电子束焊接范文

导语：如何才能写好一篇电子束焊接，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】电子束焊接；焊接变形；厚板焊接；异种焊接；穿透深度

一、电子束焊接的发展

电子束的发现距今已有100多年的历史，由于电子具有获得容易并自身带有电荷，在电场下能够很容易被加速从而获得很高的能量，所以电子束很早即被研究。电子束焊接设备与当今一般应用的电子束设备相似，电子束被加速到具有很高的能量并通过电磁透镜聚焦于一点，然后作用于工件表面，电子的动能转变为热能从而进行材料的焊接。电子枪产生电子束，电子束在电磁透镜的聚焦下作用于工件表面，完成对工件的焊接。附属设备包括真空室、抽真空设备、水冷系统、光学观察系统以及各种阀门等。电子束能量密度D由下式决定：

D=k・I0.25V3.5

式中k为电子枪常数、I为电子束电流、V为加速电压，从式中各参数的指数出发，增大加速电压能够较大的增加电子束的能量密度，所以当前电子束焊接设备已发展到了300kV或更高，再配合电磁透镜的汇聚聚焦作用，以及真空度的提高，使得电子束作用于工件表面的能量密度越来越高，获得较好的焊接和加工效果。

二、电子束焊接的优点

电子束焊接在实验室研究以及工业生产方面均得到了广泛的应用，相对于其他焊接方式其具有特点和优势具体如下：

1、最小的焊接变形

扭曲变形与焊接过程中的热传导过程有关，而且一般是热量越高，焊接扭曲变形越大。电子束焊接过程热影响区小，焊接过程中收缩应变较小，所以适用于那些运用传统焊接方法焊接易开裂金属的焊接。

I. Magnabosco等[1]系统研究了电子束焊接过程中三种接头（Cu+AISI 304L不锈钢―接头Ⅰ；Cu+ AISI 304不锈钢―接头Ⅱ和Cu+ AISI 316L不锈钢―接头Ⅲ）热影响区的特性，焊接过程中除电子束电流、电子枪离工件的高度、焊接路径和铜板-钢板的厚度不同外，其他工艺参数均相同。得出以下结论：接头Ⅰ的热影响区基本可以忽略，接头Ⅱ和接头Ⅲ的热影响区仅为几十微米；三种接头热影响区的厚度大小与焊接过程中电子束能量相对应：接头Ⅰ焊接过程中电子枪的功率较小，输出能量较低，所以接头处除了发现一些Cu的渗透外，没有观察到其他缺陷；接头Ⅱ和接头Ⅲ在焊接过程中电子枪的功率较大，Cu的大量扩散使得奥氏体不锈钢颗粒变脆，一般情况下，这种现象会促进由于热作用而导致的微观裂纹的产生，使接头性能变差。

2、长焦长使得焊接过程容易实现

电子束作为粒子束而不能通过传统的光学透镜进行聚焦，能够使其聚焦的电磁透镜的具有较大的焦长，当前一般高压设备中电磁透镜的焦长可达180cm，且通过精确控制电子束能够穿透宽度仅为630μm的缝隙。因此对于那些几何形状较复杂的工件，有些部位不适宜传统焊枪的放置和焊接，但电子束焊接不受工件形状的限制，使得焊接过程更容易实现。

3、电子束焊接能够实现较大厚度范围工件的焊接

通过控制工艺参数，电子束焊接能够实现从千分之一英尺厚的到几英尺厚度金属的焊接。而且同一设备还能实现厚度差异较大工件之间的焊接，这是传统焊接方法所不能达到的。因为传统焊接方法是使工件发热然后熔化完成焊接过程，但这一过程中，如果热量恰好使厚件熔化，由于存在热传递，此时薄件承受不了如此之大的热量。反之，热量不足以使厚件熔化，不能实现焊接。为了改善接头的抗疲劳性能和韧性，必须获得较好的微观组织，这就需要在不改变工艺参数的前提下，改变接头处的组成，以达到目的。试验证明在焊接过程中引入纯Ti为填充物，对改善接头性能具有一定作用。电子束焊接还能实现厚度更薄的工件的焊接，而且焊缝质量良好，所以电子束焊接在薄件焊接方面具有较大优势。

4、电子束焊接能够实现不同金属之间的焊接

为了满足不同的需要，有时需要把不同材料焊接起来，例如承受较大扭矩的轴类件，其传动部分可以用一种材料，但抗疲劳部分需用另一种材料，电子束焊接能够实现这一过程。这样能够集多种材料的优点于一身，获得更好的实用性能。随着航空航天、军事、医学等的发展，Ti及其合金逐渐走进人们的视野，由于其具有好的力学性能、密度小、良好的生物相容性等优点，使得对其可焊性能的研究也逐渐开展起来。但传统焊接方法在Ti及其合金的焊接过程中，Ti极易与气氛中的O、N等气体结合生成化合物，破坏接头的性能。因此电子束焊接成为对Ti及其合金进行焊接的首选方法。

Ti合金具有优良的性能使得其与其他金属组合时能够表现出很多复合的优异性能，所以现在越来的越多的金属间焊接技术被研究。WANG Ting等[2]运用电子束焊接技术对Ti-15-3钛合金和304不锈钢进行了焊接性能研究。实验发现，在靠近Ti合金区域一侧，Cu与Ti的反应优先控制冶金学过程，生成Cu/Ti金属间化合物，具有很高的硬度；焊缝中部是Cu的固溶体并在其中分散着TiFe2，TiFe2不但能够增强焊缝的塑性，而且还能强化较软的Cu固溶体；靠近不锈钢一侧是Cu与Fe的固溶体，其中弥散有TiFe2。对焊缝进行抗拉强度试验，抗拉强度可达234MPa。

5、电子束焊接具有更大的穿透深度

电子束具有较高的能量，所以其可以穿透厚板或穿透与厚板厚度相当的多层板，这使得电子束焊接的应用范围更广，可以实现17mm厚的Ti6Al4V合金的焊接，像氩弧焊等传统的焊接方法是很难达到性能要求的。

三、结论

电子束焊接自20世纪50年展至今，已经在实验室和工业生产中得到了广泛研究与应用。相对于其他几种焊接方式，电子束焊接具有焊接变形小；聚焦透镜焦长大利于实现焊接过程；适用于较大厚度范围工件的焊接；异种金属焊接和更大的穿透深度等优点。因此其在不锈钢、钛合金、铜合金等对焊接条件要求较为苛刻的材料体系方面，特别是厚度较大工件以及绝缘材料焊接方面具有独有的优势和广阔的应用前景，正是由于这一系列优势，电子束焊接在研究及工业生产方面均发挥着不可替代的作用。

