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这个职业全国缺口近1000万

机械自动化类 冷眼看世界 2017-03-28 11:37 发表了文章 来自相关话题

3月15日,人社部召开会议,要求贯彻落实《技工教育“十三五”规划》。人社部副部长汤涛表示,要大力发展技工教育,着力培养具有创新能力的后备产业工人和高技能人才。


近年,技能人才缺口巨大,政府工作报告中屡提“工匠精神”,人社部专门印发《技工教育“十三五”规划》。未来几年,技能人才迎来利好,当属无疑。







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3月15日,人社部召开会议,要求贯彻落实《技工教育“十三五”规划》。人社部副部长汤涛表示,要大力发展技工教育,着力培养具有创新能力的后备产业工人和高技能人才。


近年,技能人才缺口巨大,政府工作报告中屡提“工匠精神”,人社部专门印发《技工教育“十三五”规划》。未来几年,技能人才迎来利好,当属无疑。







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未来前沿技术

智能科技类 jingjing 2017-03-16 11:29 回复了问题 • 7 人关注 来自相关话题

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日产有哪些黑科技?分别在历史中出现过几次?

设计类 机器猫 2017-03-02 11:32 回复了问题 • 3 人关注 来自相关话题 产生赞赏:¥1.00

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各种焊接技术知识汇总

智能制造类 苏州工业仿真 2016-11-20 18:07 发表了文章 来自相关话题

一、焊接的介绍
 
焊接:通常是指金属的焊接。是通过加热或加压,或两者同时并用,使两个分离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成形方法。

分类:根据焊接过程中加热程度和工艺特点的不同,焊接方法可以分为三大类。

 (1)熔焊 。将工件焊接处局部加热到熔化状态,形成熔池(通常还加入填充金属),冷却结晶后形成焊缝,被焊 查看全部
一、焊接的介绍
 
焊接:通常是指金属的焊接。是通过加热或加压,或两者同时并用,使两个分离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成形方法。

分类:根据焊接过程中加热程度和工艺特点的不同,焊接方法可以分为三大类。

 (1)熔焊 。将工件焊接处局部加热到熔化状态,形成熔池(通常还加入填充金属),冷却结晶后形成焊缝,被焊
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我国制成世界最大面积中阶梯光栅 打破美国垄断

智能制造类 集运物流 2016-11-16 11:10 发表了文章 来自相关话题

光谱分析仪在我们宇宙观测、血液检测、农药残留检测等方面发挥着重大作用,而光谱分析仪的核心部件光栅,长期被国外所垄断,尤其是300毫米以上的中阶梯光栅,只有美国的一家公司能生产,使我国在光谱分析等方面受制于人。

不过这一局面将得到根本改观,日前,我国科研人员成功研制出大面积高精度光栅制造机,并成功制造出世界最大面积的 查看全部
光谱分析仪在我们宇宙观测、血液检测、农药残留检测等方面发挥着重大作用,而光谱分析仪的核心部件光栅,长期被国外所垄断,尤其是300毫米以上的中阶梯光栅,只有美国的一家公司能生产,使我国在光谱分析等方面受制于人。

不过这一局面将得到根本改观,日前,我国科研人员成功研制出大面积高精度光栅制造机,并成功制造出世界最大面积的
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中国又一项世界第一!最后“谜底”即将揭晓

机械自动化类 东方制造 2016-10-28 10:32 发表了文章 来自相关话题

   18日,三峡工程最后的“谜底”即将揭晓!据三峡海事局航行通告,三峡升船机将于18日进入试通航阶段,这意味着,以后船舶要翻越三峡大坝,可以“坐电梯”了!



“坐电梯”翻大坝,技术、规模创世界之最

三峡升船机与三峡双线五级船闸同为三峡工程通航建筑物,具有提升高度大、提升重量大、上游通航水位变幅大、下游水位变化 查看全部
   18日,三峡工程最后的“谜底”即将揭晓!据三峡海事局航行通告,三峡升船机将于18日进入试通航阶段,这意味着,以后船舶要翻越三峡大坝,可以“坐电梯”了!



“坐电梯”翻大坝,技术、规模创世界之最

三峡升船机与三峡双线五级船闸同为三峡工程通航建筑物,具有提升高度大、提升重量大、上游通航水位变幅大、下游水位变化
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长条平皮带启动时经常打滑

设备硬件类 其中之一 2016-10-08 11:37 回复了问题 • 3 人关注 来自相关话题

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非充气安全轮胎技术现状与发展

设备硬件类 甜心宝宝 2016-09-26 13:20 发表了文章 来自相关话题

非充气安全轮胎技术现状与发展
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数字化工厂技术在电子制造领域的应用

电气控制类 嗡班匝萨埵吽 2016-09-26 12:05 发表了文章 来自相关话题

数字化工厂技术在电子制造领域的应用
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许思传:车用燃料电池系统的关键技术及发展趋势

机械自动化类 金玉兰 2016-09-24 14:14 发表了文章 来自相关话题

2016年9月23日,“2016中国新能源汽车动力电池产业技术发展高峰论坛暨车企与动力电池企业技术交流会”在张家港盛大召开。本届会议由电动汽车资源网携同江苏天鹏电源有限公司联合张家港市发展和改革委员会、张家港市科技局共同举办,来自政府主管部门、行业权威专家学者、新能源整车企业、动力电池产业链企业、检测机构等,共计60 查看全部
2016年9月23日,“2016中国新能源汽车动力电池产业技术发展高峰论坛暨车企与动力电池企业技术交流会”在张家港盛大召开。本届会议由电动汽车资源网携同江苏天鹏电源有限公司联合张家港市发展和改革委员会、张家港市科技局共同举办,来自政府主管部门、行业权威专家学者、新能源整车企业、动力电池产业链企业、检测机构等,共计60
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未来前沿技术

智能科技类 jingjing 2017-03-16 11:29 回复了问题 • 7 人关注 来自相关话题

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日产有哪些黑科技?分别在历史中出现过几次?

设计类 机器猫 2017-03-02 11:32 回复了问题 • 3 人关注 来自相关话题 产生赞赏:¥1.00

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长条平皮带启动时经常打滑

设备硬件类 其中之一 2016-10-08 11:37 回复了问题 • 3 人关注 来自相关话题

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这个职业全国缺口近1000万

机械自动化类 冷眼看世界 2017-03-28 11:37 发表了文章 来自相关话题

3月15日,人社部召开会议,要求贯彻落实《技工教育“十三五”规划》。人社部副部长汤涛表示,要大力发展技工教育,着力培养具有创新能力的后备产业工人和高技能人才。


近年,技能人才缺口巨大,政府工作报告中屡提“工匠精神”,人社部专门印发《技工教育“十三五”规划》。未来几年,技能人才迎来利好,当属无疑。










紧俏  全国高级技工缺口近1000万








中华全国总工会党组成员李守镇委员在全国政协十二届五次会议第二次全体会议上发言时指出,在日本,整个产业工人队伍的高级技工占比40%,德国则达到50%。而我国,这一比例仅为5%左右,全国高级技工缺口近1000万人。

 

社会科学文献出版社发布的2017年人才蓝皮书《中国人才发展报告(NO.4)》指出,我国高级技工缺口高达上千万人。而10多年前,有关部门针对60家企业所作的调查显示,技术工人中,高级技师比重仅占0.1%,技师和高级技工也仅各占1.1%和6.1%。

 

2015年底,全国共有技工院校2545所,其中,技师学院434所,在校生322万人,就业率达到97.4%,骨干院校就业率达到100%。




重视  政府工作报告屡提“工匠精神”






国务院总理李克强在今年的政府工作报告中明确提出:要大力弘扬工匠精神,厚植工匠文化,恪尽职业操守,崇尚精益求精,完善激励机制,培育众多“中国工匠”,打造更多享誉世界的“中国品牌”,推动中国经济发展进入质量时代。

 

在去年的政府工作报告中,李克强明确:鼓励企业开展个性化定制、柔性化生产,培育精益求精的工匠精神,增品种、提品质、创品牌。

 

2016年12月8日,在北京召开的高技能人才座谈会上,国务院副总理马凯指出,高技能人才是我国人才队伍的重要组成部分,是工人队伍的核心骨干和优秀代表,是创新技术技能、创造社会财富的重要力量,在推动技术创新、经济发展和社会进步中发挥着重要作用。




实惠  中央明确提高技术工人待遇






2016年3月17日,“十三五”规划纲要正式公布;3月21日,《关于深化人才发展体制机制改革的意见》(以下简称《意见》)公布。纲要和《意见》明确,要在薪酬、落户、培训等方面采取措施,提高技术工人待遇。

 

不断提高经济待遇

 
纲要指出,要健全高技能人才薪酬体系,提高技术工人待遇。


同时,《意见》中也有类似表述:“不断提高技术技能人才经济待遇和社会地位。”

 

制定专门激励办法

 
纲要明确,保障人才以技能要素参与利益分配,以市场价值回报人才价值,强化对人才的物质和精神激励。

 
而《意见》则提出了具体措施,要研究制定技术技能人才激励办法,探索建立企业首席技师制度,试行年薪制和股权制、期权制。

 

落户大城市不是梦

 
纲要提出,省会及以下城市要全面放开对高校毕业生、技术工人、职业院校毕业生、留学归国人员的落户限制。


同时,纲要也要求推广专业技术职称、技能等级等同大城市落户挂钩做法。





支持  大力发展技工教育
 






人社部副部长汤涛在15日召开的会议上要求:


要大力发展技工教育,提供技能人才支撑;


把深化校企合作作为提升技工院校核心竞争力的重要举措,继续强化招生工作,依托技工院校大力开展职业培训;


在研究制定提高技能人才待遇等相关政策措施时,要充分考虑技工院校的政策需求,开展企业新型学徒制、职业训练院、职业培训包等改革试点时,要把技工院校作为“试验田”;


进一步完善条件保障,完善生均拨款政策,落实各项建设项目,实施好高技能人才振兴计划。




2016年12月印发的《技工教育“十三五”规划》则明确:


把培育工匠精神作为技工院校重点教学内容,贯穿技工教育全过程;


坚持高端引领,提出大力发展技师学院、实施技工教育高端引领计划,着力培养大国工匠;


首次明确技工院校中级工班、高级工班、预备技师(技师)班毕业生分别按相当于中专、大专、本科学历落实相关待遇;


明确技工院校比照同层次职业院校标准落实经费。
 
 
 
 
 
更多内容请关注:www.imefuture.com
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3月15日,人社部召开会议,要求贯彻落实《技工教育“十三五”规划》。人社部副部长汤涛表示,要大力发展技工教育,着力培养具有创新能力的后备产业工人和高技能人才。


近年,技能人才缺口巨大,政府工作报告中屡提“工匠精神”,人社部专门印发《技工教育“十三五”规划》。未来几年,技能人才迎来利好,当属无疑。


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紧俏  全国高级技工缺口近1000万


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中华全国总工会党组成员李守镇委员在全国政协十二届五次会议第二次全体会议上发言时指出,在日本,整个产业工人队伍的高级技工占比40%,德国则达到50%。而我国,这一比例仅为5%左右,全国高级技工缺口近1000万人。

 

社会科学文献出版社发布的2017年人才蓝皮书《中国人才发展报告(NO.4)》指出,我国高级技工缺口高达上千万人。而10多年前,有关部门针对60家企业所作的调查显示,技术工人中,高级技师比重仅占0.1%,技师和高级技工也仅各占1.1%和6.1%。

 

2015年底,全国共有技工院校2545所,其中,技师学院434所,在校生322万人,就业率达到97.4%,骨干院校就业率达到100%。




重视  政府工作报告屡提“工匠精神”

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国务院总理李克强在今年的政府工作报告中明确提出:要大力弘扬工匠精神,厚植工匠文化,恪尽职业操守,崇尚精益求精,完善激励机制,培育众多“中国工匠”,打造更多享誉世界的“中国品牌”,推动中国经济发展进入质量时代。

 

在去年的政府工作报告中,李克强明确:鼓励企业开展个性化定制、柔性化生产,培育精益求精的工匠精神,增品种、提品质、创品牌。

 

2016年12月8日,在北京召开的高技能人才座谈会上,国务院副总理马凯指出,高技能人才是我国人才队伍的重要组成部分,是工人队伍的核心骨干和优秀代表,是创新技术技能、创造社会财富的重要力量,在推动技术创新、经济发展和社会进步中发挥着重要作用。




实惠  中央明确提高技术工人待遇

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2016年3月17日,“十三五”规划纲要正式公布;3月21日,《关于深化人才发展体制机制改革的意见》(以下简称《意见》)公布。纲要和《意见》明确,要在薪酬、落户、培训等方面采取措施,提高技术工人待遇。

 

不断提高经济待遇

 
纲要指出,要健全高技能人才薪酬体系,提高技术工人待遇。


同时,《意见》中也有类似表述:“不断提高技术技能人才经济待遇和社会地位。”

 

制定专门激励办法

 
纲要明确,保障人才以技能要素参与利益分配,以市场价值回报人才价值,强化对人才的物质和精神激励。

 
而《意见》则提出了具体措施,要研究制定技术技能人才激励办法,探索建立企业首席技师制度,试行年薪制和股权制、期权制。

 

落户大城市不是梦

 
纲要提出,省会及以下城市要全面放开对高校毕业生、技术工人、职业院校毕业生、留学归国人员的落户限制。


同时,纲要也要求推广专业技术职称、技能等级等同大城市落户挂钩做法。





支持  大力发展技工教育
 

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人社部副部长汤涛在15日召开的会议上要求:


要大力发展技工教育,提供技能人才支撑;


把深化校企合作作为提升技工院校核心竞争力的重要举措,继续强化招生工作,依托技工院校大力开展职业培训;


在研究制定提高技能人才待遇等相关政策措施时,要充分考虑技工院校的政策需求,开展企业新型学徒制、职业训练院、职业培训包等改革试点时,要把技工院校作为“试验田”;


进一步完善条件保障,完善生均拨款政策,落实各项建设项目,实施好高技能人才振兴计划。




2016年12月印发的《技工教育“十三五”规划》则明确:


把培育工匠精神作为技工院校重点教学内容,贯穿技工教育全过程;


坚持高端引领,提出大力发展技师学院、实施技工教育高端引领计划,着力培养大国工匠;


首次明确技工院校中级工班、高级工班、预备技师(技师)班毕业生分别按相当于中专、大专、本科学历落实相关待遇;


明确技工院校比照同层次职业院校标准落实经费。
 
 
 
 
 
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各种焊接技术知识汇总

智能制造类 苏州工业仿真 2016-11-20 18:07 发表了文章 来自相关话题

一、焊接的介绍
 
焊接:通常是指金属的焊接。是通过加热或加压,或两者同时并用,使两个分离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成形方法。

分类:根据焊接过程中加热程度和工艺特点的不同,焊接方法可以分为三大类。

 (1)熔焊 。将工件焊接处局部加热到熔化状态,形成熔池(通常还加入填充金属),冷却结晶后形成焊缝,被焊工件结合为不可分离的整体。常见的熔焊方法有气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。

(2)压焊。在焊接过程中无论加热与否,均需要加压的焊接方法。常见的压焊有电阻焊、摩擦焊、冷压焊、扩散焊、爆炸焊等。

 (3)钎焊 。采用熔点低于被焊金属的钎料(填充金属)熔化之后,填充接头间隙,并与被焊金属相互扩散实现连接。钎焊过程中被焊工件不熔化,且一般没有塑性变形。

焊接生产的特点:


(1)节省金属材料,结构重量轻。


(2)以小拼大、化大为小,制造重型、复杂的机器零部件,简化铸造、锻造及切削加工工艺,获得最佳技术经济效果。

(3)焊接接头具有良好的力学性能和密封性。

(4)能够制造双金属结构,使材料的性能得到充分利用。


应用:焊接技术在机器制造、造船工业、建筑工程、电力设备生产、航空及航天工业等应用十分广泛。


不足:焊接技术也还存在一些不足之处,如焊接结构不可拆卸,给维修带来不便;焊接结构中会存在焊接应力和变形;焊接接头的组织性能往往不均匀,并会产生焊接缺陷等。



二、各种焊接技术介绍
 
一、电弧焊


电弧:一种强烈而持久的气体放电现象,正负电极间具有一定的电压,而且两电极间的气体介质应处在电离状态。引燃焊接电弧时


通常是将两电极(一极为工件,另一极为填充金属丝或焊条)接通电源,短暂接触并迅速分离,两极相互接触时发生短路,形成电弧。这种方式称为接触引弧。电弧形成后,只要电源保持两极之间一定的电位差,即可维持电弧的燃烧。


电弧特点:电压低、电流大、温度高、能量密度大、移动性好等,一般20~30V的电压即可维持电弧的稳定燃烧,而电弧中的电流可以从几十安培到几千安培以满足不同工件的焊接要求,电弧的温度可达5000K以上,可以熔化各种金属。

电弧组成:阴极区、阳极区、弧柱区三部分,

弧焊电源:焊接电弧所使用的电源称为弧焊电源,通常可分为四大类:交流弧焊电源、直流弧焊电源、脉冲弧焊电源和逆变弧焊电源。

直流正接:采用直流焊机当工件接阳极,焊条接阴极时,称为直流正接,此时工件受热较大,适合焊接厚大工件;


