高能束流焊接的功率密度（Power Density）可達到105W/cm？-2以上。束流可由單一的電子、光子、電子和離子或二種以上的粒子組合而成。目前，用在焊接領(lǐng)域的高能束流主要是等離子弧、電子束和激光束。TIG（Activating—Flux TIG）焊亦具有高能束流焊接的特點。爆炸焊能將相同的、特別是不同的金屬組合，簡單、迅速、和牢固的焊接在一起，其用途是制造大面積的不同形狀、不同尺寸、不同用途的雙金屬及多金屬復(fù)合材料。
1 高能束流焊接當前被關(guān)注的領(lǐng)域特點
當前高能束流焊接被關(guān)注的主要領(lǐng)域是：
⑴高能束流設(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。
⑵新型設(shè)備的研制，諸如，脈沖工作方式以及短波長激光器等。
⑶設(shè)備的智能化以及加工的柔性化。
⑷束流品質(zhì)的提高及診斷。
⑸束流、工件、工藝介質(zhì)相互作用機制的研究。
⑹束流的復(fù)合。
⑺新材料的焊接
⑻應(yīng)用領(lǐng)域的擴展。
2 激光焊接的最新進展
2.1 新型激光器
1） 直流板條式（DC Slab）CO2激光器，這種激光器被譽為CO2激光器新的里程碑， 光束質(zhì)量極好（k > 0.8），消耗氣體少（0.3L / h），運行可靠、免維修，運行費用低，商品型的已達3500W .
2）二極管泵浦的YAG激光器， 二極管泵浦可以使用近20000小時，而LAMP泵浦時，500小時左右就要更換泵浦燈，該類激光器商品型的已達5000W.
3）CO激光器， 波長5.3μm ，是CO2激光的一半，發(fā)散角也為CO2激光的一半，同樣的條件下，PD 為CO2的4倍 .
4）半導(dǎo)體激光器， 波長0.85～1.65μm ，可用光纖傳輸，體積小，輸出功率已達3 kW.
5） 準分子激光器， 波長處于紫外波段，范圍193～351nm ，約是YAG激光器的1/5和CO2激光的1/50 ，單光子能量比大部分分子的化學(xué)鍵能都高，能深入材料分子內(nèi)部進行加工，加工基理是基于光化學(xué)作用，在非放熱效應(yīng)下進行，因此，材料變形極小。準分子激光器還可調(diào)諧，功率水平在實驗室已達千瓦級。
2.2 激光器功率的大型化、脈沖方式以及高質(zhì)量的光束模式
以美國PRC（Penn Research Corporation）公司（北美的快速軸流CO2激光器制造廠家）為例，幾年前，用于切割的CO2激光器功率主要是1500～2000W，而近期的主導(dǎo)產(chǎn)品是4000～6000W，6000W可切割的不銹鋼厚度、碳鋼厚度分別為35mm和40mm .
PRC激光器有三種脈沖方式。切割金屬板開始要打孔時，采用超脈沖可使金屬立即被蒸發(fā)而形成穿孔；切割時使用門脈沖可減小熱影響區(qū)，割縫窄，切割面光潔度高；采用超強脈沖（Hyperpulse）焊接反射性極強的Al 、Cu時，脈沖尖峰先將材料表面溫度升高甚至熔化，以提高材料對激光能量的吸收，使連續(xù)波焊接穩(wěn)定進行；對于表面鍍鋅材料，超強脈沖的尖峰可將其蒸發(fā)，以利于連續(xù)波激光焊接的進行；切割時采用超強脈沖，能減少甚至消除掛渣現(xiàn)象。不同功率范圍的激光，用于不同目的時，對光束模式的要求也不同。
2.3 設(shè)備的智能化及加工的柔性化
尤其是對YAG激光，由于可用光纖傳輸，給加工帶來了極大的方便。瑞士LASAG公司的FLS 系列YAG固體激光機頗在這方面有代表性。其主要特點是：
⑴一機多用，一臺激光機同時具有焊接、切割、打孔和剝離（Laser Ablation）等功能。
⑵采用一臺激光機可進行多工位（可達6個）加工。既可進行不同工位的分時加工，也可進行幾個（多至6個）工位的同時加工（能量多工位分配）。
⑶光纖長度（從激光加工機到工位的距離）最長可達60m .
