高能束流加工技术简析
高能束流焊接技术的最新进展
民蕾科技 ２００８年第１０期 高能束流焊接技术的最新进展 孙国傺 （黑龙江经济管理干部学院，黑龙江哈尔滨］５Ｏ０ＯＯ） 摘要：介绍了国内外高能束流焊接技术的最新进展。 关键词：高能束流焊接；技术；进展 高能束流焊接的功率密度（Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ）达到１０５Ｗ／ｃｍ 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）。 １激光焊接的最新进展 １．１新型激光器。１）直流板条式（ＤＣ Ｓｌａｂ）ＣＯ 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ＣＯ 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。最主要的是激光一电弧复合。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。激光一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。ＧＭＡ成本低，使用填丝，适用性 强，缺点是熔深浅、焊速低、工件承受热载荷大。激光焊可形成深 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 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 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。 ＧＭＡ、激光加丝和激光电弧复合三种方法焊接时线能量、焊缝断 面以及能量利用率的比较。Ｌａｓｅｒ－ＴＩＧ Ｈｙｂｒｉｄ可显著增加焊速， 约为ＴＩＧ焊接时的２倍；钨极烧损也大大减小，寿命增加；坡口 夹角亦减小焊缝面积与激光焊时相近。阿亨大学弗朗和费激光 技术学院研制了一种激光双弧复合焊接，与激光单弧复合焊相 比，焊接速度可增加约ｌ，３，线能量减小２５％。 １．５激光、工件与保护气体相互作用的研究。 １．６铝合金的激光焊接。铝合金由于强度高、抗腐蚀性好而得以 广泛应用。ＣＯ：激光焊接铝合金的困难主要在于高的反射率以及 导热性好，难以达到蒸发温度、难于诱导小孑Ｌ的形成（尤其是对 科技论坛 Ｍｇ含量比较小时）以及容易产生气孔。提高吸收率的措施除了 表面化学改性（如阳极氧化）、表面镀层、表面涂层等外，也有用 激光一，Ｉ’ＩＧ、激光～ＭＪＧ的报道，其中ＭＩＧ－ＤＣ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ 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。 １．７激光熔覆。激光熔覆与其它表面改性方法相比，加热速度 快、热输人少，变形极小；结合强度高；稀释率低；改性层厚度可 精确控制，定域性好、可达性好、生产效率高。 激光熔覆除用于民品外，英、美等国也已用于航空机发动机 Ｍ基涡轮叶片的耐热、耐磨层的熔覆及修复。 ２电子束焊接和等离子弧焊接的最新进展 国外电子束焊接发展可归结为：超高能密度装置研制、设备 智能化柔性化、电子束流特性诊断、束流与物质作用机制研究以 及非真空电子束焊设备及工艺的研究等。在１３本，加速电压 ６００ｋＶ、功率３００ｋＷ的超高压电子束焊机已问世，一次可焊 ２００ｍｍ的不锈钢，深宽比达７０：１。日、俄、德开展了双枪及填丝 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 材电子束焊接机也颇引人关注。关于非真空电子束焊接，德国实 现了母材为Ａｌ ＭｇＯ．４ Ｓｉｌ．２的旋转件的填丝焊接，加丝材料为 ＡＩＭｓ４．５Ｍｎ，送丝速度３５ｍ／ｒａｉｎ，焊接速度高达６０ｍ／ｍｉｎ。该研究 在斯图加特大学的２５ｋＷ电子束焊机上完成。非真空电子束焊 接在汽车制造领域一直倍受重视。例如，手动变速器中同步环与 齿轮的非真空电子束焊接，生产率已超过５００件／ｄ，时。