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【關(guān)鍵詞】電子束焊接；焊接變形；厚板焊接；異種焊接；穿透深度

一、電子束焊接的發(fā)展

電子束的發(fā)現(xiàn)距今已有100多年的歷史，由于電子具有獲得容易并自身帶有電荷，在電場下能夠很容易被加速從而獲得很高的能量，所以電子束很早即被研究。電子束焊接設備與當今一般應用的電子束設備相似，電子束被加速到具有很高的能量并通過電磁透鏡聚焦于一點，然后作用于工件表面，電子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軓亩M行材料的焊接。電子槍產(chǎn)生電子束，電子束在電磁透鏡的聚焦下作用于工件表面，完成對工件的焊接。附屬設備包括真空室、抽真空設備、水冷系統(tǒng)、光學觀察系統(tǒng)以及各種閥門等。電子束能量密度D由下式?jīng)Q定：

D=k?I0.25V3.5

式中k為電子槍常數(shù)、I為電子束電流、V為加速電壓，從式中各參數(shù)的指數(shù)出發(fā)，增大加速電壓能夠較大的增加電子束的能量密度，所以當前電子束焊接設備已發(fā)展到了300kV或更高，再配合電磁透鏡的匯聚聚焦作用，以及真空度的提高，使得電子束作用于工件表面的能量密度越來越高，獲得較好的焊接和加工效果。

二、電子束焊接的優(yōu)點

電子束焊接在實驗室研究以及工業(yè)生產(chǎn)方面均得到了廣泛的應用，相對于其他焊接方式其具有特點和優(yōu)勢具體如下：

1、最小的焊接變形

扭曲變形與焊接過程中的熱傳導過程有關(guān)，而且一般是熱量越高，焊接扭曲變形越大。電子束焊接過程熱影響區(qū)小，焊接過程中收縮應變較小，所以適用于那些運用傳統(tǒng)焊接方法焊接易開裂金屬的焊接。

I. Magnabosco等[1]系統(tǒng)研究了電子束焊接過程中三種接頭（Cu+AISI 304L不銹鋼―接頭Ⅰ；Cu+ AISI 304不銹鋼―接頭Ⅱ和Cu+ AISI 316L不銹鋼―接頭Ⅲ）熱影響區(qū)的特性，焊接過程中除電子束電流、電子槍離工件的高度、焊接路徑和銅板-鋼板的厚度不同外，其他工藝參數(shù)均相同。得出以下結(jié)論：接頭Ⅰ的熱影響區(qū)基本可以忽略，接頭Ⅱ和接頭Ⅲ的熱影響區(qū)僅為幾十微米；三種接頭熱影響區(qū)的厚度大小與焊接過程中電子束能量相對應：接頭Ⅰ焊接過程中電子槍的功率較小，輸出能量較低，所以接頭處除了發(fā)現(xiàn)一些Cu的滲透外，沒有觀察到其他缺陷；接頭Ⅱ和接頭Ⅲ在焊接過程中電子槍的功率較大，Cu的大量擴散使得奧氏體不銹鋼顆粒變脆，一般情況下，這種現(xiàn)象會促進由于熱作用而導致的微觀裂紋的產(chǎn)生，使接頭性能變差。

2、長焦長使得焊接過程容易實現(xiàn)

電子束作為粒子束而不能通過傳統(tǒng)的光學透鏡進行聚焦，能夠使其聚焦的電磁透鏡的具有較大的焦長，當前一般高壓設備中電磁透鏡的焦長可達180cm，且通過精確控制電子束能夠穿透寬度僅為630μm的縫隙。因此對于那些幾何形狀較復雜的工件，有些部位不適宜傳統(tǒng)焊槍的放置和焊接，但電子束焊接不受工件形狀的限制，使得焊接過程更容易實現(xiàn)。

3、電子束焊接能夠?qū)崿F(xiàn)較大厚度范圍工件的焊接

通過控制工藝參數(shù)，電子束焊接能夠?qū)崿F(xiàn)從千分之一英尺厚的到幾英尺厚度金屬的焊接。而且同一設備還能實現(xiàn)厚度差異較大工件之間的焊接，這是傳統(tǒng)焊接方法所不能達到的。因為傳統(tǒng)焊接方法是使工件發(fā)熱然后熔化完成焊接過程，但這一過程中，如果熱量恰好使厚件熔化，由于存在熱傳遞，此時薄件承受不了如此之大的熱量。反之，熱量不足以使厚件熔化，不能實現(xiàn)焊接。為了改善接頭的抗疲勞性能和韌性，必須獲得較好的微觀組織，這就需要在不改變工藝參數(shù)的前提下，改變接頭處的組成，以達到目的。試驗證明在焊接過程中引入純Ti為填充物，對改善接頭性能具有一定作用。電子束焊接還能實現(xiàn)厚度更薄的工件的焊接，而且焊縫質(zhì)量良好，所以電子束焊接在薄件焊接方面具有較大優(yōu)勢。

4、電子束焊接能夠?qū)崿F(xiàn)不同金屬之間的焊接

為了滿足不同的需要，有時需要把不同材料焊接起來，例如承受較大扭矩的軸類件，其傳動部分可以用一種材料，但抗疲勞部分需用另一種材料，電子束焊接能夠?qū)崿F(xiàn)這一過程。這樣能夠集多種材料的優(yōu)點于一身，獲得更好的實用性能。隨著航空航天、軍事、醫(yī)學等的發(fā)展，Ti及其合金逐漸走進人們的視野，由于其具有好的力學性能、密度小、良好的生物相容性等優(yōu)點，使得對其可焊性能的研究也逐漸開展起來。但傳統(tǒng)焊接方法在Ti及其合金的焊接過程中，Ti極易與氣氛中的O、N等氣體結(jié)合生成化合物，破壞接頭的性能。因此電子束焊接成為對Ti及其合金進行焊接的首選方法。

Ti合金具有優(yōu)良的性能使得其與其他金屬組合時能夠表現(xiàn)出很多復合的優(yōu)異性能，所以現(xiàn)在越來的越多的金屬間焊接技術(shù)被研究。WANG Ting等[2]運用電子束焊接技術(shù)對Ti-15-3鈦合金和304不銹鋼進行了焊接性能研究。實驗發(fā)現(xiàn)，在靠近Ti合金區(qū)域一側(cè)，Cu與Ti的反應優(yōu)先控制冶金學過程，生成Cu/Ti金屬間化合物，具有很高的硬度；焊縫中部是Cu的固溶體并在其中分散著TiFe2，TiFe2不但能夠增強焊縫的塑性，而且還能強化較軟的Cu固溶體；靠近不銹鋼一側(cè)是Cu與Fe的固溶體，其中彌散有TiFe2。對焊縫進行抗拉強度試驗，抗拉強度可達234MPa。

5、電子束焊接具有更大的穿透深度

電子束具有較高的能量，所以其可以穿透厚板或穿透與厚板厚度相當?shù)亩鄬影?，這使得電子束焊接的應用范圍更廣，可以實現(xiàn)17mm厚的Ti6Al4V合金的焊接，像氬弧焊等傳統(tǒng)的焊接方法是很難達到性能要求的。

三、結(jié)論

電子束焊接自20世紀50年展至今，已經(jīng)在實驗室和工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛研究與應用。相對于其他幾種焊接方式，電子束焊接具有焊接變形小；聚焦透鏡焦長大利于實現(xiàn)焊接過程；適用于較大厚度范圍工件的焊接；異種金屬焊接和更大的穿透深度等優(yōu)點。因此其在不銹鋼、鈦合金、銅合金等對焊接條件要求較為苛刻的材料體系方面，特別是厚度較大工件以及絕緣材料焊接方面具有獨有的優(yōu)勢和廣闊的應用前景，正是由于這一系列優(yōu)勢，電子束焊接在研究及工業(yè)生產(chǎn)方面均發(fā)揮著不可替代的作用。

參考文獻：

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關(guān)鍵詞： 電子束焊接設備；電氣安全；電子槍系統(tǒng)；真空；性能試驗

中圖分類號： TP242.2，TH115

Acceptance scheme design of electron welding equipment

Chen Heng1，2，Shi Chunbiao1，2，Yu Wei1，2

（1.Institute of Mechanical Manufacturing Technology， China Academe Engineering Physics， Mianyang 621900，China；

2. National Machine Tool Production Quality Supervision Testing Center（Sichuan）， Mianyang 621900，China）

Abstract： A systemic and comprehensive program was designed to check the electron welding equipment from safety， capability and work performance. How to test a electron welding equipment was designed from electrical safety， electron gun system， vacuum system， work performance and other aspects. It provides a reference for the developers of electron welding equipment during their designing work.