直流反接:当工件接阴极,焊条接阳极时,称为直流反接,此时工件受热较小,适合焊接薄小工件。采用交流焊机焊接时,因两极极性不断交替变化,故不存在正接或反接问题。

焊接冶金过程

在电弧焊过程中,液态金属、熔渣和气体三者相互作用,是金属再冶炼的过程。但由于焊接条件的特殊性,焊接化学冶金过程又有着与一般冶炼过程不同的特点。

首先,焊接冶金温度高,相界大,反应速度快,当电弧中有空气侵入时,液态金属会发生强烈的氧化、氮化反应,还有大量金属蒸发

而空气中的水分以及工件和焊接材料中的油、锈、水在电弧高温下分解出的氢原子可溶入液态金属中,导致接头塑性和韧度降低(氢脆),以至产生裂纹。

其次,焊接熔池小,冷却快,使各种冶金反应难以达到平衡状态,焊缝中化学成分不均匀,且熔池中气体、氧化物等来不及浮出,容易形成气孔、夹渣等缺陷,甚至产生裂纹。

为了保证焊缝的质量,在电弧焊过程中通常会采取以下措施:

(1)在焊接过程中,对熔化金属进行机械保护,使之与空气隔开。保护方式有三种:气体保护、熔渣保护和气-渣联合保护。

(2)对焊接熔池进行冶金处理,主要通过在焊接材料(焊条药皮、焊丝、焊剂)中加入一定量的脱氧剂(主要是锰铁和硅铁)和一定量的合金元素,在焊接过程中排除熔池中的FeO,同时补偿合金元素的烧损。


常用电弧焊方法:
 
1、手弧焊







手弧焊是各种电弧焊方法中发展最早、目前仍然应用最广的一种焊接方法。它是以外部涂有涂料的焊条作电极和填充金属,电弧是在焊条的端部和被焊工件表面之间燃烧。


涂料在电弧热作用下一方面可以产生气体以保护电弧,另一方面可以产生熔渣覆盖在熔池表面,防止熔化金属与周围气体的相互作用。

熔渣的更重要作用是与熔化金属产生物理化学反应或添加合金元素,改善焊缝金属能。 手弧焊设备简单、轻便,操作灵活。

可以应用于维修及装配中的短缝的焊接,特别是可以用于难以达到的部位的焊接。手弧焊配用相应的焊条可适用于大多数工业用碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍及其合金。


2、埋弧焊 Submerged Metal Arc Welding (SMAW)







埋弧焊是以颗粒状焊剂为保护介质,电弧掩藏在焊剂层下的一种熔化极电  焊接方法。埋弧焊的施焊过程由三个环节组成:


1在焊件待焊接缝处均匀堆敷足够的颗粒状焊剂;


2 导电嘴和焊件分别接通焊接电源两级以产生焊接电弧;


3 自动送进焊丝并移动电弧实施焊接。


埋弧焊的主要特点如下:


1、电弧性能独特


(1)焊缝质量高熔渣隔绝空气保护效果好,电弧区主要成分为CO2,焊缝金属中含氮量、含氧量大大降低,焊接参数自动调节,电弧行走机械化,熔池存在时间长,冶金反应充分 ,抗风能力强,所以焊缝成分稳定,力学性能好;


(2)劳动条件好 熔渣隔离弧光有利于焊接操作;机械化行走,劳动强度较低。


2、弧柱电场强度较高 
 
比之熔化极气体保护焊有如下特点:


(1)设备调节性能好,由于电场强度较高,自动调节系统的灵敏度较高,使焊接过程的稳定性提高;


(2)焊接电流下限较高。


3、生产效率高
 
由于焊丝导电长度缩短,电流和电流密度显著提高,使电弧的熔透能力和焊丝的熔敷速率大大提高;又由于焊剂和熔渣的隔热作用,总的热效率大大增加,使焊接速度大大提高。


冶金反应:焊剂参与冶金反应,Si 、Mn被还原,C部分烧毁,限制杂质S、P去H,防止产生氢气孔。


熔滴过渡:渣壁过渡


电源:直流电源用于小电流情况,等速送丝,自身电弧调节;大电流一般用交流电源,变速送丝(SAW焊丝一般较粗),弧压反馈电弧调节  焊接材料:焊丝和焊剂。焊丝和焊剂的选配必须保证获得高质量的焊接接头,同时又要尽可能减低成本,还要注意适用的电流种类和极性。


适用范围:由于埋弧焊熔深大、生产率高、机械操作的程度高,因而适于焊接中厚板结构的长焊缝。


在造船、锅炉与压力容器、桥梁、超重机械、核电站结构、海洋结构、武器等制造部门有着广泛的应用,是当今焊接生产中最普遍使用的焊接方法之一。


埋弧焊除了用于金属结构中构件的连接外,还可在基体金属表面堆焊耐磨或耐腐蚀的合金层。 随着焊接冶金技术与焊接材料生产技术的发展,埋弧焊能焊的材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等以及某些有色金属,


如镍基合金、钛合金、铜合金等。由于自己的特点,其应用也有一定的局限性,主要为:(1)焊接位置的限制,由于焊剂保持的原因,如不采用特殊措施,埋弧焊主要用于水平俯位置焊缝焊接,而不能用于横、立、仰焊;


(2)焊接材料的局限,不能焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金,主要用于焊接黑色金属;


(3)只适合于长焊缝焊接切,且不能焊接空间位置有限的焊缝;


(4)不能直接观察电弧;


(5)不适用于薄板、小电流焊。

4 、钨极气体保护电弧焊











这是一种不熔化极气体保护电弧焊,是利用钨极和工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝的。焊接过程中钨极不熔化,只起电极的作用。同时由焊炬的喷嘴送进氩气或氦气作保护。

还可根据需要另外添加金属。在国际上通称为TIG焊。 钨极气体保护电弧焊由于能很好地控制热输入,所以它是连接薄板金属和打底焊的一种极好方法。


这种方法几乎可以用于所有金属的连接,尤其适用于焊接铝、镁这些能形成难熔氧化物的金属以及象钛和锆这些活泼金属。这种焊接方法的焊缝质量高,但与其它电弧焊相比,其焊接速度较慢。

4、熔化极气体保护电弧焊(GMAG)






(GMAG)属于用电弧作为热源的熔化焊方法,其电弧建立在连续送进的焊丝与熔池之间熔化的焊丝金属与母材金属混合而成的熔池在电弧热源移走后结晶形成焊缝并把分离的母材通过冶金方式连接起来。

CO2焊接的特点:

(1)在焊接电弧高温作用下CO2会分解成CO、O2和O,对电弧具有叫强烈的压缩作用,从而导致该焊接方法的电弧形态具有弧柱直径较小,

弧跟面积小且往往难于覆盖焊丝端部全部熔滴的特点,因此熔滴受到的过渡阻力(斑点力)较大而使熔滴粗化,过渡路径轴向性变差,飞溅率大;


(2)对焊接区保护良好,CO2的密度是常用保护气体中最大的,加上CO2气体受热分解后,体积增大,因此保护较好;


(3)能量相对集中,熔透能力较大;


(4)生产成本低,节约电能。


(5)工艺和技术上还具有焊接区可见度好,便于观察、操作;焊接热影响区和焊接变形较小;熔池体积较小结晶速度较快,全位置焊接性能良好;对锈污敏感度低的优点。






冶金特性:

(1)、合金元素的氧化CO2焊时,在电弧高温作用下,CO2会分解成CO、O2和O,在焊接条件下,CO不溶于金属,也不参与反应,而CO2和O都有强烈的氧化性,使Fe及其它合金元素氧化。

(2)、脱氧及焊缝金属的合金化?通常在焊丝中加入一定量的脱氧剂进行脱氧,此外,剩余的脱氧剂作为合金元素留在焊缝中,以弥补氧化烧损损失并保证焊缝的化学成分要求。


熔滴过渡:

(1)、短路过渡(短弧、细丝、小电流)适用于薄板全位置焊接;

(2)、细颗粒过渡,粗丝、长弧、大电流焊接;

(3)、潜弧射滴过渡(很少用)。

电源:平特性电源(单旋钮调节)、直流反接、等速送丝焊接材料:CO2气体和焊丝

适用范围:目前CO2气体保护焊广泛应用于机车制造、船舶制造、汽车制造、采煤机械制造等领域。适用于焊接低碳钢、低合金钢、低合金高强钢,但是不适合于焊接有色金属、不锈钢。尽管有资料显示CO2气体保护焊可以用于不锈钢的焊接,但不是焊接不锈钢的首选。


5、等离子弧焊






助水冷喷嘴等措施,可以使电弧的弧柱区横截面积减小,电弧的温度、能量密度、等离子的流速都显著提高,这种用外部拘束使弧柱受到压缩的电弧称为等离子弧。

等离子弧是电弧的一种特殊形式,是一种具有高能量密度的电弧,仍然是气体导电现象。等离子弧焊接是利用等离子弧的热量加热&熔化工件和母材实现焊接的方法。

分类:穿孔型等离子弧焊和微束等离子弧焊。


穿孔型等离子弧:焊接电流在100~300A,接头无需开坡口,不要留间隙。焊接时,等离子弧可以将焊件完全熔透并形成一个小通孔,熔化金属被排挤在小孔的周围,电弧移动,小孔随之移动,并在后方形成焊缝,从而实现单面焊双面一次成形。这种方法可以焊接的板厚上限为:碳钢7mm,不锈钢10mm。







微束等离子弧:焊接电流为0.1~30A,焊接厚度为0.025~2.5mm。此外,还有适用于铜及铜合金焊接的熔入型等离子弧焊,

可用于厚板深熔焊或薄板高速焊以及堆焊的熔化极等离子弧焊,可解决铝合金等离子弧焊的交流(变极性)等离子弧焊等工艺方法。等离子弧焊的主要工艺参数有焊接电流、焊接速度、保护气流量、离子气流量、焊枪喷嘴结构与孔径等。






等离子弧切割:利用等离子弧的高温高速弧流使切口的金属局部熔化以致蒸发,并借助高速气流或水流将熔化的材料吹离基体形成切口的切割方法。

特点:

(1)等离子弧能量密度大,弧柱温度高,穿透能力强,10~12mm厚度钢材可不开坡口,能一次焊透双面成形,焊接速度快,生产率高,应力变形小。

(2)焊缝截面成酒杯状,无指状熔深问题。

(3)电弧挺直性好,受弧长波动的影响,熔池的波动小。

(4)电弧稳定0.1A,仍具有较平的静特性,配用恒流源,可很好的进行薄板的焊接(0.1mm)。

(5)钨极内缩,防止焊缝夹钨

(6)采用小孔焊接技术,实现单面焊双面成形。

(7)设备比较复杂,气体耗量大,只宜于室内焊接。焊枪的可达性比TIG差。

(8)电弧直径小,需要焊枪轴线与焊缝中线更准确地对中。

冶金反应:单一,只有蒸发

电源:陡降电源、直流正接;焊接铝镁时用交流、陡降电源、需引弧、稳弧措施。焊接材料:保护气体、钨极

适用范围:广泛用于工业生产,特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接,如钛合金的导弹壳体,飞机上的一些薄壁容器等。


6 、管状焊丝电弧焊


管状焊丝电弧焊也是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧为热源来进行焊接的,可以认为是熔化极气体保护焊的一种类型。

所使用的焊丝是管状焊丝,管内装有各种组分的焊剂。焊接时,外加保护气体,主要是CO2。焊剂受热分解或熔化,起着造渣保护溶池、渗合金及稳弧等作用。 

管状焊丝电弧焊除具有上述熔化极气体保护电弧焊的优点外,由于管内焊剂的作用,使之在冶金上更具优点。

管状焊丝电弧焊可以应用于大多数黑色金属各种接头的焊接。管状焊丝电弧焊在一些工业先进国家已得到广泛应用。 “管状焊丝”即现在所说的“药芯焊丝”



二、熔焊
 
1、气焊






气焊:利用可燃气体在氧气中燃烧时所产生的热量,将母材焊接处熔化而实现连接的一种熔焊方法。气焊是用气体火焰为热源的一种焊接方法。应用最多的是以乙炔气作燃料的氧-乙炔火焰。

由于设备简单操作方便,但气焊加热速度及生产率较低,热影响区较大,且容易引起较大的变形。 气焊可用于很多黑色金属、有色金属及合金的焊接。






可燃气:乙炔、液化石油气等。以乙炔为例,其在氧气中燃烧时的火焰温度可达3200℃。氧乙炔火焰有三种:

①中性焰:氧气与乙炔体积混合比为1~1.2,乙炔充分燃烧,适合焊接碳钢和非铁合金。

②碳性焰:氧气和乙炔体积混合比小于1,乙炔过剩,适用于焊接高碳钢、铸铁和高速钢。

③氧化焰:氧气与乙炔体积混合比大于1.2,氧气过剩,适用于黄铜和青铜的钎焊。

气焊火焰温度低,加热速度慢,加热区域宽,焊接热影响区宽,焊接变形大,且焊接过程中,熔化金属受到的保护差,焊接质量不易保证,因而其应用已很少。

但气焊又具有无需电源、设备简单、费用低、移动方便、通用性强等特点,因而在无电源场合和野外工作时有实用价值。目前,主要用于薄钢板(厚度0.5~3mm)、铜及铜合金的焊接和铸铁的补焊。


2、气压焊







气压焊和气焊一样,气压焊也是以气体火焰为热源。焊接时将两对接的工件的端部加热到一定温度,后再施加足够的压力以获得牢固的接头。是一种固相焊接。 气压焊时不加填充金属,常用于铁轨焊接和钢筋焊接。

3、电渣焊







电渣焊是以熔渣的电阻热为能源的焊接方法。焊接过程是在立焊位置、在由两工件端面与两侧水冷铜滑块形成的装配间隙内进行。焊接时利用电流通过熔渣产生的电阻热将工件端部熔化。 根据焊接时所用的电极形状,电渣焊分为丝极电渣焊、板极电渣焊和熔嘴电渣焊。

电渣焊的特点 :在电渣焊的焊接过程中,除开始阶段有一电弧过程外,其余均为稳定的电渣过程,与埋弧焊有本质区别。

电渣焊的优点是:可焊的工件厚度大(从30mm到大于1000mm),生产率高。主要用于在断面对接接头及丁字接头的焊接。 电渣焊可用于各种钢结构的焊接,也可用于铸件的组焊。电渣焊接头由于加热及冷却均较慢,热影响区宽、显微组织粗大、韧、因此焊接以后一般须进行正火处理。


电渣焊的局限性:


(1)由于焊接熔池大,加热和冷却缓慢,在焊缝及热影响区容易过热形成粗大组织,因此电渣焊通常焊后用正火处理消除接头中的粗晶。


(2)电渣焊总是以立焊方式进行,不能平焊,电渣焊不适于厚度在30mm以下的工件,焊缝也不宜过长。


电渣焊的分类及应用


电渣焊的分类:丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊和管极电渣焊等。

丝极电渣焊是最常用的电渣焊方法,它采用焊丝作电极,根据焊件厚度的不同,可采用一根或多根焊丝,单丝焊能够焊接的焊件厚度为40~60mm,当焊件厚度大于60mm时,焊丝要作横向摆动;三丝摆动可以焊接450mm厚的焊件。

丝极电渣焊主要用于焊接厚度为40~450mm的焊件及较长焊缝的焊件,也可用于大型焊件的环焊缝。

应用:主要用于重型机械制造业中,制造锻-焊结构件和铸-焊结构件,如重型机床的机座、高压锅炉等,焊件厚度一般为40~450mm,材料为碳钢、低合金钢、不锈钢等。

4、电子束焊






电子束焊是以集中的高速电子束轰击工件表面时所产生的热能进行焊接的方法。 电子束焊接时,由电子枪产生电子束并加速。常用的电子束焊有:高真空电子束焊、低真空电子束焊和非真空电子束焊。


前两种方法都是在真空室内进行。焊接准备时间 (主要是抽真空时间)较长,工件尺寸受真空室大小限制。 电子束焊与电弧焊相比,主要的特点是焊缝熔深大、熔宽小、焊缝金属纯度高。

它既可以用在很薄材料的精密焊接,又可以用在很厚的(最厚达300mm)构件焊接。所有用其它焊接方法能进行熔化焊的金属及合金都可以用电子束焊接。主要用于要求高质量的产品的焊接。还能解决异种金属、易氧化金属及难熔金属的焊接。但不适于大批量产品。

电子束焊机:核心是电子枪,它是完成电子的产生、电子束的形成和会聚的装置,主要由灯丝、阴极、阳极、聚焦线圈等组成。

灯丝通电升温并加热阴极,当阴极达到2400K左右时即发射电子,在阴极和阳极之间的高压电场作用下,电子被加速(约为1/2光速),


穿过阳极孔射出,然后经聚焦线圈,会聚成直径为0.8~3.2mm的电子束射向焊件,并在焊件表面将动能转化为热能,使焊件连接处迅速熔化,经冷却结晶后形成焊缝。


根据焊接工作室(焊件放置处)的真空度不同,电子束焊的分类:

(1)高真空电子束焊 。工作室与电子枪同在一室,真空度为10-2~10-1Pa,适用于难熔、活性、高纯金属及小零件的精密焊接。


(2)低真空电子束焊 。工作室与电子枪被分为两个真空室,工作室的真空度为10-1~15Pa,适用于较大型的结构件,和对氧、氮不太敏感的难熔金属。


(3)非真空电子束焊 。需另加惰性气体保护罩或喷嘴,焊件与电子束流出口的距离应控制在10mm左右,以减少电子束与气体分子碰撞造成的散射。非真空电子束焊适用于碳钢、低合金钢、不锈钢、难熔金属及铜、铝合金等的焊接,焊件尺寸不受限制。


真空电子束焊的优点:

(1)电子束能量密度大,最高可达5×108W/cm2,约为普通电弧的5000~10000倍,热量集中,热效率高,热影响区小,焊缝窄而深,焊接变形极小。


(2)在真空环境下焊接,金属不与气相作用,接头强度高。


(3)电子束焦点半径可调节范围大,控制灵活,适应性强,可焊接0.05mm的薄件,也可焊接200~700mm的厚板。


应用:特别适合焊接一些难熔金属、活性或高纯度金属以及热敏感性强的金属。但设备复杂,成本高,焊件尺寸受真空室限制,装配精度要求高,且易激发X射线,焊接辅助时间长,生产率低,这些弱点都限制了电子束焊的广泛应用。

5、激光焊







激光焊是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接。这种焊接方法通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。

激光焊优点是不需要在真空中进行,缺点则是穿透力不如电子束焊强。激光焊时能进行精确的能量控制,因而可以实现精密微型器件的焊接。它能应用于很多金属,特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。


激光的产生:物质受激励后,产生的波长、频率、方向完全相同的光束。

激光的特点:具有单色性好、方向性好、能量密度高的特点,激光经透射或反射镜聚焦后,可获得直径小于0.01mm、功率密度高达1013W/cm2的能束,可以作为焊接、切割、钻孔及表面处理的热源。


产生激光的物质有固体、半导体、液体、气体等,其中用于焊接、切割等工业加工的主要是钇铝石榴石(YAG)固体激光和CO2气体激光。

激光焊的主要优点是:


(1)激光可通过光导纤维、棱镜等光学方法弯曲传输,适用于微型零部件及其它焊接方法难以达到的部位的焊接,还能通过透明材料进行焊接。

(2)能量密度高,可实现高速焊接,热影响区和焊接变形都很小,特别适用于热敏感材料的焊接。

(3)激光不受电磁场的影响,不产生X射线,无需真空保护,可以用于大型结构的焊接。

(4)可直接焊接绝缘导体,而不必预先剥掉绝缘层;也能焊接物理性能差别较大的异种材料。

激光焊的主要缺点是:设备昂贵,能量转化率低(5%~20%),对焊件接口加工、组装、定位要求均很高,目前主要用于电子工业和仪表工业中的微型器件的焊接,以及硅钢片、镀锌钢板等的焊接。


三、压焊
 
1、电阻焊







这是以电阻热为能源的一类焊接方法,包括以熔渣电阻热为能源的电渣焊和以固体电阻热为能源的电阻焊。

由于电渣焊更具有独特的特点,故放在后面介绍。这里主要介绍几种固体电阻热为能源的电阻焊,主要有点焊、缝焊、凸焊及对焊等。 


电阻焊一般是使工件处在一定电极压力作用下并利用电流通过工件时所产生的电阻热将两工件之间的接触表面熔化而实现连接的焊接方法。


通常使用较大的电流。为了防止在接触面上发生电弧并且为了锻压焊缝金属,焊接过程中始终要施加压力。 

进行这一类电阻焊时,被焊工件的表面善对于获得稳定的焊接质量是头等重要的。因此,焊前必须将电极与工件以及工件与工件间的接触表面进行清理。


优点:

1)熔核形成时,始终被塑性环包围,熔化金属与空气隔绝,冶金过程简单。

2)加热时间短、热量集中、故热影响区小,变形与应力也小,通常在焊后不必安排校正和热处理工序。

3)不需要焊丝、焊条等填充金属,以及氧、乙炔、氩等焊接材料,焊接成本低。

4)操作简单,易于实现机械化和自动化,改善了劳动条件。

5)生产率高,且无噪声及有害气体,在大批量生产中,可以和其他制造工序一起编到组装线上。但闪光对焊因有火花喷溅,需要隔离。


缺点:

1)目前还缺乏可靠的无损检测方法,焊接质量只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查,以及靠各种监控技术来保证。

2)点、缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重量,且因在两板间熔核周围形成夹角,致使接头的抗拉强度和疲劳强度较低。


3)设备功率大,机械化自动化程度较高,使设备成本较高、维修较困难,并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的正常运行。


适用范围:在汽车、飞机、仪器、家电、建筑用的钢筋、等行业有广泛应用,适用材料广泛,只是易氧化金属的电阻焊焊接性稍差。主要用于焊接厚度小于3mm的薄板组件。各类钢材、铝、镁等有色金属及其合金、不锈钢等均可焊接。


2、摩擦焊







摩擦焊是以机械能为能源的固相焊接。它是利用两表面间机械摩擦所产生的热来实现金属的连接的。 


摩擦焊的热量集中在接合面处,因此热影响区窄。两表面间须施加压力,多数情况是在加热终止时增大压力,使热态金属受顶锻而结合,一般结合面并不熔化。 

摩擦焊生产率较高,原理上几乎所有能进行热锻的金属都能摩擦焊接。摩擦焊还可以用于异种金属的焊接。 要适用于横断面为圆形的最大直径为100mm的工件。


利用焊件接触端面相互摩擦所产生的热,使端面达到热塑性状态,然后迅速施加顶锻力,实现焊接的一种固相压焊方法,







摩擦焊具有以下优点:


(1)焊接质量稳定,焊件尺寸精度高,接头废品率低于电阻对焊和闪光对焊。

(2)焊接生产率高,比闪光对焊高5~6倍。

(3)适于焊接异种金属,如碳素钢、低合金钢与不锈钢、高速钢之间的连接,铜-不锈钢、铜-铝、铝-钢、钢-锆等之间连接。

(4)加工费用低,省电,焊件无需特殊清理。


(5)易实现机械化和自动化,操作简单,焊接工作场地无火花,弧光及有害气体。

缺点:靠工件旋转实现,焊接非圆截面较困难。盘状工件及薄壁管件,由于不易夹持也很难焊接。受焊机主轴电机功率的限制,目前摩擦焊可焊接的最大截面为20000mm2。摩擦焊机一次性投资费用大,适于大批量生产。


应用:异种金属和异种钢产品,如电力工业中的铜-铝过渡接头,金属切削用的高速钢-结构钢刀具等;结构钢产品,如电站锅炉蛇形管、阀门、拖拉机轴瓦等。


4、扩散焊

扩散焊一般是以间接热能为能源的固相焊接方法。通常是在真空或保护气氛下进行。焊接时使两被焊工件的表面在高温和较大压力下接触并保温一定时间,以达到原子间距离,经过原子朴素相互扩散而结合。

焊前不仅需要清洗工件表面的氧化物等杂质,而且表面粗糙度要低于一定值才能保证焊接质量。

扩散焊在真空或保护气氛的保护下,在一定温度(低于母材的熔点)和压力条件下,使相互接触的平整光洁的待焊表面发生微观塑性流变后紧密接触,原子相互扩散,经过一段较长时间后,原始界面消失,达到完全冶金结合的焊接方法。

扩散焊具有以下优点:

(1)可以在几乎不损坏被焊材料性能的情况下,实现各类同种材料和异种材料间的焊接,可以用来制造双层或多层复合材料。

(2)能焊接结构复杂以及厚薄相差大的工件。


(3)接头成分、组织均匀,减小了应力腐蚀倾向。

(4)焊接变形小,接头精度高,可作为部件最后的组装连接方法。

(5)可与其它加工工艺同时进行(如真空热处理等),可同时完成多个接头的焊接,从而提高生产率。

不足:扩散焊对焊件表面加工及清理的要求高,焊接时间长、生产率低,成本高,设备投资大。

应用:熔点差别大或冶金上不相容的异种金属之间的焊接、金属与陶瓷的焊接和钛、镍、铝合金结构件的焊接。不仅应用于原子能、航空航天及电子工业等尖端技术领域,而且已推广至一般机械制造工业部门。


三、钎焊







钎焊的能源可以是化学反应热,也可以是间接热能。它是利用熔点比被焊材料的熔点低的金属作钎料,经过加热使钎料熔化,毛细管作用将钎料及入到接头接触面的间隙内,润湿被焊金属表面,使液相与固相之间互扩散而形成钎焊接头。因此,钎焊是一种固相兼液相的焊接方法。

1.钎焊的特点及应用

 钎焊采用熔点低于母材的合金作钎料,加热时钎料熔化,并靠润湿作用和毛细作用填满并保持在接头间隙内,而母材处于固态,依靠液态钎料和固态母材间的相互扩散形成钎焊接头。

钎焊对母材的物理化学性能影响小,焊接应力和变形较小,可焊接性能差别较大的异种金属,能同时完成多条焊缝,接头外表美观整齐,设备简单,生产投资小。但钎焊接头的强度较低,耐热能力差。


应用:硬质合金刀具、钻探钻头、自行车车架、换热器、导管及各类容器等;在微波波导、电子管和电子真空器件的制造中,钎焊甚至是唯一可能的连接方法。

2.钎料和钎剂 






    钎料是形成钎焊接头的填充金属,钎焊接头的质量在很大程度上取决钎料。钎料应该具有合适的熔点、良好的润湿性和填缝能力,能与母材相互扩散,还应具有一定的力学性能和物理化学性能,以满足接头的使用性能要求。按钎料熔点的不同,钎焊分为两大类:软钎焊与硬钎焊。

(1)软钎焊 。钎料熔点低于450℃的钎焊称为软钎焊,常用钎料是锡铅钎料,它具有良好的润湿性和导电性,广泛用于电子产品、电机电器和汽车配件。软钎焊的接头强度一般为60~140MPa。


(2)硬钎焊。 钎料熔点高于450℃的钎焊称为硬钎焊,常用钎料是黄铜钎料和银基钎料。用银基钎料的接头具有较高的强度、导电性和耐蚀性,钎料熔点较低、工艺性良好,但钎料价格较高,多用于要求较高的焊件,一般焊件多采用黄铜钎料。硬钎焊多用于受力较大的钢和铜合金工件,以及工具的钎焊。硬钎焊的接头强度为200~490MPa,


注意:母材的接触面应很干净,因此要用钎剂。钎剂的作用是去除母材和钎料表面的氧化物和油污杂质,保护钎料和母材接触面不被氧化,增加钎料的润湿性和毛细流动性。钎剂的熔点应低于钎料,钎剂残渣对母材和接头的腐蚀性应较小。软钎焊常用的钎剂是松香或氯化锌溶液,硬钎焊常用的钎剂是硼砂、硼酸和碱性氟化物的混合物。

根据热源或加热方法不同钎焊可分为:火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、浸沾钎焊、电阻钎焊等。 钎焊时由于加热温度比较低,故对工件材料的性能影响较小,焊件的应力变形也较小。但钎焊接头的强度一般比较低,耐热能力较差。


钎焊加热方法: 几乎所有的加热热源都可以用作钎焊热源,并依此将钎焊

分类。


火焰钎焊:用气体火焰进行加热,用于碳钢、不锈钢、硬质合金、铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金的硬钎焊。

感应钎焊:利用交变磁场在零件中产生感应电流的电阻热加热焊件,用于具有对称形状的焊件,特别是管轴类的钎焊。

浸沾钎焊:将焊件局部或整体浸入熔融盐混合物熔液或钎料熔液中,靠这些液体介质的热量来实现钎焊过程,其特点是加热迅速、温度均匀、焊件变形小。

炉中钎焊:利用电阻炉加热焊件,电阻炉可通过抽真空或采用还原性气体或惰性气体对焊件进行保护。

除此以外,还有烙铁钎焊、电阻钎焊、扩散钎焊、红外线钎焊、反应钎焊、电子束钎焊、激光钎焊等。


钎焊可以用于焊接碳钢、不锈钢、高温合金、铝、铜等金属材料,还可以连接异种金属、金属与非金属。适于焊接受载不大或常温下工作的接头,对于精密的、微型的以及复杂的多钎缝的焊件尤其适用。


四、其他焊接介绍

高频焊


高频焊是以固体电阻热为能源。焊接时利用高频电流在工件内产生的电阻热使工件焊接区表层加热到熔化或接近的塑*状态,随即施加(或不施加)顶锻力而实现金属的结合。因此它是一种固相电阻焊方法。 


高频焊根据高频电流在工件中产生热的方式可分为接触高频焊和感应高频焊。接触高频焊时,高频电流通过与工件机械接触而传入工件。


感应高频焊时,高频电流通过工件外部感应圈的耦合作用而在工件内产生感应电流。 高频焊是专业化较强的焊接方法,要根据产品配备专用设备。生产率高,焊接速度可达30m/min。主要用于制造管子时纵缝或螺旋缝的焊接。

爆炸焊

爆炸焊也是以化学反应热为能源的另一种固相焊接方法。但它是利用炸药爆炸所产生的能量来实现金属连接的。在爆炸波作用下,两件金属在不到一秒的时间内即可被加速撞击形成金属的结合。 


在各种焊接方法中,爆炸焊可以焊接的异种金属的组合的范围最广。可以用爆炸焊将冶金上不相容的两种金属焊成为各种过渡接头。爆炸焊多用于表面积相当大的平板包覆,是制造复合板的高效方法。


超声波焊

超声波焊也是一种以机械能为能源的固相焊接方法。进行超声波焊时,焊接工件在较低的静压力下,由声极发出的高频振动能使接合面产生强裂摩擦并加热到焊接温度而形成结合。

超声波焊可以用于大多数金属材料之间的焊接,能实现金属、异种金属及金属与非金属间的焊接。可适用于金属丝、箔或2~3mm以下的薄板金属接头的重复生产。


五、焊接新工艺、新技术简介
 
1、焊接机器人







焊接技术进步的突出的表现就是焊接过程由机械化向自动化、智能化和信息化发展。智能焊接机器人的应用,是焊接过程高度自动化的重要标志。焊接机器人突破了焊接自动化的传统方式,使小批量自动化生产成为可能。


焊接机器人大多为固定位置的手臂式机械,有示教型和智能型两种。

示教型机器人:通过示教,记忆焊接轨迹及焊接参数,并严格按照示教程序完成产品的焊接。只需一次示教,机器人便可以精确地再现示教的每一步操作。

这类焊接机器人的应用较为广泛,适宜于大批量生产,用于流水线的固定工位上,其功能主要是示教再现,对环境变化的应变能力较差。对于大型结构在工地上的小批量生产没有用武之地。


智能型机器人:可以根据简单的控制指令自动确定焊缝的起点、空间轨迹及有关参数,并能根据实际情况自动跟踪焊缝轨迹、调整焊炬姿态、调整焊接参数、控制焊接质量。

这是最先进的焊接机器人,具有灵巧、轻便、容易移动等特点,能适应不同结构、不同地点的焊接任务,目前实际应用很少,尚处在研究开发阶段。

焊接机器人中,点焊机器人占50%~60%,它由机器人本体、点焊系统和控制系统三大部分组成。机器人本体的自由度为1~5个,控制系统分本体控制和焊接部分控制。

焊接系统主要包括:焊接控制器、焊钳和水、电气等辅助部分(水下焊接)。

2、计算机软件的应用

计算机软件系统在焊接领域中的应用主要有以下几个方面:

1.计算机模拟技术 包括模拟焊接热过程、焊接冶金过程、焊接应力和变形等。焊接是一个涉及到电弧物理、传热、冶金和力学等学科的复杂过程。


一旦焊接中的各个过程都实现了计算机模拟,就能够通过计算机系统来确定焊接各种结构和各种材料时的最佳设计方案、工艺方法和焊接参数。


传统上,焊接工艺总是要通过一系列的实验或根据经验来确定,以获得可靠而经济的焊接结构,计算机模拟只要通过少量验证试验证明数值方法在处理某一问题上的适用性,大量筛选工作即可由计算机完成,省去了大量的试验工作,从而大大节约了人力、物力和时间,


在新的工程结构及新材料的焊接方面具有很重要的意义。计算机模拟技术的水平还决定了自动化焊接的范围。此外,计算机模拟还广泛用于分析焊接结构和接头的强度和性能等问题。

2.数据库技术与专家系统
 
 用于焊接工艺设计和工艺参数的选择、焊接缺陷诊断、焊接成本预算、实时监控、焊接CAD、焊工考试等。

数据库技术目前已经渗透到焊接领域的各个方面,从原材料、焊接试验、焊接工艺到焊接生产。

典型的数据库系统有焊接工艺评定、焊接工艺规程、焊工档案管理、焊接材料、材料成分和性能、焊接性、焊接CCT图管理和焊接标准咨询系统等。这些数据库系统为焊接领域内各种数据和信息管理提供了有利条件。


焊接专家系统主要集中在工艺制定、缺陷预测和诊断、计算机辅助设计等方面。现有的焊接专家系统中,工艺选择和工艺制定是最主要的应用领域,焊接过程的实时控制是重要的发展方向。

3.计算机辅助质量控制技术(CAQ)
 
