焊接材料及工艺 实验教案（精选8篇）
低碳钢TIG熔焊熔宽、余高、熔深测量
实验项目学时：2 实验要求：■必修 □ 选修
一、实验目的及要求：
1.配合课堂教学，开展现场教学与实验，加强感性认识，理论结合实际，加深技术研究的必要性认识。
2.通过实验让学生掌握TIG焊的原理及特点，对TIG焊有一个感性认识，为以后工作中打下基础。
3.学习焊接接头组织性能分析方法：包括金相制样、抛光、浸蚀及金相照相的基本操作规程。
二、实验基本原理：
TIG焊：
钨极惰性气体保护焊英文简称TIG（Tungsten Inert Gas Weiding）焊。它是在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝（如果使用填充焊丝）的一种焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响，从而可获得优质的焊缝。保护气体可采用氩气、氦气或氩氦混合气体。焊缝几何参数测量：
熔深h 容宽
余高H 容宽
熔宽B 容宽
图1焊缝形状的几何尺寸测量示意图
三、主要仪器设备及实验耗材：
主要仪器设备：
TIG焊机、金相抛光机、金相制样机等 实验耗材：
焊丝、金相砂纸、抛光剂等
四、实验内容或步骤： 内容及步骤：
备料切割：按照要求切割低碳钢板； 表面处理：包括机械打磨、酒精丙酮清洗等； TIG焊接试验：选定工艺参数进行焊接试验；
组织性能分析：进行金像试样切割、压制、打磨、抛光、腐蚀、照相；
分析：焊接前后的组织性能变化
五、思考题 直流TIG焊适合焊接什么类型的金属？是否适合焊接铝合金？ 2 TIG焊接低碳钢后的焊缝组织为何种组织？为什么？ 对比TIG焊与激光焊接头的熔深熔宽等特征参数，有何区别？为什么？
六、主要参考书
1．《焊接冶金》，李亚江编著，化学工业出版社，2004
2.《先进连接方法》李志远、钱已余、张九海等主编，机械工业出版社，2000
************（实验课程名称）
课程编码： z5901x218 实验指导书：（自编）面向专业： 材料成型及控制工程
Q235钢表面堆焊处理
实验项目学时：2 实验要求：■必修 □ 选修
一、实验目的及要求：
1.配合课堂教学，开展现场教学与实验，加强感性认识，理论结合实际，加深技术研究的必要性认识。
2.通过实验让学生掌握TIG焊的原理及特点，对TIG焊有一个感性认识，为以后工作中打下基础。
3.学习焊接接头组织性能分析方法：包括金相制样、抛光、浸蚀及金相照相的基本操作规程。
二、实验基本原理：
TIG焊：钨极惰性气体保护焊英文简称TIG（Tungsten Inert Gas Weiding）焊。它是在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝（如果使用填充焊丝）的一种焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响，从而可获得优质的焊缝。保护气体可采用氩气、氦气或氩氦混合气体。
TIG堆焊：利用TIG焊的方法在低碳钢的表面进行堆焊其他金属，从而使低碳钢的表面获得性能的改善。
单层单道、单层多道堆焊界面组织：
三、主要仪器设备及实验耗材：
主要仪器设备：
TIG焊机、金相抛光机、金相制样机等 实验耗材：
焊丝、金相砂纸、抛光剂等
四、实验内容或步骤： 内容及步骤：
料切割：按照要求切割低碳钢板；
面处理：包括机械打磨、酒精丙酮清洗等； TIG焊接试验：选定工艺参数进行焊接试验；
组织性能分析：进行金像试样切割、压制、打磨、抛光、腐蚀、
照相；
分析：焊接前后的组织性能变化
五、思考题 TIG堆焊时焊道与焊道之间的距离如何选择？为什么？ 2 TIG焊接低碳钢后的焊缝组织为何种组织？为什么？
六、主要参考书
1．《焊接冶金》，李亚江编著，化学工业出版社，2004
1 现有实验课程的状况分析
高分子学科是一个涵盖了高分子化学、高分子物理、高分子成型加工以及高分子合成工艺等多方面的有机整体[1]。以往的实验课程都是与各课程密切相连,人为地将高分子实验课程分割为高分子物理实验、高分子化学实验和高分子成型加工实验,各实验课程间的知识点划分狭隘、过于分散且缺乏联系,不利于学生从总体上实现理论知识和实践问题之间的融合贯通。我校高分子专业在办学过程中也逐渐意识到了这一问题,通过学习国内相关院校的先进经验[1,2,3,4,5],经过充分的论证和研讨后,将原先的高分子物理实验和高分子化学实验合并为高分子实验,同时加入高分子成型加工原理相关内容。这不但有利于实验教师根据高分子物理、高分子化学和高分子成型加工原理等理论课程的进度,做到有的放矢安排实验进度,同时也有利于学生打通不同课程间的桎梏和强化各课程所学知识点之间的联系。
2 创新型实验开展的必要性
相比基础性实验,综合性实验的设置和开展对学生各课程知识的掌握在广度和深度上均提出了更高的要求,也使得学生能够对分属于不同课程的知识点有了更为深刻的认识,通过相互对比和验证,有助于专业知识的全面掌握和理解。但鉴于实验开展仍然遵循着学生预习、老师讲授、动手操作和课后交报告的传统模式,虽然实验指导老师针对实验可以设计不同的反应历程,让不同组别的学生获得迥异的结果,但实验结论的预测性很强,一些意外问题的发生也会在指导教师的预料之中,并能够很快给出解决方案,这对于提升学生在主观能动学习能力的效果很有限。另外,本校开展的高分子实验在内容的编排上还存在着较为明显的学科界限,还不能完全融合高分子化学、高分子物理和高分子成型加工原理等课程内容,因此很有必要开设具有创新型的研究型实验课程。
3 实验开设时机
鉴于此类研究型实验的开展往往需要比较集中的时间段,高分子材料教研室经过多次商讨,确定本实验的学时为90学时 ( 30学时/周×3周) ,将主要的实验内容集中安排在大四上学期的最后3周内完成。此时,一方面学生已经完成了所有的理论课程的学生和各类基础实验的训练,为本实验的开展提供了先决条件; 其次,在此时间段有关校园招聘活动也会告一段落,可以保证学生有充足的时间和精力完成实验; 最后,此次实验训练也为下一学期的本科毕业设计 ( 论文) 的开展提供一次很好的预演,能够有效地消除学生对毕业设计 ( 论文) 的恐慌和迷茫心理。
4 实验内容的优化设计
根据王新平等[5]的观点,创新型实验必须具有实验结果的不确定性和探索性、实验设计程序的自主性和开放性,以及实验过程的可行性和可操纵性等基本要素。因而,这类实验的开展必然会对实验人员 ( 包括指导教师和学生) 、实验设备和场地等诸多方面提出了更高的要求。根据创新型实验内容设计的三点原则[5]和本专业教研室老师的科研情况,教研室选择了“导电性高分子材料的制备及其应用”这一开放性较强的实验。通过多方面的探讨和论证,我们尝试设计了一个以掺杂聚苯胺的合成、表征及其在聚丙烯和天然橡胶中的应用为主线的研究型实验,实验内容和所需基本学时安排如下:
( 1) 学生分组,布置实验的侧重方向 ( 一组在聚丙烯中的应用,一组在天然橡胶中的应用) ,安排相关文献的查询和阅读,着重了解聚苯胺的特性和合成方法、聚丙烯和天然橡胶的性能和加工特性,温习有关设备的操作和安全注意事项 ( 30学时) 。
( 2) 根据分组,学生在老师的指导下搭建实验平台,进行聚苯胺的合成,分别采用化学氧化聚合法、乳液聚合法、微乳液聚合法和分散聚合法制得一系列经过质子酸或无机酸掺杂改性的聚苯胺,经纯化干燥后备用 ( 30学时) 。
( 3) 用高阻计测试聚苯胺的电导率,X射线衍射仪分析产物的物相结构,红外光谱仪观察产物的特征官能团,并在扫描电镜下观察产物的形貌,并比较不同组别间所得聚苯胺产物在性能和外观上的异同 ( 15学时) 。
( 4) 各组同学在制得合格的聚苯胺后,按照预先选定的应用方向,分别添加到聚丙烯或天然橡胶中制成复合材料,前者在双螺杆挤出机中完成,而后者在双辊开炼机和平板硫化机中进行。( 30学时)
( 5) 将所得复合材料进行标准化制样后,分别用万能电子试验机、摆锤式冲击试验机和高阻计测试复合材料的拉伸性能、冲击韧性和电导率随聚苯胺添加量的变化规律并记录实验结果; 用扫描电镜观察复合材料断面形貌,分析破坏机制,探讨材料的强度和韧性变化的机理 ( 15学时) 。
( 6) 学生整理数据,并撰写实验报告。报告要求参照本科毕业论文的模板和格式,须包括引言、实验过程、结果与讨论、结论和参考文献等主要部分 ( 30学时) 。
其中( 1) 和( 6) 要求学生利用课余时间分别在实验周的前后一周内完成,不占用实验周的学时。在整个实验进行过程中,如因出现不可抗力或意外情况导致实验进展不顺利,可通过与实验室管理人员协调,利用周六和周日的时间进行弥补,以保证学生有充足的实验时间。
通过这样一个研究型实验的设计和内容编排,不但使学生能够将有机化学、高分子化学、高分子物理、高分子成型加工原理以及材料现代测试与分析技术等课程中散落的知识点进行有机串联,还同时大大增强了学生对高分子材料从合成、表征到应用的整体认识。在实验过程出现不可预料的事件时,合理引导学生利用理论知识去分析问题,并通过查找资料寻求解决问题的方法,有力地推动了学生在理论知识和实践应用方面的融会贯通,极大地提升了学生的主观能动性。
5 实验课程考核
本实验的考核采用过程管理与结果考核并用的模式,主要分为以下三个方面:
( 1) 学生实验表现( 40% ) : 指导教师观察并记录学生在实验中的表现,包括实验时间的合理安排、实验平台的正确搭建、实验药品和原料的适用和管理,以及意外情况出现时的应对措施等。
( 2) 综合报告撰写( 40% ) : 要求每一位学生在查阅文献和整理资料的基础上,独立分析实验数据,撰写一份符合要求的实验报告。
( 3) 教师提问考核( 20% ) : 学生提交报告期间,指导教师根据报告内容进行提问,考核学生对实验过程和报告内容的熟悉程度,同时考察学生在实验数据分析中的逻辑性,进一步深化学生对实验的印象,达到初步培养学生科研素质的目的。
6 结语与展望
创新型实验的设置和开展是实验教学改革中最为重要的环节之一。虽然我校高分子材料与工程专业在此方面进行了初步尝试,但还有大量的工作亟待深入和细化研究。如,如何协同学生人数多与实验设备少之间的矛盾; 在非工作日如何加强学生在实验室的安全管理工作; 如何通过学生的反馈来改善和优化实验内容,进而提高实验教学的质量; 如有可能的话,应在现有工作的基础上,设计更多具有前瞻性、创新型且兼具可行性的创新型实验,以达到满足学生自主选题的需要等。这些问题对实验室管理人员和指导教师提出了更高的要求,需要在后续的工作中进一步加以完善和提高。
摘要：创新型实验具有研究性、开放性和可行性等显著特征,是实验教学改革中最为重要的环节之一。该类实验对于培养学生的综合能力和提高科学素养非常重要和必要。本文从课程设置的必要性、开设时机、内容优化及考核等方面,对《塑料/橡胶加工工艺与设计》的课程教学进行了初步探讨。
关键词：创新型实验,教学改革,教学设计
参考文献
[1]李海明,魏冬青,刘志军,等.高分子科学实验课程的综合性改进[J].实验科学与技术,2009(2):126-127,155.
[2]张巧玲,刘有智,杜栓丽,等.高分子实验教学改革的几点探索[J].高分子通报,2010(7):107-110.
[3]夏茹,周艺峰,林宏云,等.高分子专业大综合实验课程的设置与实践[J].高分子通报,2010(12):95-98.