Key words： electron welding equipment； electrical safety； electron gun system； vacuum； performance test

1.2^緣電阻試驗

絕緣電阻試驗的主要目的是驗證機床動力電路、控制電路中相線/部件相對于外露可導電部分的絕緣能力，評判機床防漏電水平。該試驗主要參考標準為GB/T 26675―2011[3]。機床電氣系統(tǒng)絕緣電阻試驗主要包括整機測試、動力電路測試以及控制電路測試，在機床驗收中主要以整機測試為主。整機測試方法為在保護接地導線和電源端子間施加DC500 V電壓，穩(wěn)定后測量絕緣電阻，其難點在于對測試機床電氣結(jié)構(gòu)的調(diào)整。一般情況下，需對電氣結(jié)構(gòu)作如下調(diào)整：斷開浪涌保護器件、用短接線短接動力電路的所有執(zhí)行部件的控制電器（接觸器、繼電器、空氣開關(guān)等），使動力電路處于接通狀態(tài)；短接變壓器的初級與次級；斷開控制電路與保護聯(lián)結(jié)電路的連接等。

[BT2]1.3耐壓試驗

耐壓性能是考核機床絕緣的一個重要指標，當外界電流出現(xiàn)高壓滲入時仍能確保電路對設備的良好絕緣，防止設備在運行中被擊穿，造成觸電或其它事故。耐壓試驗只針對動力電路，且必須在絕緣電阻試驗通過的基礎上才能進行。試驗在外部保護接地端子PE和相線之間進行，試驗電壓在10 s內(nèi)從0 V上升到1 000 V，并保持5 s，如果沒有發(fā)生擊穿現(xiàn)象，則符合試驗主要參考標準GB/T 26676-2011[4]要求。另外，外絕緣破壞性放電電壓與試驗時的大氣條件有關(guān)，放電電壓隨空氣密度增加而升高。為保證耐壓試驗結(jié)果的準確，不應在圖1所示的溫度和濕度陰影區(qū)域外進行耐壓試驗。

除此之外，電氣安全項目中還有一個特別值得注意的地方是高壓電源的安全防護。高壓電源是電子束焊接設備的主要部分，它為電子束焊接設備提供加速電源和偏壓電源。研究表明，高壓電源在工作時，電源的內(nèi)部會產(chǎn)生過電壓或過電流以致?lián)p壞電源或IGBT，[HJ]因此必須采取保護電路來保證電源的安全工作[5]。高壓電源保護電路應包括過壓保護電路、梯度上升及下降電路與過電流保護電路。

[BT1]2電子槍系統(tǒng)

電子槍系統(tǒng)是整個電子束焊接設備的核心部分，其性能能夠直接反映整個電子束焊接設備的好壞，是驗收的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過對于標準的分析與所內(nèi)多年使用、維護經(jīng)驗指導，總結(jié)出以下幾個電子槍系統(tǒng)重點檢測項目：加速電壓、束流、聚焦電流等。

根據(jù)標準《Welding-Acceptance inspection of electron beam welding machines-Part 1：Principles and acceptance conditions》 ISO 14744-1中規(guī)定。表2中給出的檢測項目限值是根據(jù)國外多年測試數(shù)據(jù)積累給出。若無特殊要求，以下限值的設定能夠為電子槍系統(tǒng)的性能評判提供準確、可靠的基準。

電子槍系統(tǒng)參數(shù)的測量一般是通過引出測試點進行測量。根據(jù)ISO標準，測量時，各參數(shù)應該進行如下配置。

（1）紋波：加速電壓和束流的紋波應該在如下參數(shù)配置情況下分別測量。①額定最大加速電壓+額定最大束流；額定最大加速電壓+0.5倍額定最大束流；額定最大加速電壓+0.1倍額定最大束流；②額定最小加速電壓+額定最大束流；額定最小加速電壓+0.5倍額定最大束流；額定最小加速電壓+0.1倍額定最大束流。聚焦電流的紋波應該在額定最大值與額定最小值兩種情況下分別測量。

（2）穩(wěn)定性：加速電壓、束流以及聚焦電流的穩(wěn)定性應該在如下參數(shù)配置情況下測量：額定最大加速電壓+0.1倍額定最大束流+0.5倍（額定最大聚焦電流+額定最小聚焦電流）；連續(xù)運行時間不少于30 min。

（3）重復性：加速電壓、束流以及聚焦電流的重復性應該在如下參數(shù)配置情況下測量：0.5倍（額定最大加速電壓+額定最小加速電壓）+0.5倍額定最大束流+0.5倍（額定最大聚焦電流+額定最小聚焦電流）；開關(guān)5次進行重復測量。

[BT1]3真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)一般包括電子槍真空系統(tǒng)（分子泵前級泵、分子泵）、室低真空系統(tǒng)（旋片泵、羅茨泵、低真空閥）、室高真空系統(tǒng)（擴散泵、高真空閥）以及擋板閥、放氣閥、真空測量儀器等，它主要用于維持電子槍和真空室的真空狀態(tài)，以滿足零件焊接的需要。

[BT2]3.1真空度

從電子束的加工工藝來說，焊接質(zhì)量很大程度上取決于真空系統(tǒng)的環(huán)境。真空度的提高不但可以減少高速電子束的減速和阻尼現(xiàn)象，而且抽真空的效率對電子束的整個加工時間起著決定性的作用[6]。真空系統(tǒng)的真空度和抽真空時間的評判可以參照表3中的要求進行。

3.2真空系統(tǒng)噪聲

真空系統(tǒng)的組成必然決定了其在運行過程中會產(chǎn)生大量的噪聲，然而噪聲是一種影響十分廣泛的環(huán)境污染，對人的生理和心理都有嚴重影響。特別是在企業(yè)的機加車間，機床的噪聲危害很大，如果達到80 dB（A）以上，將對工人的聽覺健康、注意力和情緒造成嚴重威脅[7]。文中借鑒GB/T 9061―2006 《金屬切削機床通用技術(shù)條件》中的方法使用2型聲級計，按照圖2測試點位置進行測量，噪聲水平不應超過80 dB（A）。

除此以外，真空室的真空度保持能力也

是評判真空系統(tǒng)性能的重要指標，以真空泄漏率表示。具體試驗方法為：首先測量真空室容積V；當真空室達到工作真空度后，讀取真空度P1，時間t1；停止真空泵對真空室抽氣；經(jīng)過一定時間t2（一般為12 h）后，讀取此時的

式中：V為真空室容積，單位為m3；P1與P2分別為停止真空泵前后的真空室庋梗單位為Pa；t1與t2分別為停止真空泵前后讀取真空室氣壓的時間值，單位為h。

4性能試驗

4.1空運轉(zhuǎn)試驗

電子束焊接設備在驗收的時候需要進行空運轉(zhuǎn)試驗，檢測各項功能是否正常。其空運轉(zhuǎn)試驗可按照表4進行。

4.2負荷運轉(zhuǎn)試驗

負荷運轉(zhuǎn)試驗應在空運轉(zhuǎn)試驗合格后進行，并對其工作臺最大承載試驗、連續(xù)焊接試驗等項目進行檢測。焊縫電子觀察系統(tǒng)的性能檢測也在此階段進行，以能否清晰觀察到焊縫位置為判定標準。[FL）]