 用于对产品的数据分析、焊接质量的实时监测等。

另外,计算机辅助设计/制造(CAD/CAM)在焊接加工中的应用也日益增加,主要用于数控切割、焊接结构设计和焊接机器人中。
 
 
 
 
来源:1号机器人

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一、焊接的介绍
 
焊接:通常是指金属的焊接。是通过加热或加压,或两者同时并用,使两个分离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成形方法。

分类:根据焊接过程中加热程度和工艺特点的不同,焊接方法可以分为三大类。

 (1)熔焊 。将工件焊接处局部加热到熔化状态,形成熔池(通常还加入填充金属),冷却结晶后形成焊缝,被焊工件结合为不可分离的整体。常见的熔焊方法有气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。

(2)压焊。在焊接过程中无论加热与否,均需要加压的焊接方法。常见的压焊有电阻焊、摩擦焊、冷压焊、扩散焊、爆炸焊等。

 (3)钎焊 。采用熔点低于被焊金属的钎料(填充金属)熔化之后,填充接头间隙,并与被焊金属相互扩散实现连接。钎焊过程中被焊工件不熔化,且一般没有塑性变形。

焊接生产的特点:


(1)节省金属材料,结构重量轻。


(2)以小拼大、化大为小,制造重型、复杂的机器零部件,简化铸造、锻造及切削加工工艺,获得最佳技术经济效果。

(3)焊接接头具有良好的力学性能和密封性。

(4)能够制造双金属结构,使材料的性能得到充分利用。


应用:焊接技术在机器制造、造船工业、建筑工程、电力设备生产、航空及航天工业等应用十分广泛。


不足:焊接技术也还存在一些不足之处,如焊接结构不可拆卸,给维修带来不便;焊接结构中会存在焊接应力和变形;焊接接头的组织性能往往不均匀,并会产生焊接缺陷等。



二、各种焊接技术介绍
 
一、电弧焊


电弧:一种强烈而持久的气体放电现象,正负电极间具有一定的电压,而且两电极间的气体介质应处在电离状态。引燃焊接电弧时


通常是将两电极(一极为工件,另一极为填充金属丝或焊条)接通电源,短暂接触并迅速分离,两极相互接触时发生短路,形成电弧。这种方式称为接触引弧。电弧形成后,只要电源保持两极之间一定的电位差,即可维持电弧的燃烧。


电弧特点:电压低、电流大、温度高、能量密度大、移动性好等,一般20~30V的电压即可维持电弧的稳定燃烧,而电弧中的电流可以从几十安培到几千安培以满足不同工件的焊接要求,电弧的温度可达5000K以上,可以熔化各种金属。

电弧组成:阴极区、阳极区、弧柱区三部分,

弧焊电源:焊接电弧所使用的电源称为弧焊电源,通常可分为四大类:交流弧焊电源、直流弧焊电源、脉冲弧焊电源和逆变弧焊电源。

直流正接:采用直流焊机当工件接阳极,焊条接阴极时,称为直流正接,此时工件受热较大,适合焊接厚大工件;


直流反接:当工件接阴极,焊条接阳极时,称为直流反接,此时工件受热较小,适合焊接薄小工件。采用交流焊机焊接时,因两极极性不断交替变化,故不存在正接或反接问题。

焊接冶金过程

在电弧焊过程中,液态金属、熔渣和气体三者相互作用,是金属再冶炼的过程。但由于焊接条件的特殊性,焊接化学冶金过程又有着与一般冶炼过程不同的特点。

首先,焊接冶金温度高,相界大,反应速度快,当电弧中有空气侵入时,液态金属会发生强烈的氧化、氮化反应,还有大量金属蒸发

而空气中的水分以及工件和焊接材料中的油、锈、水在电弧高温下分解出的氢原子可溶入液态金属中,导致接头塑性和韧度降低(氢脆),以至产生裂纹。

其次,焊接熔池小,冷却快,使各种冶金反应难以达到平衡状态,焊缝中化学成分不均匀,且熔池中气体、氧化物等来不及浮出,容易形成气孔、夹渣等缺陷,甚至产生裂纹。

为了保证焊缝的质量,在电弧焊过程中通常会采取以下措施:

(1)在焊接过程中,对熔化金属进行机械保护,使之与空气隔开。保护方式有三种:气体保护、熔渣保护和气-渣联合保护。

(2)对焊接熔池进行冶金处理,主要通过在焊接材料(焊条药皮、焊丝、焊剂)中加入一定量的脱氧剂(主要是锰铁和硅铁)和一定量的合金元素,在焊接过程中排除熔池中的FeO,同时补偿合金元素的烧损。


常用电弧焊方法:
 
1、手弧焊


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手弧焊是各种电弧焊方法中发展最早、目前仍然应用最广的一种焊接方法。它是以外部涂有涂料的焊条作电极和填充金属,电弧是在焊条的端部和被焊工件表面之间燃烧。


涂料在电弧热作用下一方面可以产生气体以保护电弧,另一方面可以产生熔渣覆盖在熔池表面,防止熔化金属与周围气体的相互作用。

熔渣的更重要作用是与熔化金属产生物理化学反应或添加合金元素,改善焊缝金属能。 手弧焊设备简单、轻便,操作灵活。

可以应用于维修及装配中的短缝的焊接,特别是可以用于难以达到的部位的焊接。手弧焊配用相应的焊条可适用于大多数工业用碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍及其合金。


2、埋弧焊 Submerged Metal Arc Welding (SMAW)

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埋弧焊是以颗粒状焊剂为保护介质,电弧掩藏在焊剂层下的一种熔化极电  焊接方法。埋弧焊的施焊过程由三个环节组成:


1在焊件待焊接缝处均匀堆敷足够的颗粒状焊剂;


2 导电嘴和焊件分别接通焊接电源两级以产生焊接电弧;


3 自动送进焊丝并移动电弧实施焊接。


埋弧焊的主要特点如下:


1、电弧性能独特


(1)焊缝质量高熔渣隔绝空气保护效果好,电弧区主要成分为CO2,焊缝金属中含氮量、含氧量大大降低,焊接参数自动调节,电弧行走机械化,熔池存在时间长,冶金反应充分 ,抗风能力强,所以焊缝成分稳定,力学性能好;


(2)劳动条件好 熔渣隔离弧光有利于焊接操作;机械化行走,劳动强度较低。


2、弧柱电场强度较高 
 
比之熔化极气体保护焊有如下特点:


(1)设备调节性能好,由于电场强度较高,自动调节系统的灵敏度较高,使焊接过程的稳定性提高;


(2)焊接电流下限较高。


3、生产效率高
 
由于焊丝导电长度缩短,电流和电流密度显著提高,使电弧的熔透能力和焊丝的熔敷速率大大提高;又由于焊剂和熔渣的隔热作用,总的热效率大大增加,使焊接速度大大提高。


冶金反应:焊剂参与冶金反应,Si 、Mn被还原,C部分烧毁,限制杂质S、P去H,防止产生氢气孔。


熔滴过渡:渣壁过渡


电源:直流电源用于小电流情况,等速送丝,自身电弧调节;大电流一般用交流电源,变速送丝(SAW焊丝一般较粗),弧压反馈电弧调节  焊接材料:焊丝和焊剂。焊丝和焊剂的选配必须保证获得高质量的焊接接头,同时又要尽可能减低成本,还要注意适用的电流种类和极性。


适用范围:由于埋弧焊熔深大、生产率高、机械操作的程度高,因而适于焊接中厚板结构的长焊缝。


在造船、锅炉与压力容器、桥梁、超重机械、核电站结构、海洋结构、武器等制造部门有着广泛的应用,是当今焊接生产中最普遍使用的焊接方法之一。


埋弧焊除了用于金属结构中构件的连接外,还可在基体金属表面堆焊耐磨或耐腐蚀的合金层。 随着焊接冶金技术与焊接材料生产技术的发展,埋弧焊能焊的材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等以及某些有色金属,


如镍基合金、钛合金、铜合金等。由于自己的特点,其应用也有一定的局限性,主要为:(1)焊接位置的限制,由于焊剂保持的原因,如不采用特殊措施,埋弧焊主要用于水平俯位置焊缝焊接,而不能用于横、立、仰焊;


(2)焊接材料的局限,不能焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金,主要用于焊接黑色金属;


(3)只适合于长焊缝焊接切,且不能焊接空间位置有限的焊缝;


(4)不能直接观察电弧;


(5)不适用于薄板、小电流焊。

4 、钨极气体保护电弧焊

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这是一种不熔化极气体保护电弧焊,是利用钨极和工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝的。焊接过程中钨极不熔化,只起电极的作用。同时由焊炬的喷嘴送进氩气或氦气作保护。

还可根据需要另外添加金属。在国际上通称为TIG焊。 钨极气体保护电弧焊由于能很好地控制热输入,所以它是连接薄板金属和打底焊的一种极好方法。


这种方法几乎可以用于所有金属的连接,尤其适用于焊接铝、镁这些能形成难熔氧化物的金属以及象钛和锆这些活泼金属。这种焊接方法的焊缝质量高,但与其它电弧焊相比,其焊接速度较慢。

4、熔化极气体保护电弧焊(GMAG)

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(GMAG)属于用电弧作为热源的熔化焊方法,其电弧建立在连续送进的焊丝与熔池之间熔化的焊丝金属与母材金属混合而成的熔池在电弧热源移走后结晶形成焊缝并把分离的母材通过冶金方式连接起来。

CO2焊接的特点:

(1)在焊接电弧高温作用下CO2会分解成CO、O2和O,对电弧具有叫强烈的压缩作用,从而导致该焊接方法的电弧形态具有弧柱直径较小,

弧跟面积小且往往难于覆盖焊丝端部全部熔滴的特点,因此熔滴受到的过渡阻力(斑点力)较大而使熔滴粗化,过渡路径轴向性变差,飞溅率大;


(2)对焊接区保护良好,CO2的密度是常用保护气体中最大的,加上CO2气体受热分解后,体积增大,因此保护较好;


(3)能量相对集中,熔透能力较大;


(4)生产成本低,节约电能。


(5)工艺和技术上还具有焊接区可见度好,便于观察、操作;焊接热影响区和焊接变形较小;熔池体积较小结晶速度较快,全位置焊接性能良好;对锈污敏感度低的优点。

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冶金特性:

(1)、合金元素的氧化CO2焊时,在电弧高温作用下,CO2会分解成CO、O2和O,在焊接条件下,CO不溶于金属,也不参与反应,而CO2和O都有强烈的氧化性,使Fe及其它合金元素氧化。

(2)、脱氧及焊缝金属的合金化?通常在焊丝中加入一定量的脱氧剂进行脱氧,此外,剩余的脱氧剂作为合金元素留在焊缝中,以弥补氧化烧损损失并保证焊缝的化学成分要求。


熔滴过渡:

(1)、短路过渡(短弧、细丝、小电流)适用于薄板全位置焊接;

(2)、细颗粒过渡,粗丝、长弧、大电流焊接;

(3)、潜弧射滴过渡(很少用)。

电源:平特性电源(单旋钮调节)、直流反接、等速送丝焊接材料:CO2气体和焊丝

适用范围:目前CO2气体保护焊广泛应用于机车制造、船舶制造、汽车制造、采煤机械制造等领域。适用于焊接低碳钢、低合金钢、低合金高强钢,但是不适合于焊接有色金属、不锈钢。尽管有资料显示CO2气体保护焊可以用于不锈钢的焊接,但不是焊接不锈钢的首选。


5、等离子弧焊

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助水冷喷嘴等措施,可以使电弧的弧柱区横截面积减小,电弧的温度、能量密度、等离子的流速都显著提高,这种用外部拘束使弧柱受到压缩的电弧称为等离子弧。

等离子弧是电弧的一种特殊形式,是一种具有高能量密度的电弧,仍然是气体导电现象。等离子弧焊接是利用等离子弧的热量加热&熔化工件和母材实现焊接的方法。

分类:穿孔型等离子弧焊和微束等离子弧焊。


穿孔型等离子弧:焊接电流在100~300A,接头无需开坡口,不要留间隙。焊接时,等离子弧可以将焊件完全熔透并形成一个小通孔,熔化金属被排挤在小孔的周围,电弧移动,小孔随之移动,并在后方形成焊缝,从而实现单面焊双面一次成形。这种方法可以焊接的板厚上限为:碳钢7mm,不锈钢10mm。


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微束等离子弧:焊接电流为0.1~30A,焊接厚度为0.025~2.5mm。此外,还有适用于铜及铜合金焊接的熔入型等离子弧焊,

可用于厚板深熔焊或薄板高速焊以及堆焊的熔化极等离子弧焊,可解决铝合金等离子弧焊的交流(变极性)等离子弧焊等工艺方法。等离子弧焊的主要工艺参数有焊接电流、焊接速度、保护气流量、离子气流量、焊枪喷嘴结构与孔径等。

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等离子弧切割:利用等离子弧的高温高速弧流使切口的金属局部熔化以致蒸发,并借助高速气流或水流将熔化的材料吹离基体形成切口的切割方法。

特点:

(1)等离子弧能量密度大,弧柱温度高,穿透能力强,10~12mm厚度钢材可不开坡口,能一次焊透双面成形,焊接速度快,生产率高,应力变形小。

(2)焊缝截面成酒杯状,无指状熔深问题。

(3)电弧挺直性好,受弧长波动的影响,熔池的波动小。

(4)电弧稳定0.1A,仍具有较平的静特性,配用恒流源,可很好的进行薄板的焊接(0.1mm)。

(5)钨极内缩,防止焊缝夹钨

(6)采用小孔焊接技术,实现单面焊双面成形。

(7)设备比较复杂,气体耗量大,只宜于室内焊接。焊枪的可达性比TIG差。

(8)电弧直径小,需要焊枪轴线与焊缝中线更准确地对中。

冶金反应:单一,只有蒸发

电源:陡降电源、直流正接;焊接铝镁时用交流、陡降电源、需引弧、稳弧措施。焊接材料:保护气体、钨极

适用范围:广泛用于工业生产,特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接,如钛合金的导弹壳体,飞机上的一些薄壁容器等。


6 、管状焊丝电弧焊


管状焊丝电弧焊也是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧为热源来进行焊接的,可以认为是熔化极气体保护焊的一种类型。

所使用的焊丝是管状焊丝,管内装有各种组分的焊剂。焊接时,外加保护气体,主要是CO2。焊剂受热分解或熔化,起着造渣保护溶池、渗合金及稳弧等作用。 

管状焊丝电弧焊除具有上述熔化极气体保护电弧焊的优点外,由于管内焊剂的作用,使之在冶金上更具优点。

管状焊丝电弧焊可以应用于大多数黑色金属各种接头的焊接。管状焊丝电弧焊在一些工业先进国家已得到广泛应用。 “管状焊丝”即现在所说的“药芯焊丝”



二、熔焊
 
1、气焊

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气焊:利用可燃气体在氧气中燃烧时所产生的热量,将母材焊接处熔化而实现连接的一种熔焊方法。气焊是用气体火焰为热源的一种焊接方法。应用最多的是以乙炔气作燃料的氧-乙炔火焰。

由于设备简单操作方便,但气焊加热速度及生产率较低,热影响区较大,且容易引起较大的变形。 气焊可用于很多黑色金属、有色金属及合金的焊接。

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可燃气:乙炔、液化石油气等。以乙炔为例,其在氧气中燃烧时的火焰温度可达3200℃。氧乙炔火焰有三种:

①中性焰:氧气与乙炔体积混合比为1~1.2,乙炔充分燃烧,适合焊接碳钢和非铁合金。

②碳性焰:氧气和乙炔体积混合比小于1,乙炔过剩,适用于焊接高碳钢、铸铁和高速钢。

③氧化焰:氧气与乙炔体积混合比大于1.2,氧气过剩,适用于黄铜和青铜的钎焊。

气焊火焰温度低,加热速度慢,加热区域宽,焊接热影响区宽,焊接变形大,且焊接过程中,熔化金属受到的保护差,焊接质量不易保证,因而其应用已很少。

但气焊又具有无需电源、设备简单、费用低、移动方便、通用性强等特点,因而在无电源场合和野外工作时有实用价值。目前,主要用于薄钢板(厚度0.5~3mm)、铜及铜合金的焊接和铸铁的补焊。


2、气压焊


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气压焊和气焊一样,气压焊也是以气体火焰为热源。焊接时将两对接的工件的端部加热到一定温度,后再施加足够的压力以获得牢固的接头。是一种固相焊接。 气压焊时不加填充金属,常用于铁轨焊接和钢筋焊接。

3、电渣焊

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电渣焊是以熔渣的电阻热为能源的焊接方法。焊接过程是在立焊位置、在由两工件端面与两侧水冷铜滑块形成的装配间隙内进行。焊接时利用电流通过熔渣产生的电阻热将工件端部熔化。 根据焊接时所用的电极形状,电渣焊分为丝极电渣焊、板极电渣焊和熔嘴电渣焊。

电渣焊的特点 :在电渣焊的焊接过程中,除开始阶段有一电弧过程外,其余均为稳定的电渣过程,与埋弧焊有本质区别。

电渣焊的优点是:可焊的工件厚度大(从30mm到大于1000mm),生产率高。主要用于在断面对接接头及丁字接头的焊接。 电渣焊可用于各种钢结构的焊接,也可用于铸件的组焊。电渣焊接头由于加热及冷却均较慢,热影响区宽、显微组织粗大、韧、因此焊接以后一般须进行正火处理。