最近，德 国和波兰的学者共同研制了真空电子束焊接时安装于真空室中 的非接触测温装置，测量点最小直径１．８ｍｍ，主要用于陶瓷和硬 质合金的钎焊，该装置可排除随机的热流的干扰，测量精度高。 在等离子弧焊接方面，变极性等离子弧焊以及铝合金穿孔等离 子立焊是关注点之一。 ３国内高能束流焊接现状 在国内，高能束流焊接越来越引起更多相关人士诸如焊接、 物理、激光、材料、机床、计算机等工作者的关注。国内在设备水 平上，与国外有一定差距，但在工艺研究上，水平则较为接近，甚 至在某些方面还有自己的特色。 ３．１激光焊接。在设备生产与研究上，主要生产千瓦级的Ｃｏ’激 光设备和１千瓦以下的固体ＹＡＧ激光设备。 国内对激光焊接研究主要集中在激光焊接等离子体形成机 理、特性分析、检测、控制、深熔激光焊接模拟、激光一电弧复合 热源的应用、激光堆焊等。清华大学从声和电的角度，分析了熔 透状态的声信号，提出了激光焊接等离子体的等效电路及电特 性数学模型；在抑制等离子体的负面效应方面，清华大学张旭 东、陈武柱等提出了侧吸法；国家产学研激光技术 （下转４页）
高能束流焊接方法学习要点总结
高能束流焊接方法学习要点总结
课程名称 焊接设备维修实训
专业年级 焊接1311
学 号 2013118526113
学生姓名 张华荣
指导教师 李飞
2016年4月13日 实训成绩
批阅教师
日 期 2 高能束流焊接方法学习要点总结
一．高能束流焊接方法基本概念：
高能束流焊接是指以激光束、电子束、等离子体为热源，对金属、非金属材料进行焊接的精细加工工艺。
注：（1）高能束流焊接的功率密度（Power Density）达到105W/cm2以上。
（2）高能束流是由单一的电子、光子、电子和离子，或者二种以上的粒子组合而成。
（一）电子束焊焊接方法基本概念：
电子束焊是利用会聚的高速电子轰击工作件接缝处所产生的热能，使金属熔合的一种焊接方法。
（二）激光焊焊接方法基本概念：
利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效而且精密的焊接方法。它是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量而进行焊接的。
聚焦的激光束是指：利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束。
（三）激光切割基本概念：
激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。
（四）等离子弧焊焊焊接方法基本概念：
等离子弧焊是以等离子弧为热源的一种高能速流焊接方法。
二．基本原理和分类
（一）获得高能束流的基本原理：
1.高功率密度激光束的获取
激光器通过谐振腔的方向选择、频率选择以及谐振腔和工作物质共同形成的反馈放大作用，使输出的激光具有良好的方向性、单色性以及很高的亮度。
2.高功率密度电子束的获取
阴极用以发射电子，阳极相对阴极施加高电压以加速电子，控制极用来控制电子束流的强度，聚焦线圈对电子束进行会聚，偏转线圈可使束流产生偏转以满足加工的需要。
高能束加工及其前景
高能束加工及其前景
张炳生
中恒数控设备制造有限公司
高能束加工的概念
高能束加工出现于上世纪60 ～70 年代，以解决复杂形状、薄壁、小孔、窄缝等特殊加工问题以及高强度、高硬度、高韧性和高脆性材料的加工。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，将光、电、磁、水等物理能及化学能或其组合直接施加在工件被加工的部位上，从而使材料被去除、累加、变形或改变性能。高能束加工去除材料的机理主要不是依靠机械能，工件和工具都不承受明显的切削力，从而使得工件的加工变形和加工应力小，整体发热少、热变形小，易于获得好的加工质量。在机械制造领域，应用比较广泛而有发展前景的高能束加工主要有两种：激光加工和离子束加工。
图1 LaserTec 80 系列激光加工机床的外观