傳動軸在全行程內(nèi)移動，進給和回退動作應靈活，限位可靠，無爬行現(xiàn)象。檢驗手輪（柄）操縱力及其反向空程量。

（1）電器檢查：通電后檢查各指示燈、顯示器、繼電器、接觸器等的工作狀態(tài)是否正常。操作程序按使用說明書；

（2）電源參數(shù)檢驗：真空電子束焊接設備的供電電源應是三相動力電源系統(tǒng)，且網(wǎng)壓波動不能超過±10%；

（3）急停器件急停動作試驗5次，應符合GB 5226.1的規(guī)定。

控制系統(tǒng)功能試驗[]

控制系統(tǒng)應進行如下試驗：

（1）多軸運動；（2）燈絲加熱優(yōu)化；（3）高頻掃描；（4）焊縫成形；

（5）其它。

工作液系統(tǒng)試驗[]在設計規(guī)定的最高工作液壓力下，應符合以下要求：（1）容器、泵、閥、管路、管接頭處不應滲漏；

（2）壓力和流量調(diào)節(jié)裝置應靈敏、可靠；壓力表和流量表指示應靈敏、正確。[BG）F][HT]

4.3幾何精度

電子束焊接設備精度檢驗應在負荷運轉(zhuǎn)試驗前進行，試驗后須復檢精度（可根據(jù)情況抽查某些項目）。電子束焊接設備幾何精度檢測包括工作臺x向（y向）運動在水平面的直線度、工作臺x向（y向）運動在垂直面的直線度、轉(zhuǎn)臺徑向跳動以及轉(zhuǎn)臺端面跳動等項目。檢驗過程中不應調(diào)整影響機床性能、精度的機構(gòu)和零件，否則將對復檢精度產(chǎn)生一定影響。

[BT2]4.4試件評定

電子束焊件檢驗項目主要包括力學性能、外觀質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量和致密性檢查四部分[8]。焊件最大深寬比能夠集中體現(xiàn)電子束焊接設備的工作性能，因此將其也作為評判焊接質(zhì)量的關(guān)鍵指標，且高性能的電子束焊接設備焊件最大深寬比能夠達到20∶[KG-*2]1以上。

4.5其它

電子束焊接設備檢測除了需要完成上述的幾個主要項目以外，還存在一些其它需要重點檢測的內(nèi)容，例如真空室尺寸、電子束偏轉(zhuǎn)控制裝置、運動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。這些都是能夠直接影響設備是否合格、能否順利通過驗收的重要因素。

5結(jié)束語

提出從電氣安全、電子槍系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和設備性能等方面對電子束焊接設備進行檢查驗收，是對長期開展電子束焊接設備檢測活動的總結(jié)。檢測項目根據(jù)國家及國際相關(guān)標準梳理，項目齊全，條理清晰，檢測方法可行。為今后電子束焊接設備設計人員提供了系統(tǒng)的依據(jù)，有利于電子束焊接設備市場朝著更加正規(guī)、標準的方向發(fā)展。

參考文獻

[1]左從進. ZD系列電子束焊接技術(shù)及應用[J]. 制造技術(shù)與機床，2004（2）：41-43.

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[3][CM（24]全國工業(yè)機械電氣系統(tǒng)標準化技術(shù)委員會. GB/T[CM）][LL] [KG*2]26675―2011 機床電氣、電子和可編程電子控制系統(tǒng)絕緣電阻試驗規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2011.

[4]全國工業(yè)機械電氣系統(tǒng)標準化技術(shù)委員會. GB/T 26676―2011 機床電氣、電子和可編程電子控制系統(tǒng)耐壓試驗規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2011.

[5]葉漢民. 電子束焊機用逆變型高壓電源的設計[J].電力電子技術(shù)，2000（5）：3-5.

[6]薛虹，顧文琪，劉俊標，等. 實用化電子束曝光機的真空系統(tǒng)[C]//第十二屆全國電子束、離子束、光子束學術(shù)會議論文，2003：118-120.

篇3

關(guān)鍵詞：微束等離子，電弧形態(tài)，等離子氣流

 

0.序言[1-2]

自上世紀60年代末以來，烏克蘭巴頓焊接研究所開始對微束等離子弧焊接技術(shù)的應用進行了大量的研究，之后微束等離子弧焊接開始應用于航空、航天、造船、藝術(shù)、醫(yī)學等許多領域。微束等離子電弧收縮，能量集中，因此特別適合于薄壁材料((0.05-1.5mm)的焊接。目前，用直流微束等離子弧已經(jīng)能夠焊接0.01毫米的金屬鉑。論文參考。

微束等離子電弧工作電流一般小于30A，電弧在工作中受到機械壓縮、熱收縮和電磁收縮的共同作用具備溫度高、能量集中、電弧挺度好等特點。圖1為微束等離子弧焊槍結(jié)構(gòu)和實際電弧形態(tài)。目前國內(nèi)微束等離子弧焊接在醫(yī)學方面已經(jīng)開始了探索性應用[3]，研究微束等離子弧焊接工藝特點，探索其在實際生產(chǎn)生活中的應用，是焊接工作者的努力方向[4]。

本文試驗采用LH-16A型微束等離子弧焊機，氫氣為等離子氣，保護氣體是氫氣和氬氣的混合氣體。分別改變工作電流、離子氣流量、電弧高度等工藝參數(shù)，觀察鎢極和銅板之間形成的微束等離子電弧形態(tài)變化，分析工藝參數(shù)變化對電弧形態(tài)的影響，為微束等離子電弧的實際應用提供試驗數(shù)據(jù)支持。

1.1電弧長度改變對電弧形態(tài)的影響

保持等離子氣流9L/min不變，在一定工作電流值下，從能夠引燃微束等離子電弧的最大高度引燃轉(zhuǎn)移電弧，并記錄高度。之后逐步增大電弧長度直至電弧熄滅，測量電弧熄滅時電極與工件的距離，并用圖像記錄各種高度時電弧的形態(tài)。改變工作電流值，重新進行上述步驟。得到焊接電流與電弧熄滅高度和最大引弧高度的關(guān)系如圖2所示，以及相同電流值時不同電弧長度情況下的電弧形態(tài)如圖3所示。

1.2 電流改變對電弧形態(tài)的影響

保持焊槍距銅板高度為5.5mm 、等離子氣流量9L/min，在較高工作電流情況下，引燃轉(zhuǎn)移電弧。之后調(diào)節(jié)工作電流值逐步減小，觀察電弧形態(tài)變化如圖4。論文參考。

2.試驗結(jié)果分析

2.1從圖2中可以看出，在工作電流小于4A范圍內(nèi)，隨著工作電流的增大，電弧穩(wěn)定燃燒長度顯著提高。工作電流大于4A以后，電弧在長度很大（＞10mm）的情況下仍然能夠保持非常穩(wěn)定的燃燒。但是當工作電流從大于4A繼續(xù)增大時，工作電流對電弧穩(wěn)定燃燒的最大長度影響較小。

2.2從圖3中可以看出，電弧長度即使很長，微束等離子電弧的形態(tài)仍然保持很好的挺度和收縮狀態(tài)。但當電弧很長時，電弧在靠近銅板側(cè)的亮度明顯減弱，說明此處的電弧的溫度有所下降。

2.3從圖4中可以看出，在其它工藝參數(shù)不變的情況下，隨著工作電流的減小，電弧的挺度和收縮狀態(tài)沒有變化，但是電弧亮度明顯減小，說明工作電流改變雖然對電弧挺度和收縮狀態(tài)沒有影響，但是電弧的溫度隨著電流的減小明顯減小。

3.結(jié)論

3.1微束等離子電弧可以在很小的電流下保持電弧穩(wěn)定燃燒，同時保證電弧挺度和收縮狀態(tài)良好，不受電弧長度變化的影響。

3.2工作電流的大小不會影響到微束等離子弧的挺度和收縮狀態(tài)，但是在較低的工作電流范圍內(nèi)，隨著工作電流的增大，電弧正常穩(wěn)定燃燒的長度顯著提高。論文參考。當工作電流達到一定程度后，工作電流大小對電弧穩(wěn)定燃燒長度不產(chǎn)生影響。

3.3焊接電流的大小主要對等離子弧溫度影響較大，對電弧挺度和收縮狀態(tài)沒有影響。

參考文獻：

[1]中國機械工程學會焊接學會等編．焊接方法與設備手冊[M] ．北京：機械工業(yè)出版社，1990．

[2]Ali A H, Shuzo M,Nobuyki F, etal. Plasma welding of thin plate[J]. Quarterly Journal the JapanWelding Society, 2005, 23(2):245～251

[3]徐越蘭，王克鴻等.牙科用鈷鉻合金的微束等離子焊接研究[J]. 電焊機，2003（6）36～38.