电渣焊的局限性:


(1)由于焊接熔池大,加热和冷却缓慢,在焊缝及热影响区容易过热形成粗大组织,因此电渣焊通常焊后用正火处理消除接头中的粗晶。


(2)电渣焊总是以立焊方式进行,不能平焊,电渣焊不适于厚度在30mm以下的工件,焊缝也不宜过长。


电渣焊的分类及应用


电渣焊的分类:丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊和管极电渣焊等。

丝极电渣焊是最常用的电渣焊方法,它采用焊丝作电极,根据焊件厚度的不同,可采用一根或多根焊丝,单丝焊能够焊接的焊件厚度为40~60mm,当焊件厚度大于60mm时,焊丝要作横向摆动;三丝摆动可以焊接450mm厚的焊件。

丝极电渣焊主要用于焊接厚度为40~450mm的焊件及较长焊缝的焊件,也可用于大型焊件的环焊缝。

应用:主要用于重型机械制造业中,制造锻-焊结构件和铸-焊结构件,如重型机床的机座、高压锅炉等,焊件厚度一般为40~450mm,材料为碳钢、低合金钢、不锈钢等。

4、电子束焊

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电子束焊是以集中的高速电子束轰击工件表面时所产生的热能进行焊接的方法。 电子束焊接时,由电子枪产生电子束并加速。常用的电子束焊有:高真空电子束焊、低真空电子束焊和非真空电子束焊。


前两种方法都是在真空室内进行。焊接准备时间 (主要是抽真空时间)较长,工件尺寸受真空室大小限制。 电子束焊与电弧焊相比,主要的特点是焊缝熔深大、熔宽小、焊缝金属纯度高。

它既可以用在很薄材料的精密焊接,又可以用在很厚的(最厚达300mm)构件焊接。所有用其它焊接方法能进行熔化焊的金属及合金都可以用电子束焊接。主要用于要求高质量的产品的焊接。还能解决异种金属、易氧化金属及难熔金属的焊接。但不适于大批量产品。

电子束焊机:核心是电子枪,它是完成电子的产生、电子束的形成和会聚的装置,主要由灯丝、阴极、阳极、聚焦线圈等组成。

灯丝通电升温并加热阴极,当阴极达到2400K左右时即发射电子,在阴极和阳极之间的高压电场作用下,电子被加速(约为1/2光速),


穿过阳极孔射出,然后经聚焦线圈,会聚成直径为0.8~3.2mm的电子束射向焊件,并在焊件表面将动能转化为热能,使焊件连接处迅速熔化,经冷却结晶后形成焊缝。


根据焊接工作室(焊件放置处)的真空度不同,电子束焊的分类:

(1)高真空电子束焊 。工作室与电子枪同在一室,真空度为10-2~10-1Pa,适用于难熔、活性、高纯金属及小零件的精密焊接。


(2)低真空电子束焊 。工作室与电子枪被分为两个真空室,工作室的真空度为10-1~15Pa,适用于较大型的结构件,和对氧、氮不太敏感的难熔金属。


(3)非真空电子束焊 。需另加惰性气体保护罩或喷嘴,焊件与电子束流出口的距离应控制在10mm左右,以减少电子束与气体分子碰撞造成的散射。非真空电子束焊适用于碳钢、低合金钢、不锈钢、难熔金属及铜、铝合金等的焊接,焊件尺寸不受限制。


真空电子束焊的优点:

(1)电子束能量密度大,最高可达5×108W/cm2,约为普通电弧的5000~10000倍,热量集中,热效率高,热影响区小,焊缝窄而深,焊接变形极小。


(2)在真空环境下焊接,金属不与气相作用,接头强度高。


(3)电子束焦点半径可调节范围大,控制灵活,适应性强,可焊接0.05mm的薄件,也可焊接200~700mm的厚板。


应用:特别适合焊接一些难熔金属、活性或高纯度金属以及热敏感性强的金属。但设备复杂,成本高,焊件尺寸受真空室限制,装配精度要求高,且易激发X射线,焊接辅助时间长,生产率低,这些弱点都限制了电子束焊的广泛应用。

5、激光焊


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激光焊是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接。这种焊接方法通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。

激光焊优点是不需要在真空中进行,缺点则是穿透力不如电子束焊强。激光焊时能进行精确的能量控制,因而可以实现精密微型器件的焊接。它能应用于很多金属,特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。


激光的产生:物质受激励后,产生的波长、频率、方向完全相同的光束。

激光的特点:具有单色性好、方向性好、能量密度高的特点,激光经透射或反射镜聚焦后,可获得直径小于0.01mm、功率密度高达1013W/cm2的能束,可以作为焊接、切割、钻孔及表面处理的热源。


产生激光的物质有固体、半导体、液体、气体等,其中用于焊接、切割等工业加工的主要是钇铝石榴石(YAG)固体激光和CO2气体激光。

激光焊的主要优点是:


(1)激光可通过光导纤维、棱镜等光学方法弯曲传输,适用于微型零部件及其它焊接方法难以达到的部位的焊接,还能通过透明材料进行焊接。

(2)能量密度高,可实现高速焊接,热影响区和焊接变形都很小,特别适用于热敏感材料的焊接。

(3)激光不受电磁场的影响,不产生X射线,无需真空保护,可以用于大型结构的焊接。

(4)可直接焊接绝缘导体,而不必预先剥掉绝缘层;也能焊接物理性能差别较大的异种材料。

激光焊的主要缺点是:设备昂贵,能量转化率低(5%~20%),对焊件接口加工、组装、定位要求均很高,目前主要用于电子工业和仪表工业中的微型器件的焊接,以及硅钢片、镀锌钢板等的焊接。


三、压焊
 
1、电阻焊


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这是以电阻热为能源的一类焊接方法,包括以熔渣电阻热为能源的电渣焊和以固体电阻热为能源的电阻焊。

由于电渣焊更具有独特的特点,故放在后面介绍。这里主要介绍几种固体电阻热为能源的电阻焊,主要有点焊、缝焊、凸焊及对焊等。 


电阻焊一般是使工件处在一定电极压力作用下并利用电流通过工件时所产生的电阻热将两工件之间的接触表面熔化而实现连接的焊接方法。


通常使用较大的电流。为了防止在接触面上发生电弧并且为了锻压焊缝金属,焊接过程中始终要施加压力。 

进行这一类电阻焊时,被焊工件的表面善对于获得稳定的焊接质量是头等重要的。因此,焊前必须将电极与工件以及工件与工件间的接触表面进行清理。


优点:

1)熔核形成时,始终被塑性环包围,熔化金属与空气隔绝,冶金过程简单。

2)加热时间短、热量集中、故热影响区小,变形与应力也小,通常在焊后不必安排校正和热处理工序。

3)不需要焊丝、焊条等填充金属,以及氧、乙炔、氩等焊接材料,焊接成本低。

4)操作简单,易于实现机械化和自动化,改善了劳动条件。

5)生产率高,且无噪声及有害气体,在大批量生产中,可以和其他制造工序一起编到组装线上。但闪光对焊因有火花喷溅,需要隔离。


缺点:

1)目前还缺乏可靠的无损检测方法,焊接质量只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查,以及靠各种监控技术来保证。

2)点、缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重量,且因在两板间熔核周围形成夹角,致使接头的抗拉强度和疲劳强度较低。


3)设备功率大,机械化自动化程度较高,使设备成本较高、维修较困难,并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的正常运行。


适用范围:在汽车、飞机、仪器、家电、建筑用的钢筋、等行业有广泛应用,适用材料广泛,只是易氧化金属的电阻焊焊接性稍差。主要用于焊接厚度小于3mm的薄板组件。各类钢材、铝、镁等有色金属及其合金、不锈钢等均可焊接。


2、摩擦焊


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摩擦焊是以机械能为能源的固相焊接。它是利用两表面间机械摩擦所产生的热来实现金属的连接的。 


摩擦焊的热量集中在接合面处,因此热影响区窄。两表面间须施加压力,多数情况是在加热终止时增大压力,使热态金属受顶锻而结合,一般结合面并不熔化。 

摩擦焊生产率较高,原理上几乎所有能进行热锻的金属都能摩擦焊接。摩擦焊还可以用于异种金属的焊接。 要适用于横断面为圆形的最大直径为100mm的工件。


利用焊件接触端面相互摩擦所产生的热,使端面达到热塑性状态,然后迅速施加顶锻力,实现焊接的一种固相压焊方法,


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摩擦焊具有以下优点:


(1)焊接质量稳定,焊件尺寸精度高,接头废品率低于电阻对焊和闪光对焊。

(2)焊接生产率高,比闪光对焊高5~6倍。

(3)适于焊接异种金属,如碳素钢、低合金钢与不锈钢、高速钢之间的连接,铜-不锈钢、铜-铝、铝-钢、钢-锆等之间连接。

(4)加工费用低,省电,焊件无需特殊清理。


(5)易实现机械化和自动化,操作简单,焊接工作场地无火花,弧光及有害气体。

缺点:靠工件旋转实现,焊接非圆截面较困难。盘状工件及薄壁管件,由于不易夹持也很难焊接。受焊机主轴电机功率的限制,目前摩擦焊可焊接的最大截面为20000mm2。摩擦焊机一次性投资费用大,适于大批量生产。


应用:异种金属和异种钢产品,如电力工业中的铜-铝过渡接头,金属切削用的高速钢-结构钢刀具等;结构钢产品,如电站锅炉蛇形管、阀门、拖拉机轴瓦等。


4、扩散焊

扩散焊一般是以间接热能为能源的固相焊接方法。通常是在真空或保护气氛下进行。焊接时使两被焊工件的表面在高温和较大压力下接触并保温一定时间,以达到原子间距离,经过原子朴素相互扩散而结合。

焊前不仅需要清洗工件表面的氧化物等杂质,而且表面粗糙度要低于一定值才能保证焊接质量。

扩散焊在真空或保护气氛的保护下,在一定温度(低于母材的熔点)和压力条件下,使相互接触的平整光洁的待焊表面发生微观塑性流变后紧密接触,原子相互扩散,经过一段较长时间后,原始界面消失,达到完全冶金结合的焊接方法。

扩散焊具有以下优点:

(1)可以在几乎不损坏被焊材料性能的情况下,实现各类同种材料和异种材料间的焊接,可以用来制造双层或多层复合材料。

(2)能焊接结构复杂以及厚薄相差大的工件。


(3)接头成分、组织均匀,减小了应力腐蚀倾向。

(4)焊接变形小,接头精度高,可作为部件最后的组装连接方法。

(5)可与其它加工工艺同时进行(如真空热处理等),可同时完成多个接头的焊接,从而提高生产率。

不足:扩散焊对焊件表面加工及清理的要求高,焊接时间长、生产率低,成本高,设备投资大。

应用:熔点差别大或冶金上不相容的异种金属之间的焊接、金属与陶瓷的焊接和钛、镍、铝合金结构件的焊接。不仅应用于原子能、航空航天及电子工业等尖端技术领域,而且已推广至一般机械制造工业部门。


三、钎焊


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钎焊的能源可以是化学反应热,也可以是间接热能。它是利用熔点比被焊材料的熔点低的金属作钎料,经过加热使钎料熔化,毛细管作用将钎料及入到接头接触面的间隙内,润湿被焊金属表面,使液相与固相之间互扩散而形成钎焊接头。因此,钎焊是一种固相兼液相的焊接方法。

1.钎焊的特点及应用

 钎焊采用熔点低于母材的合金作钎料,加热时钎料熔化,并靠润湿作用和毛细作用填满并保持在接头间隙内,而母材处于固态,依靠液态钎料和固态母材间的相互扩散形成钎焊接头。

钎焊对母材的物理化学性能影响小,焊接应力和变形较小,可焊接性能差别较大的异种金属,能同时完成多条焊缝,接头外表美观整齐,设备简单,生产投资小。但钎焊接头的强度较低,耐热能力差。


应用:硬质合金刀具、钻探钻头、自行车车架、换热器、导管及各类容器等;在微波波导、电子管和电子真空器件的制造中,钎焊甚至是唯一可能的连接方法。

2.钎料和钎剂 

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    钎料是形成钎焊接头的填充金属,钎焊接头的质量在很大程度上取决钎料。钎料应该具有合适的熔点、良好的润湿性和填缝能力,能与母材相互扩散,还应具有一定的力学性能和物理化学性能,以满足接头的使用性能要求。按钎料熔点的不同,钎焊分为两大类:软钎焊与硬钎焊。

(1)软钎焊 。钎料熔点低于450℃的钎焊称为软钎焊,常用钎料是锡铅钎料,它具有良好的润湿性和导电性,广泛用于电子产品、电机电器和汽车配件。软钎焊的接头强度一般为60~140MPa。


(2)硬钎焊。 钎料熔点高于450℃的钎焊称为硬钎焊,常用钎料是黄铜钎料和银基钎料。用银基钎料的接头具有较高的强度、导电性和耐蚀性,钎料熔点较低、工艺性良好,但钎料价格较高,多用于要求较高的焊件,一般焊件多采用黄铜钎料。硬钎焊多用于受力较大的钢和铜合金工件,以及工具的钎焊。硬钎焊的接头强度为200~490MPa,


注意:母材的接触面应很干净,因此要用钎剂。钎剂的作用是去除母材和钎料表面的氧化物和油污杂质,保护钎料和母材接触面不被氧化,增加钎料的润湿性和毛细流动性。钎剂的熔点应低于钎料,钎剂残渣对母材和接头的腐蚀性应较小。软钎焊常用的钎剂是松香或氯化锌溶液,硬钎焊常用的钎剂是硼砂、硼酸和碱性氟化物的混合物。

根据热源或加热方法不同钎焊可分为:火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、浸沾钎焊、电阻钎焊等。 钎焊时由于加热温度比较低,故对工件材料的性能影响较小,焊件的应力变形也较小。但钎焊接头的强度一般比较低,耐热能力较差。


钎焊加热方法: 几乎所有的加热热源都可以用作钎焊热源,并依此将钎焊

分类。


火焰钎焊:用气体火焰进行加热,用于碳钢、不锈钢、硬质合金、铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金的硬钎焊。

感应钎焊:利用交变磁场在零件中产生感应电流的电阻热加热焊件,用于具有对称形状的焊件,特别是管轴类的钎焊。

浸沾钎焊:将焊件局部或整体浸入熔融盐混合物熔液或钎料熔液中,靠这些液体介质的热量来实现钎焊过程,其特点是加热迅速、温度均匀、焊件变形小。

炉中钎焊:利用电阻炉加热焊件,电阻炉可通过抽真空或采用还原性气体或惰性气体对焊件进行保护。

除此以外,还有烙铁钎焊、电阻钎焊、扩散钎焊、红外线钎焊、反应钎焊、电子束钎焊、激光钎焊等。


钎焊可以用于焊接碳钢、不锈钢、高温合金、铝、铜等金属材料,还可以连接异种金属、金属与非金属。适于焊接受载不大或常温下工作的接头,对于精密的、微型的以及复杂的多钎缝的焊件尤其适用。


四、其他焊接介绍

高频焊


高频焊是以固体电阻热为能源。焊接时利用高频电流在工件内产生的电阻热使工件焊接区表层加热到熔化或接近的塑*状态,随即施加(或不施加)顶锻力而实现金属的结合。因此它是一种固相电阻焊方法。 


高频焊根据高频电流在工件中产生热的方式可分为接触高频焊和感应高频焊。接触高频焊时,高频电流通过与工件机械接触而传入工件。


感应高频焊时,高频电流通过工件外部感应圈的耦合作用而在工件内产生感应电流。 高频焊是专业化较强的焊接方法,要根据产品配备专用设备。生产率高,焊接速度可达30m/min。主要用于制造管子时纵缝或螺旋缝的焊接。

爆炸焊

爆炸焊也是以化学反应热为能源的另一种固相焊接方法。但它是利用炸药爆炸所产生的能量来实现金属连接的。在爆炸波作用下,两件金属在不到一秒的时间内即可被加速撞击形成金属的结合。 


在各种焊接方法中,爆炸焊可以焊接的异种金属的组合的范围最广。可以用爆炸焊将冶金上不相容的两种金属焊成为各种过渡接头。爆炸焊多用于表面积相当大的平板包覆,是制造复合板的高效方法。


超声波焊

超声波焊也是一种以机械能为能源的固相焊接方法。进行超声波焊时,焊接工件在较低的静压力下,由声极发出的高频振动能使接合面产生强裂摩擦并加热到焊接温度而形成结合。

超声波焊可以用于大多数金属材料之间的焊接,能实现金属、异种金属及金属与非金属间的焊接。可适用于金属丝、箔或2~3mm以下的薄板金属接头的重复生产。


五、焊接新工艺、新技术简介
 
1、焊接机器人


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焊接技术进步的突出的表现就是焊接过程由机械化向自动化、智能化和信息化发展。智能焊接机器人的应用,是焊接过程高度自动化的重要标志。焊接机器人突破了焊接自动化的传统方式,使小批量自动化生产成为可能。


