高能束流加工技術(shù)以高能量密度束流（電子束、激光、離子束等）為熱源與材料作用，從而實(shí)現(xiàn)材料去除、連接、生長和改性。高能束流加工該技術(shù)具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢，被譽(yù)為本世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)之一，受到越來越多的重視，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。經(jīng)過多年的發(fā)展，高能束流加工技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到焊接、表面工程和快速制造等方面，在航空、航天、船舶、兵器、交通、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。 高能束流束源品質(zhì)的發(fā)展 高能束流加工技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展和高能束流束源品質(zhì)有著密切的關(guān)系。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無論是電子束還是激光束，束流品質(zhì)越來越好，能量密度、功率等參數(shù)越來越高，加工能力和加工質(zhì)量都有所提高。 電子束束流品質(zhì)主要有2 方面的內(nèi)涵：一是束流和高壓的穩(wěn)定性；二是束流的形態(tài)和能量分布。前者主要取決于高壓電源及相應(yīng)控制系統(tǒng)；后者主要取決于電子槍及其電磁聚焦系統(tǒng)。 高壓電源是電子束加工設(shè)備的重要組成部分，自20 世紀(jì)50 年代以來，高壓電源的設(shè)計(jì)及制造技術(shù)經(jīng)歷了3 個(gè)階段，即工頻變壓器、中頻發(fā)電機(jī)組、高頻開關(guān)式電源。在每個(gè)發(fā)展階段，高壓電源性能都得到了很大提高，特別是開關(guān)式高壓電源，高壓調(diào)節(jié)范圍更廣，有效功率更高、高壓紋波、設(shè)備體積更? Ｄ殼埃哐箍氐繚吹母鞲霾糠志迪至爍咂倒ぷ鞣絞劍ǔＴ謔髀砍痰那榭魷攏魑榷ǘ卻锏健?.25％，高壓的穩(wěn)定度達(dá)到±0.25％。 束流形態(tài)和能量分布主要取決于電子槍及其所屬的電磁聚焦系統(tǒng)，目前沒有專屬的量化指標(biāo)，通常可對束流的不同截面進(jìn)行能量分布的測定，來分析束流形態(tài)和能量分布是否良好。目前，電子束流發(fā)生裝置（電子槍）技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)由低壓小功率型發(fā)展到高壓大功率型（如表1所示），大大提升了加工能力和加工質(zhì)量，同時(shí)拓展了電子束加工技術(shù)手段。 我國高壓電子束焊接設(shè)備的研制開發(fā)起步較晚，這主要因?yàn)楦邏弘娮邮庸ぴO(shè)備中的電子槍和高壓電源設(shè)計(jì)制造技術(shù)難度大，測試試驗(yàn)不易開展。目前，國內(nèi)開展電子束焊接設(shè)備的研究較多，但主要局限于中壓、小功率電子束焊機(jī)的研究，高壓、大功率設(shè)備的研究相對較少。目前已經(jīng)解決了大功率高壓電源和高壓電子槍的問題，國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對高能束流加工技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，并取得了一定成果，高壓電源的高壓、束流穩(wěn)定度均達(dá)到了±0.25％，同時(shí)也開發(fā)了新型電子束能量密度測量裝置，以進(jìn)行相關(guān)電子槍的研究改進(jìn)。 