激光是一种受激辐射而得到的加强光。由于其强度高、亮度大，波长频率确定、单色性好，相干性好、相干长度长，方向性好、几乎是一束平行光，聚焦后能够将能量集中在一点。当激光束照射到工件表面时，光能被吸收，转化成热能，使照射斑点处温度迅速升高、熔化、气化而形成小坑，由于热扩散，使斑点周围金属熔化，小坑内金属蒸气迅速膨胀，产生微型爆炸，将熔融物高速喷出并产生一个方向性很强的反冲击波，于是在被加工表面上打出一个锥孔。将激光束聚焦于工件的不同深度就形成不同的激光加工工艺，如热处理、标记和纹理等表面加工、焊接、切割、打孔和铣削等。
离子束加工是在真空条件下，先由电子枪产生电子束，再引入已抽成真空且充满隋性气体（氩气）的电离室中，使隋性气体离子化，由负极引出阳离子，又经加速、集束等步骤，将获得具有一定速度的离子投射到材料表面（或被导入的高硬度金属粉末）上，产生溅射效应和注入效应。由于离子带正电荷，其质量比电子大数千到数万倍，所以离子束比电子束具有更大的撞击动能，产生非常高的温度效应（30 000?K）。因此，离子束加工的实质是靠微观撞击能量来实现的。
高能束及特种焊接技术的发展
高能束及特种焊接技术的发展
西北工业大学 刘金合
0 前言
高能束流焊接的功率密度（Power Density）可达到105W/cm-2以上。束流可由单一的电子、光子、电子和离子或二种以上的粒子组合而成。目前，用在焊接领域的高能束流主要是等离子弧、电子束和激光束。TIG（Activating—Flux TIG）焊亦具有高能束流焊接的特点。爆炸焊能将相同的、特别是不同的金属组合，简单、迅速、和牢固的焊接在一起，其最大用途是制造大面积的不同形状、不同尺寸、不同用途的双金属及多金属复合材料。
1 高能束流焊接当前被关注的领域特点
当前高能束流焊接被关注的主要领域是：
⑴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。
⑵新型设备的研制，诸如，脉冲工作方式以及短波长激光器等。
⑶设备的智能化以及加工的柔性化。
⑷束流品质的提高及诊断。
⑸束流、工件、工艺介质相互作用机制的研究。
⑹束流的复合。
⑺新材料的焊接
⑻使用领域的扩展。
2 激光焊接的最新进展
2.1 新型激光器
1) 直流板条式（DC Slab）CO2激光器，这种激光器被誉为CO2激光器新的里程碑，
光束质量极好（k > 0.8）,消耗气体少（0.3L / h），运行可靠、免维修，运行费用低，商品型的已达3500W 。
2）二极管泵浦的YAG激光器， 二极管泵浦可以使用近20000小时，而LAMP泵浦时，500小时左右就要更换泵浦灯，该类激光器商品型的已达5000W。
3）CO激光器， 波长5.3μm ，是CO2激光的一半，发散角也为CO2激光的一半，同样的条件下，PD 为CO2的4倍 。
4）半导体激光器， 波长0.85～1.65μm ，可用光纤传输，体积小，输出功率已达3 kW。
5) 准分子激光器， 波长处于紫外波段，范围193～351nm ，约是YAG激光器的1/5和CO2激光的1/50 ，单光子能量比大部分分子的化学键能都高，能深入材料分子内部进行加工，加工基理是基于光化学作用，在非放热效应下进行，因此，材料变形极小。准分子激光器还可调谐，功率水平在实验室已达千瓦级。
增材制造工作原理
增材制造工作原理
增材制造是一种基于三维模型数据，通过连续添加材料来完成物体制造的过程。这种制造方式具有高灵活性、高精度和低成本等优势，被广泛应用于医疗、航空航天、汽车、建筑等领域。本文将介绍增材制造中的层片制造、粉末烧结与熔融、粘合剂喷射、光固化、金属沉积、生物打印、连续纤维增强和高能束流加工等方面的工作原理。
层片制造
层片制造是将原材料按照指定的厚度切成薄片，然后将这些薄片逐层叠加，最终形成三维物体。这种制造过程可以通过计算机控制系统实现自动化生产。在层片制造中，材料选择范围广泛，包括金属、塑料、陶瓷等。切片厚度和层片搭接方式对最终物体的精度和质量都有重要影响。层片制造的误差主要来源于切片厚度、层片搭接和机器精度等方面。
粉末烧结与熔融