[4]馬春偉，徐培全等.微束等離子焊接電弧光學特征的試驗研究[J]. 上海交通大學學報（增刊），2008（11） 149～151.

篇4

關(guān)鍵詞：電路板；裝配焊接；自動生產(chǎn)線；裝配單元；

引 言

在很多技術(shù)方面，裝配焊接自動生產(chǎn)與小型零件自動裝配有一些共同點，由此可知，它完全可以應用于電表機芯、汽車配件或家用電器等許多小、中、高級產(chǎn)品的自動裝配線上。不僅如此，柔性化和智能化的裝配焊接自動生產(chǎn)線使得自動裝配線被廣泛的應用于眾多行業(yè)，生產(chǎn)線也因此更具優(yōu)勢。

1.電路板裝配焊接自動生產(chǎn)線的工藝技術(shù)

圖1自動作業(yè)工藝流程

對電路板裝配焊接自動生產(chǎn)線的作業(yè)工藝流程做了相應的調(diào)整與改進，在上圖中，凡帶有星號的部分均為目前重點研究部分。無論是對電路板的裝配與焊接，還是自動生產(chǎn)線的運作規(guī)律，該自動作業(yè)工藝流程都非常合理，以下是針對手工作業(yè)工藝流程而作出的調(diào)整與改進：

1.1.基殼上料裝置技術(shù)處理

由于基殼上料裝置具有一定的靈活性與柔性，可以設計出一個可調(diào)上料裝置，這樣可以存放多種尺寸的基板，從而滿足多種需求。兩個自制帶料架傳輸方向是相向的，由自上向下的方式，將基殼從上料裝置內(nèi)向下面的生產(chǎn)線進行傳輸，從而基殼上料得以實現(xiàn)。此外，可根據(jù)需要對傳輸帶的位置進行調(diào)整，也就是根據(jù)基殼的尺寸對位置進行相應的調(diào)整。

1.2.翻轉(zhuǎn)的難度技術(shù)處理

在之前的手工作業(yè)中，高介質(zhì)電路板上的焊膏是工人手工印刷上去的，印刷完后再對電路板進行180度的翻轉(zhuǎn)，隨后將其安裝在基殼中。由于自動化作業(yè)要進行180度的翻轉(zhuǎn)有一定的難度，也為了節(jié)約不必要的費用，故在自動生產(chǎn)線中以上三個環(huán)節(jié)有所改善和簡化，思路有所調(diào)整，即將原有的工藝流程更改為：焊膏是點在基殼內(nèi)部的在印刷有焊膏的基殼內(nèi)部安裝電路板。

1.3.焊接不良技術(shù)處理

如今，現(xiàn)代科技不斷發(fā)展，電路板在多個領域的重要性日益加強，例如：雷達、遙控遙測以及航空航天等。人們也開始重視了電路板焊接不良的問題，因為該問題所導致的后果十分嚴重，且無法彌補。為了盡可能的避免該問題的發(fā)生，要求將高介質(zhì)電路板與基殼的焊接空洞率控制在10%以內(nèi)，尤其是周邊的焊縫一定要嚴密，故在印刷焊膏之后還要加一個環(huán)節(jié)，即對焊膏點進行檢查。通過視覺圖像來檢查焊膏點涂的好與壞，根據(jù)產(chǎn)品的種類，首先輸入標準圖像信息，即合格的產(chǎn)品圖像信息，接著將兩個圖像信息進行比較，從而檢查出焊膏點涂質(zhì)量，隨后可根據(jù)實際情況，人工更正圖像處理結(jié)果。另外，若檢查不合格，將信號發(fā)送給下面的每個工位，避免工位操作失誤。故需增加一個新裝置，對于不合格的產(chǎn)品要將其送到不合格品回收線上。

1.4.夾具固定技術(shù)處理

夾具固定指的是在裝有電路板的基殼上施加壓力，這樣做是為了電路板與基殼間的焊膏可受力均勻，使以上兩者接觸面充分受力，從而使焊接的質(zhì)量有所提升。但是若要在又小又薄且介質(zhì)高的電路板上施加壓力就有一定的難度了，需要注意的是：夾具對電路板所施加壓力的分布情況以及夾具在高溫爐加溫過后的性能變化。根據(jù)實際情況，對以上問題進行相應的分析，可得出以下幾個方案：1、可在電路板印刷焊膏這個過程中加一定量的膠水在焊膏中，這樣可以很好的固定電路板與基殼的結(jié)合面，采取此方案則可省去電路板上的夾具。但是，該方案也存在兩個缺點，即要使電路板上的壓力分布均勻有一定的難度，另外膠水要滿足高溫處理后可徹底融化或蒸發(fā)的要求，否則會影響到電路板的性能。2、可將夾具替換為與砝碼差不多的物塊，機器人將多個物塊抓起，并放在電路板上，以固定電路板與基殼的結(jié)合面，但該方案有一個很大缺點，即需要在完成產(chǎn)品加溫爐固化與焊接之后增加一個環(huán)節(jié)，也就是將物塊拿走，那么整個工藝的復雜性和成本都隨之有所上升。

2.生產(chǎn)線總線上料裝置結(jié)構(gòu)技術(shù)設計

一般情況下，只有規(guī)格較為單一的零件可使用普通上料裝置，使用該裝置可能會使其柔性有所限制，若生產(chǎn)線上所需要生產(chǎn)的零件是多個規(guī)格的，那么這個上料裝置就要更換為符合需求的上料裝置，這樣一來，新的上料裝置可能要復雜一些，而且某些甚至所有的生產(chǎn)線可能要暫停，等到新的上料裝置安裝好后才可重新開始，增加了整個生產(chǎn)線的裝置成本。另外，縱觀國內(nèi)外的發(fā)展可以知道，一般用于矩形薄板類零件的上料裝置是層疊式的，使用該上料裝置的缺點就是，在上料的過程中，各個矩形薄板類零件之間可能會相互干擾，尤其是表面有凸緣或焊點的矩形薄板類零件及集成電路板；相互之間有吸引作用的矩形薄板類零件等，這樣對于每個矩形薄板類零件的獨立上料就會有所牽制。要想盡量防止以上問題的發(fā)生，又能保證上料裝置的柔性，可在現(xiàn)有的生產(chǎn)線上安裝一個總上料裝置，也就是將基殼的上料裝置設計為可用于各種不同尺寸基殼的上料裝置，它由兩個同步傳輸帶所構(gòu)成，且兩者之間的距離是可以調(diào)整的，根據(jù)基殼的尺寸，在一個方向上對其位置進行調(diào)整，這樣就可保證此裝置的柔性。在上料過程中要注意的是一定要保證具有一定間距的兩條傳輸帶的運行是同步的，以下是該傳動系統(tǒng)的設計圖2：

3.小結(jié)

本文就電路板裝配焊接自動生產(chǎn)線中幾個工位的分析，分析了幾個關(guān)鍵技術(shù)的處理方案，最后分析了一種適用于電路板裝配焊接自動生產(chǎn)線總線上料的可調(diào)上料裝置，分析了其機械結(jié)構(gòu)和傳動原理。

參考文獻：

[1]王彬. 中國焊接生產(chǎn)機械化自動化技術(shù)發(fā)展回顧與展望[J]. 電焊機，2000，02：1-6.