⑷開放式的控制接口，可與CNC、PLC、PC等直接相連。
⑸具有遠距離診斷功能。
2.4 束流的復(fù)合
最主要的是激光 — 電弧復(fù)合（Laser Arc Hybrid）。復(fù)合加工時，激光產(chǎn)生的等離子體有利于電弧的穩(wěn)定；復(fù)合加工可提高加工效率；可提高焊接性差的材料諸如鋁合金、雙相鋼等的焊接性；可增加焊接的穩(wěn)定性和可靠性；通常，激光加絲焊是很敏感的，通過與電弧的復(fù)合，則變的容易而可靠。
激光 — 電弧復(fù)合主要是激光與TIG、Plasma以及GMA.通過激光與電弧的相互影響，可克服每一種方法自身的不足，進而產(chǎn)生良好的復(fù)合效應(yīng)。
GMA （GAS Metal Arc）成本低，使用填絲，適用性強，缺點是熔深淺、焊速低、工件承受熱載荷大。激光焊可形成深而窄的焊縫，焊速高、熱輸入低，但投資高，對工件制備精度要求高，對鋁等材料的適應(yīng)性差。Laser-GMA的復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)在：電弧增加了對間隙的橋接性（Ability of gap bridging），其原因有二：一是填充焊絲，二是電弧加熱范圍較寬；電弧功率決定焊縫頂部寬度；激光產(chǎn)生的等離子體減小了電弧引燃和維持的阻力，使電弧更穩(wěn)定；激光功率決定了焊縫的深度；更進一步講，復(fù)合導(dǎo)致了效率增加以及焊接適應(yīng)性的增強。
激光 — 電弧復(fù)合在1970年就已提出，然而，穩(wěn)定的加工直至近幾年才出現(xiàn)，這主要得益于激光技術(shù)以及弧焊設(shè)備的發(fā)展，尤其是激光功率和電流控制技術(shù)的提高。
激光電弧復(fù)合對焊接效率的提高十分顯著。這主要基于兩種效應(yīng)，一是較高的能量密度導(dǎo)致了較高的焊接速度，工件對流損失減??；二是兩熱源相互作用的疊加效應(yīng)。焊接鋼時，激光等離子體使電弧更穩(wěn)定，同時，電弧也進入熔池小孔，減小了能量的損失；焊接鋁時，由于疊加效應(yīng)幾乎與激光波長無關(guān)，其物理機制和特性尚待進一步研究。
Laser-TIG Hybrid可顯著增加焊速，約為TIG焊接時的2倍；鎢極燒損也大大減小，壽命增加；坡口夾角亦減小焊縫面積與激光焊時相近。阿亨大學(xué)弗朗和費激光技術(shù)學(xué)院研制了—種激光雙弧復(fù)合焊接（HyDRA－Hybrid Welding With Double Rapid Arc），與激光單弧復(fù)合焊相比，焊接速度可增加約三分之一，線能量減小25% 。
1 高能束流焊接當前被關(guān)注的領(lǐng)域特點
當前高能束流焊接被關(guān)注的主要領(lǐng)域是：
⑴高能束流設(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。
⑵新型設(shè)備的研制，諸如，脈沖工作方式以及短波長激光器等。
⑶設(shè)備的智能化以及加工的柔性化。
⑷束流品質(zhì)的提高及診斷。
⑸束流、工件、工藝介質(zhì)相互作用機制的研究。
⑹束流的復(fù)合。
⑺新材料的焊接
⑻應(yīng)用領(lǐng)域的擴展。
2 激光焊接的最新進展
2.1 新型激光器
1） 直流板條式（DC Slab）CO2激光器，這種激光器被譽為CO2激光器新的里程碑， 光束質(zhì)量極好（k > 0.8），消耗氣體少（0.3L / h），運行可靠、免維修，運行費用低，商品型的已達3500W .
2）二極管泵浦的YAG激光器， 二極管泵浦可以使用近20000小時，而LAMP泵浦時，500小時左右就要更換泵浦燈，該類激光器商品型的已達5000W.
3）CO激光器， 波長5.3μm ，是CO2激光的一半，發(fā)散角也為CO2激光的一半，同樣的條件下，PD 為CO2的4倍 .
4）半導(dǎo)體激光器， 波長0.85～1.65μm ，可用光纖傳輸，體積小，輸出功率已達3 kW.
5） 準分子激光器， 波長處于紫外波段，范圍193～351nm ，約是YAG激光器的1/5和CO2激光的1/50 ，單光子能量比大部分分子的化學(xué)鍵能都高，能深入材料分子內(nèi)部進行加工，加工基理是基于光化學(xué)作用，在非放熱效應(yīng)下進行，因此，材料變形極小。準分子激光器還可調(diào)諧，功率水平在實驗室已達千瓦級。
2.2 激光器功率的大型化、脈沖方式以及高質(zhì)量的光束模式
以美國PRC（Penn Research Corporation）公司（北美的快速軸流CO2激光器制造廠家）為例，幾年前，用于切割的CO2激光器功率主要是1500～2000W，而近期的主導(dǎo)產(chǎn)品是4000～6000W，6000W可切割的不銹鋼厚度、碳鋼厚度分別為35mm和40mm .
