、加工和后处理三个基本过程。
其中，预处理主要是对待加工材料进行表面清洗和处理，以确保其表面光洁度和化学性质符合加工要求；加工过程则是将高能束流对材料进行精细加工，包括切割、打孔、雕刻等多种形式；后处理则是对已经完成的产品进行表面处理和质量检测，以确保其符合产品标准。
三、高能束流加工技术在各领域中的应用1. 航空航天领域在航空航天领域中，高能束流加工技术被广泛应用于制造发动机喷口、涡轮叶片等关键部件。
这些部件需要高精度、高强度和高温性能，而高能束流加工技术可以实现对这些部件的精细加工和表面处理，提高其性能和寿命。
2. 电子信息领域在电子信息领域中，高能束流加工技术被广泛应用于制造微电子器件、光学器件等高精度产品。
这些产品需要极高的精度和表面光洁度，而高能束流加工技术可以实现对这些产品的微米级别加工和表面处理。
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类利用高能量且作用范围集中的束流作为热源，作用于材料以达到使材料焊接目的的新型技术，目前已成为发展极为迅速、最具重要性的前沿的制造技术之一。
由于其焊接速度快、不易使材料变形、焊接质量极佳、适应能力强等诸多优点，这种技术不仅可以满足大量生产、高自动化程度生产的需要，亦可在要求少量、多品种乃至个性化定制生产的领域得到广泛的应用。
在视现代化制造技术如至宝的今天，高能束焊接技术自然成为国际间科技竞争的焦点之一，它是生产高科技国防武器装备的必需技术之一，同时也是度量一个国家工业水平及制造能力的最具代表性的指标之一。
如今，高能束焊接及制造技术已渗入到民用工业及军工业的多个领域，并在其中不断发光发热，为现代化工业生产做出了较大的贡献。
本文将从高能束焊接的三个具体方面：激光、电子束及等离子激光焊接技术切入，分析并总结了三类高能束焊接技术的机理、发展历程和应用、以及未来的发展趋势，从而指导工业生产和科学研究。
1 激光焊接技术的发展和应用激光焊接技术是一种利用高能量密度的激光为热源的高效材料加工方法，主要优点是焊接深度较大、速度较快、操作简便。
目前，常见的激光焊接所使用的激光器主要为CO2激光器及Nd：YAG激光器两种，它们的研发时间相对其他类型的激光器更长，技术更加完善，应用的领域也十分广泛。
前者是一种可连续工作的气体激光器，激光活性介质是CO2、碳酸气及氮气等混合气体，发射波长为10.6μm的光，电光转化效率介于10-30%之间，输出功率最低为0.5kW，最高可达50kW;后者利用掺有Nd杂质的YAG晶体为激光活性介质，与CO2激光器发射的激光相比，Nd：YAG激光器发射出的激光波长更短，电光转化效率及输出功率均低于前者。
而且它不仅可连续输出，还可以进行脉冲输出;且因发射光波长较短，激光束更易被焊接材料所吸收，故在高反射率材料的焊接上有更大的性能优势。
此外，Nd：YAG 激光器支持光纤传输，可匹配机器人加工系统，因此支持远程控制，利于进行自动化深入高产。
高能束流焊接技术的应用与发展趋势
高能束流焊接技术的应用与发展趋势高能束流焊接技术是利用可聚焦调节的激光束和电子束等高能量密度束源为热源的材料加工技术，包括以焊接和近期发展的3D打印为代表的生产制造技术，表面刻蚀、打孔、切割为代表的材料去除加工技术，以及以表面造型、强化、改性、涂层防护等表面工程技术。
高能束加工属于非接触加工，能量密度高，能量柔性可调，材料适应性广，加工工艺多元化，因而被誉为21世纪最先进的制造技术。
高能束焊接是应用最为广泛的高能束加工技术，其高效、高精度的焊接优势使之成为装备结构轻量化制造不可或缺的技术之一，是各国制造业关注的热点。
而近年来国际焊接学会高能束流技术专委会交流的论文既突出地显示了国际高能束焊接前沿研究动向，也比较客观地反映了近年来国际高能束焊接技术的发展水平。
此外，交流会报告基本是各国政府相关部门资助研究项目，并且不乏跨国合作项目，如英国-葡萄牙在欧盟地平线2020项目资助下跨国合作进行多用途激光加工头的开发[1]，反映出国际合作对高能束术发展起到的重要作用。