[4]赵彦芝.探讨高分子化学实验课程的开设[J].广州化工,2013,41(5):226-227.
关键词：焊接工艺；焊接性能；铝合金；焊接材料
目前结合实际焊接工艺与大量的焊接工艺文献来源可知，当前采用的铝合金焊接工艺应用方法较多，原则上一般都能够满足其铝合金焊接需求。比如最初普遍采用的氧气炔焊接法，再到后来比较常用的电栓焊、点焊等电阻焊方式，包括搅拌摩擦焊、电子焊等工艺焊接法。不过，显然这些焊接工艺应用时存在一些潜在性缺憾。例如采用氧气炔焊接时，如果不能良好控制气焊火焰的集中温度，则会造成裂纹缺陷出现；而电焊、搅拌焊等方式又对其焊接接头的作业要求较高，所以存在工艺应用的场地限制和约束。基于此，研究焊接材料与焊接工艺的对其焊接性能的主要影响，应能选用合理的焊接方法，同时要了解焊接接头裂缝的形成机理等有关内容，以此才能选择适宜的焊接材料与操作工艺，保障铝合金焊接质量。
1.焊接方法的选择
考虑到当前焊接铝合金等有色金属所采用的普遍焊接工艺方法存在的普遍缺陷，比如裂纹缺陷、场地限制等，所以文章主要推荐的是钨极氩弧焊工艺焊接法。该焊接工艺应用较为广泛，主要原理是通过氩气隔绝空气效果，由于其本身不融于金属，具有不能产生其他化合物的特性，所以其电弧清除焊接工件的氧化膜效果较为可靠，能够对易于氧化的铝合金予以成功焊接，具有良好的电弧稳定性，甚至在较为微小的电流下仍能维持燃烧状态，对诸如超薄合金板的焊接效果较为理想。因此，选用该焊接工艺时，可以着重考虑焊接工件的厚度及接头调整参数等。
由于铝合金本身的化学活泼性表现明显，所以其金属材料发生化学反应的可能性较高，在焊接时特别容易和空气中的水分加以产生氧气反应。因此，考虑到采用钨极氩弧焊的作业焊枪其保护范畴较小，可能影响到焊缝金属保护效果，处于热影响区受热作用下易与空气发生气体反应，在焊接时产生气孔或其他氧化物等缺陷。基于此，一般采用该焊接工艺会在焊接工件上设置必要的保护气罩，使其自气罩出来的气体能够回流到焊件周围形成一个立体空间的氩气保护氛围，故此能够降低空气对其焊接工艺表现出的气孔或氧化物等缺陷影响。
2.焊接材料及工艺应用对铝合金焊接性能的主要影响
2.1焊接接头裂缝及其主要特征
由于铝合金材料应用在焊接工艺下的材料种类差异性存在，以及采取的焊接工艺性质不同，所以在其焊接接头中可能会表现出诸多形式上的各类缺陷裂纹。这些裂纹缺陷分布特征相对复杂，主要结合生产需求不同将其划分为两种裂纹缺陷方式：
一类属于焊缝金属裂纹，主要有横向或纵向裂纹、弧坑裂纹、弧状裂纹、以及多层焊接时的显微裂纹等缺陷形式。
二是焊接工艺操作时的热影响区裂纹。这种裂纹缺陷主要有焊趾裂纹、熔合线区域内的显微裂纹、以及层状结构裂纹等。同时，这些裂纹结合热影响区又可以分为热裂纹与冷裂纹。比如，热裂纹一般是在高温作业下通过晶界上合金金属偏析或者存在一些熔点较低的物质引起的。当然，考虑到金属材料差异性存在，其实际上产生的裂纹形态也表现不同，即在裂纹表现形态上又可以分为结晶、液化、多边化裂纹等。热裂纹中主要以结晶裂纹为主，它一般是在焊缝结晶过程时，基于在固相线区域内的凝固金属收缩，并且又没有多余液体金属加以填充，所以则在凝固收缩作用下促成了沿晶开裂；发生这种现象多以一些低碳合金钢为主；再如，液化裂纹的形成也与其金属收缩应力作用相关，即在其加热到高温时发生晶界凝固而产生液化裂纹。
2.2热裂纹产生的过程及其机理
焊接过程可以说是一种矛盾的工艺加工过程，在其焊接作业过程中许多不平衡的工艺综合杂糅到一起，故而造成了焊接接头、金属冶金、及力学作用的综合表现。换言之，铝合金在焊接工艺下的冶金过程属于物理、化学及材料组织上的综合反应过程，其中夹杂着熔渣、气体成分等。所有这些现象发生，都会存在着裂纹的形成动机，但去裂纹型号曾最为紧密关联的则属于冶金因素。事实上，从力学角度來看，焊接工艺属于热循环状态，在这种状态下其共同存在着温度梯度变化与对应的冷却速度变化，焊件在一定作业条件下其接头始终保持应力到应变的这一变化形态，所以则为裂纹的形成提供了契机与必要条件。
因此，在焊接过程中，要控制冶金因素及力学应力变化过程下所出现的裂纹缺陷，应能考虑金属材料的强化与弱化关系。比如，在冷却时期，焊接接头属于一种对外建立的强度联系。如果，此时在作业条件下保持其能够顺从应力变化，使其焊缝和焊缝区的材料工件能够承受其内在应力与残存应力，就不会造成裂纹出现。反之，当工件不能承受其应力变化作用时，其材料强度联系就会中断，故而促成裂纹缺陷发生。同样，随着温度的逐渐冷却，冶金及力学因素也会对应发生改变，在不同温度区域内其接头金属表现的强度也不同，比如结晶温度区间较大，且固相线温度低时，其晶粒间在残存的低溶液态金属处则更容易造成应力集中，致使其出现固相金属裂纹。因此，针对于此，实际焊接合金材料时应能综合考虑接头裂纹缺陷形成条件等，以选用适宜的焊接工艺及材料。
3.结语
基于铝合金自有的焊接优越性能存在，所以在各领域中得到的广为应用。并且，随着如今焊接工艺技术的持续发展与快速进步，铝合金的焊接构件使用需求也越来越大。基于此，在采用铝合金材料完成焊接工艺时应能考虑必要的气路保护、焊前清洗等准备工作，并要重点知晓焊接接头裂缝形成特征及原理参数等，以此才能避免铝合金焊接气孔等缺陷裂纹发生。
参考文献：
[1]赖鸥.焊接材料及工艺对铝合金焊接性能的影响[J].科技创新与应用，2013（6）.
[2]李午申，邸新杰.中国钢材焊接性及焊接材料的进展[J].焊接，2013（3）.
[3]李春范，杜淼，杨晶秋等.中国焊接材料的现状及发展趋势[J].焊接，2010（7）.
浅析汽车车身的焊接工艺设计
在 汽车厂中，焊接生产线相对于涂装线和总装线来说，刚性强，多品种车型的通用性差，每更新换代一种车型，均需要更新车间大量专用设备和生产工艺。焊接工艺设 计可以称得上是焊接生产线的“灵魂”，涉及的专业知识较多，如机械化、电控、非标设备、建筑、结构、水道、暖通、动力、电气、计算机、环保和通讯等，从宏 观上决定车间的工艺水平、物流、投资和预留发展，具体决定着生产线的工艺设备种类和数量、夹具形式、物流工位器具形式、机械化输送方式及控制模式等。因 此，焊接工艺设计在焊接生产线的开发中占有举足轻重的地位，是产生高性价比焊接生产线的关键。
1、车身焊接工艺设计的前提条件 1.1产品资料
a.产品的数学模型（简 称数模）。在汽车制造行业中，一般情况下用UG,Catia,ProE等三维软件均能打开数模（如图1），并在其中获取数据或进行深人的工作。在工艺设计 过程中，将所有数模装配在一起就构成了一个整车数模，从数模中可以获得零部件的结构尺寸、位置关系。由数模还可以生成整车、分总成、冲压件的各种视图（包 括轴测图），以及可以输出剖面图。
b.全套产品图纸。
c.样车、样件（包括整车车身总成、各大总成、分总成和冲压件）。
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d.产品零部件明细表（包括各部件的名称、编号，冲压件的名称、编号、数量，标准件的规格、数量）。
工艺设计时，业主必须提供上述a、b、c中至少1项，d项可以从前3项中分析出来，正常状态下d项（如图2）早在汽车设计结束时就已经确定了。如果仅提供b项，那么需要增加大量的车身拆解、分析工作。
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1.2工厂设计的参数
工厂设计的参数包括以下几方面： a.生产纲领即年产量；
b.年时基数即生产班次、生产线的利用率等；
c.生产线的自动化程度（机器人＋自动焊钳焊点数／全车身焊点数x 100%=自动化率）；
d.生产线的工艺水平要求（如主要设备选用原则、生产线的输送方式，电气控制水平等）；
e.各种材料、外购件的选用原则（如型材、控制元件、气动元件、电机、减速器）； f.各种公用动力介质的供应方式、能力、品质等参数，建厂所在地的环境状况如温度、湿度等；
g.当生产线布置在原有厂房内时，应收集原有房的土建、公用有关资料，如厂房柱顶标高、屋架承载能力、电力和动力介质的余富程度等。
2、工艺分析 2.1工艺线路分析
根据业主提供的产品资料进行产品工艺线路分析（如业主仅提供样车及样件则需经过样车分析→样车拆解→样车测量→样车再装配过程），完成装焊工艺线路图或爆炸图设计。
2.1.1产品分块
同类型车身的分块基本相 同（一般车身均由地板、侧围、前／后围、门、顶盖等大总成组成），但各总成之间的连接方式及顺序往往有较大区别，合理的分块才能保
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证车身的装配和焊接。例 如，解放平头驾驶室的装配顺序就比较特殊，先形成侧后围焊接总成（左／右侧围与后围形成焊接总成），而后形成驾驶室总成。
2.1.2确定基准
整个车身的设计、制造、检验均建立在同一坐标系上，在车身设计时一般已经考虑到装配、焊接、总装配和搬运过程中所需的基准（孔、面），车身装焊的整个过程必须建立在一定的基准上 才能保证整车的几何形状和尺寸，同时这些基准也是夹具设计、制造、调整、检测和维修的基准。确定基准时应注意以下几个方面：
a.基准的统一性，在焊接过程中基准是逐步传递的； b.基准应便于测量；
c.基准应保证零件的准确定位； d.基准应考虑便于焊接操作。
2.1.3确定车身装配的几何精度及检测的基准面
几何基准是零件或部件的某个明显部位，用来确定该零部件在X,Y,Z坐标系统内的理论位置；准确的部件基准位置用以保证装配的几何形状的准确性，因此基准位置对装配工作非常重要，在研究焊接过程之前需要仔细分析部件的基准，必须与用户一起完成几何形状的分析，由用户确定其基准位置、或由设计人员确定后再取得用户同意。
为了使这些基准能一直保持准确，在夹具制造与安装调试过程中必须严格控制以下几方面。a.在制造焊装夹具时进行调整（检测）；b.在生产时，对装配好的部件的最后几何尺寸进行校核；C．在维修装焊夹具时进行检测。
2.1.4确定装配顺序
车身的每个冲压件、分总成和总成都是按照严格的顺序进行组装、焊接从而完成整个车身焊接的，每个零件的装配顺序必须保证能完成全部焊接工作且便于焊接。
2.1.5焊点分析
表明焊点的主要参数（焊点的数量、位置、幅度、重要程度）是产品设计时决定的，但目前部分业主仅提供产品数模而没有产品图纸。这时，焊点的主要参数需要工艺设计人员确定。
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2.1.5.1定形焊点的确定
