高能束焊接技术在电真空器件制造工艺中的应用与发展
国外高能束增材制造技术应用现状与发展
国外高能束增材制造技术应用现状与发展一、本文概述随着科技的不断进步和工业需求的日益增长，高能束增材制造技术，作为一种先进的制造技术，正在全球范围内受到广泛的关注和研究。
本文旨在全面概述国外高能束增材制造技术的应用现状与发展趋势，以期为我国在这一领域的研发和应用提供有益的参考和启示。
高能束增材制造技术，主要包括激光束增材制造、电子束增材制造等离子束增材制造等，这些技术以其高精度、高效率和高质量的特性，在航空航天、汽车制造、生物医学、能源等领域具有广泛的应用前景。
本文将首先介绍高能束增材制造技术的基本原理和特点，然后重点分析国外在这一领域的研究现状，包括主要的研究机构、研究成果、技术应用案例等。
在此基础上，本文将进一步探讨高能束增材制造技术的发展趋势和未来的发展方向，包括技术创新、应用领域拓展、市场前景等。
通过本文的综述，我们希望能够为国内外的研究者和从业者提供一个全面、深入的了解高能束增材制造技术的平台，推动这一领域的技术进步和应用发展。
二、国外高能束增材制造技术应用现状随着科技的快速发展，国外在高能束增材制造技术领域的研究和应用已取得了显著进展。
高能束增材制造技术以其独特的优势，如高精度、高效率、高质量以及广泛的应用范围，正逐渐受到全球工业界的关注和青睐。
目前，国外在高能束增材制造技术领域的应用主要集中在航空航天、汽车制造、医疗器械、能源设备等领域。
以航空航天领域为例，高能束增材制造技术被广泛应用于制造复杂结构、高精度零部件以及高性能复合材料等。
通过高能束增材制造技术，可以实现复杂结构的一体化制造，大幅度提高制造效率和产品质量。
在汽车制造领域，高能束增材制造技术被用于制造轻量化、高强度的汽车零部件，如发动机支架、底盘结构等。
该技术可以实现材料的精确堆积，从而优化零件的结构设计，提高整车的性能和安全性。
在医疗器械领域，高能束增材制造技术被用于制造高精度、高可靠性的医疗器械零部件，如牙科植入物、骨科植入物等。
电子束焊接技术在航空制造中的应用挑战与解决方案
电子束焊接技术在航空制造中的应用挑战与解决方案引言：航空制造是高度复杂的工程领域，需要在各种压力和极端环境下确保飞行安全。
在这个过程中，焊接技术起着至关重要的作用。
近年来，电子束焊接技术逐渐成为航空制造中的首选方法。
然而，电子束焊接技术在航空制造中的应用也面临着一些挑战。
本文将探讨电子束焊接技术在航空制造中的应用挑战，并提出相应的解决方案。
1. 应用挑战：1.1 高规格焊接：航空制造中的焊接通常需要满足高强度、高质量和高可靠性的要求。
传统的焊接方法，如氩弧焊接，往往无法满足这些要求。
而电子束焊接技术具有较高的能量密度和焊接速度，能够实现高规格焊接。
然而，由于航空部件的复杂形状和结构，电子束焊接面临着焊接质量不稳定、存在缺陷和变形等挑战。
1.2 材料兼容性：航空制造中使用的材料通常包括高强度的合金和复合材料等。
这些材料在焊接过程中容易产生热裂纹和变形等问题。
电子束焊接技术在应用于这些材料时，需要克服材料兼容性挑战，以确保焊接质量。
1.3 控制复杂度：电子束焊接技术需要精确控制束流参数、焊接速度和焊接路径等。
在航空制造中，焊接要求通常是多变的，可能需要在不同的焊接条件下进行，对控制系统的稳定性和可靠性提出了更高的要求。
2. 解决方案：2.1 优化焊接工艺参数：为了实现高质量的焊接，需要对电子束焊接工艺参数进行优化。
通过优化束流功率密度、焦斑直径、焊接速度和焊接路径等参数，可以改善焊接质量和稳定性。
同时，借助模拟软件和先进的控制算法，可以预测和优化焊接时的温度场分布，以减少变形和缺陷。
2.2 选用合适的焊接材料：为了克服材料兼容性问题，需要选择合适的焊接材料。
可以通过研究材料的组织结构和性能，选择与航空部件材料相似的焊接材料，以确保焊接接头具有足够的强度和韧性。
此外，还可以采用过渡材料和填充材料等方式，改善焊接接头的性能。
2.3 引入先进的控制系统：为了应对焊接过程中的多变要求，需要引入先进的控制系统。
第十一章 高能束流焊——【《熔焊方法及设备(第2版)》王宗杰】