[2]王彬. 中國焊接生產(chǎn)機械化自動化技術(shù)發(fā)展回顧[J]. 焊接技術(shù)，2000，03：38-41.

[3]顧寄南，歐陽玉秀，肖田元，張林鍹. 產(chǎn)品可裝配性評價系統(tǒng)建模及裝配優(yōu)化的研究[J]. 工程圖學學報，2003，04：8-13.

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【關(guān)鍵詞】箱體；計算機；仿真優(yōu)化

引言

隨著科技的進步，對加工精度提出了越來越高的要求，尤其是焊接工業(yè)，往往傳統(tǒng)的焊接不再能滿足一些特殊行業(yè)，如核能、航空航天、電子及儀表工業(yè)等。這些現(xiàn)代尖端產(chǎn)品的精密加工對焊接工藝、加工精度及表面完整性都提出了較高的要求，因此用一般的氣體保護焊常常得不到滿意的結(jié)果[1，2]。而真空電子束焊接由于熱量相當集中，且具有相當?shù)拇┩改芰?，故有效解決了這些問題[3，4]。

真空電子束焊接機的主要承載部件是真空箱體。真空箱體內(nèi)部和外部安裝有各種精密運動的機構(gòu)及電子槍，這些機構(gòu)的精度直接決定了電子束焊接的精度及質(zhì)量，因此真空箱體的結(jié)構(gòu)設計是整個真空電子束焊機的核心。

1.箱體模型理論依據(jù)[5，6]

根據(jù)真空電子束焊機實際工況的要求，選定箱體材料為：16MnR。

參照實際真空電子束焊機的箱體尺寸，可以得出：箱體壁厚與板面內(nèi)最小特征尺寸之比在1/80和1/5之間；箱體發(fā)生變形時，箱體壁中面上各點沿垂直方向的擾度和壁厚之比小于1/5。因此，對真空電子束箱體的研究屬于小擾度薄板問題，其中完全可以略去某些非重要的因素而引用一些能夠簡化理論的假設，即基爾霍夫假設。

1.1 基本方程的建立

現(xiàn)結(jié)合彈性力學的幾何方程，可以將基爾霍夫假設表示成如下形式：見圖1.

圖1 薄板坐標系

（1）變形前垂直于薄板中面的法線，在薄板變形后仍保持為直線，且垂直于變形后的中面，其長度不變；

（2）與σx，σy 和τxy等相比，垂直于中面方向的正應力σz很小，在計算應變時可略去不計。

（3）薄板彎曲變形時，中面內(nèi)各點只有垂直位移w ，而無x方向和y方向的位移。

根據(jù)上述理論假設，可以得出：

（1）薄板中的位移分量和應變分量的表達式；

（2）薄板中的應力分量表達式；

（3）薄板中截面上的內(nèi)力表達式；

（4）薄板彎曲的基本方程；

1.2 箱體壁的邊界條件

板的邊界一般有簡支邊、固定邊和自由邊三種情況，如圖2所示。

圖2 板的邊界類型

根據(jù)真空箱體壁實際所受的約束來看，箱壁四周為固定邊界和自由邊界。

（1）固定邊界

固定邊界上擾度和轉(zhuǎn)角為零。

（2）自由邊界

自由邊界上的彎矩和總的分布剪力為零。

2真空箱體的優(yōu)化

2.1優(yōu)化前的真空箱體

根據(jù)某特定型號真空電子束焊機的箱體尺寸，利用SOLIDWORKS建立理論模型。如圖3所示。

圖3 優(yōu)化前的箱體

針對上述箱體，利用百分表測量其變形量，具體步驟如下：

（1）箱體抽真空時，待箱體內(nèi)的氣壓值趨于穩(wěn)定，用百分表抵住箱體中心，記下讀數(shù)x；

（2）箱體內(nèi)充氣時，待箱體內(nèi)的氣壓值接近正常大氣壓值，記下讀數(shù)y；

（3）箱體的變形量為y-x；

測量結(jié)果，見表1所示。

由表1可知，箱體的變形量為：2.072mm。

箱體是真空電子束焊機的主要承載部件，它的變形直接關(guān)系到焊機的焊接質(zhì)量，為了進一步增強電子束焊機的市場競爭力，箱體必須在達到必要的強度、剛度、穩(wěn)定性前提下，變形應盡可能小。

2.2優(yōu)化后的真空箱體

在考慮成本和經(jīng)濟性的前提下，根據(jù)一定的理論計算，在箱體的四周加上一圈加強筋板，以減少箱體的變形。

運用有限元分析軟件ANSYS12.1對箱體進行變形分析，如圖4所示。

從圖4可以得出，改進后的真空箱體發(fā)生最大位移的位置在箱體外側(cè)壁中線處，其最大變形量為：0.786mm

上述分析結(jié)果與原箱體變形情況進行比較，可以發(fā)現(xiàn)：箱體優(yōu)化后，變形量減少了62%。

將上述理論結(jié)果，應用于實際真空箱實測中進行檢驗，測得箱體變形量為0.81mm，如表2所示。

這一實測數(shù)據(jù)與上述理論分析基本吻合，故針對這一型號真空電子束焊機箱體的優(yōu)化是成功的。

3結(jié)論

在滿足箱體必要的強度、剛度、穩(wěn)定性前提下，運用計算機仿真軟件對改進后的箱體進行了受力變形分析，并通過實際的生產(chǎn)實踐驗證，得出箱體優(yōu)化的可行性。

目前，該設備已經(jīng)處于試運行階段，其研究成果為其它新型真空電子束焊機箱體或類似真空容器的研制提供設計參考。

參考文獻：

[1] 瞿誠，黃以平，鄭偉，鐘松，孫成.真空電子束焊機箱體有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].裝備制造技術(shù)， 2012， （2）：56-58.

[2]王一濤.真空電子束焊及其在航空發(fā)動機中的應用[J].航空發(fā)動機，2004，30（1）：47-49.

[3] 宋宜梅，李少林，鐘慶華.電子束技術(shù)在工業(yè)領域的應用[J].廣西機械，2003（1）：17-21.

[4] 李少林，宋宜梅.精密數(shù)控高真空電子束焊機的研制[J].核技術(shù)， 2002，25（9）：745-748.

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關(guān)鍵字 機械焊接；焊接技術(shù)

中圖分類號TG44 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）91-0062-02

21世紀以來，科技作為生產(chǎn)力的主要推動者，其影響漸漸波及至機械制造業(yè)中。從而催生出眾多機械制造工藝，在這些工藝中，焊接技術(shù)的發(fā)展最為明顯。

1機械焊接

焊接是一種金屬加工工藝，它被廣泛應用于航空航天、機械制造、汽車制造等現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中。近年來，隨著科技的進步，新型焊接技術(shù)也不斷發(fā)展和提高。

2機械焊接技術(shù)

2.1電子束焊接

電子束焊接首先應用在德國，之后逐漸發(fā)展成熟。較之傳統(tǒng)的焊接工藝，它的能量密度更高，并且熱變形較小，應用的范圍也較為廣泛。

電子束焊接的工作原理是：用電子槍中聚集的告訴電子束對工件的接縫處進行轟擊，在轟擊的過程中，會發(fā)生機械能的轉(zhuǎn)變，即動能轉(zhuǎn)化為熱能。這樣就產(chǎn)生了焊接所需要的熱源，利用這些熱能，完成焊接工作。

以前，電子束焊接主要被應用于國防、軍工工業(yè)中。近些年來，這種焊接技術(shù)開始在民用工業(yè)中推廣使用。比如汽車工業(yè)的齒輪、發(fā)電站的鍋爐等。

2.2激光焊接技術(shù)