中国在重点研发项目和国家自然科学基金项目也对高能束焊接技术研究给予了不少的资助[2]，参与国际焊接学会学术交流也逐年增多。
伴随全球制造向智能化发展的趋势，近两年高能束焊接装备工艺化控制和装备柔性化的研究也备受关注，表明智能制造理念正深入融入高能流焊接技术研究，如将激光束高速摆动使熔池形成“匙孔”以解决焊缝缺陷问题[3]，精确控制激光与焊丝作用位置以实现“Button Hole”薄板深熔焊接工艺[4-6]，这些技术都是很有发展前景的激光焊接新技术，值得进一步深入研究。
高能束过程的数值模拟是十分重要的，韩国学者在激光焊接和激光-电弧复合焊接过程数值模拟研究方面取得了很大的进步，但近两年交流报告未见，仅日本大阪大学连接与焊接研究所(JWRI)发表了有关TIG电弧金属蒸气的动态行为的技术基础理论的文章 [7-8]，有关电弧中保护气体的等离子体与金属蒸气的动态分布及其对电弧温度和熔滴过渡影响是值得高能束焊接过程模拟借鉴。
高能束流加工技术的应用与发展
高能束流加工技术的应用与发展高能束流(High Energy Density Beam)加工是利用高能量密度的束流(激光束、电子束、等离子束)作为热源,对材料或构件进行特种加工的技术. 20世纪以来，航空科学技术迅速发展，为保证在高温、高压、高速、重载和强腐蚀等苛刻条件下的工作可靠性，在飞机、发动机和机载设备上大量采用了新结构、新材料和复杂形状的精密零件，这就使产品的制造性日趋恶化，对制造技术不断提出新的挑战。
鉴于对有特殊要求的零件用传统机械加工方法很难完成，难于达到经济性要求。
现在，工艺师们独辟蹊径，借助各种能量形式，探寻新的工艺途径，各种异于传统切削加工方法的新型特种加工方法应运而生，如高能束流加工、电火花加工、电解加工、化学加工、物料切蚀加工以及复合加工。
目前，特种加工技术已成为航空产品制造技术群中不可缺少的分支，在难切削材料、复杂型面、精细表面、低刚度零件及模具加工等领域中已成为重要的工艺方法。
1.现代特种加工技术的特点及发展趋势1.1特种加工技术的特点现代特种加工（SP,Special Machining）技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能及特殊机械能等多种能量或其复合以实现材料切除的加工方法。
与常规机械加工方法相比它具有许多独到之处。
① 以柔克刚。
因为工具与工件不直接接触，加工时无明显的强大机械作用力，故加工脆性材料和精密微细零件、薄壁零件、弹性元件时，工具硬度可低于被加工材料的硬度。
② 用简单运动加工复杂型面。
特种加工技术只需简单的进给运动即可加工出三维复杂型面。
特种加工技术已成为复杂型面的主要加工手段。
③ 不受材料硬度限制。
因为特种加工技术主要不依靠机械力和机械能切除材料，而是直接用电、热、声、光、化学和电化学能去除金属和非金属材料。
它们瞬时能量密度高，可以直接有效地利用各种能量，造成瞬时或局部熔化，以强力、高速爆炸、冲击去除材料。
其加工性能与工件材料的强度或硬度力学性能无关，故可以加工各种超硬超强材料、高脆性和热敏材料以及特殊的金属和非金属材料，因此， 特别适用于航空产品结构材料的加工。
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国外高能束流加工技术
的发展概况
集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
国外高能束流加工技术的发展概况高能束流加工技术是当今制造技术发展的前沿领域，是武器装备研制中不可缺少的特种加工技术。
高能束流加工技术是利用以光量子、电子、等离子体为能量载体的高能量密度束流对材料和构件进行加工。
它是一个典型的多学科交叉领域，研究内容极为丰富，涉及光学、电学、热力学、冶金学、金属物理、流体力学、材料科学、真空学、机械设计和自动控制以及计算机技术等多种学科。
