高能束及特种激光焊接技术的发展

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应用领域的扩展。
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。
  2.2 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(Penn Research Corporation)公司（北美最大的快速轴流CO2激光器制造厂家）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 。
PRC激光器有三种脉冲方式。切割金属板开始要打孔时，采用超脉冲可使金属立即被蒸发而形成穿孔；切割时使用门脉冲可减小热影响区，割缝窄，切割面光洁度高；采用超强脉冲（Hyperpulse）焊接反射性极强的Al 、Cu时，脉冲尖峰先将材料表面温度升高甚至熔化，以提高材料对激光能量的吸收，使连续波焊接稳定进行；对于表面镀锌材料，超强脉冲的尖峰可将其蒸发，以利于连续波激光焊接的进行；切割时采用超强脉冲，能减少甚至消除挂渣现象。不同功率范围的激光，用于不同目的时，对光束模式的要求也不同。
2.3 设备的智能化及加工的柔性化