PRC激光器有三種脈沖方式。切割金屬板開始要打孔時，采用超脈沖可使金屬立即被蒸發(fā)而形成穿孔；切割時使用門脈沖可減小熱影響區(qū)，割縫窄，切割面光潔度高；采用超強脈沖（Hyperpulse）焊接反射性極強的Al 、Cu時，脈沖尖峰先將材料表面溫度升高甚至熔化，以提高材料對激光能量的吸收，使連續(xù)波焊接穩(wěn)定進行；對于表面鍍鋅材料，超強脈沖的尖峰可將其蒸發(fā)，以利于連續(xù)波激光焊接的進行；切割時采用超強脈沖，能減少甚至消除掛渣現(xiàn)象。不同功率范圍的激光，用于不同目的時，對光束模式的要求也不同。
2.3 設(shè)備的智能化及加工的柔性化
尤其是對YAG激光，由于可用光纖傳輸，給加工帶來了極大的方便。瑞士LASAG公司的FLS 系列YAG固體激光機頗在這方面有代表性。其主要特點是：
⑴一機多用，一臺激光機同時具有焊接、切割、打孔和剝離（Laser Ablation）等功能。
⑵采用一臺激光機可進行多工位（可達6個）加工。既可進行不同工位的分時加工，也可進行幾個（多至6個）工位的同時加工（能量多工位分配）。
⑶光纖長度（從激光加工機到工位的距離）最長可達60m .
⑷開放式的控制接口，可與CNC、PLC、PC等直接相連。
⑸具有遠距離診斷功能。
2.4 束流的復(fù)合
最主要的是激光 — 電弧復(fù)合（Laser Arc Hybrid）。復(fù)合加工時，激光產(chǎn)生的等離子體有利于電弧的穩(wěn)定；復(fù)合加工可提高加工效率；可提高焊接性差的材料諸如鋁合金、雙相鋼等的焊接性；可增加焊接的穩(wěn)定性和可靠性；通常，激光加絲焊是很敏感的，通過與電弧的復(fù)合，則變的容易而可靠。
激光 — 電弧復(fù)合主要是激光與TIG、Plasma以及GMA.通過激光與電弧的相互影響，可克服每一種方法自身的不足，進而產(chǎn)生良好的復(fù)合效應(yīng)。
GMA （GAS Metal Arc）成本低，使用填絲，適用性強，缺點是熔深淺、焊速低、工件承受熱載荷大。激光焊可形成深而窄的焊縫，焊速高、熱輸入低，但投資高，對工件制備精度要求高，對鋁等材料的適應(yīng)性差。Laser-GMA的復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)在：電弧增加了對間隙的橋接性（Ability of gap bridging），其原因有二：一是填充焊絲，二是電弧加熱范圍較寬；電弧功率決定焊縫頂部寬度；激光產(chǎn)生的等離子體減小了電弧引燃和維持的阻力，使電弧更穩(wěn)定；激光功率決定了焊縫的深度；更進一步講，復(fù)合導(dǎo)致了效率增加以及焊接適應(yīng)性的增強。
激光 — 電弧復(fù)合在1970年就已提出，然而，穩(wěn)定的加工直至近幾年才出現(xiàn)，這主要得益于激光技術(shù)以及弧焊設(shè)備的發(fā)展，尤其是激光功率和電流控制技術(shù)的提高。
激光電弧復(fù)合對焊接效率的提高十分顯著。這主要基于兩種效應(yīng)，一是較高的能量密度導(dǎo)致了較高的焊接速度，工件對流損失減??；二是兩熱源相互作用的疊加效應(yīng)。焊接鋼時，激光等離子體使電弧更穩(wěn)定，同時，電弧也進入熔池小孔，減小了能量的損失；焊接鋁時，由于疊加效應(yīng)幾乎與激光波長無關(guān)，其物理機制和特性尚待進一步研究。
Laser-TIG Hybrid可顯著增加焊速，約為TIG焊接時的2倍；鎢極燒損也大大減小，壽命增加；坡口夾角亦減小焊縫面積與激光焊時相近。阿亨大學(xué)弗朗和費激光技術(shù)學(xué)院研制了—種激光雙弧復(fù)合焊接（HyDRA－Hybrid Welding With Double Rapid Arc），與激光單弧復(fù)合焊相比，焊接速度可增加約三分之一，線能量減小25% 。