参考文献：

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关键词： 电子束焊接设备；电气安全；电子枪系统；真空；性能试验

中图分类号： 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^缘电阻试验

绝缘电阻试验的主要目的是验证机床动力电路、控制电路中相线/部件相对于外露可导电部分的绝缘能力，评判机床防漏电水平。该试验主要参考标准为GB/T 26675―2011[3]。机床电气系统绝缘电阻试验主要包括整机测试、动力电路测试以及控制电路测试，在机床验收中主要以整机测试为主。整机测试方法为在保护接地导线和电源端子间施加DC500 V电压，稳定后测量绝缘电阻，其难点在于对测试机床电气结构的调整。一般情况下，需对电气结构作如下调整：断开浪涌保护器件、用短接线短接动力电路的所有执行部件的控制电器（接触器、继电器、空气开关等），使动力电路处于接通状态；短接变压器的初级与次级；断开控制电路与保护联结电路的连接等。

[BT2]1.3耐压试验

耐压性能是考核机床绝缘的一个重要指标，当外界电流出现高压渗入时仍能确保电路对设备的良好绝缘，防止设备在运行中被击穿，造成触电或其它事故。耐压试验只针对动力电路，且必须在绝缘电阻试验通过的基础上才能进行。试验在外部保护接地端子PE和相线之间进行，试验电压在10 s内从0 V上升到1 000 V，并保持5 s，如果没有发生击穿现象，则符合试验主要参考标准GB/T 26676-2011[4]要求。另外，外绝缘破坏性放电电压与试验时的大气条件有关，放电电压随空气密度增加而升高。为保证耐压试验结果的准确，不应在图1所示的温度和湿度阴影区域外进行耐压试验。

除此之外，电气安全项目中还有一个特别值得注意的地方是高压电源的安全防护。高压电源是电子束焊接设备的主要部分，它为电子束焊接设备提供加速电源和偏压电源。研究表明，高压电源在工作时，电源的内部会产生过电压或过电流以致损坏电源或IGBT，[HJ]因此必须采取保护电路来保证电源的安全工作[5]。高压电源保护电路应包括过压保护电路、梯度上升及下降电路与过电流保护电路。

[BT1]2电子枪系统

电子枪系统是整个电子束焊接设备的核心部分，其性能能够直接反映整个电子束焊接设备的好坏，是验收的关键环节。通过对于标准的分析与所内多年使用、维护经验指导，总结出以下几个电子枪系统重点检测项目：加速电压、束流、聚焦电流等。

根据标准《Welding-Acceptance inspection of electron beam welding machines-Part 1：Principles and acceptance conditions》 ISO 14744-1中规定。表2中给出的检测项目限值是根据国外多年测试数据积累给出。若无特殊要求，以下限值的设定能够为电子枪系统的性能评判提供准确、可靠的基准。

电子枪系统参数的测量一般是通过引出测试点进行测量。根据ISO标准，测量时，各参数应该进行如下配置。

（1）纹波：加速电压和束流的纹波应该在如下参数配置情况下分别测量。①额定最大加速电压+额定最大束流；额定最大加速电压+0.5倍额定最大束流；额定最大加速电压+0.1倍额定最大束流；②额定最小加速电压+额定最大束流；额定最小加速电压+0.5倍额定最大束流；额定最小加速电压+0.1倍额定最大束流。聚焦电流的纹波应该在额定最大值与额定最小值两种情况下分别测量。

（2）稳定性：加速电压、束流以及聚焦电流的稳定性应该在如下参数配置情况下测量：额定最大加速电压+0.1倍额定最大束流+0.5倍（额定最大聚焦电流+额定最小聚焦电流）；连续运行时间不少于30 min。

（3）重复性：加速电压、束流以及聚焦电流的重复性应该在如下参数配置情况下测量：0.5倍（额定最大加速电压+额定最小加速电压）+0.5倍额定最大束流+0.5倍（额定最大聚焦电流+额定最小聚焦电流）；开关5次进行重复测量。

[BT1]3真空系统

真空系统一般包括电子枪真空系统（分子泵前级泵、分子泵）、室低真空系统（旋片泵、罗茨泵、低真空阀）、室高真空系统（扩散泵、高真空阀）以及挡板阀、放气阀、真空测量仪器等，它主要用于维持电子枪和真空室的真空状态，以满足零件焊接的需要。

[BT2]3.1真空度

从电子束的加工工艺来说，焊接质量很大程度上取决于真空系统的环境。真空度的提高不但可以减少高速电子束的减速和阻尼现象，而且抽真空的效率对电子束的整个加工时间起着决定性的作用[6]。真空系统的真空度和抽真空时间的评判可以参照表3中的要求进行。

3.2真空系统噪声

真空系统的组成必然决定了其在运行过程中会产生大量的噪声，然而噪声是一种影响十分广泛的环境污染，对人的生理和心理都有严重影响。特别是在企业的机加车间，机床的噪声危害很大，如果达到80 dB（A）以上，将对工人的听觉健康、注意力和情绪造成严重威胁[7]。文中借鉴GB/T 9061―2006 《金属切削机床通用技术条件》中的方法使用2型声级计，按照图2测试点位置进行测量，噪声水平不应超过80 dB（A）。

除此以外，真空室的真空度保持能力也

是评判真空系统性能的重要指标，以真空泄漏率表示。具体试验方法为：首先测量真空室容积V；当真空室达到工作真空度后，读取真空度P1，时间t1；停止真空泵对真空室抽气；经过一定时间t2（一般为12 h）后，读取此时的

式中：V为真空室容积，单位为m3；P1与P2分别为停止真空泵前后的真空室庋梗单位为Pa；t1与t2分别为停止真空泵前后读取真空室气压的时间值，单位为h。

4性能试验

4.1空运转试验

电子束焊接设备在验收的时候需要进行空运转试验，检测各项功能是否正常。其空运转试验可按照表4进行。

4.2负荷运转试验

负荷运转试验应在空运转试验合格后进行，并对其工作台最大承载试验、连续焊接试验等项目进行检测。焊缝电子观察系统的性能检测也在此阶段进行，以能否清晰观察到焊缝位置为判定标准。[FL）]