若电子束焊机的加速电压 为 U a ,则
pb nm
2eU a m
2n2meUa
2n2e2mUa e
2J mUa J e
2m U a e
式中J为电流密度
(2) 蒸气压强Pv
在高功率密度束流的作用下，熔池小孔底部和前沿的温度可达2700℃， 存在明显的蒸发现象和蒸气压强。蒸气压强力图将熔化的金属向四周排开， 使小孔进一步向工件内部发展。蒸气压强主要取决于熔池的温度，小孔底 部由于束流的直接作用而温度最高。
➢电子束的聚焦
电子束聚焦是依据于电场和磁场对电子的作用。常用的 电子束聚焦方法是静电透镜聚焦和磁透镜聚焦等。其中静电 透镜聚焦分为同心球电极聚焦和类同心球电极聚焦。
图11-7 同心球电极聚焦
1- 阳极 2-阴极
尽管采用同心球电极可以对电子束聚焦，然而， 同心球电极不是可以实现电子束聚焦的唯一电极结构 形式，图11-8是针对5º和10º的半圆锥角而得到的结 果。
11.1.3 高能束流焊形成深宽比大焊缝的机制
1. 小孔形成的机理
当采用较低的功率密度时 ， 高能束流产生的热首先聚集在 待加工焊件的表面，然后经热传导进入材料内部，这时，熔池 温度比较低，对钢件约1600℃，蒸发不明显，因而焊缝宽，熔 深浅（图11-13a ）。这种情况属热传导焊接。当功率密度增加 到一定值而使熔池金属温度达到1900℃左右时 ， 熔化钢材蒸发 而产生的饱和蒸气压力约300Pa ， 在蒸气压力、蒸气反作用力 等的作用下会形成充满蒸气的小孔 （ 图11-13b ） 。随着功率密 度的进一步增加，熔化金属的温度也继续升高，蒸气压力也随 之增大 ， 最终导致产生了针状的、充满金属蒸气的并被熔融金 属包围的小孔。这时 ， 束流亦通过小孔穿入工件内部 （ 图1113c ） 。假如功率密度达到某一极限值时 ， 蒸气压力和蒸发速 率都变得很大 ， 所有熔化金属几乎全部地被蒸气流冲出腔外 （图11-13d）。
大型真空高压电子束焊机的焊接适用性研究
大型真空高压电子束焊机的焊接适用性研究高 峰，常荣辉，刘艳梅，都 强（航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司，沈阳 110850）[摘要] 针对大型高压电子束焊机在多种材料、多种结构上的应用展开论述。
从工艺、机械性能及微观组织方面进行系统性的分析。
试验结果表明：高压电子束焊接在多种材料和结构上的应用有着明显优势；改变热处理机制可以有效调节电子束焊缝的性能。
关键词：高压电子束焊；机械性能；微观组织 DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2017.12.048高 峰工程师，主要从事焊接及相关热加工工艺技术工作，主要研究方向为电子束焊接、自动氩弧焊接及潜弧焊接等焊接加工工艺。
在现代航空航天领域内，越来越多的新材料、新结构被采用，尤其是更多的大厚度、新材料、复杂结构焊接件的设计应用，促进了焊接科学技术的快速发展。
近几年，国际上在焊接大尺寸、大厚度或尺寸较精密的复杂结构件时，采用了先进的真空电子束等高能束流焊接方法。
这种先进的高能束流焊接工艺以其可达性好、焊缝的化学成分稳定且纯净、接头强度高、焊接热变形小等优点[1-2]广泛应用于航空航天、电子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业，以及多种材料零件的生产之中，特别是在飞机结构件的制造中有着广泛的应用前景[3-7]。
电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子，该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以在工件上形成能量密度极高的电子束斑，动能转化为热能，形成“匙孔效应”[8-10]，使焊接处工件熔化。
随着电子束的移动，形成新的小孔，熔化的金属将原有的小孔填满，就好像小孔在工件上移动，从而实现对工件的焊接。
试验设备本研究试验设备为高压电子束焊机ZD150-30C CV65M。
（高压70~150kV、束流1~200 mA、功率30kW、真空室体积65m 2）高压电子束焊接设备，基本构成为电子枪系统、真空泵系统、计算机操作平台和焊接室。