新型激光器的不斷出現(xiàn)和技術(shù)上的不斷改進(jìn)完善，有力地推動了激光技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是20 世紀(jì)80 年代中后期以后，Nd:YAG 激光器和CO2激光器的性能進(jìn)一步提高，輸出功率增大到千瓦和萬瓦級，使得材料的激光加工技術(shù)應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，特別是激光焊接技術(shù)已由熱傳導(dǎo)焊向深熔焊轉(zhuǎn)變，焊接機(jī)制和原理發(fā)生了根本性變化。 在國外，輸出功率在10kW 左右的CO2激光加工系統(tǒng)已經(jīng)成為穩(wěn)定應(yīng)用于各工業(yè)部門的常規(guī)焊接設(shè)備。在大功率激光焊接應(yīng)用方面，法國焊接研究所于1993 年安裝并完成了45kW CO2激光器的調(diào)試工作，正在開展大厚度（40 ～ 50m m）單道焊技術(shù)基礎(chǔ)研究工作。1994 年和1996年，日本的Kinki先進(jìn)材料加工研究所和日本鋼鐵公司也先后完成了45kW CO2激光器的安裝工作。與此同時(shí)，YAG 激光焊接系統(tǒng)的輸出功率也有較大提高，輸出功率4k W的商品化設(shè)備已推向市? ? 在國內(nèi)，激光材料加工技術(shù)經(jīng)歷了30 多年的發(fā)展歷史。經(jīng)過國家多個(gè)五年計(jì)劃的攻關(guān)，激光加工設(shè)備從無到有，輸出功率一步步提高，還有多家單位都具有生產(chǎn)2～10kW CO2激光器系列產(chǎn)品的能力，也可制造千瓦級以下的YAG固體激光器。但是與國外相比，光束品質(zhì)較差，元器件可靠性、穩(wěn)定性方面需進(jìn)一步提高。 目前，Nd:YAG激光器和CO2激光器的性能進(jìn)一步提高。對于Nd:YAG激光器，為了克服其在高功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)嚴(yán)重的熱透鏡效應(yīng)、提高激光器的輸出功率和光束質(zhì)量，發(fā)展了板條、管狀等新型激光器結(jié)構(gòu)形式；另外，光纖傳輸極大地提高了焊接操作的靈活性。與此同時(shí)，CO2激光器由最初的橫流結(jié)構(gòu)改為快速軸流結(jié)構(gòu)，輸出功率極大提高；射頻激勵(lì)和微波激勵(lì)模式的建立減小了CO2激光器的體積，提高了效率和可調(diào)制性。 20 世紀(jì)90 年代，二極管泵浦固體激光器的出現(xiàn)，使激光器的體積大大縮小，光束質(zhì)量高、壽命長，泵浦效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過燈激勵(lì)方式，是一種很有前途的新型激光加工能源，必將在很大程度上替代現(xiàn)有的激光加工設(shè)備。 近年來，一些新型激光器相繼進(jìn)入激光加工領(lǐng)域（如準(zhǔn)分子激光器、發(fā)射5μm附近激光波長的CO激光器等），這將拓展激光焊接設(shè)備的新領(lǐng)域，促進(jìn)激光加工技術(shù)向前發(fā)展。特別是光纖激光器的出現(xiàn)，無論是束流品質(zhì)還是輸出功率都應(yīng)該說是激光加工技術(shù)的一場革命性變化。 高能束流焊接技術(shù) 與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，高能束流焊接技術(shù)具有諸多優(yōu)勢： （1） 功率密度高。高能束流斑點(diǎn)尺寸小，功率密度大。焊接束流的功率密度通常達(dá)105～108W/cm2，而一般常規(guī)電弧焊的功率密度為102～104W/cm2。 （2）焊縫深寬比高。高能束流可實(shí)現(xiàn)高深寬比( 即焊縫深而窄) 的焊接，其中電子束深寬比達(dá)60 ∶1，可一次焊透0.1 ～ 300mm 厚度的不銹鋼板，激光焊的深寬比也達(dá)到20 ∶1。 （3）焊接速度快。高能束流的高能量密度使得焊接加熱集中，焊接熔化和凝固過程快、效率高，如利用電子束焊接厚125mm 的鋁板，焊接速度達(dá)4m/min，是氬弧焊的40 倍，1mm 厚薄板激光焊接速度可達(dá)到20m/min。 （4）焊件熱變形小，焊縫性能好。高能束流功率密度高，使得焊接熱輸入量少、焊件變形? ⒑負(fù)蠹庸ち啃。欣誚檔橢圃斐殺荊夷鼙苊夂附詠油紛櫓Я３ご螅菇油沸閱芨納疲桓呶倫饔檬奔潿獺⒑轄鷦厴賬鶘?，能有效讣{坪阜煒故蔥閱堋? （5）焊縫純潔度高。真空對焊縫有良好的保護(hù)作用，高真空電子束焊尤其適合焊接鈦及鈦合金等活性材料。 （6） 工藝適應(yīng)性強(qiáng)。焊接參數(shù)易于精確調(diào)節(jié)，焊接頭便于偏轉(zhuǎn)，焊接位置的可達(dá)性好，對焊接結(jié)構(gòu)的焊接適應(yīng)性優(yōu)于常規(guī)電弧焊，不僅可應(yīng)用于對接接頭、搭接接頭，而且特別適合于T 形接頭焊接。 （7）可焊材料多。適合于難焊材料焊接，不僅能焊金屬和異種金屬材料接頭，也可焊非金屬材料（如陶瓷、石英玻璃等）。 國外高能束流焊接技術(shù)研究水平與應(yīng)用程度都比我國好。在電子束焊接方面，國外圍繞超高能密度裝置研制，設(shè)備智能化、柔性化、電子束流特性診斷，束流與物質(zhì)作用機(jī)制，以及非真空電子束焊設(shè)備及工藝等方面開展了卓有成效的研究。在日本，加速電壓600kV、功率300kW 的超高壓電子束焊機(jī)已問世，一次可焊200mm 的不銹鋼，深寬比達(dá)70∶1。同時(shí)，日、俄、德開展了雙槍及填絲電子束焊接技術(shù)研究。在對大厚度板第1 次焊接的基礎(chǔ)上，通過第2 次填絲來彌補(bǔ)頂部下凹或咬邊缺陷；日本采用雙槍實(shí)現(xiàn)了薄板超高速焊接，反面無飛濺，成形良好。關(guān)于非真空電子束焊接，德國斯圖加特大學(xué)實(shí)現(xiàn)了母材為AlMg0.4 Si1.2 的旋轉(zhuǎn)件的填絲焊接，加絲材料為AlMg4.5Mn，送絲速度35m /min，焊接速度高達(dá)60m/min。非真空電子束焊接在汽車制造領(lǐng)域一直倍受重視并得到應(yīng)用。如手動變速器中同步環(huán)與齒輪采用非真空電子束焊接，生產(chǎn)率已超過500 件/h。最近，德國和波蘭的學(xué)者共同研制了真空電子束焊接時(shí)，安裝于真空室中的非接觸測溫裝置測量點(diǎn)最小直徑1.8mm，主要用于陶瓷和硬質(zhì)合金的釬焊，該裝置可排除隨機(jī)的熱流干擾，測量精度高。 在國外電子束焊接是制造軍機(jī)大厚度鈦合金承力框、梁等的發(fā)展趨勢，俄羅斯和美國第3、4 代戰(zhàn)斗機(jī)的結(jié)構(gòu)梁、框等重要承力件均采用電子束焊接技術(shù)。F -14 戰(zhàn)斗機(jī)鈦合金中央翼盒是典型的電子束焊焊接結(jié)構(gòu)。該翼盒長7m，寬0.9m，整個(gè)結(jié)構(gòu)由53 個(gè)鈦合金件組成，共70 條焊縫，焊接厚度為12 ～ 57.2mm，全部焊縫長達(dá)55m，電子束焊接使整個(gè)結(jié)構(gòu)重量減輕270kg ；俄羅斯的蘇-27 飛機(jī)鈦合金框、圖波列夫設(shè)計(jì)局和烏克蘭巴頓所的鈦合金整體焊接壁板等結(jié)構(gòu)均采用電子束焊接技術(shù)。尤其是目前最先進(jìn)的第4 代戰(zhàn)斗機(jī)——美國的F -22 機(jī)身，很大一部分為焊接件，后機(jī)身鈦合金前后梁結(jié)構(gòu)是由腹板加強(qiáng)的Ti-6-4 壁板與框架經(jīng)電子束焊接而成的，包括3556c m 長的周向及縱向焊縫，厚度在6.4 ～25mm 之間，這是航空航天工業(yè)最復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)之一。 