相对复杂的工件之间的焊 接，往往需经过组装、补焊的过程完成。在组装工位，由于生产节拍限制、设备数量布置空间需要和夹具有效空间占用等原因，不可能完成全部焊接工作，但必须完 成部分焊点，这些焊点应能保证工件离开夹具时的形状尺寸，这部分焊点称为定形焊点，一般情况下定形焊点占总焊接点数的1/3左右。
2.1.5.2焊点分组
车身每个总成上都要完成许多焊点，在编制工艺时必须对焊点进行分组，即将1把焊钳在1个工作节拍内完成的焊点分为1个焊点组。
2.1.5.3焊钳初步选型
焊点分组工作完成后即可进行焊钳选型，确定焊点组的数量即焊钳的最小数量，根据工件的形状及尺寸确定焊钳的形式（X 形,C形）及喉深、开档、行程、电极形状，焊钳的吊挂形式（横吊、纵吊、转环）根据焊点位置和操作位置确定。焊钳型号的确定要在夹具总图设计完成之后，根 据选定的焊钳制造商提供的型谱进行焊钳型号的选择，对于在型谱中找不到合适焊钳焊接的焊点，需要重新设计焊钳与之匹配。2.2编制工艺过程卡
在具备前提条件下，经过工艺分析，就可以开始编制装焊工艺过程卡。工艺过程卡是装焊线设计、制造和调试整个过程的指导性文件，是装焊线全部工作的基础，装焊工艺过程卡的编制深度和质量对装焊线设计、制造。调试整个过程的质量甚至成败起决定性作用。2.2.1生产节拍
一般生产节拍可按式（1)计算：
T节＝全年工作日x每日班次x每班工时xK1 x K2/年纲领（1）式中，K1 为工时利用率，一般取 0.9；K2为设备利用率，一般取0.8-0.9。
2.2.2工位设置及工位生产周期
工位是构成生产线的基本 单元，工位生产周期必须小于或等于生产线节拍。工位生产周期是从待焊接零部件上料（装件）开始到完成本工位全部作业并将工件取出的整个过程时间，同时应考 虑工时利用率及设备利用率。工位生产周期与操作工人的熟练程度有很大关系，一般准确的工位生产周期需由实测确定，工艺设计旧寸应使所有工位的工位生产周期 尽可能相等并接近生产节拍。
2.2.3工作密度
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工作密度是指一个工位上设置的焊接设备数量及操作工人数量，主要由工件外形尺寸、焊接工艺方法和焊接工作量决定。
a.按工件外形尺寸决定工作密度。
外形尺寸小于1000 mmxl 500 mm，工作密度取1；外形尺寸小于2 000 mmxl 500 mm，工作密度取1-2；外形尺寸小于3 000 mmx 1500 mm，工作密度取2-3；外形尺寸小于6 000 mmx 1 500 mm，工作密度取3-4.b.按照焊接工作量和生产节拍确定工作密度。2.2.4工时定额估算
工时定额＝焊接工作时间＋辅助工作时间
每一工位或工序的时间定额一般由装件、夹具动作夹紧、焊接、松开夹具和将工件送至下一工位的时间累计构成，也可用焊接时间放大而得出，即概算定额，工序时间定额（工时）＝焊接工作量÷焊接速度xK。
以下是几种焊接方法焊接速度的一般状况估算值，其焊接速度与焊点及焊缝的间距、分布、焊钳及焊枪的接近性、工人操作难易程度等有一定的关系，故仅供工艺编制参考。a.手工焊钳点焊15点/min;b．机械手焊钳点焊20点/min;c.C02半自动焊300 mm/min;d.机械手C02自动焊400 mm/min;e.螺柱焊（手工8 个/min;f.凸焊螺母（手工）3个/min;g.铜钎焊100 mm/min。
2.2:5工艺卡的内容
a.焊件（总成或合件）简图一般为轴测图（立体图），图中：应标出进入装配冲压零件的名称、图号及数量；同时要标出焊点的位置、数量，甚至施焊的顺序；各种标准件如螺母、螺柱、支架等位置、数量及焊接方法。b二工艺过程描述：从工件（零、合件）的装入、定位夹紧、焊接及焊后将合件送往下工序的整个过程，按先后顺序既简单又全面的描述。
c.工序所采用的夹具、设备、辅具及工具的名称、编号及数量作定性及定量分析。
d.给出工序的时间定额，甚至分每一工步给出，而工时的确定有如下几种方法：凭经验；采用人工模仿，秒表测定；计算机仿真。
2.2.6工艺卡的格式
工艺卡格式见焊接工艺卡附表（如表1）。
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2.2.7工艺卡编制的工作量
以三厢轿车为例估算：简图约100张，工艺卡约200张，需要3个有经验的能够独立工作的技术人员花两个月的时间完成。
3、工艺设计
工艺设计是焊接生产线设计的基础，其他专业（机械化、非标设备、土建、公用、电控）设计均以工艺设计文件为指导，工艺设计文件的深度必须满足相关专业的设计需要。工艺设计文件一般包括以下内容。
3.1工艺设备安装图
标明工艺设备安装位置、设备外形、编号，原材料、半成品、成品存放地及通道，工人操作位置，预留面积（如果有），起重设备质量、跨度、轨道线，机械化运输悬
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链、单轨等的范围轨迹，水、电、气供应点及局部通风位置的坐标等。
3.2设备明细表 3.3焊机、时控箱布置图
表示焊机、时控箱及相关设备的型号、数量、安装位置、安装方式、接管尺寸等内容，供公用各专业设计支管线和焊机、时控箱安装时使用。简单的装焊线可直接在车间工艺设备安装图中表示。
3.4焊钳、平衡器布置图
表示焊钳、平衡器的型号、数量、安装位置、吊挂方式，供焊钳安装使用。简单的装焊线可直接在车间工艺平面图中表示。
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3.5滑轨、滑车布置图
表示滑轨型号、长度位置，滑车形式、尺寸、位置、数量，供机械化专业设计滑轨、滑车安装图使用。简单的装焊线可直接在车间工艺设备安装图中表示。
3.6标准设备订货任务书 3.7非标设备设计任务书
说明对机械化运输方式的要求，与机械化相关的吊挂要求，设备长、宽、高及其技术要求，工艺参数，最大工件尺寸、面积和质量等。
3.8夹具设计任务书
夹具设计任务书（如图3）是夹具设计的指导文件，也是夹具最终验收的依据，所以夹具任务书一定要得到甲方的认可并签字。
3.8.1编制的前提条件
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a.已编好的工艺卡，认为确实可行并得到用户的认可。
b.按合同与业主商定的技术条件，如手动或气动，外购件的来源等。3.8.2编制步骤
a.根据工艺卡了解装配顺序、焊接顺序、焊钳类型、操作位置来确定工件的位置，以及工作台面的高度，同时确定台面是固定或是可旋转（水平或垂直），是否需要带举升取件的装置。
b.确定进人装配的零部件定位及夹紧点，并表示出来，给出序号。c.确定定位销及支承夹紧器的形式，并将断面图画出。d.确定测量点及计算出其数据（理论数据）。3.9检具设计任务书 3.10工位器具设计任务书
工位器具设计任务书是工位器具设计的指导文件，也是工位器具最终验收的依据；工位器具任务书必须符合设计深度要求，必须经业主签字确认后方可进行工位器具设计。说明放置工件的名称、编号、数量，工件放置形式、运输形式，必要时画出简图及注明尺寸。
3.11公用管道司令图
用以指导厂房管线设计的管线总体布置：规划图，避免管线之间或管线与建筑物／构筑物之间直接相碰或不满足规定的安全距离要求。
3.12车间土建资料 3.13 车间公用资料
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4、工艺设计的主要注意事项
a.汽车车身在装焊过程中，合理分块非常重要，而车身总成的分块大体相同，但往往对头接缝处有所变化，要认真分析。分块决定夹具的套数、工艺流程，是工艺设计的第一步。
b.工艺设计不能只顾眼前，应该远近结合、滚动发展，做到近期合理、远期可行。c.要充分考虑混线生产的可能性，在夹具设计任务书和工艺设备选型上尽可能柔性化。
d.生产方式尽可能精益，尽量减少在制品存放，大型外覆盖件的物流尽量短；灵活布局车间内的各条生产线，使各生产线之间工件输送及与其他车间的衔接尽量短捷、顺畅，提高生产效率。
e.生产线的布置要考虑空中机械化运输设备和水、电、气管线布置流畅。f.小件生产尽量集中布置，提高设备利用率。按照工艺流程在线旁布置小件的模式，从节约成本的角度看是不可取的。
g.焊钳的选型不容易做好，在焊接生产线调试过程中更换5%的焊钳是比较低的，故需要进行三维焊钳与夹具的焊接过程动态模拟，提高选型准确性。
h.有条件的项目建议应用数字化工厂软件虚拟焊接车间，将以往设计中不宜发现的问题经过计算机仿真，较早地被发现和解决，提高设计方案、图纸的准确性和节拍平衡。
i: 工艺设计不能脱离生产管理系统，计算机系统在那些工位取得生产信息，就要求在设备定货技术任务书明确功能及接口条件。
5、结束语
焊接工艺设计涉及的知识 领域宽，受到制约同样比较多，比如产品系列、用户观
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念、工艺水平、质量精度要求、周边物流状况、投资限制、原有厂房及厂区等，因此要求工艺设计人员见多识 广。生产线技术水平和自动化率不是越高越好，也不是生产线投资越低越好，在保证产品质量的前提下，高性价比的焊接生产线是工艺设计永恒的追求目标。随着我 国汽车行业自主品牌的不断增加，焊接工艺设计也必实现由国外设计多而转变成国内设计多，将会有更多的自主品牌焊接生产线得到广泛应用。
——四川绵阳理工学院
电源是在电路中用来向负载供给电能的装臵，而手工电弧焊的焊接电源，即是在焊接电路中为焊接电弧提供电能的设备。为区别于其它的电源，这类电源称为弧焊电源。常用的手工电弧焊电源有弧焊发电机、弧焊变压器和弧焊整流器，俗称直流弧焊机、交流弧焊机和整流弧焊机。这些弧焊电源，除用于手工电弧焊外，还可用于埋弧自动焊等，用以焊接电弧为热源的焊接工艺方法上。
第一节： 手工电弧焊对电源的要求
弧焊电源是为电弧提供电能的装臵，因此它的特性和结构与一般电力电源比较，有着显著的区别，这是弧焊工艺的特点所决定的。对弧焊电源有如下几点具体要求：引弧容易；保证电弧稳定燃烧；保证焊接工艺参数稳定（主要指焊接电流和电压）；可调节焊接工艺参数。
为了达到上述的具体要求，就必须要求弧焊电源具有一定的电气性能。
一、对弧焊电源外特性的要求
电弧的稳定燃烧，一般是指在电弧电压和电流给定时，电弧放电处在长时间内连续进行的状态。
电弧焊时，弧焊电源和焊接电弧组成了一个供电和用电系统，在稳定状态下，也即电源在其它参数不变的情况下，弧焊电源的输出电压与输出电流之间的关系，称为弧焊电源的外特性。它可用如下关系式表示： Ｕ输＝ｆI输