高能束流焊接技术的最新进展(一)
高能束流焊接技术的最新进展(一)高能束流焊接的功率密度（PowerDensity）达到105W/cm2以上。
束流由单一的电子、光子、电子和离子或二种以上的粒子组合而成。
属于高功率密度的热源有：等离子弧、电子束、激光束及复合热源激光束+Arc（TIG、MIG、Plasma）。
当前高能束流焊接被关注的主要领域是：①高能束流设备的大型化—功率大型化及可加工零件（乃至零件集成）的大型化。
②新型设备的研制，诸如，脉冲工作方式以及短波长激光器等。
③设备的智能化以及加工的柔性化。
④束流品质的提高及诊断。
⑤束流、工件、工艺介质相互作用机制的研究。
⑥束流的复合。
⑦新材料的焊接。
⑧应用领域的扩展。
1、激光焊接的最新进展1.1新型激光器（1）直流板条式（DCSlab）CO2激光器、（2）二极管泵浦的YAG激光器、（3）CO激光器、（4）半导体激光器、（5）准分子激光器。
1.2激光器功率的大型化、脉冲方式以及高质量的光束模式以美国PRC公司为例，几年前，用于切割的CO2激光器功率主要是1500~2000W，而近期的主导产品是4000~6000W，6000W可切割的不锈钢厚度、碳钢厚度分别为35mm和40mm.1.3设备的智能化及加工的柔性化尤其是对YAG激光，由于可用光纤传输，给加工带来了极大的方便。
其主要特点是：①一机多用。
②采用一台激光机可进行多工位（可达6个）加工。
③光纤长度最长可达60m.④开放式的控制接口。
⑤具有远距离诊断功能。
1.4束流的复合最主要的是激光－电弧复合。
深熔焊接时，熔池上方产生等离子体，复合加工时，激光产生的等离子体有利于电弧的稳定；复合加工可提高加工效率；可提高焊接性差的材料诸如铝合金、双相钢等的焊接性；可增加焊接的稳定性和可靠性；通常，激光加丝焊是很敏感的，通过与电弧的复合，则变的容易而可靠。
激光－电弧复合主要是激光与TIG、Plasma以及GMA.通过激光与电弧的相互影响，可克服每一种方法自身的不足，进而产生良好的复合效应。
真空电子束焊接技术应用研究及现状分析
真空电子束焊接技术应用研究及现状分析摘要：焊接技术应用广泛，焊接作业效果直接影响材料的使用，近年来对技术的要求越来越高，本次研究工作主要以真空电子束焊接技术为研究对象，其作为一种较为新颖的焊接技术，在多种材料的焊接作业中有着普遍应用，文章在分析真空电子束焊接技术在不同材料的应用现状的基础上，对其发展动态进行进一步分析，力求为技术的进一步拓展应用提供一定的理论数据参考。
关键词：真空电子束焊接技术、应用现状、发展动态前言从工作原理的角度进行分析，所谓电子束焊接，在实际应用的过程中，主要是利用到了热发射或场发射阴极来产生电子，以此为基础，在电场的加速作用下，将电子速度提升到一个很高的量级，之后再利用磁透镜的聚焦作用，控制电子流动方向，将其聚集成具有高速运动状态的电子流，在作业时，该高速运动的电子流会与工件表面的原子或分子产生相互作用，继而实现电子动能与工件内能的能源转换，使是工件在短时间内发生升温、融化、气化的物理变化，达到工件焊接目的。
真空电子束焊接是在电子束基础上进行的进一步技术升级，相对于传统技术而言，其能够借助独特的生产机制及纯净的焊接环境，使得焊接效果得到大幅度提升，相对于其他熔化焊接方法而言，其具有很多独特优势，如热输入量低、能量密度大、焊接变形小等。
1、铝合金电子束焊接1.1应用现状分析经过较长时间的理论探究及实践探索，于铝合金焊接而言，真空电子束焊接技术已然达到了较高的适用性，不仅能够普遍应对较为常见的行业环境，更是对中厚板铝合金的焊接能够提到较好效果，解决了传统焊接方法在应用时所面临的一些突出问题。
且经过长时间的应用探索相应焊接方法，针对不同的焊接环境，电子束焊接方法也进行了进一步的细化分类，发展出了具有针对性的焊接方法，如扫描焊、偏束焊及多池焊等。
针对厚板铝合金材料进行焊接时，相关研究学者在电子束焊接方法应用的基础上，进行了进一步的参数调整，实现了较为理想的焊接效果提升，主要的研究方面包括以下几个方面，即加速电压、工作距离、焊接速度等，在焊接过程中研究人员通过相应参数的变化探究不同。