與常規(guī)焊接方法相比，激光能量密度高、加熱集中，以具有小孔效應(yīng)的大功率激光深熔模式進(jìn)行焊接時(shí)，焊縫深寬比大，焊接速度快，焊接結(jié)構(gòu)變形小，焊縫質(zhì)量高，而且激光焊接在大氣環(huán)境下完成，焊接可達(dá)性好。另外，激光焊接過程還具有易于集成化、自動化、柔性化的特點(diǎn)。因此，激光焊接特別適合于大型結(jié)構(gòu)件的焊接，已成為21 世紀(jì)解決大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造的先進(jìn)焊接技術(shù)之一。目前，激光焊接技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。 目前，基于深熔焊的激光焊接已成為汽車行業(yè)焊接標(biāo)準(zhǔn)化工藝之一，在造船工業(yè)和航空、航天工業(yè)中的應(yīng)用也已經(jīng)起步，例如空客公司A380大型寬體客機(jī)制造技術(shù)中的亮點(diǎn)就是激光焊接技術(shù)在飛機(jī)壁板制造中的應(yīng)用，且已成為A380 先進(jìn)性的主要標(biāo)志之一。另外，歐洲造船工業(yè)中船體板架構(gòu)件（16m ×20m）制造中激光焊接的實(shí)際應(yīng)用，美國海軍焊接中心（N J C）針對戰(zhàn)艦和裝甲車等開展的激光焊接應(yīng)用技術(shù)研究，都充分展示了激光焊接在大型結(jié)構(gòu)制造中的優(yōu)勢和應(yīng)用前景。 我國從20 世紀(jì)80 年代就開始了激光焊接技術(shù)研究，通過多年努力，已取得了長足進(jìn)步：如成功實(shí)現(xiàn)汽車板坯激光拼焊、管道焊接；近年來，針對激光焊接鋁合金和鈦合金開展了基礎(chǔ)研究，已將激光焊接技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)和飛機(jī)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)制造中；另外，還有針對性地開展了激光填絲焊和激光電弧復(fù)合焊等激光焊接新技術(shù)的研究。 當(dāng)前高能束流焊接被關(guān)注的主要領(lǐng)域?yàn)椋焊吣苁髟O(shè)備的大型化——功率大型化及可加工零件（乃至零件集成）的大型化；設(shè)備的智能化和加工的柔性化；束流品質(zhì)的提高及診斷；束流、工件、工藝介質(zhì)相互作用機(jī)制的研究；束流的復(fù)合及其效應(yīng)研究；新材料的焊接及異種材料的焊接；焊接過程穩(wěn)定性與可靠性調(diào)控。高能束流表面工程技術(shù) 高能束流表面工程技術(shù)是高能束流加工技術(shù)中一個(gè)重要的組成部分，已廣泛使用于武器裝備及國民經(jīng)濟(jì)的多個(gè)領(lǐng)域。按照涂層的厚度來劃分，可分為無涂層的表面改性技術(shù)（激光沖擊強(qiáng)化、電子束毛化、精密局部熱處理）、10μm 以下的涂層（薄膜）制備技術(shù)（離子注入及沉積）、用于100μm 以上的涂層制備技術(shù)（電子束物理氣相沉積及等離子噴涂）。 1 激光沖擊強(qiáng)化技術(shù) 在激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用方面，美國G E 公司已開始利用激光對渦輪風(fēng)扇葉片和F110- G E -100/129的風(fēng)扇第I 級工作葉片進(jìn)行沖擊強(qiáng)化，以提高葉片表面壓應(yīng)力、防止葉片裂紋；L LNL 與MI C 公司合作進(jìn)行F110 發(fā)動機(jī)（F15E，F(xiàn)16C/D）及F119 發(fā)動機(jī)( F -22) 葉片的強(qiáng)化工作；L S P 公司采用可移動的激光沖擊強(qiáng)化裝置對飛機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化。 