弧焊电源的外特性亦称弧焊电源的伏安特性或静特性。在以电压为纵轴，电流为横轴的直角坐标系中，弧焊电源的外特性可表示为一条曲线，这条曲线称为弧焊电源的外特性曲线。
弧焊电源的外特性曲线。随着弧焊电源输出电流的增大，电源的输出电压下降，这种类型的外特性，称为下降外特性，它的曲线叫做下降外特性曲线。
弧焊电源的外特性，基本上有下降外特性、平特性和上升外特性等三种类型。对手工电弧焊来说，为了能保证焊接电弧在选定数值的焊接电流下稳定燃烧而不熄灭，就必须要有下降的外特性。
在焊接回路中，由于弧焊电源的输出电流就是焊接电流，所以可将焊接电弧的静特性曲线与弧焊电源的外特性曲线，按同一比例绘制在一个直角坐标系上。
下降外特性曲线与电弧静特性曲线在一个坐标系中，电源的下降特性曲线与焊接电弧的静特性曲线有两个交点Ａ与Ｂ。在这两个交点上，由于它们各自对应的输出电压、电弧电压及输出电流、焊接电流都相等，即电源供给的电压和电流与电弧燃烧所需要的电压和电流相等，说明在这两个交点上，电弧能燃烧。但是，是否能在这两点上长时间地保持稳定状态？下面就这个问题对这两个燃烧点进行分析。
首先，电弧在Ａ点是否能正常、稳定地燃烧。如果在焊接电路中，由于受到外界因素的干扰，使焊接工作电流突然降低，这时电源输出的端电压就要小于所要求的电弧电压Ｕ；这样，电路就失去平衡，电流又进一步减小，直至电弧熄灭；如果焊接电流由于外界因素的干扰，突然增大，这样，对应的电源输出电压大于电弧所要求的电压，这就使焊接电流进一步增大，并且越来越大，直至Ｂ点。由此可见，在Ａ点电弧不能稳定燃烧。
再来分析，电弧在Ｂ点是否能正常、稳定地燃烧。如果在焊接电路中，由于受到外界因素的干扰，使焊接电流突然降低至人，此时电源供给的输出电压。大于该电弧所需要的电压，这就会促使焊接电流增加，直至恢复到Ｂ点，使输出电压与电弧电压又处干相等的状态，输出电流等于焊接电流，电弧恢复到正常燃烧的位臵。如果焊接电流受外界因素干扰突然增加到人，这时电源供给的输出电压就要下降，且小于电弧在该点燃烧所需要的电压，这就使焊接电流必然要减小，直至又恢复到Ｂ点。由此可见，电源的下降外特性曲线与电弧静特性曲线的交点凡不仅是一个电弧燃烧点，而且是电弧正常、稳定的燃烧点。综上所述，具有下降外特性的孤焊电源能够保证焊接电弧稳烧。
具有上升外特性或平特性的弧焊电源，能否保证手工电弧焊的焊接电弧稳定燃烧？上升特性和平特性曲线与电弧静特性曲线只有一个交点Ａ，在该点电弧燃烧情况，相当于Ａ点电弧燃烧情况。当焊接电流突然降低时，会导致电弧熄灭；当焊接电流突然增大时，电源供给的端电压大于电弧燃烧所需的龟压，因此必然引起焊接电流进一步增大，使电源的端电压与电弧所需要的电压的差值更大，电弧因此而不能稳定燃烧。由此看来，只有下降外特性的电源，才能保证手工电弧焊焊接电弧的稳定燃烧。
下降的外特性，虽然能保证手工电弧焊时电弧的稳定燃烧，但下降的外特性曲线有缓降的，也有陡降的，哪一种更有利于电弧的稳定燃烧？手弧焊时电弧长度是由手控制的，因为手的抖动或焊件表面的不平整，均使弧长发生变化弧长波动时，陡降外特性电源的电流波动小而缓降外特性电源的电流波动大。因此当电弧长度变化时，陡降外特性电源所引起的电流变化幅度小，电弧较稳定，而缓降外特性的电源所引起的电流变化幅度大，电弧不稳。所以手弧焊对电源的基本要求就是要具有陡降的外特性。
二、对弧焊电和空来电压的要求
所谓空载电压，就是在焊接引弧之前，弧焊电源输出端所具有的端电压。
在生产实践中，由于焊条端面和焊件表面往往存有铁锈和其它杂质，使接触不良，接触电阻很大，电弧不易引燃。因此，只有较高的空载电压，才能将高电阻的接触面击穿，形成通路；同时，空载电压高有利于电子发射，容易引弧；另外，在焊接过程中，由于熔滴过渡造成的短路，会导致焊接电弧的熄灭，而具有较高的空载电压便能在焊接过程一旦脱离短路时，使焊接电弧尽快的复燃，保证了整个焊接过程的稳定。
但是，空载电压不宜过高，因为过高的空载电压不利于焊工的安全操作。因此，空载电压应在满足焊接工艺要求的前提下，尽可能低一些。
目前，我国生产的弧焊发电机和弧焊整流器，空载电压一般在９０Ｖ以下；弧焊变压器的空载电压一般在８０Ｖ以下。
三、对弧焊电源 特性的要求
在焊接中，根据焊接材料的性质、厚度、焊接接头的形式、位臵及焊条直径等不同，需要选择不同的焊接电流。这就要求弧焊电源能在一定范围内，对焊接电流作均匀、灵活的调节，以便有利于保证焊接接头的质量。
对手工电弧焊来说，弧焊电源的下降外特性曲线与电弧静特性曲线的交点中，只有一个电弧稳定燃烧点。因此，为了获得一定范围所需的焊接电流，就必须要求弧焊电源具有很多条可以均匀改变的外传性曲线簇，以便与电弧静特性曲线相交，得到一系列的稳定工作点，这就是弧焊电源的调节特性。最理想的弧焊电源调节特性是可改变其空载电压。手工电弧焊的焊接电流变化范围一般在100～400Ａ之间。
四、对弧焊电源动特性的要求
焊接电弧在焊接电路中作为一个负载，但不同于一般电路中的负载。如在照明电路中，电源所负担的是在相对一段时间中固定不变的负载，即电灯的电阻。而在焊接电路中，焊接电弧对弧焊电源来说，是一个一直在变化着的动态负载。这是因为在焊接过程中，由于熔滴的过渡可能造成短路，使电弧长度、电弧电压和焊接电流产生瞬间变化。弧焊电源的动特性，是指弧焊电源对焊接电弧的动态负载所输出的电流、电压对时间的关系，它表示弧焊电源对动态负载瞬间变化的反应能力。
手工电弧焊要求其焊接电源有较合适的动特性，这样才能获得预期有规则的熔滴过渡、稳定电弧、较小的飞溅和良好的焊缝成形。对动特性的具体要求，主要有如下几点：
１．合适的瞬时短路电流峰值
手工电弧焊时，由于引弧和熔滴过渡等均会造成焊接电路的短路现象。为了有利于引弧，加速金属的熔化和过渡，同时，为了缩短电源处于短路状态的时间，因此。应当适当增大瞬时短路电流。但是过高的短路电流，会导致焊条与焊件的过热，甚至使焊件烧穿，还会引起飞溅的增加以及电源过载。所以，必须要有合适的瞬时短路电流峰值，即限制短路电流的特性，通常规定短路电流不大于工作电流的1.5倍，具有陡降外特性的电源是能满足这一要求的。
２．合适的短路电流上升速度
短路电流的上升速度是否合适，对手工电弧焊或其它熔化极电弧焊的引弧和熔滴过渡均有一定的影响。一般要求有较快的短路电流上升速度，它也是标志弧焊电源动特性的一个主要指标。
３．达到恢复电压最低值的时间应适当
为了保持焊接电弧的稳定燃烧，对弧焊电源来说，从短路到复燃时，要求能在较短的时间内，达到恢复电压的最低值（＞３０ｖ）这样才能使电弧在极短的时间内重复引燃．以保持电弧的持续、稳定。
五、对弧焊电源结构的要求
对弧焊电源的结构，要求简单轻巧，制造容易，消耗材料少，成本低。同时，又要求它牢固，使用方便、可靠、安全和维护容易。在结构上，还要求在特殊环境下具备相应的适应性（如在高原、水下、野外焊接等）。
六、焊机型号的编制
焊机型号的编制，是用汉字拼音大写字母及阿拉伯数字，按一定的编排次序所组成。按原机械工业部标准ＪＢ１４７５—７４规定的编排次序如下；
上述编排次序中，１、２、３、７各项均以汉字拼音大写字母表示；４、5、6各项均由阿拉伯数字表示。另外，型号中３、４、６项如不用时，其它各项排紧。
１．大类名称中，弧焊发电机用“A”表示；弧焊变压器用“B”表示；弧焊整流器用“Z”表示。
２．小类名称中，焊接电源外特性为下降特性的，用“X”表示；平特性用“Ｐ”表示；多特性用“Ｄ”表示。
３．附加特征中，可控硅整流器用“K”表示；硅整流器用“Ｇ”表示；铝绕组用“L”表示。
如ＡＸ－３２０即为具有下降 性的弧焊发电机，其额定焊接电流为３２０Ａ；ＡＸＩ－５００即为产品系列品种序号为１，具有下降外特性的弧焊发电机，其额定焊接电流为500Ａ。又如ＢＸ3—５００即为系列品种序号为３、具有下降外特性的弧焊变压器，其额定焊接电流为500A。
焊机除了有规定的型号外，在其外壳均标有铭牌，学要记载着额定工作情况下的一些技术数据，以供操作者正确应用而不致损坏设备。
下面对额定值和负载持续率作一简述。’
（１）额定值 额定值即是对焊接电源规定的使用限额，如额定电压、额定电流和额定功率等。按额定值使用弧焊电源，应是最经济合理、安全可靠的，既充分利用了焊机，又保证了设备的正常使用寿命。超过额定值工作称为过载，严重过载将会使设备损坏。因此，对各类手工电弧焊电源，必须定出额定值，以供焊接时选用。当然，在选用时也不宜选用额定值过高，因为选用较高额定值的焊机，虽然能使焊机在使用时设备更趋安全，但由于设备未获充分利用，在客观上造成了浪费：
（２）负载持续率 负载持续率是指焊机负载的时间占选定工作时间的百分率。可用如下公式表示：
负载持续率＝在选定的工作时间周期内焊机的负载时间／选定工作时间周期×100%
我国对手工电弧焊机，所选定的工作时间周期为5ｍｉｎ，如果在5ｍｉｎ内负载的时间为３ｍｉｎ，那么负载持续率即为６０％。对于一台焊机来说，随着实际焊接（负载）时间的增多，间歇时间减少，那么负载持续率便会不断增高，焊机就会更容易发热、升温，甚至烧毁。因此，焊工必须按规定的额定负载持续率使用。
第二节： 弧焊发电机及弧焊变压器
一、弧焊发电机
弧焊发电机也称直流弧焊机，由直流发电机和原动机两部分组成，所以也称弧焊发电机组。
原动机可分为电动机、柴油机或汽油机。常用的弧焊发电机组是以三相异步电动机作为原动机，带动一台直流弧焊发电机组成，电动机与发电机同轴同壳，组成一体式结构。图８—６所示为ＡＸ－３２０型弧焊发电机的构造。常用的是指具有陡降外特性的弧焊发电机，根据发电机获得陡降外特性的方法不同，弧焊发电机可分为裂极式、差复激（差复励）式和换向极式等几种。本节主要介绍裂极式弧焊发电机。
１．弧焊发电机的一般原理
弧焊发电机是一种特殊的直流发电机。它的发电原理与普通直流发电机不同，由于它使用在弧焊这样一种特殊场合，因此，要对它提出陡降的外特性，具有一定范围、均匀的调节特性和良好的动特性等特殊要求。
（１）直流发电机的电动势 直流发电机电动势的产生，当电枢绕组的线圈在磁极之间匀速转动时，线圈的边将切割磁力线，而产生感应电势。由于运动方向与磁曲线之间的夹角成正弦规律变化，所以切割磁力线的速度也成正弦规律变化、因此导线中的感应电势也成正弦规律变化。对于线圈的一条边，每转一周经过Ｎ及Ｓ极备转换一次，产生的感应电动势就改变一次方向。因此，电枢绕组中的感应电势是一种正弦交变电势。为得到直流电势，必须对它进行整流，这就需要通过换向器来实现。图中所示的换向器是由两片换向片组成，经换向（整流）之后，电刷人Ｂ两端输出的电动势（电压）和电流是一种脉动很大的波形状直流电。由于电枢绕组的线圈边数很多，换向器的片数也很多，而且电枢的转速又较高，所以最终能得到较为平直的直流电动势和直流电波形。
