【摘要】
到目前為止,電子束焊焊已經(jīng)成為一種成熟的加工技術(shù),在汽車制造和航空航天方面發(fā)揮著重要作用。在過去的40多年里,激光加工已從實驗室發(fā)展到實際應(yīng)用階段,并在電子束焊加工的
電子束焊接與激光焊接的性能比較:
到目前為止,電子束焊焊已經(jīng)成為一種成熟的加工技術(shù),在汽車制造和航空航天方面發(fā)揮著重要作用。在過去的40多年里,激光加工已從實驗室發(fā)展到實際應(yīng)用階段,并在電子束焊加工的各個領(lǐng)域取代了電子束焊加工。但是,實際應(yīng)用表明,激光和電子束焊作為高能量密度熱源,除了具有許多相同的技術(shù)特性外,在不同的應(yīng)用場合,其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能仍有很大差異。
電子束焊接的優(yōu)點非常突出:
電子束焊的能量轉(zhuǎn)換效率非常高(80%~90%),可以開發(fā)出高功率的大型焊接設(shè)備(在日本,出現(xiàn)了加速電壓600kV、功率300kW的超高壓電子束焊焊機(jī))。
電子束焊焊縫非常細(xì),深寬比很容易達(dá)到10:1,甚至20:1(最新報道顯示:日本焊接200毫米厚不銹鋼時,深寬比達(dá)到70:1);
電子束焊可控性更好,甚至可以在工件中形成曲線孔徑;
電子束焊更容易焊接不同材料和特殊材料。
電子束焊的缺點當(dāng)然也很明顯:
真空腔是電子束焊接技術(shù)研究的重要領(lǐng)域,真空腔對防止電子散射有很大的影響,而真空腔又是電子束焊接技術(shù)的發(fā)展方向。
由于真空室的存在,抽真空成為影響循環(huán)時間的主要障礙(現(xiàn)在用于齒輪焊接的單個電子束焊設(shè)備的循環(huán)時間難以在60秒以內(nèi))。
磁偏移:由于電子帶電會受到磁場偏移的影響,需要電子束焊焊工件在焊接前進(jìn)行磁處理;
x射線問題:x射線在高壓下特別強(qiáng),需要保護(hù)作業(yè)人員
工件組裝質(zhì)量要求嚴(yán)格,工件表面清潔要求高:
激光焊接相對于電子束焊接具有以下優(yōu)點:激光焊接無需真空室,無需去磁處理,可在大氣中進(jìn)行,不會產(chǎn)生抗X射線的問題,因而可在線作業(yè),也可焊接各種材料。此外,激光焊接的循環(huán)時間比電子束焊接要短得多(容易達(dá)到30秒)。實際上,20年前,激光焊接就已獲得電子束焊接的地位,并成為高能束焊接技術(shù)發(fā)展的主流。
但是,受技術(shù)進(jìn)步的限制,激光焊接比電子束焊接有一定的弱點。
激光能量轉(zhuǎn)換效率較低,RofinDC系列CO_2激光器能量轉(zhuǎn)換效率低于20%,而IPG光纖激光器僅為30%以上;
由于能量轉(zhuǎn)換效率低,大功率激光焊接在生產(chǎn)線上的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性差。激光焊接設(shè)備的功率一般在20KW以下,其焊接深度可達(dá)10mm以下;
隨著新一代激光的誕生,激光的使用壽命可達(dá)5萬小時,大大降低了激光焊接設(shè)備的使用成本。然而,獲得理想的焊接質(zhì)量保護(hù)氣體是必不可少的,這也導(dǎo)致加工成本的增加。
激光器的深寬比小于電子束焊焊,一般在10:1以內(nèi)(在齒輪激光器中,焊縫的深度一般在4~6mm,所以這個深寬比也比較適合),不適合大厚度工件的焊接;
激光焊接對鋁合金材料和其他高反射率材料的焊接仍存在技術(shù)難點,必須通過填充等輔助手段達(dá)到理想的焊接效果。
電子束焊與激光焊接的經(jīng)濟(jì)性比較:
電子束焊焊技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟,高功率和高功率電子束焊焊機(jī)發(fā)展迅速,具有很高的實用價值。由于能量轉(zhuǎn)換率低等技術(shù)障礙,激光技術(shù)無法大大提高激光焊接的功率?,F(xiàn)在實際使用的激光功率不能超過10KW,較高功率的激光成本增長很快,但實際使用價值較低。
在歐美國家,同等功率(3~5KW)的電子束焊接設(shè)備與激光焊接設(shè)備的價格基本相同,但激光焊接的效率、靈活性(不受真空室限制)和生產(chǎn)線的特性容易集成,激光焊接設(shè)備在汽車制對工件裝配質(zhì)量要求嚴(yán)格,同時工件表面清潔的要求也較高。
由于中國研發(fā)高功率激光的滯后,實際使用的激光焊接設(shè)備基本上依賴進(jìn)口。與此同時,中國的中小功率電子束焊焊機(jī)已接近或趕上國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平,其價格僅約為國外同類產(chǎn)品的三分之一,且表現(xiàn)出明顯的性價比優(yōu)勢。因此,國內(nèi)電子束焊接設(shè)備的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過激光焊接設(shè)備。
然而,在汽車生產(chǎn)中,大規(guī)模高效率已經(jīng)成為汽車制造企業(yè)追求的目標(biāo)。然而,國產(chǎn)電子束焊接設(shè)備通常不具備大規(guī)模自動化生產(chǎn)的能力。當(dāng)生產(chǎn)能力提高時,通常通過增加電子束焊接設(shè)備的數(shù)量和人力來滿足生產(chǎn)需求。綜合比較,其經(jīng)濟(jì)性也大大降低。
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