我國現(xiàn)役的W P13 發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)Ⅰ級、Ⅱ級葉片在外場使用中發(fā)生多起葉尖裂紋、掉塊故障。近年來，國家某重點(diǎn)型號、空軍“殺手锏”工程發(fā)動機(jī)在外場也發(fā)生了多起壓氣機(jī)二級葉片葉尖裂紋、掉塊故障，造成故障的主要原因是高階復(fù)合振動導(dǎo)致葉片高周疲勞失效。目前一級壓氣機(jī)葉片采用常規(guī)的噴丸技術(shù)，但覆蓋率、零件變形都難以控制，強(qiáng)化工藝存在困難。與機(jī)械噴丸相比，葉片經(jīng)激光沖擊強(qiáng)化后葉片表面產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力層深、表面質(zhì)量好、疲勞性能提高幅度大。激光束的可達(dá)性好，可以對葉片進(jìn)行局部強(qiáng)化，葉片的雙面強(qiáng)化工藝可以很好地控制葉片變形。另外，航空飛機(jī)上部分疲勞關(guān)鍵部位的孔結(jié)構(gòu)難以采用機(jī)械噴丸強(qiáng)化，但可以用激光束對孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化，并且在飛機(jī)焊接結(jié)構(gòu)上也存在焊后強(qiáng)化的需求。 2 離子注入及沉積技術(shù) 對于離子注入及沉積技術(shù)，國外已在航空零件、生物材料、模具和刀具等方面有了廣泛的應(yīng)用，該技術(shù)日益成為金屬材料表面處理不可缺少的重要手段。在此項(xiàng)工藝的發(fā)展進(jìn)程中，美國和英國進(jìn)展最快，效果最明顯。1983 年美國國防部制定了一項(xiàng)離子束聯(lián)合發(fā)展計(jì)劃，聯(lián)合美國各軍事研究所、科研部門和高等院校開展改善武器裝備的研究，即采用離子束技術(shù)改善熱汽輪機(jī)、航天器、飛機(jī)、艦艇和其他武器裝備關(guān)鍵部件的性能，以延長這些裝備的使用壽命。目前在航空航天及其他軍事領(lǐng)域的應(yīng)用有：航天飛機(jī)主機(jī)的渦輪使用泵軸承、導(dǎo)航儀器軸承、噴氣發(fā)動機(jī)主軸軸承、直升機(jī)傳動裝置的齒輪、航天設(shè)施的小型精密齒輪、燃料噴嘴和火箭往復(fù)活塞等，成效顯著。 3 電子束物理氣相沉積技術(shù) 電子束物理氣相沉積技術(shù)在航空領(lǐng)域也具有獨(dú)特的優(yōu)勢。如國外在飛機(jī)發(fā)動機(jī)上廣泛應(yīng)用電子束物理氣相技術(shù)制造渦輪葉片熱障涂層，提高了渦輪使用溫度50 ～200℃。德國ALD 公司對EB-PVD技術(shù)的研究已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)相當(dāng)高的水平，其產(chǎn)品不僅在航空領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，而且在光學(xué)涂層、半導(dǎo)體制造等其他工業(yè)領(lǐng)域也有所應(yīng)用。目前，ALD 公司已經(jīng)擁有大規(guī)模生產(chǎn)葉片涂層的EB-PVD 設(shè)備，一臺工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)備日產(chǎn)量估計(jì)可達(dá)上百片葉片甚至更多。其前景規(guī)劃中，一方面針對TBC涂層材料，找到比w （Y2O3）=6% ～ 8% 穩(wěn)定的ZrO2陶瓷隔熱效果更好、性能更優(yōu)越的新型改性陶瓷或幾種陶瓷聯(lián)合的復(fù)合陶瓷，從而進(jìn)一步提高熱端部件的工作溫度；另一方面致力于多種工藝的聯(lián)合交叉，從而降低工藝復(fù)雜性和制作成本，提高涂層質(zhì)量；此外還將對涂層的結(jié)構(gòu)展開新的研究，有可能采用多層材料的涂層等。