激光焊接技術(shù)是激光加工技術(shù)中的重要部分，它是一種高能束的熱傳導性技術(shù)。與傳統(tǒng)的焊接工藝相比，激光焊接技術(shù)更加快捷方便，同時焊接的質(zhì)量和穩(wěn)定性更高，工件產(chǎn)生變形的可能也小，因此被大量投入工業(yè)生產(chǎn)。

激光焊接技術(shù)主要是利用拋物鏡或者凸透鏡匯集周圍的熱量，這時的激光就是一個高溫度的熱源，將其應用于工件接縫的表面，能夠起到焊接的作用。根據(jù)工件的不同，激光焊接的方式也有所不同，常用的激光焊接方式是傳導焊接和小孔焊接兩種。

在航天航空工業(yè)中，經(jīng)常會利用激光焊接技術(shù)來進行工件的修復；在汽車制造領域，激光焊接技術(shù)被廣泛應用于散熱器、傳動軸等零部件的制造中。隨著激光加工技術(shù)的不斷發(fā)展，激光焊接技術(shù)的應用領域必然還會擴大。

2.3攪拌摩擦焊接技術(shù)

攪拌摩擦焊接技術(shù)，顧名思義就是利用摩擦力產(chǎn)生的熱量進行焊接，這就決定了它的使用范圍，即低熔點的金屬焊接。這種焊接技術(shù)的自動化水平更高，接頭的質(zhì)量和穩(wěn)定性更好，并且節(jié)能低碳。

在進行攪拌摩擦焊接過程中，會將一個攪拌針焊縫中，利用摩擦力對金屬進行加熱，讓其呈現(xiàn)一種塑性狀態(tài)，同時金屬會形成旋轉(zhuǎn)的空洞，隨著攪拌針的不斷前移，旋轉(zhuǎn)空洞和塑形金屬各自向相反的方向移動，金屬在冷卻之后，焊接的縫隙密度會更高。

攪拌焊接技術(shù)主要用于造船業(yè)、航空航天業(yè)、建筑業(yè)、交通工具等領域。在造船業(yè)中，它主要被用來焊接甲板上、船頭上的部件；在航空航天業(yè)中，飛機的機身、油箱都會用到它；而交通工具領域，火車、高速列車等的車身、交換器等都要用攪拌摩擦焊旱季技術(shù)。

2.4電渣焊接技術(shù)

電渣焊接技術(shù)是一種利用電阻熱進行焊接的技術(shù)。它能夠一次性焊接鋼材、鐵基金屬等質(zhì)地較厚的工件，同時生產(chǎn)成本也較低，焊接質(zhì)量較高。

電渣焊接技術(shù)依據(jù)的原理是：把電熱組作為一種熱源，用來熔化金屬和木材，之后冷卻凝固，使各金屬原子之間相互連接。常用的電渣焊技術(shù)主要有熔嘴、非熔嘴電渣焊技術(shù)，絲極電渣焊技術(shù)，板級電渣焊技術(shù)等。

電渣焊技術(shù)主要被應用于一些特殊的地方或行業(yè)，比如鐵路各個站點的焊接；鼓風爐殼等厚壁容器的焊接等等。

2.5等離子弧焊接技術(shù)

等離子弧焊接技術(shù)是一種基于等離子弧切割工業(yè)的新型焊接技術(shù)。它是一種較為及其精密的焊接技術(shù)。

等離子弧焊接技術(shù)準確地說應該是“壓縮電弧焊接”，它是焊炬將整個電弧進行最大限度的壓縮，促使其中的等離子效應加劇，之后電弧就變成了一個具有穩(wěn)定性、單向性的強大射流熱源，溫度高達16000K～33000K，然后可以直接進行金屬的焊接。通常企業(yè)較為常用的等離子弧主要是轉(zhuǎn)移型的和非轉(zhuǎn)移型兩種。

2.6超聲波焊接技術(shù)

超聲波焊接技術(shù)主要是進行熱塑性塑料制品焊接的高科技技術(shù)，這種技術(shù)焊接出來的塑料制品檔次和質(zhì)地較高，同時生產(chǎn)的成本和效率也就高。

在超聲波進行焊接的過程中，發(fā)生器會釋放出20KHz或者15KHz具有高壓性、高頻性的信號，通過能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可以將這種信號轉(zhuǎn)化為一種高頻的機械振動，用于塑料品的工件中。然后通過摩擦力是接口的溫度升高，當溫度達到工件的熔點時，工件會自動融化來填充接口處的縫隙。冷卻定型以后，整個焊接工藝就順利完成。

超聲波焊接技術(shù)因為其本身的特性，所以在塑料品加工行業(yè)中應用較為廣泛，而在機械類加工工業(yè)中，應用較少。

2.7爆炸焊接技術(shù)

自1944年Carl提出爆炸焊接技術(shù)之后，美國、日本、德國等先后對其進行了研究。時至今日，這項技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。

爆炸焊接技術(shù)熱源的主要來源是炸藥爆炸時，產(chǎn)生的強大能量。這種能量能夠是金屬物質(zhì)熔化變形，之后重新進行各個原子之間的組合，冷卻之后增加焊接的穩(wěn)定性。它是一門危險性較高、科技和人員要求也較高的焊接技術(shù)。

爆炸焊接技術(shù)由于在焊接的過程中，需要大量炸藥做引，故而存在著安全隱患。一般的民用企業(yè)因為資金或者技術(shù)的缺乏，安全措施不足，通常不會采用這種技術(shù)。所以爆炸焊接技術(shù)主要應用于國防工業(yè)（化工、石油、造船、航空航天）和軍工工業(yè)（軍事、核工業(yè)）等。

2.8機器人焊接技術(shù)

機器人技術(shù)其實是在焊接自動化的基礎上發(fā)展而來的。在20世紀末期，首次被應用于焊接技術(shù)領域。近年來，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，各企業(yè)訂單量和交易量的不斷增加，生產(chǎn)線不斷擴大，機器焊接技術(shù)已經(jīng)成為自動化焊接領域的主要發(fā)展趨勢。

機器人焊接技術(shù)是一種容機械制造、計算機編程、物理力學等為一體的綜合性學科。要使用這種技術(shù)，首先要制造符合標準的機器人，通過計算機編程將各種參數(shù)計算后安裝至機器人的“大腦”中。這一系列工作完成之后，機器人可以根據(jù)工作指令來進行焊接。

機器人焊接技術(shù)的發(fā)展至今還不太成熟，故而各種行業(yè)的使用都比較少。

作為加工制造行業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)，焊接技術(shù)和工藝的不斷創(chuàng)新，不僅能夠促進其自身的發(fā)展，也能夠促進整個機械制造行業(yè)的發(fā)展壯大。

參考文獻

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關(guān)鍵詞：特種加工；快速成型技術(shù)；超聲加工；電子束和離子束加工；激光加工

1.特種加工技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

機械加工作為一種有著悠久歷史的加工方法，對人類的物質(zhì)文明和生產(chǎn)活動起到了極大的推動作用。對于工業(yè)部門而言，設計出來的零件或者機器必須依賴于加工方法來實現(xiàn)，如果沒有行之有效的加工方法，再好的設計思路也無法轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。例如18世紀70年代就有人發(fā)明了蒸汽機，但是由于當時的生產(chǎn)設備制造不出有著較高精度和配合要求的蒸汽機氣缸，所以一直無法生產(chǎn)出可以正常工作的蒸汽機[1]。直到氣缸鏜床的出現(xiàn)，才解決了這一生產(chǎn)上的難題，使得蒸汽機獲得了廣泛的應用，引起了第一次工業(yè)革命。因此，我們可以發(fā)現(xiàn)，加工方法對于設計思想的實現(xiàn)和社會經(jīng)濟的發(fā)展起著多么重大的作用。

隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學實驗的需要，對于產(chǎn)品的要求越來越高，未來的技術(shù)產(chǎn)品向著高精度、高速度、重載、高溫高壓、小型化和高可靠性等方向發(fā)展，為了實現(xiàn)這些新的要求，就需要使用新材料和新結(jié)構(gòu)，因此，對機械制造部門也提出了很多新的要求。特種加工正是在這種強烈的社會需求下產(chǎn)生和發(fā)展起來的，而它所具有的優(yōu)于傳統(tǒng)機械加工的特點又進一步促使人們對它進行研究和應用，因此，到目前為止，特種加工技術(shù)已經(jīng)有了很多種類，所能達到的加工精度和生產(chǎn)效率也越來越高?？梢哉f，特種加工技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代機械制造行業(yè)必不可少的一種加工方法。

傳統(tǒng)的機械加工利用機械能和切削力對金屬進行加工，而特種加工主要利用電能、化學能、光能、聲能和熱能等能量來去除金屬，因此特種加工技術(shù)可以用來加工各種高硬度、高強度、高脆性和高韌性的金屬或者非金屬材料。由于特種加工采用廣義上的刀具，例如激光、超聲波、電子束和離子束等，所以易于實現(xiàn)加工過程的全自動化，這對于現(xiàn)代化生產(chǎn)的組織和管理有著很重要的意義。

從1943年前蘇聯(lián)鮑﹒洛﹒拉扎林柯夫婦開始研究火花放電腐蝕開關(guān)觸點的現(xiàn)象開始，特種加工技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了六十多年的發(fā)展。目前，很多特種加工方法都已經(jīng)發(fā)展成熟，例如電火花加工、電火花線切割加工、電化學加工和激光加工等?，F(xiàn)在，人們也研究了將特種加工的理論應用于傳統(tǒng)的機械加工方法中去的復合加工方法，如振動切削和振動銑削。由于特種加工技術(shù)尤其適用于對難加工材料、復雜型面和精密微細表面的加工，所以特種加工有很大的適用性和發(fā)展?jié)摿?，在刀具、模具、量具、儀器儀表、航天器和微電子元器件等制造中得到越來越廣泛的應用。在未來，特種加工將向著提高加工精度和表面質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和自動化程度、發(fā)展復合加工和超精密加工等方向發(fā)展。

2.快速成型技術(shù)

快速成型技術(shù)（RP）是一種增材加工方法，主要用來制造樣件，從而可以對新產(chǎn)品的設計進行快速評估、修改和功能實驗，能夠較大地縮短產(chǎn)品的研制周期。快速成型技術(shù)集機械工程、CAD、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料科學技術(shù)于一體，易于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，且高效便捷，因此這種樣件制造工藝日益在生產(chǎn)實踐中獲得應用。按照快速成型技術(shù)使用的材料和工藝原理，可以分為四種類型：光敏樹脂液相固化成型法（SL）、選擇性激光粉末燒結(jié)成型（SLS）、薄片分層疊加成型（LOM）、熔絲堆積成型（FDM）。

3.超聲加工技術(shù)

頻率超過16000Hz的聲波稱為超聲波，它是一種縱波，能夠傳遞很強的能量，且當它經(jīng)過液體介質(zhì)傳播時，會產(chǎn)生液壓沖擊現(xiàn)象。超聲加工技術(shù)（USM）利用工具端面作超聲頻振動，通過磨料懸浮液使得磨粒在超聲振動的作用下產(chǎn)生機械撞擊、拋磨作用以及超聲空化作用來加工脆硬材料。由于超聲加工技術(shù)的工藝原理和特點，超聲加工有很多特殊的應用。例如加工深小孔、拉絲模及型腔模具研磨拋光、對難加工材料的加工、超聲振動切削、超聲電解復合加工、超聲電火花復合加工、超聲清洗、超聲切割等。超聲加工技術(shù)與新材料的發(fā)展是相輔相成的，在未來，超聲加工一定會有更多的應用和發(fā)展。

4.電子束和離子束加工

電子束加工（EBM）利用能量密度極高的電子束，以極高的速度沖擊工件表面，使動能大部分轉(zhuǎn)化為熱能，使得被沖擊的工件材料局部熔化和氣化，從而達到改變被加工工件材料表面物理化學性質(zhì)和形狀尺寸位置的目的。電子束加工裝置包括電子槍、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源，電子束是由鎢或鉭制成的發(fā)射陰極在加熱狀態(tài)下得到的。由于電子束加工的工藝原理和特點，EBM技術(shù)可以用來加工型孔和特殊表面、刻蝕、焊接、熱處理以及電子束光刻等。

離子束加工（IBM）利用具有較高能量的離子束射到材料表面時所發(fā)生的撞擊效應、濺射效應和注入效應來進行不同的加工。由于離子束轟擊材料是逐層去除原子，所以可以達到納米級的加工精度。離子束加工按其工藝原理和目的的不同可以分為三種：用于從工件上去除材料的刻蝕加工、用于給工件表面涂覆的鍍層加工以及用于表面改性的離子注入加工。由于電子束和離子束易于實現(xiàn)精確的控制，所以可以實現(xiàn)加工過程的全自動化，但是電子束和離子束的聚焦、偏轉(zhuǎn)等方面還有許多技術(shù)問題尚待解決。

5.激光加工

激光技術(shù)起始于20世紀60年代，可用于打孔、切割、焊接、熱處理以及激光存儲等方面。激光的產(chǎn)生源自物質(zhì)的受激輻射，即某些具有亞穩(wěn)態(tài)能級結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，在一定外來光子能量的激發(fā)下，產(chǎn)生所謂的粒子束反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在粒子束反轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，如果有一束能量等于基態(tài)與亞穩(wěn)態(tài)能量之差的光子照射該物質(zhì)，就會產(chǎn)生受激輻射，輸出大量的光能。由于激光具有強度高、單色性好、相干性好和方向性好等特點，因此幾乎可以用來加工任何材料。目前常用的激光器有固體激光器（紅寶石激光器、銣玻璃激光器和摻銣釔鋁石榴石激光器）和氣體激光器（二氧化碳激光器和氬離子激光器），在生產(chǎn)實踐中，對影響激光加工的各個因素還需要進行更加深入的研究，以便更加充分地利用激光加工技術(shù)。

6.結(jié)束語

近年來，隨著新材料、新結(jié)構(gòu)、復雜型面零件、特殊要求零件的需求越來越大，特種加工技術(shù)得到了越來越廣泛的應用，在未來，隨著機電控制技術(shù)的進一步提高，特種加工技術(shù)將會更加趨于自動化，充分利用計算機技術(shù)，可以使得特種加工向著自動化和柔性化方向發(fā)展[2]。而在未來，特種加工技術(shù)將越來越多的應用于精密微細加工、復合加工和綠色加工?！?/p>

參考文獻

篇8

【輔導對象】小學一年級至高中三年級

【輔導科目】語文 數(shù)學 英語 物理 化學 地理 歷史 政治 奧數(shù)

【上課時間】署寒假 雙休日 平時 課外 隨到隨學

【輔導范圍】年級銜接課程輔導、同步課程輔導;小升初、中高考考試方向分析輔導;暑假班、寒假班;小學各科基礎知識漏洞梳理提高;初二、三物理(電學、力學基礎夯實);初三化學、初中英語(閱讀理解，作文、語法等);初中語文(寫作、閱讀理解、基礎知識等);高中理科(數(shù)理化生薄弱板塊針對性切入);高中英語(閱讀理解，作文、語法等);高中語文(寫作、閱讀理解、基礎知識等)。

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篇9

豪雷姆每小時是放射性物質(zhì)輻射劑量率單位的英文簡寫符號。電子束焊接時有電子沖擊試件會產(chǎn)生X射線，產(chǎn)生X射線的多少和允許人單位時間里接受量就用劑量率來衡量。

輻射劑量亦簡稱劑量。在放射生物學和人體輻射防護中，電離輻射量是一個問題。輻射劑量率系指單位時間內(nèi)的照射劑量。其計算方法：X的值是光子在質(zhì)量dm的空氣中釋放的全部電子完全被空氣阻止時，在空氣中所產(chǎn)生的一種符號的離子總電荷的絕對值，并不包括dm體積內(nèi)由于軔致輻射而引起的電離電荷。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇10