传动轴在全行程内移动，进给和回退动作应灵活，限位可靠，无爬行现象。检验手轮（柄）操纵力及其反向空程量。

（1）电器检查：通电后检查各指示灯、显示器、继电器、接触器等的工作状态是否正常。操作程序按使用说明书；

（2）电源参数检验：真空电子束焊接设备的供电电源应是三相动力电源系统，且网压波动不能超过±10%；

（3）急停器件急停动作试验5次，应符合GB 5226.1的规定。

控制系统功能试验[]

控制系统应进行如下试验：

（1）多轴运动；（2）灯丝加热优化；（3）高频扫描；（4）焊缝成形；

（5）其它。

工作液系统试验[]在设计规定的最高工作液压力下，应符合以下要求：（1）容器、泵、阀、管路、管接头处不应渗漏；

（2）压力和流量调节装置应灵敏、可靠；压力表和流量表指示应灵敏、正确。[BG）F][HT]

4.3几何精度

电子束焊接设备精度检验应在负荷运转试验前进行，试验后须复检精度（可根据情况抽查某些项目）。电子束焊接设备几何精度检测包括工作台x向（y向）运动在水平面的直线度、工作台x向（y向）运动在垂直面的直线度、转台径向跳动以及转台端面跳动等项目。检验过程中不应调整影响机床性能、精度的机构和零件，否则将对复检精度产生一定影响。

[BT2]4.4试件评定

电子束焊件检验项目主要包括力学性能、外观质量、内部质量和致密性检查四部分[8]。焊件最大深宽比能够集中体现电子束焊接设备的工作性能，因此将其也作为评判焊接质量的关键指标，且高性能的电子束焊接设备焊件最大深宽比能够达到20∶[KG-*2]1以上。

4.5其它

电子束焊接设备检测除了需要完成上述的几个主要项目以外，还存在一些其它需要重点检测的内容，例如真空室尺寸、电子束偏转控制装置、运动系统、控制系统、冷却系统等。这些都是能够直接影响设备是否合格、能否顺利通过验收的重要因素。

5结束语

提出从电气安全、电子枪系统、真空系统和设备性能等方面对电子束焊接设备进行检查验收，是对长期开展电子束焊接设备检测活动的总结。检测项目根据国家及国际相关标准梳理，项目齐全，条理清晰，检测方法可行。为今后电子束焊接设备设计人员提供了系统的依据，有利于电子束焊接设备市场朝着更加正规、标准的方向发展。

参考文献

[1]左从进. ZD系列电子束焊接技术及应用[J]. 制造技术与机床，2004（2）：41-43.

[2]全国工业机械电气系统标准化技术委员会. GB/T 26679―2011 机床电气、电子和可编程电子控制系统保护联结电路连续性试验规范[S].北京：中国标准出版社，2011.

[3][CM（24]全国工业机械电气系统标准化技术委员会. GB/T[CM）][LL] [KG*2]26675―2011 机床电气、电子和可编程电子控制系统绝缘电阻试验规范[S].北京：中国标准出版社，2011.

[4]全国工业机械电气系统标准化技术委员会. GB/T 26676―2011 机床电气、电子和可编程电子控制系统耐压试验规范[S].北京：中国标准出版社，2011.

[5]叶汉民. 电子束焊机用逆变型高压电源的设计[J].电力电子技术，2000（5）：3-5.

[6]薛虹，顾文琪，刘俊标，等. 实用化电子束曝光机的真空系统[C]//第十二届全国电子束、离子束、光子束学术会议论文，2003：118-120.

篇3

关键词：微束等离子，电弧形态，等离子气流

 

0.序言[1-2]

自上世纪60年代末以来，乌克兰巴顿焊接研究所开始对微束等离子弧焊接技术的应用进行了大量的研究，之后微束等离子弧焊接开始应用于航空、航天、造船、艺术、医学等许多领域。微束等离子电弧收缩，能量集中，因此特别适合于薄壁材料((0.05-1.5mm)的焊接。目前，用直流微束等离子弧已经能够焊接0.01毫米的金属铂。论文参考。

微束等离子电弧工作电流一般小于30A，电弧在工作中受到机械压缩、热收缩和电磁收缩的共同作用具备温度高、能量集中、电弧挺度好等特点。图1为微束等离子弧焊枪结构和实际电弧形态。目前国内微束等离子弧焊接在医学方面已经开始了探索性应用[3]，研究微束等离子弧焊接工艺特点，探索其在实际生产生活中的应用，是焊接工作者的努力方向[4]。

本文试验采用LH-16A型微束等离子弧焊机，氢气为等离子气，保护气体是氢气和氩气的混合气体。分别改变工作电流、离子气流量、电弧高度等工艺参数，观察钨极和铜板之间形成的微束等离子电弧形态变化，分析工艺参数变化对电弧形态的影响，为微束等离子电弧的实际应用提供试验数据支持。

1.1电弧长度改变对电弧形态的影响

保持等离子气流9L/min不变，在一定工作电流值下，从能够引燃微束等离子电弧的最大高度引燃转移电弧，并记录高度。之后逐步增大电弧长度直至电弧熄灭，测量电弧熄灭时电极与工件的距离，并用图像记录各种高度时电弧的形态。改变工作电流值，重新进行上述步骤。得到焊接电流与电弧熄灭高度和最大引弧高度的关系如图2所示，以及相同电流值时不同电弧长度情况下的电弧形态如图3所示。

1.2 电流改变对电弧形态的影响

保持焊枪距铜板高度为5.5mm 、等离子气流量9L/min，在较高工作电流情况下，引燃转移电弧。之后调节工作电流值逐步减小，观察电弧形态变化如图4。论文参考。

2.试验结果分析

2.1从图2中可以看出，在工作电流小于4A范围内，随着工作电流的增大，电弧稳定燃烧长度显著提高。工作电流大于4A以后，电弧在长度很大（＞10mm）的情况下仍然能够保持非常稳定的燃烧。但是当工作电流从大于4A继续增大时，工作电流对电弧稳定燃烧的最大长度影响较小。

2.2从图3中可以看出，电弧长度即使很长，微束等离子电弧的形态仍然保持很好的挺度和收缩状态。但当电弧很长时，电弧在靠近铜板侧的亮度明显减弱，说明此处的电弧的温度有所下降。

2.3从图4中可以看出，在其它工艺参数不变的情况下，随着工作电流的减小，电弧的挺度和收缩状态没有变化，但是电弧亮度明显减小，说明工作电流改变虽然对电弧挺度和收缩状态没有影响，但是电弧的温度随着电流的减小明显减小。

3.结论

3.1微束等离子电弧可以在很小的电流下保持电弧稳定燃烧，同时保证电弧挺度和收缩状态良好，不受电弧长度变化的影响。

3.2工作电流的大小不会影响到微束等离子弧的挺度和收缩状态，但是在较低的工作电流范围内，随着工作电流的增大，电弧正常稳定燃烧的长度显著提高。论文参考。当工作电流达到一定程度后，工作电流大小对电弧稳定燃烧长度不产生影响。

3.3焊接电流的大小主要对等离子弧温度影响较大，对电弧挺度和收缩状态没有影响。

参考文献：

[1]中国机械工程学会焊接学会等编．焊接方法与设备手册[M] ．北京：机械工业出版社，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]徐越兰，王克鸿等.牙科用钴铬合金的微束等离子焊接研究[J]. 电焊机，2003（6）36～38.