（２）电枢反应 直流发电机在空载时，发电机中的工作磁通（主磁通冲是主磁极通过激磁绕组的激磁电流产生的，当发电机处于负载运行时，电枢绕组中便有负载电流通过，产生了由电枢电流形成的磁通，即电枢反应磁通。电枢反应磁通的分布，其大小与电枢电流成正比。
由于电枢反应磁通的存在，对发电机的工作磁通带来较大的影响。当主磁通中与电枢反应磁通，合成以后形成工作磁通，一是使工作磁通发生歪扭，即此时由合成磁通形成的物理中性面与发电机的几何中性面之间产生偏角；二是使工作磁通相对减弱为，这种现象称为电枢反应。由此可知，随着电枢电流的增加，电枢反应使工作磁通相对减弱加剧，这就是弧焊发电机能获得下降外特性的一个基本依据。
２．裂极式弧焊发电机
裂极式弧焊发电机采用并激绕组激磁，依靠电枢反应获得陡降外特性。现以ＡＸ－320型焊机为例说明。ＡＸ－３２０型弧焊发电机是较常用的直流弧焊机，其空载电压为５０～８０Ｖ，工作电压为３０Ｖ，电流调节范围为４５～３２０Ａ。
（ｌ）焊机构造ＡＸ－３２０型弧焊发电机的构造如图所示，由一台 14ｋｗ的三相感应电动机和一台裂极式直流弧焊发电机组成。电动机的转子与发电机的电枢在同一根轴上，并臵于同一机壳内。机身下有四个滚轮便于移动。
发电机内有四个磁极，水平方向的磁极为主极；垂直方向的磁极称为交极。主极带有切口，这样磁极的截面减小了，使得磁通在达到一定值后就无法再增加，即在焊机工作的时候，主极的磁通能迅速达到饱和状态（磁饱和状态）。磁极的排列不同于普通直流发电机，其南（ｓ）北ｍ）极不是互相交替排列，而是主极的北极Ｎｓ与交极的北极Ｎ交，以及两个南极Ｓ交均为相邻配臵。如此排列的两对磁极，好像是由一对大磁极分裂而成，所以，这类弧焊发电机称为裂极式弧焊发电机。
裂极式弧焊发电机有三组电刷，其中两组主电刷ａ与ｂ供电弧用电，中间为一组辅助电刷ｃ。主极和交极上激磁绕组的电流（激磁电流）由电刷ａ与ｃ两端的电压供给．通过安装在焊机顶部的变阻器，可以改变交极上一部分激磁绕组的激磁电流，以达到对焊机进行焊接电流细调节的目的、焊机的一端还装有电流调节手柄，通过它带动电刷装臵来改变电刷的位臵，从而可进行焊接电流的粗调节。
（2）工作原理 ＡＸ3２０型弧焊发电机的工作原理：焊机的下降外特性，借电枢反应的去磁作用而获得。
１）空载 空载时，弧焊发电机内的工作磁通有主极磁通向和交极磁通内。焊机的空载电压，由电刷之间的电压组成。其中电压由主极磁通决定，次级电压则由交极磁通决定。由于空载时电枢中没有焊接电流通过，所以没有电枢反应，也就不产生去磁作用，从而使焊机能保持较高的空载电压，以便引弧和保证焊接电弧的稳定。
２）焊接 焊接时，由于电枢中有焊接电流通过，便产生了电枢反应，用右手定则可以确定电枢绕组在磁场中各不同位臵和感应电流的流向，然后以右手螺旋定则，便可确定由电枢反应产主的电枢反应磁通的方向。
由此可见，电枢反应磁通与主极磁通的方向相同，而与交极磁通内的方向相反。由于主极铁心开有切口，早已达到磁饱和状态，因此电枢反应磁通尽管与主极反应磁通方向相同，也无法使主极磁通增加，而只能使交极磁通向减少，削弱了发电机内部的总磁通，这种现象是电枢反应的去磁作用造成的。电枢反应的去磁作用，随着焊接电流的增加而增大，随着焊接电流的减小而减小。当焊接电流增加时，电枢反应的去磁作用促使总磁通减小，使发电机的输出电压降低；电枢反应的去磁作用越大，输出电压就越低，这样就使弧焊发电机获得了下降外特性。
３）短路 焊接短路时，由于短路电流突然增大，由此而产生的电枢反应磁通剧烈地增加，它不但完全抵消了交极磁通向，而且还形成与交极磁通方向相反的磁通，就使电刷间产生了与原来方向相反的感应电动势（电压），而且在数值上接近于由主极磁通，决定的焊机的输出电压 Ｕ。接近于零，这就限制了短路电流，以免损坏焊机。
（３）焊接电流的调节ＡＸ—３２０型弧焊发电机有两种电流调节方法，即粗调节和细调节。
ｌ）粗调节 焊接电流的粗调节是用改变电刷位臵来实现的。当电刷位臵顺电枢旋转方 向移动时，焊机的输出电压降低，焊接电流便随之减小；相反，逆电枢旋转方向移动时，焊接电流增大。粗调节共有三档，电刷在第一档位臵时，电流最小，第三档位臵电流最大。电刷位臵的移动由调节手柄来实现。
２）细调节 焊接电流的细调节，用变阻器来改变流经交极的部分激磁绕组中的激磁电流，使交极磁通内发生变化，从而使发电机的总磁通增大或减小，这样就改变了发电机的感应电动势，达到电流细调节的目的。
二、弧焊变压器
弧焊变压器也称交流弧焊机，是以交流电形式向焊接电弧输送电能的设备。弧焊变压器实际上是一台具有一定特性的变压器，主要特点是在次级回路（焊接回路）中增加阻抗，阻抗上的压降随焊接电流的增加而增加，以此获得陡降外特性。按获得陡降外特性的方法不同，弧焊变压器可分为串联电抗器式弧焊变压器和增强漏磁式弧焊变压器两大类。按结构不同，串联电抗器又可分为分体式和同体式（也称整体式或复合式，如ＢＸＺ系列）两类。增强漏磁式可分为动圈式（ＢＸ３系列）、动铁式（ＢＸＩ系列）和抽头式（ＢＸ６１２０）等三类，这里主要介绍动圈式弧焊变压器。
１．动圈式弧焊变压器的构造
动因式弧焊变压器属于ＢＸ３系列，产品有ＢＸ３—１２０、ＢＸ３—１２０—１、ＢＸ３—３００、ＢＸ３—３００—２、ＢＸ ３—５００型等。现以ＢＸ ３－３００型弧焊变压器为例说明，该焊机的空载电压为６０～７５Ｖ，工作电压为３０Ｖ，电流调节范围为４０～４００Ａ。
ＢＸ３—３００型弧焊变压器是一台动圈式单相焊接变压器，变压器的初级绕组分成两部分，固定在口形铁芯两芯柱的底部，铁芯的宽度较小，而叠厚较大。次级绕组也分成两部分，装在两铁芯柱的上部并固定于可动的支架上，通过丝杆连接，经手柄转动可依次级绕组上下移动，以改变初、次级绕组间的距离，调节焊接电流的大小。初、次级绕组可分别接成串联（接法１）和并联（接法Ｉ），使之得到较大的电流调节范围。
２．动圈式弧焊变压器的工作原理
动圈式弧焊变压器属于增强漏磁式类，它是利用有初级漏磁通和次极漏磁通的存在而获得下降外特性，当变压器在工作时，铁芯内除存在着由初级电流所激励的磁通外，还有一小部分经过空气闭合，且仅与初级或次级绕组发生关系的磁通，它们被称为漏磁通。漏磁通分别在初级绕组和次级绕组内感应出一个电动势，这个电动势对电路的作用，相当于在该电路串联了一个电抗线圈。由此可见，如增大初、次级绕组的漏磁，即相当于该电路上串联电抗线圈所产生的电压降增大，这样，便可获得陡降外特性。
（1）空载 在空载时，由于次级绕组无焊接电流流过，因此不存在次级漏磁通，则无降压现象，故能保持原始较高的空载电压，有利于引弧。
（２）焊接 焊接时，由于焊接电流的存在，使漏磁通随着焊接电流的增大而增大（初级漏磁通也可折合成次级漏磁通），使焊机获得下降的外特性。
（３）短路 焊接短路时，由于短路电流很大，由此而产生的漏磁造成更大的电压降，从而限制了短路电流的增长。
３．动圈式弧焊变压器焊接电流的调节
动圈式弧焊变压器通过改变初、次级绕组的匝数进行粗调节，改变初、次级绕组的距离来进行细调节。
（１）粗调节 电流的粗调节是先将电源切断，然后再将电源转换开关转至相应的接法。当初、次级绕组接成接法二时，初、次级绕组均为串联，使焊机总的漏磁通增大，焊机的外特性便处于初、次级绕组均为并联，使焊机的漏磁减小，外特性便处于曲线３和曲线４的范围内。
Ｉ位臵时，空载电压为７５Ｖ，焊接电流调节范围为４０～１２５Ａ；Ｈ位臵时，空载电压为６０Ｖ，焊接电流调节范围为１１５～４００Ａ。
（２）细调节 在上述两种接法中，都可用改变初、次级绕组之间的距离进行电流细调节。这是因为改变了两绕组间的距离，而使得初、次级绕组间空气漏磁通发生变化的缘故。当距离增大，漏磁增大，焊接电流就减小；反之，焊接电流增大。
接法二时，减小两绕组间的距离，外特性曲线由ｌ移到２；接法工时，减小两线组间的距离，外特性曲线由３移到４。故一般称接法１为小档，接法正为大档。
第三节： 弧焊整流器
弧焊整流器是一种直流弧焊电源，用交流电经过变压、整流后而获得直流电。弧焊整流器有硅弧焊整流器、可控硅弧焊整流器及晶体管式弧焊整流器等三种。硅弧焊整流器常用的有ＺＸＧ型，即下降特性硅弧焊整流器。随着国内、外焊接事业的发展，可控硅弧焊整流器的优点逐渐被显现，它的优点是消耗材料少，体积小、重量轻、功率因数高、省电、动特性良好，且调节性能好，电网电压波动和工作电压波动可以补偿，而输出电压稳定，便于一机多用和实现自动化焊接等。可控硅弧焊整流器国内定型产品不多，如ＺＤＫ型、ＺＸＳ型等。
本节主要介绍上海电焊机厂从国外引进的ＧＳ系列（即ＺＸＳ型同类产品）可控硅弧焊整流器。目前生产的ＧＳ－３００ＳＳ，４００ＳＳ、５００ＳＳ、６００ＳＳ型弧焊整流器具有陡降外特性。
一、焊机构造
ＯＳ系列焊机是由主变压器（三相）、三相可控硅整流器组、输出电抗器、电子控制线路印刷板、冷却风机、主接触器和转换开关等部件所组成。
１．三相主变压器
三相主变压器的主要作用，是将网路电压降至焊接所需要的电压值后，供给三相晶闸管整流器组整流。主变压器的部分次级绕组还向控制线路供电。
２．三相晶闸管整流器组
三相晶闸管整流器组的主要作用；是将三相主变压器送来的已经降过压的三相交流电，进行三相桥式全控整流。
３．输出电抗器
输出电抗器是串联在焊接回路内的铁芯式电抗器，它的作用是使由晶闸管整流电路输出脉动较大的电压波形趋于平直，即起滤波作用，另外，可改善动特性并抑制焊接短路电流的峰值。
４．电子控制线路印刷板
电子控制线路印刷板的主要作用，是焊装臵电子线路中所需的各种电子元件。
５．冷却风机
冷却风机系螺旋式通风机，它以强迫风冷的形式。使焊机内部得到适宜的冷却。
６．主接触器
主接触器的作用是当焊机开启后，使主变压器一次回路接通，即主变压器初级绕组与网路电源接通。
７．转换开关
转换开关主要有电流范围开关、“开关”控制开关、电流控制开关和“电弧推力”开关。
电流范围开关是提供“大”、“小”两档电流输出粗调范围，“开关”控制开关是焊机启动、关闭用遥控或面板操作的转换开关，电流控制开关则是焊接电流采用遥控或面板操作的转换开关，“电弧推力”开关是该系列焊机为适应不同的焊接状况，当电弧电压降到一定值时，提供不同电弧特性的转换开关，分“大”、“中”、“小”三档。以ＧＳ－４００ＳＳ型焊机为例，当电弧电压下降至１５Ｖ左右时，随着弧压的继续降低（电弧长度缩短），焊接电流增长较快，以提高“电弧推力”