焊接机器人大多为固定位置的手臂式机械,有示教型和智能型两种。

示教型机器人:通过示教,记忆焊接轨迹及焊接参数,并严格按照示教程序完成产品的焊接。只需一次示教,机器人便可以精确地再现示教的每一步操作。

这类焊接机器人的应用较为广泛,适宜于大批量生产,用于流水线的固定工位上,其功能主要是示教再现,对环境变化的应变能力较差。对于大型结构在工地上的小批量生产没有用武之地。


智能型机器人:可以根据简单的控制指令自动确定焊缝的起点、空间轨迹及有关参数,并能根据实际情况自动跟踪焊缝轨迹、调整焊炬姿态、调整焊接参数、控制焊接质量。

这是最先进的焊接机器人,具有灵巧、轻便、容易移动等特点,能适应不同结构、不同地点的焊接任务,目前实际应用很少,尚处在研究开发阶段。

焊接机器人中,点焊机器人占50%~60%,它由机器人本体、点焊系统和控制系统三大部分组成。机器人本体的自由度为1~5个,控制系统分本体控制和焊接部分控制。

焊接系统主要包括:焊接控制器、焊钳和水、电气等辅助部分(水下焊接)。

2、计算机软件的应用

计算机软件系统在焊接领域中的应用主要有以下几个方面:

1.计算机模拟技术 包括模拟焊接热过程、焊接冶金过程、焊接应力和变形等。焊接是一个涉及到电弧物理、传热、冶金和力学等学科的复杂过程。


一旦焊接中的各个过程都实现了计算机模拟,就能够通过计算机系统来确定焊接各种结构和各种材料时的最佳设计方案、工艺方法和焊接参数。


传统上,焊接工艺总是要通过一系列的实验或根据经验来确定,以获得可靠而经济的焊接结构,计算机模拟只要通过少量验证试验证明数值方法在处理某一问题上的适用性,大量筛选工作即可由计算机完成,省去了大量的试验工作,从而大大节约了人力、物力和时间,


在新的工程结构及新材料的焊接方面具有很重要的意义。计算机模拟技术的水平还决定了自动化焊接的范围。此外,计算机模拟还广泛用于分析焊接结构和接头的强度和性能等问题。

2.数据库技术与专家系统
 
 用于焊接工艺设计和工艺参数的选择、焊接缺陷诊断、焊接成本预算、实时监控、焊接CAD、焊工考试等。

数据库技术目前已经渗透到焊接领域的各个方面,从原材料、焊接试验、焊接工艺到焊接生产。

典型的数据库系统有焊接工艺评定、焊接工艺规程、焊工档案管理、焊接材料、材料成分和性能、焊接性、焊接CCT图管理和焊接标准咨询系统等。这些数据库系统为焊接领域内各种数据和信息管理提供了有利条件。


焊接专家系统主要集中在工艺制定、缺陷预测和诊断、计算机辅助设计等方面。现有的焊接专家系统中,工艺选择和工艺制定是最主要的应用领域,焊接过程的实时控制是重要的发展方向。

3.计算机辅助质量控制技术(CAQ)
 
 用于对产品的数据分析、焊接质量的实时监测等。

另外,计算机辅助设计/制造(CAD/CAM)在焊接加工中的应用也日益增加,主要用于数控切割、焊接结构设计和焊接机器人中。
 
 
 
 
来源:1号机器人

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我国制成世界最大面积中阶梯光栅 打破美国垄断

智能制造类 集运物流 2016-11-16 11:10 发表了文章 来自相关话题

光谱分析仪在我们宇宙观测、血液检测、农药残留检测等方面发挥着重大作用,而光谱分析仪的核心部件光栅,长期被国外所垄断,尤其是300毫米以上的中阶梯光栅,只有美国的一家公司能生产,使我国在光谱分析等方面受制于人。

不过这一局面将得到根本改观,日前,我国科研人员成功研制出大面积高精度光栅制造机,并成功制造出世界最大面积的“中阶梯光栅”,填补了我国在该领域的技术空白,也打破了国际技术垄断。

据中国青年报11月15日报道,由中国科学院长春光机所承担的国家重大科研装备研制项目“大型高精度衍射光栅刻划系统的研制”(以下称光栅项目)11日顺利通过验收。这标志着我国大面积高精度光栅制造的相关技术已达到国际水平,结束了我国在高精度大尺寸光栅制造领域受制于人的局面。






衍射光栅是一种纳米精度周期性微结构的精密光学元件,在光谱学、天文学、激光器、光通讯、信息存储等领域中有重要应用。光栅面积大可获得高集光率和分辨本领,精度高可获得更好的信噪比,但制造出大而精的光栅是世界性难题。随着科技的发展,大面积高精度的中阶梯光栅,已经成为制约我国相关领域技术发展的“短板”。

2008年,在中科院和财政部共同支持下,长春光机所开始了光栅项目工作,目标就是研制一台刻划面积属世界之最、技术水平达国际领先的大型高精度衍射光栅刻划机。

光栅刻划机是制作光栅的母机,因部件的加工装调精度之难,运行保障环境要求之高,被誉为“精密机械之王”。唐玉国说,该项目研制的光栅刻划机,几乎所有关键部件都冲击世界“极限”水平。研制期间,项目组突破了一系列核心高精度零件的加工制造技术。






按照唐玉国的说法,经过8年艰苦攻关,他所在的项目组共攻克18项关键技术,取得9项创新性成果,研制出一套大型高精度光栅刻划系统,并成功研制出面积达400mm×500mm的世界上面积最大的中阶梯光栅。当天进行项目验收的评审专家认为光栅刻划系统和光栅都达到了项目实施方案的技术指标,一致同意项目通过验收。

光明网报道称,此前只有美国能够制作300毫米以上中阶梯光栅,我国的中阶梯光栅制造能力不足300毫米,精度也达不到10纳米精度水平,战略高技术领域所需要的高精度大尺寸光栅受到国外严格限制。项目负责人、中科院长春光机所研究员唐玉国表示,大型高精度光栅刻划系统以及大面积中阶梯光栅的研制成功,能帮助我国光谱仪器行业摆脱“有器无心”局面,改变我国光谱仪器产业处于行业低端现状。

中科院长春光机所所长贾平称,有了这台仪器,以后就可以按照我们系统的设计,去做我们自主的光栅,而不是像现在,国外提供什么东西我们就只能用什么东西。

专家介绍,阶梯光栅一般可分为大、中、小三种。一般而言,每毫米内刻10条线以下的叫大阶梯光栅。每毫米内刻10至400条线,称之为中阶梯光栅。400条以上的称之为小阶梯光栅。





中阶梯光栅结构图

中阶梯光栅基本上可以做到兼具大小阶梯光栅的高分辨本领和宽波段范围,广泛应用于高端光谱仪中。






来源:自中国青年报、光明网、央视新闻;转自:观察者网
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光谱分析仪在我们宇宙观测、血液检测、农药残留检测等方面发挥着重大作用,而光谱分析仪的核心部件光栅,长期被国外所垄断,尤其是300毫米以上的中阶梯光栅,只有美国的一家公司能生产,使我国在光谱分析等方面受制于人。

不过这一局面将得到根本改观,日前,我国科研人员成功研制出大面积高精度光栅制造机,并成功制造出世界最大面积的“中阶梯光栅”,填补了我国在该领域的技术空白,也打破了国际技术垄断。

据中国青年报11月15日报道,由中国科学院长春光机所承担的国家重大科研装备研制项目“大型高精度衍射光栅刻划系统的研制”(以下称光栅项目)11日顺利通过验收。这标志着我国大面积高精度光栅制造的相关技术已达到国际水平,结束了我国在高精度大尺寸光栅制造领域受制于人的局面。

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衍射光栅是一种纳米精度周期性微结构的精密光学元件,在光谱学、天文学、激光器、光通讯、信息存储等领域中有重要应用。光栅面积大可获得高集光率和分辨本领,精度高可获得更好的信噪比,但制造出大而精的光栅是世界性难题。随着科技的发展,大面积高精度的中阶梯光栅,已经成为制约我国相关领域技术发展的“短板”。

2008年,在中科院和财政部共同支持下,长春光机所开始了光栅项目工作,目标就是研制一台刻划面积属世界之最、技术水平达国际领先的大型高精度衍射光栅刻划机。

光栅刻划机是制作光栅的母机,因部件的加工装调精度之难,运行保障环境要求之高,被誉为“精密机械之王”。唐玉国说,该项目研制的光栅刻划机,几乎所有关键部件都冲击世界“极限”水平。研制期间,项目组突破了一系列核心高精度零件的加工制造技术。

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按照唐玉国的说法,经过8年艰苦攻关,他所在的项目组共攻克18项关键技术,取得9项创新性成果,研制出一套大型高精度光栅刻划系统,并成功研制出面积达400mm×500mm的世界上面积最大的中阶梯光栅。当天进行项目验收的评审专家认为光栅刻划系统和光栅都达到了项目实施方案的技术指标,一致同意项目通过验收。

光明网报道称,此前只有美国能够制作300毫米以上中阶梯光栅,我国的中阶梯光栅制造能力不足300毫米,精度也达不到10纳米精度水平,战略高技术领域所需要的高精度大尺寸光栅受到国外严格限制。项目负责人、中科院长春光机所研究员唐玉国表示,大型高精度光栅刻划系统以及大面积中阶梯光栅的研制成功,能帮助我国光谱仪器行业摆脱“有器无心”局面,改变我国光谱仪器产业处于行业低端现状。

中科院长春光机所所长贾平称,有了这台仪器,以后就可以按照我们系统的设计,去做我们自主的光栅,而不是像现在,国外提供什么东西我们就只能用什么东西。

专家介绍,阶梯光栅一般可分为大、中、小三种。一般而言,每毫米内刻10条线以下的叫大阶梯光栅。每毫米内刻10至400条线,称之为中阶梯光栅。400条以上的称之为小阶梯光栅。

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中阶梯光栅结构图

中阶梯光栅基本上可以做到兼具大小阶梯光栅的高分辨本领和宽波段范围,广泛应用于高端光谱仪中。






来源:自中国青年报、光明网、央视新闻;转自:观察者网
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中国又一项世界第一!最后“谜底”即将揭晓

机械自动化类 东方制造 2016-10-28 10:32 发表了文章 来自相关话题

   18日,三峡工程最后的“谜底”即将揭晓!据三峡海事局航行通告,三峡升船机将于18日进入试通航阶段,这意味着,以后船舶要翻越三峡大坝,可以“坐电梯”了!



“坐电梯”翻大坝,技术、规模创世界之最

三峡升船机与三峡双线五级船闸同为三峡工程通航建筑物,具有提升高度大、提升重量大、上游通航水位变幅大、下游水位变化速率快的特点,是目前世界上技术难度和规模最大的升船机。


2016年7月6日,湖北省宜昌市三峡大坝的三峡升船机外景。
提升重量和高度均为世界之最

  三峡升船机承船厢可载3000吨级船舶,最大爬升吨位达1.55万吨,最大爬升高度113米。提升重量和高度,均为世界之最。

全球规模最大、技术难度最高

   三峡升船机全线总长约5000米,船厢室段塔柱建筑高度146米,最大提升高度为113米、最大提升重量超过1.55万吨,承船厢长132米、宽23.4米、高10米,可提升3000吨级的船舶过坝。这些数据都显示了三峡升船机是世界上规模最大、技术难度最高的升船机工程。
过坝时间从3.5小时缩短为40分钟
    三峡升船机承载船型的设计定位主要适应3000吨级大型客轮、旅游船,及部分运送鲜活快速物资货船。运营后,这类船舶过坝时间将由现在通过永久船闸的3.5小时缩短为约40分钟。投入运行后,三峡升船机将为客货轮和特种船舶提供快速过坝通道。

船舶怎么“坐电梯”?

   假如船舶要从大坝下游驶向上游——
   首先船舶驶入承船厢,关闭承船厢下游闸门。



承船厢通过爬升装置上升,直到承船厢内水位与上游水库水位齐平。




打开承船厢上游闸门,船舶驶出承船厢进入上游航道。

    船舶从上游向下游行驶,与其过程相反。
升船机经历13年缓建和8年续建
    作为世界最大水利枢纽三峡工程的最后一个建设项目,三峡升船机被誉为三峡工程最后的“谜底”。在经历了13年缓建和8年续建之后,于今年5月13日和9月13日分别通过试通航前和消防工程验收,具备投入试运行的条件。根据交通运输部长江航务管理局《关于三峡升船机试通航工作方案》,三峡升船机于2016年9月起进入试通航期。

    据介绍,试通航将分为四个阶段。第一阶段从2016年9月18日至三峡水库2016年试验性蓄水结束,三峡升船机运行时间每天8时至17时。
 
  现在船只如何翻越三峡大坝?


    三峡船闸有南北两线,相当于公路上的双车道,一线上行一线下行。每线船闸有5个闸室、6道人字闸门;相邻闸室地面高程相差22.6米,五个闸室呈楼梯状布置。
    上游是第一闸室,下游是第五闸室。假如船舶要从下游驶向上游——船舶驶入第五闸室后,关闭下游人字门,通过地下输水系统,第四闸室往第五闸室内充水,当两个闸室内水面齐平时,打开上游人字门,船舶驶入第四闸室。依此类推,船舶就好像爬过一级又一级楼梯一样,通过第一闸室,驶向大坝上游航道。船舶下行的过程相反。

   三峡船闸单个闸室净宽34米、长280米,是世界上最大的闸室,可同时容纳6艘3000吨级船舶。一艘船通过三峡船闸大约要3个多小时。


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   18日,三峡工程最后的“谜底”即将揭晓!据三峡海事局航行通告,三峡升船机将于18日进入试通航阶段,这意味着,以后船舶要翻越三峡大坝,可以“坐电梯”了!



“坐电梯”翻大坝,技术、规模创世界之最

三峡升船机与三峡双线五级船闸同为三峡工程通航建筑物,具有提升高度大、提升重量大、上游通航水位变幅大、下游水位变化速率快的特点,是目前世界上技术难度和规模最大的升船机。


2016年7月6日,湖北省宜昌市三峡大坝的三峡升船机外景。
提升重量和高度均为世界之最

  三峡升船机承船厢可载3000吨级船舶,最大爬升吨位达1.55万吨,最大爬升高度113米。提升重量和高度,均为世界之最。

全球规模最大、技术难度最高

   三峡升船机全线总长约5000米,船厢室段塔柱建筑高度146米,最大提升高度为113米、最大提升重量超过1.55万吨,承船厢长132米、宽23.4米、高10米,可提升3000吨级的船舶过坝。这些数据都显示了三峡升船机是世界上规模最大、技术难度最高的升船机工程。
过坝时间从3.5小时缩短为40分钟
    三峡升船机承载船型的设计定位主要适应3000吨级大型客轮、旅游船,及部分运送鲜活快速物资货船。运营后,这类船舶过坝时间将由现在通过永久船闸的3.5小时缩短为约40分钟。投入运行后,三峡升船机将为客货轮和特种船舶提供快速过坝通道。

船舶怎么“坐电梯”?

   假如船舶要从大坝下游驶向上游——
   首先船舶驶入承船厢,关闭承船厢下游闸门。



承船厢通过爬升装置上升,直到承船厢内水位与上游水库水位齐平。




打开承船厢上游闸门,船舶驶出承船厢进入上游航道。

    船舶从上游向下游行驶,与其过程相反。
升船机经历13年缓建和8年续建
    作为世界最大水利枢纽三峡工程的最后一个建设项目,三峡升船机被誉为三峡工程最后的“谜底”。在经历了13年缓建和8年续建之后,于今年5月13日和9月13日分别通过试通航前和消防工程验收,具备投入试运行的条件。根据交通运输部长江航务管理局《关于三峡升船机试通航工作方案》,三峡升船机于2016年9月起进入试通航期。

    据介绍,试通航将分为四个阶段。第一阶段从2016年9月18日至三峡水库2016年试验性蓄水结束,三峡升船机运行时间每天8时至17时。
 
  现在船只如何翻越三峡大坝?