[4]马春伟，徐培全等.微束等离子焊接电弧光学特征的试验研究[J]. 上海交通大学学报（增刊），2008（11） 149～151.

篇4

关键词：电路板；装配焊接；自动生产线；装配单元；

引 言

在很多技术方面，装配焊接自动生产与小型零件自动装配有一些共同点，由此可知，它完全可以应用于电表机芯、汽车配件或家用电器等许多小、中、高级产品的自动装配线上。不仅如此，柔性化和智能化的装配焊接自动生产线使得自动装配线被广泛的应用于众多行业，生产线也因此更具优势。

1.电路板装配焊接自动生产线的工艺技术

图1自动作业工艺流程

对电路板装配焊接自动生产线的作业工艺流程做了相应的调整与改进，在上图中，凡带有星号的部分均为目前重点研究部分。无论是对电路板的装配与焊接，还是自动生产线的运作规律，该自动作业工艺流程都非常合理，以下是针对手工作业工艺流程而作出的调整与改进：

1.1.基壳上料装置技术处理

由于基壳上料装置具有一定的灵活性与柔性，可以设计出一个可调上料装置，这样可以存放多种尺寸的基板，从而满足多种需求。两个自制带料架传输方向是相向的，由自上向下的方式，将基壳从上料装置内向下面的生产线进行传输，从而基壳上料得以实现。此外，可根据需要对传输带的位置进行调整，也就是根据基壳的尺寸对位置进行相应的调整。

1.2.翻转的难度技术处理

在之前的手工作业中，高介质电路板上的焊膏是工人手工印刷上去的，印刷完后再对电路板进行180度的翻转，随后将其安装在基壳中。由于自动化作业要进行180度的翻转有一定的难度，也为了节约不必要的费用，故在自动生产线中以上三个环节有所改善和简化，思路有所调整，即将原有的工艺流程更改为：焊膏是点在基壳内部的在印刷有焊膏的基壳内部安装电路板。

1.3.焊接不良技术处理

如今，现代科技不断发展，电路板在多个领域的重要性日益加强，例如：雷达、遥控遥测以及航空航天等。人们也开始重视了电路板焊接不良的问题，因为该问题所导致的后果十分严重，且无法弥补。为了尽可能的避免该问题的发生，要求将高介质电路板与基壳的焊接空洞率控制在10%以内，尤其是周边的焊缝一定要严密，故在印刷焊膏之后还要加一个环节，即对焊膏点进行检查。通过视觉图像来检查焊膏点涂的好与坏，根据产品的种类，首先输入标准图像信息，即合格的产品图像信息，接着将两个图像信息进行比较，从而检查出焊膏点涂质量，随后可根据实际情况，人工更正图像处理结果。另外，若检查不合格，将信号发送给下面的每个工位，避免工位操作失误。故需增加一个新装置，对于不合格的产品要将其送到不合格品回收线上。

1.4.夹具固定技术处理

夹具固定指的是在装有电路板的基壳上施加压力，这样做是为了电路板与基壳间的焊膏可受力均匀，使以上两者接触面充分受力，从而使焊接的质量有所提升。但是若要在又小又薄且介质高的电路板上施加压力就有一定的难度了，需要注意的是：夹具对电路板所施加压力的分布情况以及夹具在高温炉加温过后的性能变化。根据实际情况，对以上问题进行相应的分析，可得出以下几个方案：1、可在电路板印刷焊膏这个过程中加一定量的胶水在焊膏中，这样可以很好的固定电路板与基壳的结合面，采取此方案则可省去电路板上的夹具。但是，该方案也存在两个缺点，即要使电路板上的压力分布均匀有一定的难度，另外胶水要满足高温处理后可彻底融化或蒸发的要求，否则会影响到电路板的性能。2、可将夹具替换为与砝码差不多的物块，机器人将多个物块抓起，并放在电路板上，以固定电路板与基壳的结合面，但该方案有一个很大缺点，即需要在完成产品加温炉固化与焊接之后增加一个环节，也就是将物块拿走，那么整个工艺的复杂性和成本都随之有所上升。

2.生产线总线上料装置结构技术设计

一般情况下，只有规格较为单一的零件可使用普通上料装置，使用该装置可能会使其柔性有所限制，若生产线上所需要生产的零件是多个规格的，那么这个上料装置就要更换为符合需求的上料装置，这样一来，新的上料装置可能要复杂一些，而且某些甚至所有的生产线可能要暂停，等到新的上料装置安装好后才可重新开始，增加了整个生产线的装置成本。另外，纵观国内外的发展可以知道，一般用于矩形薄板类零件的上料装置是层叠式的，使用该上料装置的缺点就是，在上料的过程中，各个矩形薄板类零件之间可能会相互干扰，尤其是表面有凸缘或焊点的矩形薄板类零件及集成电路板；相互之间有吸引作用的矩形薄板类零件等，这样对于每个矩形薄板类零件的独立上料就会有所牵制。要想尽量防止以上问题的发生，又能保证上料装置的柔性，可在现有的生产线上安装一个总上料装置，也就是将基壳的上料装置设计为可用于各种不同尺寸基壳的上料装置，它由两个同步传输带所构成，且两者之间的距离是可以调整的，根据基壳的尺寸，在一个方向上对其位置进行调整，这样就可保证此装置的柔性。在上料过程中要注意的是一定要保证具有一定间距的两条传输带的运行是同步的，以下是该传动系统的设计图2：

3.小结

本文就电路板装配焊接自动生产线中几个工位的分析，分析了几个关键技术的处理方案，最后分析了一种适用于电路板装配焊接自动生产线总线上料的可调上料装置，分析了其机械结构和传动原理。

参考文献：

[1]王彬. 中国焊接生产机械化自动化技术发展回顾与展望[J]. 电焊机，2000，02：1-6.