ＧＳ系列焊机可保护可控硅整流器组不致因过热而烧坏，除冷却风扇强制冷却外，还装有热保护装臵，它是一个与主接触器串联的常闭型触点温度继电器，当整流器过热便会使主接触器断开，以使焊接电流输出中断。
二、工作原理
焊机空载启动时，焊机主接触器接通，网路电源向焊机供电。三相主变压器将同路输入的电压，降至焊接所需的工作电压值，然后经三相晶闸管整流器组进行全控整流，便能获得脉动直流电压，经输出电抗器的滤波作用，最后获得波形连续平直的直流焊接空载电压。
在焊机电子控制线路中，有一个触发电路，它能向晶闸管的控制极提供触发脉冲，即与三相交流电同步的一个电压脉冲讯号，使晶闸管导通，以获得直流电。在焊机空载时，触发电路提供的电压讯号脉冲有一给定的导通角（即可使晶闸管在交流电波形处于某一相位时导通），使焊机具有一固定的空载直流电压。
另外，在电子控制线路中，还有一个电流反馈控制系统。在焊接时，由电流感应装臵接收焊接回路中焊接电流变化的讯号，再经触发电路处理后，输送给晶闸管可控硅的控制极，此时所提供的控制脉冲讯号的导通角，随焊接电流的变化而变化（触发脉冲的移相），从而使焊接电源的输出电压随之发生变化，以此获得焊机的下降外特性。
三、焊机的操作
焊机有遥控和面板操作两种方法，如果不使用遥控电流或开关控制，“电流控制”和“开关控制”开关，应臵于“面板”位臵，如使用遥控，应把上述两开关臵于“遥控”位臵。电流范围开关臵于所选择的位臵（“大”或“小”）。电弧推力开关臵于所需的位臵；电弧推力“大”，在短路状态下，短路电流最大。具有最大的电弧穿透力，适宜于全位臵焊接的引弧及某些类型的焊条；“中”，短路电流适中，适用于大多数焊接场合及某些类型焊条；“小”，电弧穿透力最小，适宜于气体钨极电弧焊接，将电流调节旋钮旋至所需电流位臵。在完成上述步骤后便可按下电源按钮开关“开”，开始焊接。
在焊接结束关机前，须让焊机在空载状态下运行３ｍｉｎ，然后按下电源按钮开关“关”。当人员离开焊机时，应切断电网输入电压。
近几年来国际和国内迅速发展一种新型高效机电一体化焊接设备——逆变式弧焊整流器。其技术指标和焊接工艺性能均十分优异，具有极高的综合技术指标，是高能耗焊接设备理想的更新换代产品。
我国逆变式弧焊整流器的系列产品型式为ＺＸ７—ＸＸＸ，型号中７表示逆变式。
逆变式弧焊整流器的特点和用途；此焊机采用最新的快速晶闸管（ＰＳＣＲ）和快速整流管等大功率开关器件，用大规模集成电路控制的ＰＦＭ线路构成先进的交流系统。它以小巧的中频变压器，取代了传统焊机中笨重的工频变压器，从而使该焊机具有效率高、空载损耗小、输出电流稳定、节能、节材、高稳定、高可靠、快速的特点。
据实际测试其耗电量比一般弧焊发电机少１／３以上，产品本身节约铜、钢、铁等材料达８０％以上，因此该焊机具有体积小、重量轻、移动方便等优点。
ＺＸ７系列逆变式弧焊整流器，适用于直径０．８～5mｍ焊条施焊，焊接电流调节范围极宽，有２～３２０Ａ（上海电焊机厂），有２０～２００Ａ，５０～５００Ａ（成都〃皮克电力电子技术研究所）。焊机除作为手工电弧焊外，还可以作为手工钨极氩弧焊电源。当采用氩弧焊接时为接触引弧，机内电子线路保证了良好的引弧性能，不会造成夹钨现象，在收尾时焊接电流按最佳梯度自动衰减，并有提前送气、滞后断气功能。手弧焊时电弧稳定。飞溅极小、焊接性能优良。因此在压力容器焊接时，可一机完成氩弧焊打底和手工焊盖面两道工序。
工作过程简介如下：网路三相电源送至工频三相整流桥整流后，供给主晶闸管逆变器，逆变成中频交流，然后进行中频变压及整流，再经过滤波和反馈控制得到输出平滑，并能满足焊接需要，且可连续调节的直流电压和电流。
通过这样的变频处理。大大减小了主变压器的体积和重量，同时也提高了整机的控制精度，使焊机具有很好的电网电压波动补偿功能和优良的焊接特性。第四节：手工电弧焊电源的维护及故障处理
弧焊电源设备的维护是保证安全生产和焊接质量的重要手段，因此必须重视焊机的日常维护工作。同时，对于一个熟练的电焊工来说，也应该懂得自己所使用弧焊电源常见故障产生的原因和处理这些故由的基本方法，这对于提高焊工的技术素质、焊接质量和焊接生产率都具有十分重要的意义。
一、手工电弧焊电源的维护
对焊机的合理使用和正确维护，能保持弧焊设备工作性能的稳定和延长使用期限，并保证生产的正常进行。弧焊设备的维护应由电工和焊工共同负责。
焊工在维护方面应注意下列几项：
１、弧焊电源应尽可能放在通风良好而又干燥的地方，不应靠近高热地区，并应保持平稳。硅弧焊整流器要特别注意对硅整流器的保护和冷却，严禁在不通风情况下进行焊接工作，以免烧坏硅整流器。
２、焊机接入网路时，焊机电压须与之相符，以防烧坏设备并注意焊机的可靠接地。
３、焊钳不能与焊机接触，防止发生短路。
４、必须按照设备的要求，在空载或切断电源的情况下改变极性的接法和调整焊接电流。
５、应按照焊机的额定焊接电流和额定负载持续率使用，不要使设备过载而遭破坏。
６、焊接过程中，焊接回路的短路时间不宜过长，特别是硅弧焊整流器用大电流工作时更应注意，否则易烧坏硅整流器。
７．应经常注意焊接电缆与焊机接线柱的接触情况是否良好，及时紧固螺帽。
８．经常检查弧焊发电机的电刷与换向片的接触情况，要求电刷在换向片表面有适当的均匀压力，以使所有电刷都能承受到等荷的电流。若电刷火花过大易烧坏换向片，应视实际情况调换电刷或用蘸有汽油的布揩去换向片上的碳屑，也可用木块衬着玻璃砂纸对换向片表面进行研磨，但切不可用手指压着砂纸研磨，严禁用金钢砂砂纸。
９．应防止焊机受潮，保持焊机内部清洁，定期用干燥的压缩空气吹净内部的灰尘，对硅弧焊整流器尤为注意。
１０．发生故障、工作完毕及临时离开工作场地时，应及时切断焊机的电源。
二、手ｘ电弧焊电源常见故障的处理
1、弧焊发电机的常见故障及其排除方法见表８—４。
第一章、绪论
1.了解复合材料的定义、分类及应用。答：（1）定义：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。（2）分类：
聚合物基复合材料（PMC）:热固性树脂基、热塑性树脂基、橡胶基 金属基复合材料（MMC）：轻金属基、高熔点金属基、金属间化合物基 陶瓷基复合材料（CMC）：高温陶瓷基、玻璃基、玻璃陶瓷基
水泥基复合材料（CeMC）碳基体复合材料（C/C）
按功能分：结构复合材料和功能复合材料
（3）应用：航空航天，一般工业（汽车、化工、建筑、机械、船舶等），体育用品，生物医学，其他。
2.FRP、GFRP、FRTP各代表什么意思。
答：FRP：fiber reinforced plastics，纤维增强塑料；
GFRP：glass fiber reinforced plastics，玻璃纤维增强塑料； FRTP：fiber reinforced thermal plastics，纤维增强热塑性塑料。
3.什么是ACM？其判据是什么？
答：ACM：advanced composite materials，先进复合材料。先进复合材料是以碳纤维、硼纤维、芳纶纤维作为增强体，具有高的比强度、比模量、剪切强度和剪切模量、高温性能、耐热性的复合材料。判断依据：
比强度 = 强度 / 材料密度
比强度≥（4×106cm）单位量纲（cm）比模量 = 模量 / 材料密度
比模量≥（4×108cm）单位量纲（cm）
第二章、复合材料理论基础
1.（1）复合材料中增强体的作用是什么？常见的增强体有哪些（至少列出6种）？
答：增强体是指在复合材料中骑着增加强度、改善性能作用的组分。复合材料中增强体主要分为：纤维、晶须和颗粒等。纤维增强体可分为：无机纤维和有机纤维
无机纤维（玻璃纤维、碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维）有机纤维（芳纶纤维、尼龙纤维、聚烯烃纤维）
（2）最常见的玻纤是什么？其网络结构假说赋予它什么特性？ 答：无碱玻纤（E-玻纤）
结构假说：微晶结构假说和网络结构假说。网络结构假说：二氧化硅四面体、铝氧三面体或硼氧三面体相互连成的不规则三维网络，网络空间由Na、K、Ca、Mg等阳离子填充，它们与O2-连接，而与网络不直接相连。
一定数目的多面体遵循类似晶体结构规则排列，形成近程有序。也就是，微观上不均匀，宏观上均匀的结构，反映到性能上是各向同性。
考点：玻纤的杨氏模量在纤维轴向为70GPa，则垂直于纤维轴方向的杨氏模量为70GPa
（3）碳纤维的特性是什么？按原料分碳纤维的主要种类包括什么？描述某一种碳纤维的制
备工艺。
答：碳纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高导热、低热膨胀、耐化学辐射特性，此外还具有纤维的柔顺性和可编性。
种类：聚丙烯腈基碳纤维（PAN），沥青基碳纤维（PITCH），人造丝碳纤维（RAYON）制备工艺：有机前驱体法和气相生长法
A、PAN碳纤维的制备过程可分为3步：第一步---预氧化。预氧化的主要目的是使原丝中的链状PAN分子环化脱氢，转化为耐热的梯形结构，以承受更高的炭化温度和提高炭化收缩率以改善力学性能。在200~400℃的氧化气氛中，在原丝受张力的情况下，环化成梯形结构，这时分子沿纤维轴定向，变得热稳定。第二步---炭化。炭化一般在高纯的惰性气体保护下预氧丝加热至1200~1800℃以除去其中的非碳原子，生成含碳量在90%以上的碳纤维。第三步---石墨化。炭化后的碳纤维可经石墨化，制造石墨纤维。石墨化温度为2000~3000℃。在张力下使结晶碳增长、定向，纤维的弹性模量大增。
B、沥青基碳纤维。首先准备沥青，然后纺丝并拉成连续的纤维，再经历氧化、炭化和石墨化处理以获得碳纤维。在氧化处理期间，沥青纤维先暴露于70℃温度的臭氧中，然后到300℃温度的空气中。这产生了不熔化的交联结构，并且能够不熔化而炭化。炭化在高达1350℃温度的氮气中进行。通过在高温热处理期间伸张纤维获得高模量沥青基碳纤维。
（4）常见有机纤维增强体包括什么？其特性是什么？ 答：芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维和尼龙纤维。芳纶纤维的特性：拉伸强度高，冲击性能好（韧性好），热稳定性好，芳纶纤维的线膨胀系数和碳纤维一样具有各向异性的特点。压缩性能不好，仅为拉伸强度的1/8；剪切强度不高，仅为拉伸强度的1/17；易发生光降解（可见及紫外线，使力学性能下降）。
超高分子量聚乙烯纤维特性：密度小，良好的柔曲性、耐疲劳性和耐磨损性，冲击性能好，耐光性好于芳纶。熔点较低，易蠕变，与聚合物基体粘结性差。