它的主要技术领域有激光束加工技术、电子束加工技术、离子束及等离子体加工技术以及高能束流复合加工技术等。
一、国外高能束流加工技术的发展概况美、日及西欧的发达国家在七八十年代就将高能束流加工技术做为先进制造技术的重要组成部分列入相应的工业发展计划，并先后成立了相应的开发研究机构。
日本大阪大学、德国阿亨大学的焊接研究所、英国焊接研究所、法国焊接研究所以及乌克兰巴顿焊接研究所等均有高能束流加工研究中心。
通过对上述研究中心的考察及资料研究，可看出高能束流加工技术在未来的发展趋势。
(一)电子束加工技术电子束加工技术的主要应用是电子束焊(EBW)，经过30多年的发展，现已成为较成熟的技术，处于平稳发展、扩大应用阶段。
目前的研究工作集中在焊缝实时跟踪、电子束加热温度场计算机模拟计算、大功率二极枪的研究(间热式阴极、高压放电保护)、电子束能量密度测试、电子束焊接专家系统等方面，在应用研究方面，主要是
对大气条件下电子束焊接的设备和工艺的研究以及电子束焊接大厚件的研究。
另外在电子束加工设备开发中，采用了体积更小的高压电源，并采用当代先进的计算机控制以及工业电视监控等技术，使商品化的EBW 设备外形更美观，操作更方便。
电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术在航空发动机制造业日益受到重视。
俄罗斯、乌克兰等国先后把该技术用于航空发动机叶片的热障涂层以及叶片的制造、金属材料的制备等方面。
值得一提的是，乌克兰巴顿焊接所的(EB-PVD)设备已形成了实验室型、中试生产型和批生产用的系列产品；俄罗斯库兹涅佐夫设计局自1978年起开始将该技术应用于HK系列发动机叶片的生产上，并在其批生产厂安装了三台设备。
现在这一技术日益得到西方的重视，例如美国P&W公司与乌克兰巴顿焊接所成立了该项技术的合资公司，以尽快在美国推广该项技术。
(二)激光加工技术10年前激光在工业上的主要应用还是切割(激光加工机的70%以上用于切割)和制孔，而近年来，激光焊接成为热点。
薄件焊接主要用于宇航业及汽车业，而激光焊接大厚件将主要用于核工业、造船、石油、军用车辆、越野车等方面。
英国焊接研究所和法国焊接研究所正针对激光焊接大厚件进行联合研究，即45KWCO[_2]激光焊接，焊接钢厚度的期望值是50mm。
目前，在等离子+激光复合焊接，氩弧焊+激光复合焊接，激光质量检测技术基础(如温度场、等离子体监测等)等方面，对激光加工技术的机理开展了研究工作。
在应用方面，主要利用激光焊接镀锌板、铝板、核电站散热管、高压气瓶、输油管道等，激光切割的应用领域及材料范围也越来越广。
激光加工设备在工业上用的
最多的是横流4～6KWCO[_2]加工机，它正向着几十千瓦的大功率方向发展。
近年来开发的扩散冷却CO[_2]板条激光器具有成本低、效率高、质量好的优点，具有广泛的应用前景。
YAG激光器脉冲式的最大功率是
1KW，连续式的最大功率是4KW，正在发展中的双管YAG激光器预计到1998年可达5KW。
另外，半导体激光器的成本低、寿命高，不久将在汽车等工业生产线上得到应用。
在激光冲击硬化中，使用调质YAG激光器，而铜蒸激光器最初是用于分离同位素元素的，它将非常适合激光冲击硬化等工艺。
(三)等离子加工技术近代高技术的发展，尤其是航空、航天高技术发展的需求牵引，给等离子加工技术注入了活力。
等离子切割、等离子焊接、等离子喷涂以及等离子体源离子注入和离子刻蚀技术都得到迅速发展。
国外对等离子体加工技术的研究和应用给予了很大重视。
俄罗斯新西伯利亚科学分院对等离子射流的研究很深入，推动了等离子矩的发展，并且研制了等离子设备软件。
乌克兰巴顿焊接研究所在超音速火焰喷涂、微束等离子喷涂、爆炸喷涂等方面开展了大量的研究、应用工作。
90年代后，等离子束流加工技术又从航空、航天动力装置特殊功能涂层的真空喷涂，发展到制备特种整体机构件，即等离子喷涂成形技术。
预计，等离子加工技术在进入21世纪后将会有新的发展。