[2]王彬. 中国焊接生产机械化自动化技术发展回顾[J]. 焊接技术，2000，03：38-41.

[3]顾寄南，欧阳玉秀，肖田元，张林鍹. 产品可装配性评价系统建模及装配优化的研究[J]. 工程图学学报，2003，04：8-13.

篇5

【关键词】箱体；计算机；仿真优化

引言

随着科技的进步，对加工精度提出了越来越高的要求，尤其是焊接工业，往往传统的焊接不再能满足一些特殊行业，如核能、航空航天、电子及仪表工业等。这些现代尖端产品的精密加工对焊接工艺、加工精度及表面完整性都提出了较高的要求，因此用一般的气体保护焊常常得不到满意的结果[1，2]。而真空电子束焊接由于热量相当集中，且具有相当的穿透能力，故有效解决了这些问题[3，4]。

真空电子束焊接机的主要承载部件是真空箱体。真空箱体内部和外部安装有各种精密运动的机构及电子枪，这些机构的精度直接决定了电子束焊接的精度及质量，因此真空箱体的结构设计是整个真空电子束焊机的核心。

1.箱体模型理论依据[5，6]

根据真空电子束焊机实际工况的要求，选定箱体材料为：16MnR。

参照实际真空电子束焊机的箱体尺寸，可以得出：箱体壁厚与板面内最小特征尺寸之比在1/80和1/5之间；箱体发生变形时，箱体壁中面上各点沿垂直方向的扰度和壁厚之比小于1/5。因此，对真空电子束箱体的研究属于小扰度薄板问题，其中完全可以略去某些非重要的因素而引用一些能够简化理论的假设，即基尔霍夫假设。

1.1 基本方程的建立

现结合弹性力学的几何方程，可以将基尔霍夫假设表示成如下形式：见图1.

图1 薄板坐标系

（1）变形前垂直于薄板中面的法线，在薄板变形后仍保持为直线，且垂直于变形后的中面，其长度不变；

（2）与σx，σy 和τxy等相比，垂直于中面方向的正应力σz很小，在计算应变时可略去不计。

（3）薄板弯曲变形时，中面内各点只有垂直位移w ，而无x方向和y方向的位移。

根据上述理论假设，可以得出：

（1）薄板中的位移分量和应变分量的表达式；

（2）薄板中的应力分量表达式；

（3）薄板中截面上的内力表达式；

（4）薄板弯曲的基本方程；

1.2 箱体壁的边界条件

板的边界一般有简支边、固定边和自由边三种情况，如图2所示。

图2 板的边界类型

根据真空箱体壁实际所受的约束来看，箱壁四周为固定边界和自由边界。

（1）固定边界

固定边界上扰度和转角为零。

（2）自由边界

自由边界上的弯矩和总的分布剪力为零。

2真空箱体的优化

2.1优化前的真空箱体

根据某特定型号真空电子束焊机的箱体尺寸，利用SOLIDWORKS建立理论模型。如图3所示。

图3 优化前的箱体

针对上述箱体，利用百分表测量其变形量，具体步骤如下：

（1）箱体抽真空时，待箱体内的气压值趋于稳定，用百分表抵住箱体中心，记下读数x；

（2）箱体内充气时，待箱体内的气压值接近正常大气压值，记下读数y；

（3）箱体的变形量为y-x；

测量结果，见表1所示。

由表1可知，箱体的变形量为：2.072mm。

箱体是真空电子束焊机的主要承载部件，它的变形直接关系到焊机的焊接质量，为了进一步增强电子束焊机的市场竞争力，箱体必须在达到必要的强度、刚度、稳定性前提下，变形应尽可能小。

2.2优化后的真空箱体

在考虑成本和经济性的前提下，根据一定的理论计算，在箱体的四周加上一圈加强筋板，以减少箱体的变形。

运用有限元分析软件ANSYS12.1对箱体进行变形分析，如图4所示。

从图4可以得出，改进后的真空箱体发生最大位移的位置在箱体外侧壁中线处，其最大变形量为：0.786mm

上述分析结果与原箱体变形情况进行比较，可以发现：箱体优化后，变形量减少了62%。

将上述理论结果，应用于实际真空箱实测中进行检验，测得箱体变形量为0.81mm，如表2所示。

这一实测数据与上述理论分析基本吻合，故针对这一型号真空电子束焊机箱体的优化是成功的。

3结论

在满足箱体必要的强度、刚度、稳定性前提下，运用计算机仿真软件对改进后的箱体进行了受力变形分析，并通过实际的生产实践验证，得出箱体优化的可行性。

目前，该设备已经处于试运行阶段，其研究成果为其它新型真空电子束焊机箱体或类似真空容器的研制提供设计参考。

参考文献：

[1] 瞿诚，黄以平，郑伟，钟松，孙成.真空电子束焊机箱体有限元分析与结构优化[J].装备制造技术， 2012， （2）：56-58.

[2]王一涛.真空电子束焊及其在航空发动机中的应用[J].航空发动机，2004，30（1）：47-49.

[3] 宋宜梅，李少林，钟庆华.电子束技术在工业领域的应用[J].广西机械，2003（1）：17-21.

[4] 李少林，宋宜梅.精密数控高真空电子束焊机的研制[J].核技术， 2002，25（9）：745-748.

篇6

关键字 机械焊接；焊接技术

中图分类号TG44 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）91-0062-02

21世纪以来，科技作为生产力的主要推动者，其影响渐渐波及至机械制造业中。从而催生出众多机械制造工艺，在这些工艺中，焊接技术的发展最为明显。

1机械焊接

焊接是一种金属加工工艺，它被广泛应用于航空航天、机械制造、汽车制造等现代工业生产中。近年来，随着科技的进步，新型焊接技术也不断发展和提高。

2机械焊接技术

2.1电子束焊接

电子束焊接首先应用在德国，之后逐渐发展成熟。较之传统的焊接工艺，它的能量密度更高，并且热变形较小，应用的范围也较为广泛。

电子束焊接的工作原理是：用电子枪中聚集的告诉电子束对工件的接缝处进行轰击，在轰击的过程中，会发生机械能的转变，即动能转化为热能。这样就产生了焊接所需要的热源，利用这些热能，完成焊接工作。