（5）BF和SiC纤维的特性分别是什么？
答：BF：硼纤维。高强度、高模量、低密度，比强度和比模量较高。
SiC：碳化硅纤维。力学性能优异，耐氧化性好，化学稳定性好，与金属有良好的浸润性，耐辐射性能和吸波性能良好。
（6）成纤工艺包括干法纺丝、湿法纺丝、干湿法纺丝、熔融纺丝、化学气相沉积（CVD）工艺等。给出常见增强体所用的成纤工艺。
答：玻璃纤维：坩埚拉丝法，池窑漏板拉丝法，溶胶-凝胶法。碳纤维：有机先驱体法（有机纤维法），气相生长法（VS纳米碳纤维）。芳纶纤维：干喷-湿纺工艺。超高分子量聚乙烯纤维：高速牵伸熔融的PE，冻胶（凝胶）纺丝-超拉伸法（超倍热牵伸法）； 碳化硅纤维：CVD法，先驱丝法；
硼纤维：氢化硼热解法，卤化硼反应法。
氧化铝纤维：溶液纺丝法、混合液纺丝法、基体纤维浸渍溶液法、溶胶-凝胶（sol-gel）法、拉晶法。
金属纤维：抽丝工艺。
2.（1）复合材料中基体的作用是什么？常见的基体有哪些（至少列出6种）？
答：复合材料的基体是复合材料中的连续相，起到固定纤维并将其粘合成整体、在纤维间传
递载荷并使其均匀分配、保护纤维免于环境影响、影响（决定）复合材料的某些性能、决定（影响）成型方法与工艺参数的选择
常见的基体有：聚合物基体（热固性聚合物、热塑性聚合物）、金属基体、陶瓷基体、水泥基体和碳基。
（2）热固性树脂与热塑性树脂有何优缺点？ 答：热固性树脂：
优点：良好的工艺性，固化前为液态，可常温常压下浸渍纤维，固化后稳定。缺点：时效性（存贮期），材料韧性差（固化后脆）。
常用热固性树脂：不饱和聚酯（UP），环氧树脂（EP），酚醛树脂（PF），呋喃树脂，乙烯基酯树脂，聚酰亚胺（PI），聚苯并咪唑（PBI）。
热塑性树脂：
优点：断裂韧性好，吸湿性低，成型周期短，废品、边角料可再生利用。缺点：成型工艺相对而言比较苛刻
常用热塑性树脂：通用塑料，如聚丙烯、聚氯乙烯等；工程塑料，如尼龙、聚碳酸酯PC等；高性能热塑性树脂，如聚醚醚酮（PEEK）、聚碳酸酯（PC）、聚砜（PS）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚酮酮（PEKK）。
（3）常用金属基体按使用温度通常如何划分？
答：小于450℃：Al、Mg及其合金基体；450-650℃：钛合金；650-1200℃以上：镍基高温合金、金属间化合物、铁基耐热合金。
（4）微晶玻璃（玻璃陶瓷）有何特点？LAS和MAS各代表什么？
答：比常用金属有更高的熔点和硬度；化学稳定性，耐热和抗氧化性皆佳； 通常状态下为绝缘体。但高温下，也可以导电。缺点：脆 “灾难性”破坏方式，不能做承载结构 微晶玻璃采用适当热处理使某些特定成分的玻璃由非晶态转变为晶态（反玻璃化），可形成大量微晶体。需加入成核剂（TiO2）。组成是取向杂乱的微晶，其余为残余玻璃相。性质：密度2.0-2.8g/cm3，强度70-350MPa，模量80-140MPa，都有所提高。LAS：锂铝硅玻璃陶瓷。MAS：镁铝硅玻璃陶瓷。
（5）氧化物陶瓷材料有哪些？突出特性是什么？非氧化物陶瓷材料有哪些？其特性是什么？
答：氧化物陶瓷材料有：Al2O3，MgO，SiO2，ZrO2……氧化铝陶瓷（主要成分为Al2O3和SiO2），突出性能是硬度很高（仅次于金刚石，氮化硼和碳化硅）。特性：强度较高，但随环境温度上升而降低，所以应避免在高应力和高温环境下使用。
非氧化物陶瓷材料有：不含氧的氮化物、碳化物、硼化物和硅化物。特点：硬度高；硅化物抗热氧化温度高（1573-1973K）（可形成氧化硅膜）;氮化硼硬度极高（金刚石的代用品）
氮化硅陶瓷（Si3N4）特性：强度高，抗热震性和抗高温蠕变好，硬度高，摩擦系数小（耐磨材料），自润滑性，耐腐蚀性，稳定性高，抗氧化温度可达1273K。碳化硅陶瓷（SiC）特性：高温强度高，热传导能力很高（陶瓷材料中仅次于氧化铍陶瓷），较好的热稳定性，耐磨性，耐腐蚀性，抗蠕变性，硬度好。
（6）采用浸渍法制备碳质基体时，树脂或者沥青的选用标准是什么？如采用CVD工艺，如何控制扩散速率和沉积速率的关系？
答：基体选用原则
a.液相成碳
考虑 粘度；碳化收率;固化条件;成碳后的微观结构。（热固性浸渍剂树脂，热塑性浸渍剂沥青）
b.沉积碳
发生热分解反应的工艺;沉积碳的速率和成碳量(低分子量碳氢化合物(甲烷、丙烷、苯等）)
CVD工艺
CVD工艺形成沉积碳的过程
a）反应气体通过层流向沉积衬底的边界层扩散
b）沉积衬底表面吸附反应气体，反应气体发生并形成固态产物和气体产物；
c）所产生的气体产物解吸附并沿边界层区域扩散
d）产生的气体被排除
关系： 当沉积速度>>扩散速度时，形成封闭空隙，不利于增密 当沉积速度<<扩散速度时，不形成封闭空隙，利于增密
（7）制备高性能混凝土需要控制的配比有哪些？各个配比影响其什么性能？
答：需要控制的配比有：水灰比、砂石比和浆集比。水灰比影响其强度和耐久性，砂石比影响其和易性，浆集比影响其和易性和经济性。
3.（1）复合效应分为线性效应和非线性效应。混合定律属于那种效应？其使用前提是什么？根据组元的性能和含量计算出复合材料的性能。
答：复合效应可分为线性复合效应和非线性复合效应。线性复合效应包括平均效应（混合效应），平行效应，相补效应（正效应）和相抵效应（负效应）；非线性复合效应包括相乘效应，诱导效应，系统效应和共振效应。
混合定律：由各组元性能分量计算复合材料性能的一种简单方法，又称作混合法则，其关键在于复合材料性能随组元材料含量的变化呈线性变化。
适用前提：a、复合材料宏观上是均质的；b、各组元材料是均质的各向同性及线弹性材料；c、各组元之间粘结好，无孔隙。通式 m + f1 +f2 + …= 1
Xc=XmVm+Xf1Vf1+Xf2Vf2+…
（2）什么是临界纤维长度？如何计算？根据所用纤维长度判断出复合材料的失效方式以及用SEM观察到现象是什么？
答：临界纤维长度Lc ：在给定纤维长度范围内，引起拉伸失效而不是界面剪切失效的最短纤维长度。
计算方法：Lc=σfu d/（2τ）d—纤维的直径 σfu—纤维的断裂强度 τ—界面的剪切强度
判断：A、当纤维长度L > 10 Lc 时，短纤维复合材料的强度趋近于具有相同纤维体积分量的连续纤维；
B、若纤维长度L < 5 Lc时，短纤维的强化效果远远不如连续纤维复合材料。
SEM观察的现象：当纤维长度L < Lc时，纤维被拔除；当纤维长度L > Lc时，纤维将会发生断裂。
4.常用测定界面粘接强度的方法是什么？观察其断裂形貌用什么手段？如何提高增强体和基体间的界面性能？
答：（1）常用测定界面粘接强度的方法有：宏观实验法、单纤维实验法、微压入实验法、声发射法、扭辨分析、声显微技术、动态加载测定微观断裂过程等。
（2）观察断裂形貌用SEM，界面间性能较差时，剪切破坏，断面可以观察到脱粘，纤维拔出；界面粘结过强，则呈现脆性断裂。
（3）提高增强体和基体间的界面性能的方法：
A、聚合物基复合材料：改善树脂基体对增强材料的浸润程度（实施方法包括：延长浸渍时间，增加体系压力，降低流体粘度，改变增强体织物结构等），减少复合材料成型中形成的残余应力（实施方法包括：加入可产生形变的界面层）和调节界面内应力、减缓应力集中（实施方法包括：原位复合、增强体表面改性）。
B、金属基复合材料：增强体进行表面涂层处理（目的是改善浸润性，阻止严重的界面反应，实施方法包括：化学镀、电镀、CVD、溶胶-凝胶法等），金属基体合金化（目的是改善浸润性，组织有害的界面反应）和优化制备工艺方法和参数（实施方法包括：优化制备温度、高温停留时间和冷却速度）。
5.复合材料的性能可以根据混合定律进行估算；内部结构缺陷可以在不破坏制件的前提下，采用非破坏可靠性评价，又称无损检测评估（NDE）进行表征。
第三章、复合材料分论
1.（1）PMC的成型工艺有哪些？（至少列出6种，并能具体描述出至少3种工艺过程）答：PMC成型工艺：手糊成型、压力成型、缠绕成型、拉挤成型、注射成型、树脂传递模塑成型RTM、层压及卷管成型、熔融流动成型、喷射成型。工艺过程
手糊成型：用手将增强材料的纱或毡铺放在模具中或模具上，然后通过浇、刷或喷的方法加上树脂，纱或毡也可以在铺放前在树脂中浸渍；用橡皮辊或涂刷的方法赶出包埋的空气；如此反复添加增强剂和树脂，直到所需厚度。固化通常在常温和常压下进行，也可适当加热，或者常温时加入催化剂或促进剂以加快固化。
缠绕成型：把连续的纤维浸渍树脂后，在一定的张力作用下按一定的规律缠绕到芯模上，然后通过加热或常温固化成型，可制备一定尺寸复合材料回转体制品。
拉挤成型：是将浸渍了树脂胶液的连续纤维，通过成型模具，在模腔内加热固化成型，在牵引机拉力的作用下，连续拉拔出型材制品的工艺。主要包括：纤维输送→纤维浸渍→成型与固化→夹持与拉拔→切割
树脂传递模塑RTM：在一定的温度、压力下，低黏度的液体树脂被注入铺有预成型增强体的模腔中、浸渍纤维，固化成型，然后脱模；主要过程包括预成型增强材料的加工、树脂的注入和固化两个步骤。
（2）SMC、GMT、预混料、预浸料各代表什么？ 答：SMC：sheet molding compound，层状模塑料。
GMT：glass mat reinforced thermoplastics，玻璃纤维毡增强热塑性塑料片材。预混料：是指由不连续纤维浸渍树脂或与树脂混合后所形成的较厚的片状、团状或粒状半成品。包括层状模塑料（SMC）、玻璃纤维毡增强热塑性塑料片材（GMT）、团状模塑料（DMC）、散状模塑料（BMC）、注射模塑料（IMC）等。
预浸料：是指定向排列的连续纤维（单向、织物）等浸渍树脂后所形成的厚度均匀的薄片状半成品。
2.MMC的成型工艺有哪些？（至少列出4种，并能具体描述至少2种工艺过程）答：MMC的成型工艺有：固态法（粉末冶金法、固态热压法、热等静压法），液态法（真空压力浸渍法、挤压铸造法）和其他方法（原位法）。
工艺过程： 压铸成型：在压力作用下，液态或半液态金属基复合材料或金属以一定速度填充到压铸模型腔或增强材料预制体的孔隙中，在压力下快速凝固成型。粉末冶金法：将设计好的一定体积百分比的增强体与金属基体粉末混装于容器中，在真空或保护气氛下预烧结，然后将预烧结体进行热等静压（HIP）或冷等静压（CIP）加工。半固态复合铸造：将颗粒加入处于半固态的金属基体中，通过搅拌使颗粒在金属基体中均匀分布，并取得良好界面，然后浇注成型或压铸成型。主要应用于颗粒增强金属基复合材料。无压渗透：将增强材料制成预制体，上面放上基体金属坯料，放到氧化铝容器中，而后将其置放在可通入流动氮气的加热炉中。通过加热，基体金属熔化，自发渗入到增强材料的预制体中。