    三峡船闸有南北两线,相当于公路上的双车道,一线上行一线下行。每线船闸有5个闸室、6道人字闸门;相邻闸室地面高程相差22.6米,五个闸室呈楼梯状布置。
    上游是第一闸室,下游是第五闸室。假如船舶要从下游驶向上游——船舶驶入第五闸室后,关闭下游人字门,通过地下输水系统,第四闸室往第五闸室内充水,当两个闸室内水面齐平时,打开上游人字门,船舶驶入第四闸室。依此类推,船舶就好像爬过一级又一级楼梯一样,通过第一闸室,驶向大坝上游航道。船舶下行的过程相反。

   三峡船闸单个闸室净宽34米、长280米,是世界上最大的闸室,可同时容纳6艘3000吨级船舶。一艘船通过三峡船闸大约要3个多小时。


 
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非充气安全轮胎技术现状与发展

设备硬件类 甜心宝宝 2016-09-26 13:20 发表了文章 来自相关话题

非充气安全轮胎技术现状与发展
非充气安全轮胎技术现状与发展
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数字化工厂技术在电子制造领域的应用

电气控制类 嗡班匝萨埵吽 2016-09-26 12:05 发表了文章 来自相关话题

数字化工厂技术在电子制造领域的应用
数字化工厂技术在电子制造领域的应用
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许思传:车用燃料电池系统的关键技术及发展趋势

机械自动化类 金玉兰 2016-09-24 14:14 发表了文章 来自相关话题

2016年9月23日,“2016中国新能源汽车动力电池产业技术发展高峰论坛暨车企与动力电池企业技术交流会”在张家港盛大召开。本届会议由电动汽车资源网携同江苏天鹏电源有限公司联合张家港市发展和改革委员会、张家港市科技局共同举办,来自政府主管部门、行业权威专家学者、新能源整车企业、动力电池产业链企业、检测机构等,共计600余业界精英齐聚一堂。同济大学新能源汽车工程中心教授、博士生导师许思传做重要演讲,许思传教授的演讲主题为“车用燃料电池系统的关键技术及发展趋势”。






同济大学新能源汽车工程中心教授、博士生导师许思传

以下是电动汽车资源网整理

各位领导,各位专家上午好!今天很高兴有机会跟在座的各位专家和领导探讨燃料电池系统当中的有关问题,今天我也很高兴主持人给我这样的机会,在这样一个动力电池的论坛上,让我介绍燃料电池的情况。其实与刚刚陈老师还有赵部长介绍的一样,燃料电池汽车是我们国家新能源汽车当中的一种主要的形式,我代表我们同济大学新能源汽车工程中心,也是国家燃料电池汽车及动力系统工程中心做一个介绍,我大概分几个部分向各位专家做一下介绍。


关于全球的挑战,大家都比较清楚,我们简单地过一下。大家知道,目前交通的模式,主要是依赖于传统的汽车,应该说无论是从能源和环保这两个方面都不具有可持续性,这里面我想说关于能源的问题,我们国家的石油依存度逐年增加,特别是石油车的保有量增加,对于石油的需求会越来越大,而且我们石油进口对外的依存度达到了60%。




那么对于这种能源的情况,环境污染也对我们国家造成了极大的挑战,我们大家知道对于二氧化碳的排放,在杭州G20峰会上递交了我们的承诺,低碳化一定是未来的发展趋势,对于汽车而言,还有二氧化碳的排放,消耗能源是很重要的一个原因。




基于这样的情况,未来汽车的发展,我们认为是能源的多样化。对于能源多样化而言,电动汽车或者说汽车的电气化一定是今后的未来发展趋势。这里面我想说,可以从两个方面来讲,第一个方面我们说驱动的电动化,我们知道采用了驱动电动化以后,自动回馈,使驱动效率得到了很大的提高。右边的表格当中典型城市行驶工况牵引与制动能量消耗,采用驱动电动化才可以把制动的能量进行回收,提高效率。










那么第二个方面就是能源的多元化,大家知道,由于我们国家对外石油资源的依存度越来越高,所以国家的能源安全就越来越重要,保证我们国家的能源安全,最有效的方法就是能源的多元化。那么对于能源多元化来说,对汽车工业一定要找到一个中间的载体,中间的能源,这样对于汽车工业的发展就会至关重要,目前比较理想的中间的载体一个就是电,第二个就是氢气,所以目前的纯电动汽车和燃料电池汽车成为国内外争相发展的重点。




今天的主要是动力电池和电动汽车,我这里做了一个比较,这个观点应该说得到了比较大多数的专家的认可,就是说未来的新能源汽车主要是纯电动汽车和燃料电池汽车两种。一般来说在里程比较短的情况下,采用纯电动汽车比较多,而在行驶里程比较长采用燃料汽车比较多,这个表格也给出了各种主要的新能源汽车二氧化碳排放的情况。从这个表格当中我们可以看出,无论是纯电动汽车,还是燃料电池汽车都会极大降低二氧化碳的排放,这是第一个方面,由于前面两位嘉宾都做了详细的介绍,我就简单概括。








第二个方面我们介绍一下燃料电池汽车,做一下燃料电池汽车的简介,今天在座有很多的企业家,我介绍一下燃料电池汽车的有关方面,希望引起各位企业家、各位领导的重视,加大燃料电池汽车方面的投入。燃料电池汽车最基本的或者是核心的部分,我们叫它燃料电池系统,在国内我们也称之为燃料电池发动机,它和动力电池的最大不同就是利用了氢氧反应产生电,这个方面来说类似于我们传统的发动机,不是一个电池,是一个发电的装置。燃料电池汽车比较有代表性的事例,丰田的Mirai在2014年12月15日在日本上市,无论是价格和性能都在国内外引起了强烈的反响。这是一个比较典型的例子。




紧接着在2015年的3月份,本田发布了他的FCV Clarity汽车,这个基本和丰田的类似,各种指标某一些方面甚至超过了丰田的指标,其实本田的汽车应该说是最早实现,大概在2007年丰田的第一代汽车以租赁的方式供用户进行驾驶。第三个就是现代ix35,韩国现代起步比较晚,应该说跟我们国家基本上类似,大概大量的投入也是在2000年左右,但是现在的汽车发展的比我们国家快很多,应该说现代汽车应该比丰田发布还要早,丰田是2014年的12月份,现代是2014年的4月份已经正式开始销售。




我们做的工作,主要是在同济大学期间完成的,2000年开始研究燃料汽车,最早做的超越一号,超越二号,超越三号,后来跟有关的汽车厂研究了一些轿车,2008年的奥运会,总共给上海大众生产了24辆的轿车,在这以后又在美国的加州进行了长达半年的试行。第二个事件是上海的世博会,我们跟有关的整车厂,一汽、上汽、奇瑞等等,推出了90辆的燃料电池汽车,推出了100辆的燃料电池场馆车,所以总共是193辆的燃料电池汽车在上海世博会上进行了长达半年的运行。这是燃料电池整个汽车的情况。




今天我重点介绍一下燃料电池系统,特别是燃料电池系统当中的关键的部件和系统当中的一个关键技术。刚刚赵总也提到,我们国家燃料电池技术在关键部件、关键材料和国外的差距还是比较大的。这有一个示意图,最主要的部件就是燃料的电堆,为了使它正常的工作,就要源源不断地提供空气,提供氢气,所以我们需要一个氢气的供应体,所以我们就需要一个空气的供应体,另外我们说燃料电池在工作的时候氢氧反应生成水,这个水一方面有可能堵塞,另外一方面又起到湿润燃料电池电堆当中的电解质,也就是膜的作用。所以对电堆而言,既是必不可少的又有一定的危害,所以说燃料电池的水热管理系统,对电堆的冷却,第二方面对产生水的回收和对氢气对空气的加湿,这个是燃料电池系统主要的一个原理。











这个表格是显示的美国GOE统计的,目前燃料电池的系统主要的技术指标和2020年的发展目标,从这个表格当中我们可以得到这么一个结论,目前在国际上,包括日本、美国、德国,燃料电池的技术已经成熟,下一个阶段,燃料电池的技术主要是集中在降低成本产业化的阶段,这个表格当中也可以看出来,燃料电池汽车跟传统的汽车有突出的优点,效率比较高,这里面目前的最高的效率已经达到了60%,而2020年将会达到65%,我们大家知道对于传统的发动机像丰田普锐斯发布的,效率达到的60%,这个在汽油车当中已经是最高了。所以说燃料电池显著的优点可以看出来,这个是关于简介。




第三部分我介绍一下燃料系统当中的一些关键的部件,这里面特别是希望能够供有关的企业家们进行参考。我们认为燃料电池系统的关键部件,主要是有4个,第一个是电堆,我们说燃料电池系统、燃料电池发动机是燃料电动汽车的心脏,而电堆又是燃料电池系统的关键的一点,电堆我们说就是把空气系统、氢气系统输入的氢气和空气进行化学反应产生电,这个是我们国内外的一个主要的电堆,其中比较有名的就是丰田和本田他们最近发布的电堆,他这个电堆体积比功率已经达到了每升3.1千瓦,我们国内做的产品级的大概每升在1.2千瓦左右,实验室上做到每升2千瓦左右,所以能够看出我们跟国外的差距还是比较大的。另外在这样的一个关键部件当中,又涉及到很多的关键材料,这里面主要是催化剂、膜、碳石、GDL(音),这几个在我们国家基本来说是空白的,或者是有一些个别的企业研发,产品的可靠性耐久性和国外的差距比较大,基本上在应用当中用的比较少,关键材料绝大部分是国外的产品,这也导致了我们国家燃料电池的成本要比国外高很多。




这个表格是给出了目前电堆在2013年达到了一个具体的状态,美国DOE在2020年要达到的一个技术目标。




第二个部件是氢气循环系统,或者说是氢气循环泵。我们大家知道,燃料电池用的燃料是氢气,那么氢气的电堆为了提高它的化学反应速度,我们希望增加氢气在电堆当中的浓度,增加它的压力,所以说我们就希望能够在电堆当中的氢气循环起来,这里面会带来很多的好处,这个好处一是可以提高功率密度,二是可以减轻补水,所以氢气供应系统、氢气循环泵是很关键的部件。目前对氢气循环大概是有这么几种情况,第一是不循环,这个是在我们国家十一五、十二五绝大部分的样机采用,第二个是引射器,第三种氢气循环泵,这个是主要的特点,今后应该说主要以氢气循环泵为主,在个别的情况下对引射器和氢气循环泵相结合。




第三个关键的部件是加湿器。刚刚已经提到了电堆当中的电解质是一个质子交换膜,在工作的时候这个膜要保持湿润状态,一方面是供氢的质子传递作用,另外一方面可以降低内阻,保持电堆内部的水动态平衡,提高电堆性能和耐久性,这个部分就是加湿器。加湿器的发展经历了很多的过程。在以前有用寒冷法,有用喷水加湿,现在是利用排气对进气进行加湿,目前在国内这一块基本是空白,主要是美国的公司、韩国的公司提供的产品当中有。这个是我们说给加湿器的具体要求。




下面一个关键的部件是空气压缩机,或者说是我们叫它燃料电池的专用压缩机,它的作用很简单,就是为电堆提供一定温度、一定压力、一定流量的空气。我们国内目前的压缩机这个行业应该说是比较齐全的,为什么在燃料电池当中不能应用呢?燃料电池有一个特殊的要求,就是要无油,也就是说空气当中的油不允许存在,这样的话目前的传统压缩机不能用在燃料电池系统当中,所以说我们就要开发燃料电池专用的无油压缩机。那么这个图是目前我们做的,所谓的无油润滑的高速压缩机,为了车用我们说燃料电池的压缩机一定要体积小、重量轻,所以为了满足这样的要求,我们采用离心式的压缩机,轴承采用空气轴承,而电机采用高短速,短速达到10万转,国内上基本是10万-15万转之间,这个燃料电池专用压缩机在国内仅仅有个别的厂家在研发,实际上跟国外的差距还是比较大的。




这张图是给出了目前主流燃料当中汽车当中采用的压缩机的主要的形式,从这里面可以看到,除了丰田他用的是罗茨式的其他都是离心式,当然现在也有鼓风机是采用的低压式的,丰田为什么采用罗茨式的压缩机呢?大家知道丰田原来是丰田纺织,这个里面他的罗茨压缩机在纺织上有大量的应用,所以丰田积累了大量的技术,他把这个技术移植到这个当中。但是采用这样的压缩机也带来一定的问题,这个问题就是有油润滑,尽管密封做的很好,但是有少量的油有可能漏到里面去,特别是随着使用的时间越长,漏油情况越严重,所以说丰田也正在跟有关的零部件供应商在合作开发,所以基于这个方面,我们认为还是利用离心式空气轴承式的高速压缩机是比较适合。这个是对空气压缩机的技术要求。




燃料电池刚刚提到4个技术,第一个是水热管理技术,燃料电池当中电解质质子交换膜在工作的时候需要保持湿润的状态,否则这个氢离子的传递会很难传递,另外一方面电内阻会增大,另外一方面氢氧反应在生成水,如果管理不当的情况下会把这个流道堵住,所以阻止氧气和氢离子的进入,所以功率会下降。水热管理的目标就是保证这个膜湿润,从此就防止了在阴极和阳极堵水的可能。丰田在发布Mirai最近的这个车当中,应该说它的核心的关键技术就是在它的水管理当中做的工作,这个工作应该发布以后引起了各大车厂的轰动,他把水管理做到极致,具体来讲他把加湿器取消掉了,原来空气系统进行加湿,他把这个取消,丰田的这个目的是为了降低成本,没有这个加湿器了,他的成本会大大下降,他是怎么做到的呢?应该说采用了几个关键的技术,一个关键技术是他把这个膜做的很好,原来的是在20个微米以上,而丰田的这个膜采用了10个微米,那么这个膜变薄了以后就有利于阴极向阳极的水传递,和阳极向阴极的水传递,这个是第一个措施。第二个措施是空气和氢气采用逆流的方式,流动正好是相反,第三个措施就是把这个热管理控制在空气入口这边,温度比较低,出口的温度比较高,这样在温度比较低的时候,由于空气不加湿,温度比较低,随着蒸发量的下降,膜就不容易变干,这是第三个。第四个关键技术是氢气采用很大的循环量进行循环,做了这样的技术就实现了所谓的自增湿的技术,怎么实现的呢?我可以简单说一下。




先看空气这一侧,开始的时候他没有水,但是随着反应进行在空气出口的时候会产生大量的水,这个时候因为这边的浓度比较高,就会从空气侧向氢气侧传递,这个时候我们说氢气在流动的过程当中把水分从入口带到出口,由于空气这一侧浓度比较低,所以说又从阳极向阴极传递,就实现了所谓的自增湿的情况,这个是丰田在这一轮当中的过程,另外一方面系统大大的简化,成本降低,所以说号称这个车卖700万日元。另外一个降低成本的技术是原来的氢瓶是碳纤维,后来跟厂家合作,把碳纤维的要求降低,成本下降,氢瓶当中碳纤维不要要求那么高,这个是丰田降低成本两个关键的技术。




第二个是低温冷起动,对于新能源汽车,即使是纯电动汽车,低温起动仍然是有挑战性,动力电池在低温下的性能应该是比常温下要差很多,燃料电池也面临着同样的挑战,他的挑战是什么呢?我们说对于燃料电池汽车来说反应的快,零下的时候水会结冰,如果结冰的量比较多的话,我们说这个电解质的这层膜很薄,10个微米,冰碴子会出现一些问题。所以说低温起动在燃料电池当中有一个核心的关键技术,那么目前应该说丰田的Mirai、本田等等都实现了在零下30度的起动,我们国内的上汽通用做到了零下25度。这个是怎么做到的呢?主要是从这三个方面考虑,第一个方面是说在停机的时候要想办法把它产生的水分从阳极和阴极排除掉,这样减少了结冰的数量。第二个措施就是保温,这样的话减缓温度降低的速率,第三个是起动的时候加热,它这个加热应该说不是依赖于动力电池的加热,而是利用燃料电池本身的一个自加热,也就是说这个图可能是比较专业,这个是工作图,1.4-1.0的区间是产生热,绝大部分的氢气是变成了电,在低温启动的一瞬间,通过控制的措施,在工作的这个点,这个时候是大量的产生热,而这个小量的产生电,产生这个电只要维持压缩机和燃料电池系统自身工作需要的电就可以了,而大量的这个热把电堆快速地从零下20度,零下30度加热到零上就可以顺利起动,所以这样的技术应该说在国外的主要的厂家都已经实现了在零下30度甚至可以做的更低,这一点应该说比动力电池在低温起动上面解决的更好。去年我们到日本丰田进行交流的时候,我们也问他,为什么在燃料电池汽车当中不采用锂电池而是镍锌电池?他们说锂电池在低温启动上没有得到解决,而镍锌电池已经得到了解决。




第三个关键技术我们叫它系统的控制技术,燃料电池大家知道,它的耐久性是很关键的问题,目前在国际的先进水平上,在轿车上可以运行20万公里,或者说5000小时,功率衰减不超过10%,那么在客车上,可以做到1万个小时,这个耐久性是怎么做的呢?一方面在关键的材料,关键的部件,很大的一部分在控制,经过大量的研究,影响燃料电池寿命的关键因素有这么几个,动态工况,起动,连续怠速,低温储存和起动,经过这几个影响耐久性的关键的因素,如何来对咱们的系统进行控制是比较关键的问题。




这个图是我们中心基于耐久性、经济性、动力性考虑的一个控制策略图,从起动过程,运行过程、故障改善做的。另外现在空气控制系统都是中压或者是高压系统,我们要把空气的供应和压力分别进行控制,进行压力和流量的节流。另外就是这边是氢气供应系统,这边是空气供应系统,刚刚已经提到了电解质的膜很薄,丰田就10个微米,如何来保证这个空气和氢气它们之间的压差?这个压差如果大的话,会把这个膜去掉,我们目前要限制空气这一侧和氢气这一侧的压差不超过0.5,这个我们就可以通过一个控制的方法来使得这个氢气系统和空气系统随动,这个是比较关键的。






燃料电池汽车的发展趋势



最后简单提一提今后燃料电池的发展方向。我们认为未来主要的做的工作是寿命、成本、可靠性这几个方面需要做大量的工作。这个是我们国家在十三五燃料电池的支持,燃料电池去年已经支持了一个比较大的项目,一个是关于电堆,一个是关于材料,还有一个今年要起动的对于燃料电池系统方面的支持,现在本来已经发布,预计在今年的11月份,12月份马上就可以起动。