以前，电子束焊接主要被应用于国防、军工工业中。近些年来，这种焊接技术开始在民用工业中推广使用。比如汽车工业的齿轮、发电站的锅炉等。

2.2激光焊接技术

激光焊接技术是激光加工技术中的重要部分，它是一种高能束的热传导性技术。与传统的焊接工艺相比，激光焊接技术更加快捷方便，同时焊接的质量和稳定性更高，工件产生变形的可能也小，因此被大量投入工业生产。

激光焊接技术主要是利用抛物镜或者凸透镜汇集周围的热量，这时的激光就是一个高温度的热源，将其应用于工件接缝的表面，能够起到焊接的作用。根据工件的不同，激光焊接的方式也有所不同，常用的激光焊接方式是传导焊接和小孔焊接两种。

在航天航空工业中，经常会利用激光焊接技术来进行工件的修复；在汽车制造领域，激光焊接技术被广泛应用于散热器、传动轴等零部件的制造中。随着激光加工技术的不断发展，激光焊接技术的应用领域必然还会扩大。

2.3搅拌摩擦焊接技术

搅拌摩擦焊接技术，顾名思义就是利用摩擦力产生的热量进行焊接，这就决定了它的使用范围，即低熔点的金属焊接。这种焊接技术的自动化水平更高，接头的质量和稳定性更好，并且节能低碳。

在进行搅拌摩擦焊接过程中，会将一个搅拌针焊缝中，利用摩擦力对金属进行加热，让其呈现一种塑性状态，同时金属会形成旋转的空洞，随着搅拌针的不断前移，旋转空洞和塑形金属各自向相反的方向移动，金属在冷却之后，焊接的缝隙密度会更高。

搅拌焊接技术主要用于造船业、航空航天业、建筑业、交通工具等领域。在造船业中，它主要被用来焊接甲板上、船头上的部件；在航空航天业中，飞机的机身、油箱都会用到它；而交通工具领域，火车、高速列车等的车身、交换器等都要用搅拌摩擦焊旱季技术。

2.4电渣焊接技术

电渣焊接技术是一种利用电阻热进行焊接的技术。它能够一次性焊接钢材、铁基金属等质地较厚的工件，同时生产成本也较低，焊接质量较高。

电渣焊接技术依据的原理是：把电热组作为一种热源，用来熔化金属和木材，之后冷却凝固，使各金属原子之间相互连接。常用的电渣焊技术主要有熔嘴、非熔嘴电渣焊技术，丝极电渣焊技术，板级电渣焊技术等。

电渣焊技术主要被应用于一些特殊的地方或行业，比如铁路各个站点的焊接；鼓风炉壳等厚壁容器的焊接等等。

2.5等离子弧焊接技术

等离子弧焊接技术是一种基于等离子弧切割工业的新型焊接技术。它是一种较为及其精密的焊接技术。

等离子弧焊接技术准确地说应该是“压缩电弧焊接”，它是焊炬将整个电弧进行最大限度的压缩，促使其中的等离子效应加剧，之后电弧就变成了一个具有稳定性、单向性的强大射流热源，温度高达16000K～33000K，然后可以直接进行金属的焊接。通常企业较为常用的等离子弧主要是转移型的和非转移型两种。

2.6超声波焊接技术

超声波焊接技术主要是进行热塑性塑料制品焊接的高科技技术，这种技术焊接出来的塑料制品档次和质地较高，同时生产的成本和效率也就高。

在超声波进行焊接的过程中，发生器会释放出20KHz或者15KHz具有高压性、高频性的信号，通过能量转换系统，可以将这种信号转化为一种高频的机械振动，用于塑料品的工件中。然后通过摩擦力是接口的温度升高，当温度达到工件的熔点时，工件会自动融化来填充接口处的缝隙。冷却定型以后，整个焊接工艺就顺利完成。

超声波焊接技术因为其本身的特性，所以在塑料品加工行业中应用较为广泛，而在机械类加工工业中，应用较少。

2.7爆炸焊接技术

自1944年Carl提出爆炸焊接技术之后，美国、日本、德国等先后对其进行了研究。时至今日，这项技术已经日趋成熟。

爆炸焊接技术热源的主要来源是炸药爆炸时，产生的强大能量。这种能量能够是金属物质熔化变形，之后重新进行各个原子之间的组合，冷却之后增加焊接的稳定性。它是一门危险性较高、科技和人员要求也较高的焊接技术。

爆炸焊接技术由于在焊接的过程中，需要大量炸药做引，故而存在着安全隐患。一般的民用企业因为资金或者技术的缺乏，安全措施不足，通常不会采用这种技术。所以爆炸焊接技术主要应用于国防工业（化工、石油、造船、航空航天）和军工工业（军事、核工业）等。

2.8机器人焊接技术

机器人技术其实是在焊接自动化的基础上发展而来的。在20世纪末期，首次被应用于焊接技术领域。近年来，随着市场经济的发展，各企业订单量和交易量的不断增加，生产线不断扩大，机器焊接技术已经成为自动化焊接领域的主要发展趋势。

机器人焊接技术是一种容机械制造、计算机编程、物理力学等为一体的综合性学科。要使用这种技术，首先要制造符合标准的机器人，通过计算机编程将各种参数计算后安装至机器人的“大脑”中。这一系列工作完成之后，机器人可以根据工作指令来进行焊接。

机器人焊接技术的发展至今还不太成熟，故而各种行业的使用都比较少。

作为加工制造行业中的关键技术，焊接技术和工艺的不断创新，不仅能够促进其自身的发展，也能够促进整个机械制造行业的发展壮大。

参考文献

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关键词：特种加工；快速成型技术；超声加工；电子束和离子束加工；激光加工

1.特种加工技术的产生和发展

机械加工作为一种有着悠久历史的加工方法，对人类的物质文明和生产活动起到了极大的推动作用。对于工业部门而言，设计出来的零件或者机器必须依赖于加工方法来实现，如果没有行之有效的加工方法，再好的设计思路也无法转化为产品。例如18世纪70年代就有人发明了蒸汽机，但是由于当时的生产设备制造不出有着较高精度和配合要求的蒸汽机气缸，所以一直无法生产出可以正常工作的蒸汽机[1]。直到气缸镗床的出现，才解决了这一生产上的难题，使得蒸汽机获得了广泛的应用，引起了第一次工业革命。因此，我们可以发现，加工方法对于设计思想的实现和社会经济的发展起着多么重大的作用。

