熔焊工艺及设备第11章高能束流焊第11章高能束流焊1.高能束流焊的物理基础2.电子束焊3.激光焊School of Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院
熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第11章 高能束流焊 第11章 高能束流焊 1.高能束流焊的物理基础 2.电子束焊 3.激光焊
熔焊工艺及设备第11章高能束流焊11.1高能束流焊的物理基础(1)热源功率密度与热过程行为表11-1.几种常见热源的功率密度热源功率密度（W/cm2）(1～2) ×103聚焦的太阳光束光(1～5) ×103聚焦的氙灯光束电弧（0.1MPa）1.5X104电弧等离子弧(0. 5~1) × 105>106电子束高能密度束>106激光束（0.1MPa）School of Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院
熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第11章 高能束流焊 11. 1高能束流焊的物理基础 (1) 热源功率密度与热过程行为 热源 功率密度(W/cm2) 光 聚焦的太阳光束 聚焦的氙灯光束 （1～2）×103 （1～5）×103 电弧 电弧（0.1MPa） 等离子弧 1.5×104 (0.5～1)×105 高能密度束 电子束 激光束（0.1MPa） >106 >106 表11-1 几种常见热源的功率密度
熔焊工艺及设备第11章高能束流焊随着热源功率密度的不同，热过程行为发生明显的变化。概括起来讲，可分为四个区域，，见图11-1。超高功率不能进行焊接密度区109108高功率o.电子束密度区107106CO2激光105中功率104密度区等离子弧103电弧102低功率10不能进行焊接密度区图11-1热源功率密度与热过程行为的关系School of Material Science&Engineering江苏科技大学材料学院
熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第11章 高能束流焊 图11-1 热源功率密度与热过程行为的关系 随着热源功率密度的不同，热过程行为发生明显的变化。 概括起来讲，可分为四个区域，见图11-1
熔焊工艺及设备第11章高能流辉(2)获得高能束流的基本原理>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。光源的亮度B为：PB =AQ是法线方向上立体发散角，是一在立体角为式中，A是光源发光面积Q的空间内发射的功率。激光束的方向性用光束发射张角一半来表示，称为发散角，可表示为：4元0 =D元式中，是激光波长，D是光束直径。SchoolofMaterialScience&Engineering江苏科技大学材料学院
熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第11章 高能束流焊 (2) 获得高能束流的基本原理 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。光源的亮度B为： A P B 式中， 是光源发光面积， 是法线方向上立体发散角， 是—在立体角为 的空间内发射的功率。 A P 激光束的方向性用光束发射张角一半来表示，称为发散角，可表示为： D 4 式中， 是激光波长， D是光束直径
熔焊工艺及设备第11章高能束流焊经聚焦的激光束在焦平面处的束斑直径d为：4元f.0d=D元式中是聚焦镜焦距目前，大功率连续波激光的功率达几千瓦、几十千瓦，相应的光束直径仅为几十毫米，立体角可达到10-6sr：脉冲固体激光器的光脉冲持续时间可压缩至10-12s甚至更短，因而，激光具有极高的亮度，加之激光的方向性好，发散角小，可以达到0.1mrad，有良好的聚焦性，在焦平面处可获得大于106w/cm2的功率密度。School of Material Science & Engineering江苏科技大学材料学院
熔焊工艺及设备 School of Material Science & Engineering 江苏科技大学材料学院 第11章 高能束流焊 经聚焦的激光束在焦平面处的束斑直径d为： f D d f 4 式中 f 是聚焦镜焦距 。 目前，大功率连续波激光的功率达几千瓦、几 十千瓦，相应的光束直径仅为几十毫米，立体角可 达到10-6sr ；脉冲固体激光器的光脉冲持续时间 可压缩至10-12s甚至更短，因而，激光具有极高的 亮度，加之激光的方向性好，发散角小，可以达到 0.1mrad ，有良好的聚焦性，在焦平面处可获得大 于106 w/cm2 的功率密度