美國賓夕法尼亞州立大學(xué)也在進(jìn)行微層及微結(jié)構(gòu)涂層的研究，以及制備具有更好粘結(jié)強(qiáng)度的結(jié)合層。 美國GE 公司現(xiàn)采用SULZERM E T C O 公司制造的用于大批量生產(chǎn)的全自動真空等離子噴涂設(shè)備制備航空發(fā)動機(jī)渦輪導(dǎo)向葉片及工作葉片的抗氧化涂層及熱障涂層的MCrAlY 粘結(jié)底層，質(zhì)量十分優(yōu)良。美國PW 公司在航空發(fā)動機(jī)的渦輪導(dǎo)向葉片上使用等離子噴涂熱障涂層也非常成功。F119、P W2000、P W4000、J T9D -7R4、V2500 發(fā)動機(jī)渦輪導(dǎo)向葉片均采用了ZrO2熱障涂層系統(tǒng)，達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)有：0.25mm 厚的熱障涂層，可使結(jié)構(gòu)基體溫度降低150℃以上、壽命超過5000h，真空等離子噴涂的MCrAlY抗氧化涂層達(dá)到完全抗氧化級，梯度熱障涂層及納米熱障涂層壽命提高30% 以上，納米耐磨涂層耐磨性能提高50% 以上。 高能束流快速制造技術(shù) 高能束流快速制造技術(shù)是基于離散/ 堆積原理的增材成形技術(shù)，由零件三維C A D 模型數(shù)據(jù)驅(qū)動，可以直接制造出零件實(shí)體，能夠大大減少制造工序、縮短生產(chǎn)周期、節(jié)省材料及經(jīng)費(fèi)，目前已發(fā)展到金屬原型直接制造階段。其熱源主要有激光、電子束等，加工形式有熔融沉積（絲材、粉末）及選區(qū)熔化（粉末）等。 1 金屬粉末激光熔融沉積技術(shù) 該技術(shù)是基于快速原型技術(shù)和同步送粉激光多層熔覆技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的新技術(shù)，其發(fā)展歷史可追溯到20 世紀(jì)70 年代末期關(guān)于激光多層熔覆的研究上，但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)建模及分層切片等圖形處理技術(shù)較困難，研究工作局限于徑向?qū)ΨQ的簡單形狀零件，并將注意力集中到材料和熔覆工藝的研究上。 從20 世紀(jì)90 年代開始，隨著快速原型技術(shù)的逐漸成熟，金屬粉末激光熔融沉積技術(shù)在西方發(fā)達(dá)國家逐漸成為材料加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并迅速進(jìn)入高速發(fā)展階段。國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)對同軸送粉激光快速成形技術(shù)的原理、成形工藝、熔凝組織、零件幾何形狀和力學(xué)性能等基礎(chǔ)性問題開展了大量研究工作。美國S a n d i a 國家實(shí)驗(yàn)室、L o s A l o m o s 國家實(shí)驗(yàn)室和密西根大學(xué)J.Mazumder 教授研究組分別提出了技術(shù)原理相類似的激光近成形制造技術(shù)(Laser Engineered NetShaping， LENS)、激光直接制造技術(shù)(Directed Laser Fabrication，D L F ) 和金屬直接沉積( D i r e c tMetal Deposition， DMD) 技術(shù)。目前，國外先進(jìn)制造系統(tǒng)典型代表有德國T r u m p f 和美國P O M 公司DMD505、美國Huffman 公司HP-205、美國Op t ome c 公司L e n s850、Aeromet 公司Lasform 等。