随着生产的发展和科学实验的需要，对于产品的要求越来越高，未来的技术产品向着高精度、高速度、重载、高温高压、小型化和高可靠性等方向发展，为了实现这些新的要求，就需要使用新材料和新结构，因此，对机械制造部门也提出了很多新的要求。特种加工正是在这种强烈的社会需求下产生和发展起来的，而它所具有的优于传统机械加工的特点又进一步促使人们对它进行研究和应用，因此，到目前为止，特种加工技术已经有了很多种类，所能达到的加工精度和生产效率也越来越高。可以说，特种加工技术已经成为现代机械制造行业必不可少的一种加工方法。

传统的机械加工利用机械能和切削力对金属进行加工，而特种加工主要利用电能、化学能、光能、声能和热能等能量来去除金属，因此特种加工技术可以用来加工各种高硬度、高强度、高脆性和高韧性的金属或者非金属材料。由于特种加工采用广义上的刀具，例如激光、超声波、电子束和离子束等，所以易于实现加工过程的全自动化，这对于现代化生产的组织和管理有着很重要的意义。

从1943年前苏联鲍﹒洛﹒拉扎林柯夫妇开始研究火花放电腐蚀开关触点的现象开始，特种加工技术已经经历了六十多年的发展。目前，很多特种加工方法都已经发展成熟，例如电火花加工、电火花线切割加工、电化学加工和激光加工等。现在，人们也研究了将特种加工的理论应用于传统的机械加工方法中去的复合加工方法，如振动切削和振动铣削。由于特种加工技术尤其适用于对难加工材料、复杂型面和精密微细表面的加工，所以特种加工有很大的适用性和发展潜力，在刀具、模具、量具、仪器仪表、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。在未来，特种加工将向着提高加工精度和表面质量、提高生产效率和自动化程度、发展复合加工和超精密加工等方向发展。

2.快速成型技术

快速成型技术（RP）是一种增材加工方法，主要用来制造样件，从而可以对新产品的设计进行快速评估、修改和功能实验，能够较大地缩短产品的研制周期。快速成型技术集机械工程、CAD、数控技术、激光技术和材料科学技术于一体，易于实现生产过程的自动化，且高效便捷，因此这种样件制造工艺日益在生产实践中获得应用。按照快速成型技术使用的材料和工艺原理，可以分为四种类型：光敏树脂液相固化成型法（SL）、选择性激光粉末烧结成型（SLS）、薄片分层叠加成型（LOM）、熔丝堆积成型（FDM）。

3.超声加工技术

频率超过16000Hz的声波称为超声波，它是一种纵波，能够传递很强的能量，且当它经过液体介质传播时，会产生液压冲击现象。超声加工技术（USM）利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液使得磨粒在超声振动的作用下产生机械撞击、抛磨作用以及超声空化作用来加工脆硬材料。由于超声加工技术的工艺原理和特点，超声加工有很多特殊的应用。例如加工深小孔、拉丝模及型腔模具研磨抛光、对难加工材料的加工、超声振动切削、超声电解复合加工、超声电火花复合加工、超声清洗、超声切割等。超声加工技术与新材料的发展是相辅相成的，在未来，超声加工一定会有更多的应用和发展。

4.电子束和离子束加工

电子束加工（EBM）利用能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击工件表面，使动能大部分转化为热能，使得被冲击的工件材料局部熔化和气化，从而达到改变被加工工件材料表面物理化学性质和形状尺寸位置的目的。电子束加工装置包括电子枪、真空系统、控制系统和电源，电子束是由钨或钽制成的发射阴极在加热状态下得到的。由于电子束加工的工艺原理和特点，EBM技术可以用来加工型孔和特殊表面、刻蚀、焊接、热处理以及电子束光刻等。

离子束加工（IBM）利用具有较高能量的离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应来进行不同的加工。由于离子束轰击材料是逐层去除原子，所以可以达到纳米级的加工精度。离子束加工按其工艺原理和目的的不同可以分为三种：用于从工件上去除材料的刻蚀加工、用于给工件表面涂覆的镀层加工以及用于表面改性的离子注入加工。由于电子束和离子束易于实现精确的控制，所以可以实现加工过程的全自动化，但是电子束和离子束的聚焦、偏转等方面还有许多技术问题尚待解决。

5.激光加工

激光技术起始于20世纪60年代，可用于打孔、切割、焊接、热处理以及激光存储等方面。激光的产生源自物质的受激辐射，即某些具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量的激发下，产生所谓的粒子束反转现象，在粒子束反转的状态下，如果有一束能量等于基态与亚稳态能量之差的光子照射该物质，就会产生受激辐射，输出大量的光能。由于激光具有强度高、单色性好、相干性好和方向性好等特点，因此几乎可以用来加工任何材料。目前常用的激光器有固体激光器（红宝石激光器、铷玻璃激光器和掺铷钇铝石榴石激光器）和气体激光器（二氧化碳激光器和氩离子激光器），在生产实践中，对影响激光加工的各个因素还需要进行更加深入的研究，以便更加充分地利用激光加工技术。

6.结束语

近年来，随着新材料、新结构、复杂型面零件、特殊要求零件的需求越来越大，特种加工技术得到了越来越广泛的应用，在未来，随着机电控制技术的进一步提高，特种加工技术将会更加趋于自动化，充分利用计算机技术，可以使得特种加工向着自动化和柔性化方向发展[2]。而在未来，特种加工技术将越来越多的应用于精密微细加工、复合加工和绿色加工。■

参考文献

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【辅导对象】小学一年级至高中三年级

【辅导科目】语文 数学 英语 物理 化学 地理 历史 政治 奥数

【上课时间】署寒假 双休日 平时 课外 随到随学

【辅导范围】年级衔接课程辅导、同步课程辅导;小升初、中高考考试方向分析辅导;暑假班、寒假班;小学各科基础知识漏洞梳理提高;初二、三物理(电学、力学基础夯实);初三化学、初中英语(阅读理解，作文、语法等);初中语文(写作、阅读理解、基础知识等);高中理科(数理化生薄弱板块针对性切入);高中英语(阅读理解，作文、语法等);高中语文(写作、阅读理解、基础知识等)。

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豪雷姆每小时是放射性物质辐射剂量率单位的英文简写符号。电子束焊接时有电子冲击试件会产生X射线，产生X射线的多少和允许人单位时间里接受量就用剂量率来衡量。

辐射剂量亦简称剂量。在放射生物学和人体辐射防护中，电离辐射量是一个问题。辐射剂量率系指单位时间内的照射剂量。其计算方法：X的值是光子在质量dm的空气中释放的全部电子完全被空气阻止时，在空气中所产生的一种符号的离子总电荷的绝对值，并不包括dm体积内由于轫致辐射而引起的电离电荷。