[關(guān)鍵詞]激光焊接；工藝；質(zhì)量

前言

激光是輻射的受激發(fā)射光放大的簡稱，由于其獨有的高亮度、高方向性、高單色性、高相干性，自誕生以來，其在工業(yè)加工中的應用十分廣泛，成為未來制造系統(tǒng)共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高輻射強度的激光束，激光束經(jīng)過光學系統(tǒng)聚焦后，其激光焦點的功率密度為104－107W／cm2，加工工件置于激光焦點附近進行加熱熔化，熔化現(xiàn)象能否產(chǎn)生和產(chǎn)生的強弱程度主要取決于激光作用材料表面的時間、功率密度和峰值功率。控制上述各參數(shù)就可利用激光進行各種不同的焊接加工，這種焊接工藝在未來工業(yè)事業(yè)中將會得到廣泛的應用與研究。激光焊接與傳統(tǒng)的焊接方法相比，激光焊接尚存在設備昂貴，一次性投資大，技術(shù)要求高的問題，使得激光焊接在我國的工業(yè)應用還相當有限，但激光焊接生產(chǎn)效率高和易實現(xiàn)自動控制的特點使其非常適于大規(guī)模生產(chǎn)線和柔性制造。其中，激光焊接在汽車制造領域中的許多成功應用已經(jīng)凸現(xiàn)出激光焊接不同于傳統(tǒng)焊接方法的特點和優(yōu)勢，也為許多大功率激光器制造商和激光焊接設備制造商提供了更為誘人的經(jīng)濟效益前景。

1.激光焊接的一般特點

激光焊接是利用激光束作為熱源的一種熱加工工藝，它與電子束等離子束和一般機械加工相比較，具有許多優(yōu)點：激光束的激光焦點光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔點、高強度的合金材料；激光焊接是無接觸加工，沒有工具損耗和工具調(diào)換等問題。激光束能量可調(diào)，移動速度可調(diào)，可以多種焊接加工；激光焊接自動化程度高，可以用計算機進行控制，焊接速度快，功效高，可方便的進行任何復雜形狀的焊接；激光焊接熱影響區(qū)小，材料變形小，無需后續(xù)工序處理；激光可通過玻璃焊接處于真空容器內(nèi)的工件及處于復雜結(jié)構(gòu)內(nèi)部位置的工件；激光束易于導向、聚焦，實現(xiàn)各方向變換；激光焊接與電子束加工相比較，不需要嚴格的真空設備系統(tǒng)，操作方便；激光焊接生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟效益和社會效益好。

2.激光焊接工藝與方法

2，1雙／多光束焊接。雙／多光束焊接的提出最初是為了獲得更大的熔深和更穩(wěn)定的焊接過程和更好的焊縫成形質(zhì)量，其基本方法是同時將兩臺或兩臺以上的激光器輸出的光束聚焦在同一位置，以提高總的激光能量。后來，隨著激光焊接技術(shù)應用范圍的擴大，為減小在厚板焊接，特別是鋁合金焊接時容易出現(xiàn)氣孔傾向，采用以前后排列或平行排列的兩束激光實施焊接，這樣可以適當提高焊接小孔的穩(wěn)定性，減少焊接缺陷的產(chǎn)生幾率。

2.2激光－電弧復合焊。激光－電弧復合焊是近年激光焊接領域的研究熱點之一。該方法的提出是由于隨著工業(yè)生產(chǎn)對激光焊接的要求，激光焊接本身存在的間隙適應性差，即極小的激光聚焦光斑對焊前工件的加工裝配要求過高，此外，激光焊接作為一種以自熔性焊接為主的焊接方法，一般不采用填充金屬，因此在焊接一些高性能材料時對焊縫的成分和組織控制困難。而激光一電弧復合焊集合了激光焊接大熔深、高速度、小變形的優(yōu)點，又具有間隙敏感性低、焊接適應性好的特點，是一種優(yōu)質(zhì)高效焊接方法。其特點在于：可降低工件裝配要求，間隙適應性好；有利于減小氣孔傾向；可以實現(xiàn)在較低激光功率下獲得更大的熔深和焊接速度，有利于降低成本；電弧對等離子體有稀釋作用，可減小對激光的屏蔽效應，同時激光對電弧有引導和聚焦作用，使焊接過程穩(wěn)定性提高；利用電弧焊的填絲可改善焊縫成分和性能，對焊接特種材料或異種材料有重要意義：激光與電弧復合焊的方法包括兩種，即旁軸復合焊和同軸復合焊。旁軸激光電弧復合焊方法實現(xiàn)較為簡單，但最大缺點是熱源為非對稱性，焊接質(zhì)量受焊接方向影響很大，難以用于曲線或三維焊接。而激光和電弧同軸的焊接方法則可以形成一種同軸對稱的復合熱源，大大提高焊接過程穩(wěn)定性，并可方便地實現(xiàn)二維和三維焊接。

3.激光焊接過程監(jiān)測與質(zhì)量控制

激光焊接過程監(jiān)測與質(zhì)量控制一直是激光焊接領域研究和發(fā)展的一個重要內(nèi)容，利用電感、電容、聲波、光電、視覺等各種傳感器，通過人工智能和計算機處理方法，針對不同的激光焊接過程和要求，實現(xiàn)諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測、焊縫成形質(zhì)量監(jiān)測等，并通過反饋控制調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，從而實現(xiàn)高質(zhì)量的自動化激光焊接過程。

3.1激光焊接過程監(jiān)測。利用各種傳感器對激光焊接過程中產(chǎn)生的等離子體進行檢測是常用和有效的方法，如圖1所示。根據(jù)檢測信號的不同，激光焊接質(zhì)量檢測主要包括以下幾種方式：光信號檢測，檢測對象為激光焊接過程中的等離子體（包括工件上方和小孔內(nèi)部）光輻射和熔池光輻射等。從檢測裝置的安裝來看，主要包括與激光束同軸的直視檢測、側(cè)面檢測和背面檢測。使用的傳感器主要有光電二極管、光電池、CCD和高速攝像機，以及光譜分析儀等。聲音信號檢測，檢測對象主要為焊接過程中等離子體的聲振蕩和聲發(fā)射。等離子體電荷信號，檢測對象為焊接噴嘴和工件表面等離子體的電荷。利用光電傳感器檢測激光焊接過程中等離子體光輻射強度的變化是激光焊接過程監(jiān)測與控制的重要方法之一。國內(nèi)外研究工作表明，利用光電傳感器可以自動檢測出焊接過程中因激光功率、焊接速度、焦點位置、噴嘴至工件表面距離、對接間隙等工藝條件的波動引起的焊縫熔深和成形質(zhì)量的變化，不僅可以診斷出諸如咬邊、燒穿、駝峰等焊縫成形缺陷，而且在一定工藝條件下還可以檢測焊縫內(nèi)部質(zhì)量，例如，氣孔傾向的嚴重程度。

3.2激光焊接過程控制。激光焊接過程控制的主要內(nèi)容就是對焊接工藝參數(shù)的控制。在激光焊接時，光束焦點位置是影響激光深熔焊質(zhì)量最關(guān)鍵而又最難監(jiān)測和控制的工藝參數(shù)之一。在一定激光功率和焊接速度下，只有焦點處于最佳焦點位置范圍時，才可獲得最大熔深和良好的焊縫成形。偏離這個范圍，熔深則下降，甚至破壞穩(wěn)定的深熔焊過程，變?yōu)槟Ｊ讲环€(wěn)定焊接或熱導焊。但實際激光焊接時，存在多種因素影響焦點位置的穩(wěn)定性，包括因非平面工件和焊接變形引起的焊接噴嘴一工件距離變化，激光器窗口、聚焦鏡等元件熱透鏡效應引起焦點位置的變化，以及光束在飛行光路中不同位置引起焦點位置的變化等。如何迅速確定激光焦點位置并將其控制在合適的范圍，一直是激光焊接迫切要求解決而又難度很大的課題。