高能束焊接
两种高能束焊接各自特点和应用及其发展前景对于现代社会，效率对于工业生产是很重要的。
因此对于其应用的科学技术也要求很高。
为此，在焊接领域提出了利用高能密度束流作为热源的焊接方法，这就是高能束焊接。
目前狗啊能输焊接主要有两种：电子束焊接（EBW）和激光焊接（LBW）。
其能量密度必TIG或MIG等弧焊方法高一个数量级以上，通常高于5*105W/cm2。
一、电子束焊接（EBW）EBW焊接是以汇聚的高能电子束流轰击工件接缝处而产生的热能是材料融合的一种焊接方法。
这种焊接方法具有以下优点：⒈电子束功率密度高，其功率密度可达105-107W/cm2。
⒉焊缝深宽比大。
焊缝熔区很深很窄，其深宽比最高可达50：1，焊件变形可以忽略，不少零件可在精加工后焊接，不必进行后续精加工。
即使精度要求特别高的零件，焊后精加工留量可以很少，比用常规焊接方法可节省大量精加工工时。
可将原整体结构件分解成二件或二件以上工件焊接起来，可以变革原加工工艺，省时、省料、甚至可变革原零、部件的结构的设计使其更合理。
⒊电子束不仅能量密度高而且精确可调、被焊零件的厚度可以薄至0.05mm，厚至300mm（钢）或550mm（铝），不开破口，一次焊透。
⒋焊接在真空中进行，排除了大气中有害气体(如氢和氧等)的影响。
可高质量地焊一些活动性材料如钼、铍、铀、铌、钛等及其合金。
⒌可焊接物理常数差别大的材料，如非常薄的与非常厚的零件焊接或二者性质差别大的异种金属焊接，如钢与铜的焊接。
⒍由于电子束能量密度高，焊接速度可以很高，如焊O．8ram 薄钢板，焊接速度可迭200mm／s，焊接2'0 0mm 熔深锰钢，焊速可达300mmlmin。
在多工位电子束焊机上焊接汽车配电器(犒一平板焊列配电器凸轮上)其生产率可迭1440件／小时。
⒎由于焊接熔区小，焊接速度高，输入能量比常规焊接方法小得多，因此其热影响区小，有利提高焊接性能。
焊接区域邻近温度低，对封装热敏器件如集成电路组件，各类传感器探头的封装极为有利。
高能聚焦束焊接技术在火箭发动机制造中的应用研究
高能聚焦束焊接技术在火箭发动机制造中的应用研究近年来，随着航天技术的飞速发展，火箭发动机作为推动航天事业发展的核心装置，其制造技术也在不断创新和突破。
高能聚焦束焊接技术作为一种先进的焊接技术，正逐渐在火箭发动机制造领域得到广泛应用，并取得了显著的成果。
高能聚焦束焊接技术是一种利用高能密度的激光束或电子束对焊接材料进行加热和熔化的技术。
相比传统的焊接技术，高能聚焦束焊接技术具有能量密度高、焊缝热影响区小、焊接速度快等优点，能够实现高强度、高质量的焊接效果。
在火箭发动机制造中，高能聚焦束焊接技术的应用主要体现在以下几个方面。
首先，高能聚焦束焊接技术在火箭发动机燃烧室的制造中发挥了重要作用。
燃烧室是火箭发动机的关键部件，其结构复杂，要求焊接质量高。
传统的焊接方法往往会导致焊缝区域的变形和热裂纹等问题，而高能聚焦束焊接技术能够通过精确控制焊接参数和热输入，有效地解决了这些问题，提高了焊接质量和可靠性。
其次，高能聚焦束焊接技术在火箭发动机燃烧室冷却结构的制造中也发挥了重要作用。
燃烧室冷却结构是为了保证燃烧室能够承受高温和高压的工作环境而设计的，其制造要求高温区域的焊接质量和密封性能。
高能聚焦束焊接技术能够实现燃烧室冷却结构的高效焊接，避免了传统焊接方法中可能出现的气孔、裂纹等缺陷，提高了冷却结构的可靠性和工作寿命。
此外，高能聚焦束焊接技术还可以应用于火箭发动机喷管的制造中。
喷管是火箭发动机的重要部件，其焊接质量直接影响到火箭的推力和运行稳定性。
高能聚焦束焊接技术能够实现对喷管的高精度焊接，提高了焊接接头的强度和密封性能，同时减少了焊接变形和残余应力，提高了喷管的使用寿命和可靠性。
综上所述，高能聚焦束焊接技术在火箭发动机制造中的应用研究具有重要意义。
通过对燃烧室、冷却结构和喷管等关键部件的高效焊接，可以提高火箭发动机的性能和可靠性，推动航天事业的发展。
未来，随着高能聚焦束焊接技术的不断创新和完善，相信在火箭发动机制造领域将会有更广泛的应用，为航天事业的进一步发展做出更大的贡献。