（来源：文章屋网 ）

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[关键词]激光焊接；工艺；质量

前言

激光是辐射的受激发射光放大的简称，由于其独有的高亮度、高方向性、高单色性、高相干性，自诞生以来，其在工业加工中的应用十分广泛，成为未来制造系统共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高辐射强度的激光束，激光束经过光学系统聚焦后，其激光焦点的功率密度为104－107W／cm2，加工工件置于激光焦点附近进行加热熔化，熔化现象能否产生和产生的强弱程度主要取决于激光作用材料表面的时间、功率密度和峰值功率。控制上述各参数就可利用激光进行各种不同的焊接加工，这种焊接工艺在未来工业事业中将会得到广泛的应用与研究。激光焊接与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵，一次性投资大，技术要求高的问题，使得激光焊接在我国的工业应用还相当有限，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线和柔性制造。其中，激光焊接在汽车制造领域中的许多成功应用已经凸现出激光焊接不同于传统焊接方法的特点和优势，也为许多大功率激光器制造商和激光焊接设备制造商提供了更为诱人的经济效益前景。

1.激光焊接的一般特点

激光焊接是利用激光束作为热源的一种热加工工艺，它与电子束等离子束和一般机械加工相比较，具有许多优点：激光束的激光焦点光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔点、高强度的合金材料；激光焊接是无接触加工，没有工具损耗和工具调换等问题。激光束能量可调，移动速度可调，可以多种焊接加工；激光焊接自动化程度高，可以用计算机进行控制，焊接速度快，功效高，可方便的进行任何复杂形状的焊接；激光焊接热影响区小，材料变形小，无需后续工序处理；激光可通过玻璃焊接处于真空容器内的工件及处于复杂结构内部位置的工件；激光束易于导向、聚焦，实现各方向变换；激光焊接与电子束加工相比较，不需要严格的真空设备系统，操作方便；激光焊接生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好。

2.激光焊接工艺与方法

2，1双／多光束焊接。双／多光束焊接的提出最初是为了获得更大的熔深和更稳定的焊接过程和更好的焊缝成形质量，其基本方法是同时将两台或两台以上的激光器输出的光束聚焦在同一位置，以提高总的激光能量。后来，随着激光焊接技术应用范围的扩大，为减小在厚板焊接，特别是铝合金焊接时容易出现气孔倾向，采用以前后排列或平行排列的两束激光实施焊接，这样可以适当提高焊接小孔的稳定性，减少焊接缺陷的产生几率。

2.2激光－电弧复合焊。激光－电弧复合焊是近年激光焊接领域的研究热点之一。该方法的提出是由于随着工业生产对激光焊接的要求，激光焊接本身存在的间隙适应性差，即极小的激光聚焦光斑对焊前工件的加工装配要求过高，此外，激光焊接作为一种以自熔性焊接为主的焊接方法，一般不采用填充金属，因此在焊接一些高性能材料时对焊缝的成分和组织控制困难。而激光一电弧复合焊集合了激光焊接大熔深、高速度、小变形的优点，又具有间隙敏感性低、焊接适应性好的特点，是一种优质高效焊接方法。其特点在于：可降低工件装配要求，间隙适应性好；有利于减小气孔倾向；可以实现在较低激光功率下获得更大的熔深和焊接速度，有利于降低成本；电弧对等离子体有稀释作用，可减小对激光的屏蔽效应，同时激光对电弧有引导和聚焦作用，使焊接过程稳定性提高；利用电弧焊的填丝可改善焊缝成分和性能，对焊接特种材料或异种材料有重要意义：激光与电弧复合焊的方法包括两种，即旁轴复合焊和同轴复合焊。旁轴激光电弧复合焊方法实现较为简单，但最大缺点是热源为非对称性，焊接质量受焊接方向影响很大，难以用于曲线或三维焊接。而激光和电弧同轴的焊接方法则可以形成一种同轴对称的复合热源，大大提高焊接过程稳定性，并可方便地实现二维和三维焊接。

3.激光焊接过程监测与质量控制

激光焊接过程监测与质量控制一直是激光焊接领域研究和发展的一个重要内容，利用电感、电容、声波、光电、视觉等各种传感器，通过人工智能和计算机处理方法，针对不同的激光焊接过程和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝成形质量监测等，并通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现高质量的自动化激光焊接过程。

3.1激光焊接过程监测。利用各种传感器对激光焊接过程中产生的等离子体进行检测是常用和有效的方法，如图1所示。根据检测信号的不同，激光焊接质量检测主要包括以下几种方式：光信号检测，检测对象为激光焊接过程中的等离子体（包括工件上方和小孔内部）光辐射和熔池光辐射等。从检测装置的安装来看，主要包括与激光束同轴的直视检测、侧面检测和背面检测。使用的传感器主要有光电二极管、光电池、CCD和高速摄像机，以及光谱分析仪等。声音信号检测，检测对象主要为焊接过程中等离子体的声振荡和声发射。等离子体电荷信号，检测对象为焊接喷嘴和工件表面等离子体的电荷。利用光电传感器检测激光焊接过程中等离子体光辐射强度的变化是激光焊接过程监测与控制的重要方法之一。国内外研究工作表明，利用光电传感器可以自动检测出焊接过程中因激光功率、焊接速度、焦点位置、喷嘴至工件表面距离、对接间隙等工艺条件的波动引起的焊缝熔深和成形质量的变化，不仅可以诊断出诸如咬边、烧穿、驼峰等焊缝成形缺陷，而且在一定工艺条件下还可以检测焊缝内部质量，例如，气孔倾向的严重程度。

3.2激光焊接过程控制。激光焊接过程控制的主要内容就是对焊接工艺参数的控制。在激光焊接时，光束焦点位置是影响激光深熔焊质量最关键而又最难监测和控制的工艺参数之一。在一定激光功率和焊接速度下，只有焦点处于最佳焦点位置范围时，才可获得最大熔深和良好的焊缝成形。偏离这个范围，熔深则下降，甚至破坏稳定的深熔焊过程，变为模式不稳定焊接或热导焊。但实际激光焊接时，存在多种因素影响焦点位置的稳定性，包括因非平面工件和焊接变形引起的焊接喷嘴一工件距离变化，激光器窗口、聚焦镜等元件热透镜效应引起焦点位置的变化，以及光束在飞行光路中不同位置引起焦点位置的变化等。如何迅速确定激光焦点位置并将其控制在合适的范围，一直是激光焊接迫切要求解决而又难度很大的课题。