粉末烧结与熔融是一种将粉末颗粒加热至高温并使其部分熔化后快速冷却凝固，最终形成三维物体的增材制造技术。这种制造过程通常使用激光、电子束或热源等作为能源。在粉末烧结与熔融中，材料选择十分重要，如金属、塑料、陶瓷等都可以作为原材料。颗粒搭配和能量分布对最终物体的精度和质量都有较大影响。
粘合剂喷射 粘合剂喷射是一种通过喷头将液态粘合剂精确地喷射到指定位置，然后将粉末材料逐层叠加，最终形成三维物体的增材制造技术。这种制造过程常用于塑料、金属和陶瓷等材料的制造。在粘合剂喷射中，材料选择十分关键，同时还需要考虑液态粘合剂的喷射精度和图像识别技术。
光固化
光固化是一种利用紫外线照射液态光敏材料，使其发生聚合反应而固化，最终形成三维物体的增材制造技术。这种制造过程常用于塑料、树脂等材料的制造。在光固化中，材料选择受到限制，需要使用光固化特性良好的材料。同时，光照射方式和图像识别技术也是影响最终物体精度和质量的关键因素。
金属沉积
金属沉积是一种通过物理或化学反应将金属材料逐层沉积在已存在的基体上，最终形成三维物体的增材制造技术。这种制造过程常用于金属材料的制造。在金属沉积中，材料选择受到限制，需要使用能够适应沉积工艺的金属材料。同时，流体力学和热应力分析也是影响最终物体精度和质量的关键因素。
国外高能束流加工技术的发展概况
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。
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。
高能束流焊接方法
高能束流焊接方法
〔一〕激光焊
1. 高能焊概念：
高能焊接是指以激光束、电子束、等离子体为热源，对金属、非金属材料进行焊接的精细加工工艺。高能束流焊接的功率密度〔Power Density〕到达105W/cm2以上。
2. 高能束流是由单一的电子、光子、电子和离子，或者二种以上的粒子组合而成。
3.激光焊概念：
激光焊是高能焊的一种。是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效而且精密的焊接方法。它是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量而进行焊接的，聚焦的激光束是指：利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束。
3.激光焊特点：
〔1〕功率密度高。由于激光束的频谱宽度窄，经过会聚后的光斑直径可以小到，功率密度可以到达109W/cm2，可以焊接0.1~ 50mm厚的工件。
〔2〕脉冲激光焊加热时间短、焊点小、热影响区小。
〔3〕激光焊与电子束焊有许多相似之处，但它不需要真空室，不产生X射线，更适合生产中推广应用。激光焊接已成为高能束焊接技术发展的主流。缺点是激光焊接一些高反射率的金属还比较困难，另外设备投资大。
〔4〕激光能够反射、透射、能够在空间传播相当长的距离而衰减很小，激光焊能够远距离焊接，或者对难以接近的部位进行焊接，能够透过玻璃等其他透明物体进行焊接。
〔5〕激光不受电磁场的影响。
〔6〕激光的电光转换效率低〔约为0.1 % ~ 0.3 %〕。工件的加工和组装精度要求高，夹具要求精密，因此焊接成本高。
〔7〕一台激光器可供多个工作台进行不同的工作，既可以用于焊接，又可以用于切割、合金化和热处理，一机多用。
4激光焊接的优点
激光焊接具有以下优点：能量密度高，可聚焦，深穿透，高效率，高精度，适应性强等。
5激光焊设备组成
激光焊接设备由以下设备组成：工作平台，激光器，光束检测系统，焊接过程检测系统，导光聚焦系统，电脑控制系统
6激光器的组成
激光器一般由以下这些部件组成：
〔1〕激光工作物质：必须是一个具有假设干能级的粒子系统并且具备压稳态能级，使粒子数反转和受激辐射成为可能。
国外高能束流加工技术的发展概况 2
国外高能束流加工技术的发展概况
随着制造业的快速发展，高能束流加工技术作为一种新型的加工工艺，逐渐受到了广泛的关注。这种技术能够对任意形状、材质的工件进行高精度、无损伤的加工处理，被广泛应用于航空、航天、军工等领域。本文将从国外的角度，简单介绍高能束流加工技术的发展概况。
高能束流加工技术的分类