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2016年9月23日,“2016中国新能源汽车动力电池产业技术发展高峰论坛暨车企与动力电池企业技术交流会”在张家港盛大召开。本届会议由电动汽车资源网携同江苏天鹏电源有限公司联合张家港市发展和改革委员会、张家港市科技局共同举办,来自政府主管部门、行业权威专家学者、新能源整车企业、动力电池产业链企业、检测机构等,共计600余业界精英齐聚一堂。同济大学新能源汽车工程中心教授、博士生导师许思传做重要演讲,许思传教授的演讲主题为“车用燃料电池系统的关键技术及发展趋势”。

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同济大学新能源汽车工程中心教授、博士生导师许思传

以下是电动汽车资源网整理

各位领导,各位专家上午好!今天很高兴有机会跟在座的各位专家和领导探讨燃料电池系统当中的有关问题,今天我也很高兴主持人给我这样的机会,在这样一个动力电池的论坛上,让我介绍燃料电池的情况。其实与刚刚陈老师还有赵部长介绍的一样,燃料电池汽车是我们国家新能源汽车当中的一种主要的形式,我代表我们同济大学新能源汽车工程中心,也是国家燃料电池汽车及动力系统工程中心做一个介绍,我大概分几个部分向各位专家做一下介绍。


关于全球的挑战,大家都比较清楚,我们简单地过一下。大家知道,目前交通的模式,主要是依赖于传统的汽车,应该说无论是从能源和环保这两个方面都不具有可持续性,这里面我想说关于能源的问题,我们国家的石油依存度逐年增加,特别是石油车的保有量增加,对于石油的需求会越来越大,而且我们石油进口对外的依存度达到了60%。




那么对于这种能源的情况,环境污染也对我们国家造成了极大的挑战,我们大家知道对于二氧化碳的排放,在杭州G20峰会上递交了我们的承诺,低碳化一定是未来的发展趋势,对于汽车而言,还有二氧化碳的排放,消耗能源是很重要的一个原因。




基于这样的情况,未来汽车的发展,我们认为是能源的多样化。对于能源多样化而言,电动汽车或者说汽车的电气化一定是今后的未来发展趋势。这里面我想说,可以从两个方面来讲,第一个方面我们说驱动的电动化,我们知道采用了驱动电动化以后,自动回馈,使驱动效率得到了很大的提高。右边的表格当中典型城市行驶工况牵引与制动能量消耗,采用驱动电动化才可以把制动的能量进行回收,提高效率。

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那么第二个方面就是能源的多元化,大家知道,由于我们国家对外石油资源的依存度越来越高,所以国家的能源安全就越来越重要,保证我们国家的能源安全,最有效的方法就是能源的多元化。那么对于能源多元化来说,对汽车工业一定要找到一个中间的载体,中间的能源,这样对于汽车工业的发展就会至关重要,目前比较理想的中间的载体一个就是电,第二个就是氢气,所以目前的纯电动汽车和燃料电池汽车成为国内外争相发展的重点。




今天的主要是动力电池和电动汽车,我这里做了一个比较,这个观点应该说得到了比较大多数的专家的认可,就是说未来的新能源汽车主要是纯电动汽车和燃料电池汽车两种。一般来说在里程比较短的情况下,采用纯电动汽车比较多,而在行驶里程比较长采用燃料汽车比较多,这个表格也给出了各种主要的新能源汽车二氧化碳排放的情况。从这个表格当中我们可以看出,无论是纯电动汽车,还是燃料电池汽车都会极大降低二氧化碳的排放,这是第一个方面,由于前面两位嘉宾都做了详细的介绍,我就简单概括。

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第二个方面我们介绍一下燃料电池汽车,做一下燃料电池汽车的简介,今天在座有很多的企业家,我介绍一下燃料电池汽车的有关方面,希望引起各位企业家、各位领导的重视,加大燃料电池汽车方面的投入。燃料电池汽车最基本的或者是核心的部分,我们叫它燃料电池系统,在国内我们也称之为燃料电池发动机,它和动力电池的最大不同就是利用了氢氧反应产生电,这个方面来说类似于我们传统的发动机,不是一个电池,是一个发电的装置。燃料电池汽车比较有代表性的事例,丰田的Mirai在2014年12月15日在日本上市,无论是价格和性能都在国内外引起了强烈的反响。这是一个比较典型的例子。




紧接着在2015年的3月份,本田发布了他的FCV Clarity汽车,这个基本和丰田的类似,各种指标某一些方面甚至超过了丰田的指标,其实本田的汽车应该说是最早实现,大概在2007年丰田的第一代汽车以租赁的方式供用户进行驾驶。第三个就是现代ix35,韩国现代起步比较晚,应该说跟我们国家基本上类似,大概大量的投入也是在2000年左右,但是现在的汽车发展的比我们国家快很多,应该说现代汽车应该比丰田发布还要早,丰田是2014年的12月份,现代是2014年的4月份已经正式开始销售。




我们做的工作,主要是在同济大学期间完成的,2000年开始研究燃料汽车,最早做的超越一号,超越二号,超越三号,后来跟有关的汽车厂研究了一些轿车,2008年的奥运会,总共给上海大众生产了24辆的轿车,在这以后又在美国的加州进行了长达半年的试行。第二个事件是上海的世博会,我们跟有关的整车厂,一汽、上汽、奇瑞等等,推出了90辆的燃料电池汽车,推出了100辆的燃料电池场馆车,所以总共是193辆的燃料电池汽车在上海世博会上进行了长达半年的运行。这是燃料电池整个汽车的情况。




今天我重点介绍一下燃料电池系统,特别是燃料电池系统当中的关键的部件和系统当中的一个关键技术。刚刚赵总也提到,我们国家燃料电池技术在关键部件、关键材料和国外的差距还是比较大的。这有一个示意图,最主要的部件就是燃料的电堆,为了使它正常的工作,就要源源不断地提供空气,提供氢气,所以我们需要一个氢气的供应体,所以我们就需要一个空气的供应体,另外我们说燃料电池在工作的时候氢氧反应生成水,这个水一方面有可能堵塞,另外一方面又起到湿润燃料电池电堆当中的电解质,也就是膜的作用。所以对电堆而言,既是必不可少的又有一定的危害,所以说燃料电池的水热管理系统,对电堆的冷却,第二方面对产生水的回收和对氢气对空气的加湿,这个是燃料电池系统主要的一个原理。

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这个表格是显示的美国GOE统计的,目前燃料电池的系统主要的技术指标和2020年的发展目标,从这个表格当中我们可以得到这么一个结论,目前在国际上,包括日本、美国、德国,燃料电池的技术已经成熟,下一个阶段,燃料电池的技术主要是集中在降低成本产业化的阶段,这个表格当中也可以看出来,燃料电池汽车跟传统的汽车有突出的优点,效率比较高,这里面目前的最高的效率已经达到了60%,而2020年将会达到65%,我们大家知道对于传统的发动机像丰田普锐斯发布的,效率达到的60%,这个在汽油车当中已经是最高了。所以说燃料电池显著的优点可以看出来,这个是关于简介。




第三部分我介绍一下燃料系统当中的一些关键的部件,这里面特别是希望能够供有关的企业家们进行参考。我们认为燃料电池系统的关键部件,主要是有4个,第一个是电堆,我们说燃料电池系统、燃料电池发动机是燃料电动汽车的心脏,而电堆又是燃料电池系统的关键的一点,电堆我们说就是把空气系统、氢气系统输入的氢气和空气进行化学反应产生电,这个是我们国内外的一个主要的电堆,其中比较有名的就是丰田和本田他们最近发布的电堆,他这个电堆体积比功率已经达到了每升3.1千瓦,我们国内做的产品级的大概每升在1.2千瓦左右,实验室上做到每升2千瓦左右,所以能够看出我们跟国外的差距还是比较大的。另外在这样的一个关键部件当中,又涉及到很多的关键材料,这里面主要是催化剂、膜、碳石、GDL(音),这几个在我们国家基本来说是空白的,或者是有一些个别的企业研发,产品的可靠性耐久性和国外的差距比较大,基本上在应用当中用的比较少,关键材料绝大部分是国外的产品,这也导致了我们国家燃料电池的成本要比国外高很多。




这个表格是给出了目前电堆在2013年达到了一个具体的状态,美国DOE在2020年要达到的一个技术目标。




第二个部件是氢气循环系统,或者说是氢气循环泵。我们大家知道,燃料电池用的燃料是氢气,那么氢气的电堆为了提高它的化学反应速度,我们希望增加氢气在电堆当中的浓度,增加它的压力,所以说我们就希望能够在电堆当中的氢气循环起来,这里面会带来很多的好处,这个好处一是可以提高功率密度,二是可以减轻补水,所以氢气供应系统、氢气循环泵是很关键的部件。目前对氢气循环大概是有这么几种情况,第一是不循环,这个是在我们国家十一五、十二五绝大部分的样机采用,第二个是引射器,第三种氢气循环泵,这个是主要的特点,今后应该说主要以氢气循环泵为主,在个别的情况下对引射器和氢气循环泵相结合。




第三个关键的部件是加湿器。刚刚已经提到了电堆当中的电解质是一个质子交换膜,在工作的时候这个膜要保持湿润状态,一方面是供氢的质子传递作用,另外一方面可以降低内阻,保持电堆内部的水动态平衡,提高电堆性能和耐久性,这个部分就是加湿器。加湿器的发展经历了很多的过程。在以前有用寒冷法,有用喷水加湿,现在是利用排气对进气进行加湿,目前在国内这一块基本是空白,主要是美国的公司、韩国的公司提供的产品当中有。这个是我们说给加湿器的具体要求。




下面一个关键的部件是空气压缩机,或者说是我们叫它燃料电池的专用压缩机,它的作用很简单,就是为电堆提供一定温度、一定压力、一定流量的空气。我们国内目前的压缩机这个行业应该说是比较齐全的,为什么在燃料电池当中不能应用呢?燃料电池有一个特殊的要求,就是要无油,也就是说空气当中的油不允许存在,这样的话目前的传统压缩机不能用在燃料电池系统当中,所以说我们就要开发燃料电池专用的无油压缩机。那么这个图是目前我们做的,所谓的无油润滑的高速压缩机,为了车用我们说燃料电池的压缩机一定要体积小、重量轻,所以为了满足这样的要求,我们采用离心式的压缩机,轴承采用空气轴承,而电机采用高短速,短速达到10万转,国内上基本是10万-15万转之间,这个燃料电池专用压缩机在国内仅仅有个别的厂家在研发,实际上跟国外的差距还是比较大的。




这张图是给出了目前主流燃料当中汽车当中采用的压缩机的主要的形式,从这里面可以看到,除了丰田他用的是罗茨式的其他都是离心式,当然现在也有鼓风机是采用的低压式的,丰田为什么采用罗茨式的压缩机呢?大家知道丰田原来是丰田纺织,这个里面他的罗茨压缩机在纺织上有大量的应用,所以丰田积累了大量的技术,他把这个技术移植到这个当中。但是采用这样的压缩机也带来一定的问题,这个问题就是有油润滑,尽管密封做的很好,但是有少量的油有可能漏到里面去,特别是随着使用的时间越长,漏油情况越严重,所以说丰田也正在跟有关的零部件供应商在合作开发,所以基于这个方面,我们认为还是利用离心式空气轴承式的高速压缩机是比较适合。这个是对空气压缩机的技术要求。




燃料电池刚刚提到4个技术,第一个是水热管理技术,燃料电池当中电解质质子交换膜在工作的时候需要保持湿润的状态,否则这个氢离子的传递会很难传递,另外一方面电内阻会增大,另外一方面氢氧反应在生成水,如果管理不当的情况下会把这个流道堵住,所以阻止氧气和氢离子的进入,所以功率会下降。水热管理的目标就是保证这个膜湿润,从此就防止了在阴极和阳极堵水的可能。丰田在发布Mirai最近的这个车当中,应该说它的核心的关键技术就是在它的水管理当中做的工作,这个工作应该发布以后引起了各大车厂的轰动,他把水管理做到极致,具体来讲他把加湿器取消掉了,原来空气系统进行加湿,他把这个取消,丰田的这个目的是为了降低成本,没有这个加湿器了,他的成本会大大下降,他是怎么做到的呢?应该说采用了几个关键的技术,一个关键技术是他把这个膜做的很好,原来的是在20个微米以上,而丰田的这个膜采用了10个微米,那么这个膜变薄了以后就有利于阴极向阳极的水传递,和阳极向阴极的水传递,这个是第一个措施。第二个措施是空气和氢气采用逆流的方式,流动正好是相反,第三个措施就是把这个热管理控制在空气入口这边,温度比较低,出口的温度比较高,这样在温度比较低的时候,由于空气不加湿,温度比较低,随着蒸发量的下降,膜就不容易变干,这是第三个。第四个关键技术是氢气采用很大的循环量进行循环,做了这样的技术就实现了所谓的自增湿的技术,怎么实现的呢?我可以简单说一下。




先看空气这一侧,开始的时候他没有水,但是随着反应进行在空气出口的时候会产生大量的水,这个时候因为这边的浓度比较高,就会从空气侧向氢气侧传递,这个时候我们说氢气在流动的过程当中把水分从入口带到出口,由于空气这一侧浓度比较低,所以说又从阳极向阴极传递,就实现了所谓的自增湿的情况,这个是丰田在这一轮当中的过程,另外一方面系统大大的简化,成本降低,所以说号称这个车卖700万日元。另外一个降低成本的技术是原来的氢瓶是碳纤维,后来跟厂家合作,把碳纤维的要求降低,成本下降,氢瓶当中碳纤维不要要求那么高,这个是丰田降低成本两个关键的技术。




第二个是低温冷起动,对于新能源汽车,即使是纯电动汽车,低温起动仍然是有挑战性,动力电池在低温下的性能应该是比常温下要差很多,燃料电池也面临着同样的挑战,他的挑战是什么呢?我们说对于燃料电池汽车来说反应的快,零下的时候水会结冰,如果结冰的量比较多的话,我们说这个电解质的这层膜很薄,10个微米,冰碴子会出现一些问题。所以说低温起动在燃料电池当中有一个核心的关键技术,那么目前应该说丰田的Mirai、本田等等都实现了在零下30度的起动,我们国内的上汽通用做到了零下25度。这个是怎么做到的呢?主要是从这三个方面考虑,第一个方面是说在停机的时候要想办法把它产生的水分从阳极和阴极排除掉,这样减少了结冰的数量。第二个措施就是保温,这样的话减缓温度降低的速率,第三个是起动的时候加热,它这个加热应该说不是依赖于动力电池的加热,而是利用燃料电池本身的一个自加热,也就是说这个图可能是比较专业,这个是工作图,1.4-1.0的区间是产生热,绝大部分的氢气是变成了电,在低温启动的一瞬间,通过控制的措施,在工作的这个点,这个时候是大量的产生热,而这个小量的产生电,产生这个电只要维持压缩机和燃料电池系统自身工作需要的电就可以了,而大量的这个热把电堆快速地从零下20度,零下30度加热到零上就可以顺利起动,所以这样的技术应该说在国外的主要的厂家都已经实现了在零下30度甚至可以做的更低,这一点应该说比动力电池在低温起动上面解决的更好。去年我们到日本丰田进行交流的时候,我们也问他,为什么在燃料电池汽车当中不采用锂电池而是镍锌电池?他们说锂电池在低温启动上没有得到解决,而镍锌电池已经得到了解决。




第三个关键技术我们叫它系统的控制技术,燃料电池大家知道,它的耐久性是很关键的问题,目前在国际的先进水平上,在轿车上可以运行20万公里,或者说5000小时,功率衰减不超过10%,那么在客车上,可以做到1万个小时,这个耐久性是怎么做的呢?一方面在关键的材料,关键的部件,很大的一部分在控制,经过大量的研究,影响燃料电池寿命的关键因素有这么几个,动态工况,起动,连续怠速,低温储存和起动,经过这几个影响耐久性的关键的因素,如何来对咱们的系统进行控制是比较关键的问题。




这个图是我们中心基于耐久性、经济性、动力性考虑的一个控制策略图,从起动过程,运行过程、故障改善做的。另外现在空气控制系统都是中压或者是高压系统,我们要把空气的供应和压力分别进行控制,进行压力和流量的节流。另外就是这边是氢气供应系统,这边是空气供应系统,刚刚已经提到了电解质的膜很薄,丰田就10个微米,如何来保证这个空气和氢气它们之间的压差?这个压差如果大的话,会把这个膜去掉,我们目前要限制空气这一侧和氢气这一侧的压差不超过0.5,这个我们就可以通过一个控制的方法来使得这个氢气系统和空气系统随动,这个是比较关键的。

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燃料电池汽车的发展趋势



最后简单提一提今后燃料电池的发展方向。我们认为未来主要的做的工作是寿命、成本、可靠性这几个方面需要做大量的工作。这个是我们国家在十三五燃料电池的支持,燃料电池去年已经支持了一个比较大的项目,一个是关于电堆,一个是关于材料,还有一个今年要起动的对于燃料电池系统方面的支持,现在本来已经发布,预计在今年的11月份,12月份马上就可以起动。

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