國外已經(jīng)利用這些商業(yè)化的技術(shù)及設(shè)備取得了實(shí)質(zhì)性的成果，可制備疊層材料、功能復(fù)合材料、裁縫式地制成“變成分”的材料或零件和修復(fù)高附加值的鈦合金葉片、整體葉盤等構(gòu)件，且其力學(xué)性能達(dá)到鍛件的水平。其相關(guān)成果已在武裝直升機(jī)，AIM 導(dǎo)彈，波音7X7 客機(jī)，F(xiàn)/A-18E/F、F-22戰(zhàn)機(jī)等方面均有實(shí)際應(yīng)用。譬如，AeroMet 公司利用Lasform 技術(shù)制備F -22 戰(zhàn)機(jī)的TC4 鈦合金接頭滿足疲勞壽命2 倍要求、F/A-18E/F的翼根吊環(huán)滿足疲勞壽命4 倍要求且靜力加載到225% 仍未破壞等，為軍用飛機(jī)與發(fā)動機(jī)制造鈦合金結(jié)構(gòu)件的試生產(chǎn)件。 國內(nèi)最早從1998 年開始了相關(guān)技術(shù)的研究工作。國家對該研究非常重視，并給予了大力支持，先后安排了973 計(jì)劃、863 計(jì)劃和總裝“十五”、“十一五”預(yù)研等項(xiàng)目。北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、高能束流加工技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)等國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)也開展了激光快速成形與修復(fù)技術(shù)及其設(shè)備的開發(fā)研制，并取得了一定成果。譬如，北京航空航天大學(xué)王華明教授研究組已開發(fā)同軸送粉激光快速成形技術(shù)及裝備，并制備了一些鈦合金結(jié)構(gòu)件。然而，該技術(shù)難以制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁部件。 2 金屬絲材高能束熔融沉積技術(shù) 金屬絲材高能束熔融沉積技術(shù)是在激光和電子束送絲焊接基礎(chǔ)上發(fā)展起來的快速制造技術(shù)。由于在真空環(huán)境工作，其冶金質(zhì)量高，特別是鈦合金等活性技術(shù)的快速制造，其發(fā)展速度非?？?。 1995 年，美國麻省理工學(xué)院John Edward Matz 在世界上首次用電子束自由成形直接制造技術(shù)（E B F3）技術(shù)試制了I n718 合金渦輪盤。2002 年，美國航空宇航局Langley研究中心、西雅基(Sciaky Inc.) 公司、洛克希德·馬丁(Lockheed Martin) 公司先后公開相關(guān)研究。目前，可以制造出形狀比較復(fù)雜的零件，最大沉積速率超過3500cm3/h，性能達(dá)到鍛件水平。西雅基(Sciaky Inc.) 公司利用該項(xiàng)技術(shù)直接制造第4 代戰(zhàn)斗機(jī)F -22上鈦合金AMAD 支座、吊耳和萬向結(jié)，直升機(jī)的螺旋槳支架等。NASA Langley研究中心持續(xù)開展了微重力條件下的成形試驗(yàn)，以便未來在太空中使用該技術(shù)。 在熔化金屬絲材的電子束自由成形直接制造技術(shù)方面，高能束流加工技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了國內(nèi)首臺60k V /8k W 定槍E B F3 設(shè)備及配套的專用電子束快速成形分層處理軟件，可成形尺寸200mm×150mm×150mm ；研究了TC4 合金的力學(xué)性能，其強(qiáng)度、塑性及疲勞性能均可達(dá)到鍛件水平。 3 高能束選區(qū)熔化技術(shù) 高能束選區(qū)熔化技術(shù)是利用激光和電子束為熱源，基于粉末床逐層鋪粉/ 熔化而成型全致密金屬零件的快速制造技術(shù)。