熔焊工艺及设备第11章高能束流焊（3）高能束流焊形成深宽比大焊缝的机制>小孔形成的机理当采用较低的功率密度时，高能束产生的热首先聚集在待加工工件的表面，然后经热传导进入材料内部，这时，熔池温度比较低，对钢件而言，约1600℃，蒸发不明显，因而焊缝宽熔深浅，见图11-13a。T~1600℃T~1900℃T~2600℃T~3500℃b)d)a)c)图11-13功率密度与小孔的形成SchoolofMaterial 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 (3) 高能束流焊形成深宽比大焊缝的机制 图11-13 功率密度与小孔的形成 小孔形成的机理 当采用较低的功率密度时，高能束产生的热首先聚集在待 加工工件的表面，然后经热传导进入材料内部，这时，熔池温 度比较低，对钢件而言，约1600℃，蒸发不明显，因而焊缝宽， 熔深浅，见图11-13a
熔焊工艺及设备第11章高能束流焊高能束流聚焦后的束斑直径一般都在1mm以下作用于工件上的功率密度高，能使材料迅速熔化蒸发，产生很大的蒸气压力和蒸气反作用力，加之电子束或激光束作用时间短，径向的热传导作用很弱，在蒸气压力和蒸气反作用力等因素作用下，能排开熔化金属形成小孔，这时高能束流深入工件内部，束流直接与工件作用，进行能量的转化，因而能形成深宽比大的焊缝。在其它因素不变的情况下，功率密度越高，熔深越大，焊缝的深宽比也越大，功率密度与熔深的关系如图11-14所示。School ofMaterial 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 高能束流聚焦后的束斑直径一般都在1mm以下， 作用于工件上的功率密度高，能使材料迅速熔化、 蒸发，产生很大的蒸气压力和蒸气反作用力，加 之电子束或激光束作用时间短，径向的热传导作 用很弱，在蒸气压力和蒸气反作用力等因素作用 下，能排开熔化金属形成小孔，这时高能束流深 入工件内部，束流直接与工件作用，进行能量的 转化，因而能形成深宽比大的焊缝。在其它因素 不变的情况下，功率密度越高，熔深越大，焊缝 的深宽比也越大，功率密度与熔深的关系如图11- 14所示
熔焊工艺及设备第11章高能束流焊1.11761.01600.91440.81280.71120.6096/迷容0.50800.40640.30480.2032120kV0.1016不锈钢304M0.931.241.5500.31000.621.86功率密度/106×0.16W?cm-2图11-14功率密度对熔深的影响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11-14 功率密度对熔深的影响
熔焊工艺及设备第11章高能束流焊>小孔受力分析1)束流压强Pb束流压强对电子束来讲，它是由电子束的冲击力产生的。对激光束来讲，它则是光子的辐射压强。当电子和工件撞击时，若电子的动能全部转化，则束P, =mu流压强Pb为：若电子束焊机的加速电压为U。,则2n'e'mt2eUa=J2m二I2.J m[2nmeU.P=nmme式中为电流密度SchoolofMaterial 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 小孔受力分析 (1)束流压强Pb 束流压强对电子束来讲，它是由电子束的冲击力产 生的。对激光束来讲，它则是光子的辐射压强。 pb nm 当电子和工件撞击时，若电子的动能全部转化，则束 流压强Pb为： 若电子束焊机的加速电压 为 Ua ,则 e U J m e U J m e n e mU n meU m eU p nm a a a a a b 2 2 2 2 2 2 2 2 式中J为电流密度
熔焊工艺及设备第11章高能流焊(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。（3）蒸气反作用压强Pr熔池内的蒸发粒子以一定的速度离开液面时，由于反作用力引起的压强称为蒸气反作用压强，该压强倾向于加深和维持小孔。蒸气反作用压强可采用下式计算：PrPC式中P/A是功率密度；Q是蒸发1kg被焊金属所需的能量；P是蒸气密度。由此式可知，蒸气反作用压强除与功率密度和材料性质有关外，还于环境压力有关，这是因为环境压力的大小对蒸气密度有直接的关系。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) 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。 (3) 蒸气反作用压强Pr 熔池内的蒸发粒子以一定的速度离开液面时，由于反作用力引起的 压强称为蒸气反作用压强，该压强倾向于加深和维持小孔。蒸气反作用 压强可采用下式计算： 2 ( ) 1 A P Q pr 式中P/A是功率密度；Q是蒸发1kg被焊金属所需的能量； 是蒸气密度。 由此式可知，蒸气反作用压强除与功率密度和材料性质有关外，还于 环境压力有关，这是因为环境压力的大小对蒸气密度有直接的关系