高能束流加工技术主要分为电子束加工、激光束加工和离子束加工三种类型。
电子束加工是利用电子加速器加速电子，形成高速电子束，然后通过一系列的磁透镜进行聚焦，将电子束集中在被加工的材料表面，使其瞬间蒸发或转化成等离子体，从而实现对材料的加工。
激光束加工是利用高能量、高光束质量的激光束，对被加工材料进行熔化、气化、消融和蒸馏等一系列物理化学反应，从而实现对材料的加工处理。
离子束加工是利用离子加速器将高能量离子束加速到极高速度，形成一条细束，在经过几次退火和淬火处理后，达到与材料界面的接触，并将材料表面的原子进行瞬间弹射、溅射，从而完成对材料表面的加工。 国外高能束流加工技术的发展
高能束流加工技术源于上世纪50年代初期，当时主要是以电子束加工为主，但由于该工艺的限制和不稳定性，导致其无法得到广泛应用。20世纪70年代中期，随着激光技术和计算机技术的发展，激光束加工逐渐成为了高能束流加工技术的主流技术。至今，各种高能束流加工技术都得到了很大的发展。
在欧洲，德国是高能束流加工技术的领头羊。在该领域的研究上，德国的大学和研究机构与企业合作得非常密切，他们采用多技术的交叉整合，推动了高能束流加工技术往更高端技术、更高加工精度和更复杂结构的方向发展。
在美国，高能束流加工技术从上世纪70年代开始进入快速发展时期，该领域的科研机构林立，如美国能源部、航空航天局和国防部等机构的高能束流加工实验室，致力于开发新型材料、新型加工工艺和高性能部件的制造。
在亚洲地区，日本是高能束流加工技术的开发最为活跃和成熟的国家之一。日本工程院通过多年的技术积累和合作研发，成功研制了一系列高能束流加工设备，并将其应用于航空、航天、医疗等领域。此外，韩国、中国等国家也正在加紧高能束流加工技术的研究和应用。
课题四高能束加工
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课题四 高能束加工
知识目标
了解高能束加工的特点；
理解激光产生的原理；
掌握激光特性及激光加工的原理与特点；
理解电子束和离子束加工的原理。
技能目标
理解激光加工设备的组成；
掌握激光加工的应用；
熟悉电子束和离子束加工的原理及应用。
任务一 熟悉激光加工的应用
任务描述
激光加工（LBM）是利用激光经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加各种材料的。激光加工已经在生产实践中愈来愈多地显示其优越性，很受人们的重视。图4-1-1所示为激光加工的各种应用。
（a）激光打孔 （b）激光切割 2
（c）激光打标 （b）激光焊接
图4-1-1 激光加工的应用
任务分析
激光具有方向性、相干性、单色性好和光强度高的特点，因此，激光加工可以用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理以及激光存储等各个领域。
知识准备
一、高能束加工
高能束加工是利用被聚焦到加工部位上的高能密度束流去除工件上多余材料的加工方法。常用的高能密度束流加工方法主要有激光加工、电子束加工、离子束加工等。
高能密度束流加工的特点如下。
（1）加工速度快，热流输入少，对工件热影响极小，工件变形小。
（2）束流能够聚焦且有极高的能量密度，激光加工、电子束加工可使高硬度、难熔的材料在瞬间熔融汽化，而离子束加工是以极大能量撞击零件表面，使材料变形、分离破坏。
（3）工具与工件不接触，无工具变形及损耗问题。
（4）束流控制方便，易实现加工过程的自动化。
二、激光的产生及特性
人们曾用透镜将太阳光聚焦，把纸张、木材引燃，但无法用作材料加工。其主要原因：地面上太阳光的能量密度不高；太阳光不是单色光，而是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫多种不同波长的多色光，聚焦后焦点并不在同一平面内。
激光是可控的单色光，强度高、能量密度大，可以在空气介质中高速加工各种材料。1960年美国研制成功世界上第一台可用于加工的激光器。目前激光加工已成为一种重要的新兴产业，激光加工技术已广泛用于机械工业、电子工业、国防和人民生活等许多领域。 3