通過粉末的支撐和散熱作用，該技術(shù)可制備任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件，特別是傳統(tǒng)制造技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的蜂窩或點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、復(fù)雜型腔結(jié)構(gòu)等。根據(jù)能源形式不同，該技術(shù)可分為激光選區(qū)熔化技術(shù)和電子束選區(qū)熔化技術(shù)。 激光選區(qū)熔化技術(shù)及其設(shè)備的典型代表主要有德國EOS公司EOSINT M270 和英國MCP 公司的Realizer。EOSINT M270 設(shè)備的沉積速度為2 ～20mm3/s，層厚控制范圍為20 ～100μm，聚焦直徑為100～ 500μm，所制備近凈成形零部件的表面粗糙度可達(dá)到利用磨粒流加工的精度要求；且該設(shè)備可直接制備多孔燃燒室罩、減少制孔工序。該設(shè)備加工艙環(huán)境可通過循環(huán)洗氣系統(tǒng)進(jìn)行控制，達(dá)到加工環(huán)境超純凈狀態(tài)。另外，該設(shè)備已廣泛應(yīng)用于歐洲空客飛機(jī)、羅·羅公司發(fā)動機(jī)等的某些零部件的制造。 電子束選區(qū)熔化技術(shù)的典型代表是瑞典Arcam A B 公司的S12。從2003 年開始，該公司開發(fā)了EBM技術(shù)及設(shè)備，目前以制造E B M 設(shè)備為主，兼顧成形技術(shù)開發(fā)。美國、日本、英國、德國等許多研究機(jī)構(gòu)，在不同領(lǐng)域開展應(yīng)用研究?，F(xiàn)在，生物醫(yī)學(xué)植入物方面的研究已較為成熟，航空航天及汽車等領(lǐng)域也在積極開展研究。美國波音機(jī)器人工廠及NASA Marshall 空間飛行器中心的研究方向是飛行器及火箭發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)制造以及月球或空間站環(huán)境下的金屬直接成形制造。 電子束粉末熔融快速成形方面，清華大學(xué)與桂林電器科學(xué)研究所合作研制了試驗(yàn)設(shè)備，用于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，目前仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。幸福曼德智能工程技術(shù)公司引進(jìn)的其外方合作伙伴瑞典Arcam AB 公司S12 型設(shè)備已于2007 年9 月安裝完畢，隨即投入生產(chǎn)，主要生產(chǎn)醫(yī)用鈦合金關(guān)節(jié)頭，工藝較為成熟。 總之，高能束快速制造諸多技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，關(guān)鍵是如何充分發(fā)揮其獨(dú)特優(yōu)勢，抑制其劣勢。粉末快速制造加工過程復(fù)雜，可制造形狀復(fù)雜的零件；送絲快速制造加工成本低，加工過程較簡單。應(yīng)基于鈦合金零部件的類型、服役條件、制造方法經(jīng)濟(jì)可承受性，選擇高能束快速制造技術(shù)及設(shè)備加工。隨著高能束快速制造技術(shù)發(fā)展和商用設(shè)備的不斷完善，該技術(shù)將被廣泛應(yīng)用于高性能多功能復(fù)雜鈦合金構(gòu)件的制備及修復(fù)。結(jié)束語 高能束流諸多加工技術(shù)已在多種制造領(lǐng)域取得了較為廣泛的應(yīng)用，是本世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)中不可缺少的特種加工技術(shù)。隨著激光、電子束、等離子體等高能束流品質(zhì)的發(fā)展，高能束流加工技術(shù)及其設(shè)備將不斷改進(jìn)，其加工質(zhì)量會更高，加工制造領(lǐng)域會更廣。