3.（1）CMC（陶瓷基复合材料）成型工艺有哪些？（至少列出3种，并能具体描述至少1种工艺过程）
答：CMC成型工艺有：粉末冶金法（颗粒），浆体法（液体法），反应烧结法，液态浸渍法，直接氧化法，溶胶-凝胶法，化学气相浸渍法，有机前驱体热解法。
化学气相渗透法（CVI）致密化：指通过能生成陶瓷成分的气体在增强体坯体的孔隙内发生化学反应和沉积反应物的工艺
有机前驱体热解法：以纤维预制件为骨架，抽真空排出预制件中的空气，浸渍熔融的聚合物前驱体或其溶液，在惰性气体保护下使其进行交联固化（或晒干），然后在惰性气氛中进行高温裂解，重复浸渍（交联）裂解过程，使复合材料致密化。
（2）CM(陶瓷基体)、FRC(纤维增强陶瓷)、PRC(颗粒增强陶瓷)三种材料的力学行为曲线有何不同？原因所在？不同形态增强体的增韧机理分别是什么？ 答：
原因：增强体的引入增加了陶瓷材料的力学性能。不同形态增强体的增韧机理：
FRC：裂纹偏转，纤维脱粘，纤维拔出，纤维桥接。PRC：裂纹偏转，裂纹桥接，相变增韧。
4.（1）C/C成型工艺有哪些？（至少列出2种，并能具体描述至少1种工艺过程）答：C/C成型工艺有传统（宏观）复合工艺（碳纤维和碳质基体），一步成型（可碳化纤维和碳质基体）和原位法（同质），或分为液相法（浸渍-碳化法）和气相法（化学气相沉积，化学气相渗透）。
化学气相沉积（C V D）：1）反应气体扩散至沉积衬底边界层； 2）反应气体被吸附，发生反应；3）气体产物解吸附，扩散；4）产生的气体被排除。
（2）C/C抗氧化防护的原理是什么？有哪些防护措施？用于抗氧化物涂层的物质是什么？选择涂层时需要考量哪些方面？给出高温下抗氧化复合涂层的示意图并给出原因所在。
答：氧化机制 C/C复合材料在543K时就开始氧化，当温度低于923K时，为化学反应控制，而温度高于1073K时，为气体扩散控制，温度在这两者之间时，两者均发生作用。
防护措施 抑制剂法和抗氧化涂层法。抑制剂法即在C/C复合材料内部涂层和添加抑制剂，可以在较低温度范围内降低氧化，采用的抑制剂主要是硼及硼化物，主要机理是利用硼氧化后形成的氧化物填充入C/C复合材料的孔隙中，从而起到内部涂层的作用，这些熔点、粘度均较低的氧化物既能阻断氧的入侵，又能减少发生氧化的部位。单纯的抑制剂法适用于873K以下的抗氧化防护。抗氧化涂层法即在C/C复合材料表面进行耐高温材料的涂层，阻止氧和C/C复合材料的接触，采用的涂层主要是熔点高、耐氧化的陶瓷材料（在873K-1773K，采用SiC和Si3N4硅类陶瓷作为涂层的高温氧化涂层法；在1773K-2073K，采用硅基复合涂层Si2O3/SiC（外层/内层）的高温氧化涂层法；在更高温度下，采用复合涂层法），通过化学气相沉积和固态扩散渗透法来进行涂层。
考虑因素 抗氧化涂层的两个重要因素是涂层的氧扩散渗透性差，而且涂层要与C/C复合材料的热膨胀匹配。
图：耐高温氧化物层：保持高温稳定性和抗侵蚀
改性SiO2玻璃层：阻挡氧入侵,并封接最外层的裂纹
内层氧化物层：保持层间的结合碳化物层：保证相容性
C/C复合材料
5.CeMC（水泥基复合材料）的成型工艺有哪些（至少列出2种）？
答：混凝土成型工艺是控制水灰比，沙石比和浆集比（见高性能混凝土制备控制因素）；钢筋混凝土成型工艺是预应力混凝土；纤维增强水泥成型工艺是直接喷射法，喷射脱水法，预混料浇铸法和抄造法；聚合物改性水泥混凝土成型工艺中，聚合物以乳液形式加入混凝土中。
第四章：复合材料专题
1.复合材料低成本制备技术有哪些？复合材料发展的趋势如何？
答：低成本技术有：液体复合材料技术（树脂传递模塑RTM，树脂膜渗透RFI，增强反应注射模塑RRIM），纤维束自动铺放技术和电子束固化工艺。
发展趋势：结构材料→功能材料，军用→民用，传统产业→新兴产业，宏观复合→微观复合，双元混杂复合→多元混杂复合，结构复合材料→功能复合材料，被动复合材料→主动复合材料，常规设计→仿生设计和电子计算机辅助设计。论述内容自己总结。
2.什么是纳米复合材料？其制备工艺有哪些？OINC、PLS分别是什么意思？如何制备？ 答：定义：指分散相尺度至少有一维小于100nm的复合材料（增强相必须是纳米级: 纳米颗粒、纳米晶须、纳米纤维）。
制备工艺：纳米材料的制备工艺分为物理制备（惰性气体冷凝法，高能机械球磨法，电子束蒸发法），化学制备（湿化学法，水热法，冰冻干燥法，微乳液法）和化学气相法（CVD）。纳米复合材料的制备工艺有很多：陶瓷基纳米复合材料有固相法（热压烧结HP，反应烧结RS，微波烧结MS，自蔓延高温合成SHS），液相法（浆体法，液态浸渍法，溶胶-凝胶法，聚合物热解法），气相法（化学气相沉积和化学气相浸渍法）和原位复合法；金属基纳米复合材料有固相法（粉末冶金法PM），液相法（压铸成型法SC，半固态复合铸造法CC），喷射与喷涂沉积法和原位复合法（共晶定向凝固法，直接氧化法，反应合成法）；聚合物基纳米复合材料有固相法（模压成型，挤压成型，压延成型），液相法（注射成型，浇铸成型）和特殊成型法（插层法，溶胶-凝胶法，辐射合成法）；有机-无机纳米复合材料有溶胶-凝胶法，插层法和原位复合法。
OINC：有机-无机纳米复合材料（有机-无机杂化材料）。制备方法：溶胶-凝胶法，插层法和原位复合法。
PLS：聚合物/层状硅酸盐。制备方法：插层复合法。
3.仿生复合材料的主要内容是什么？依据仿生原理，采用何种形式的增强体可以同时提高材料的强度与韧性？ 答：仿生复合材料是受生物启发而进行材料的（仿生）设计、制备与处理所产生的复合材料，研究的主要内容有结构仿生（如以氮化硅为主制成了仿生珍珠层陶瓷），功能仿生（生物传感器，生物芯片）和过程仿生（生物体在温和的自然环境下合成与制造出人类需要在高温高压条件下才能合成的材料）。与平直纤维增强复合材料相比，分叉树状纤维和晶须增强复合材料的强度和韧性同时都有提高。
4.什么是智能复合材料？与机敏复合材料的区别所在？通常包括哪些器件？能够给出智能复合材料的实例，并能描述其功能实现过程。
答：机敏/智能复合材料是具有自诊断、自适应、自修复或自愈合功能的复合材料，也即具有感知周围环境变化而且能针对这种变化作出适当反应的材料。相比于机敏复合材料，智能复合材料增加了自决策的功能。
器件：智能复合材料通常包括基体材料，传感元件，驱动元件，处理和控制系统；机敏复合材料通常包括传感材料，执行材料和信息处理系统。
实例：航空航天材料及结构，混凝土材料及结构，生物材料。自诊断机敏复合材料（大型建筑，飞机结构的受载安全知识），常用形式为导电式自诊断复合材料，光纤填置式自诊断复合材料，压电式自诊断复合材料；自适应或自调节机敏复合材料，常用为机敏形状记忆复合材料，智能窗，机敏阻尼复合材料；自愈合或自修复机敏复合材料；智能复合材料
应用实例：材料应力、应变和损伤自检测水泥基复合材料，例如：应用在大型水坝建设上，坝体内有光纤作为功能器件，在水坝坝体发生破坏或变形时，光纤传输的信号和正常情况下传输的信号产生差别，反映在计算机监控系统上，就会报警，从而起到自诊断的功能。；温度自测水泥基复合材料；仿生自愈合水泥基复合材料；仿生自生水泥基复合材料。自动调节环境湿度的水泥基复合材料。
5.什么是绿色复合材料？评价复合材料与环境负载关系的LCA是什么意思？复合材料的回收和利用途径有哪些？
答：绿色复合材料 力学性能好，能在自然环境中降解并进入自然循环的一类复合材料，由可降解的增强体和基体组成。
LCA life cycle assessment，复合材料生命周期评价/评估，是一种对产品、生产工艺以及活动对环境的压力进行评估的客观过程，是通过对能量、资源利用以及由此造成的废弃物排放的鉴定及量化来进行的。ISO定义：LCA是汇总和评估一个产品（或服务）体系在其整个生命周期的所有投入与产出对环境造成的影响和潜在影响的方法。
复合材料的回收利用：热塑性PMC废弃物循环再生，常用方法有加热模压法（注射模压，挤出模压，直接模压）和溶剂法（过滤）。
我国经济发展速度的提高离不开电力系统源源不断的供应,尤其是在我国现有的能源结构中,煤炭能源占有较大比重。燃煤发电锅炉是火力发电系统中的重要设备, 是安全生产的重要环节,因此对燃煤发电锅炉的制作和检修工作十分重要。我国经过多年的火力发电经验积累, 已经形成了十分丰富的焊接经验,并为焊接工艺的完善和装备研发奠定了坚实基础。
1现阶段我国燃煤发电锅炉焊接工艺及装备概述
我国最初的经济发展模式依赖于能源供应。在最初阶段,我国大力发展火力发电系统。随着火电站的建立,相应的各种设备数量也在急剧增加。为了能够实现高效的运营和安全性能的保证,先进的、能源高效利用的燃煤发电锅炉被引入火力发电厂中,保障火力发电的经济效益和安全运行。但是,燃煤发电锅炉是在高温高压条件下长期运行。因此,除了燃煤发电锅炉在制作时需要满足一定的焊接工艺条件,在后续的使用中一旦出现问题进行检修时,其焊接工艺也直接影响其未来的使用安全。为了能够确保燃煤发电锅炉的安全运行,降低火力发电厂的安全运行事故率,在燃煤发电锅炉的检修过程中也严格要求焊接工艺流程和检查工作。
在燃煤发电锅炉的制造时,很多主要部件如炉胆、锅筒、钢架等都采用焊接的方式进行加工,很多辅助零件也以焊接的形式制作或组装。因此,燃煤发电锅炉对于焊接工艺的要求很高,也源于其对焊接技术较高的依赖性。随着加工技术的完善和发展,我国的焊接工艺和装备也随之进步和改善,极大地提高了我国现有的燃煤发电锅炉的加工能力和水平。但是,无法避免在锅炉制造和检修中存在一些漏洞,还需要焊接工艺的优化和装备的研发,使燃煤发电锅炉焊接技术能够在加工制作和检修中发挥更加充分的作用,保证燃煤锅炉的制造能力,满足火力发电厂的使用需求。
2燃煤发电锅炉焊接中存在的问题及解决措施
2 . 1存在的问题
通过对现役的燃煤发电锅炉检修和制造情况进行分析,可以发现,虽然焊接工艺在不断提高,加工设备也在逐步完善,但是仍有很多传统焊接工艺中遗留的问题亟待解决。这些待解决的问题可以归结为以下几个方面。
2 . 1 . 1关于安全生产
目前,燃煤发电锅炉焊接技术主要以人工操作为主要形式,因此会存在很多人为因素的影响。尤其是人员的疏忽大意导致的一些安全隐患,如焊接过程中使用的工具、 材料和设备使用后没有规整到位,经常出现用时找不到或者由于保管不当导致的损坏,严重的还将引起安全事故。因此,这都是需要予以避免的问题。
2 . 1 . 2关于工作效率
这里,工作效率主要是针对现有的燃煤发电锅炉检修时一旦发现需要焊接的问题,应该及时予以处理,这就需要将焊接的设备搬运到施工现场。检修焊接工作完成后, 还应该将这些设备和材料清理干净,并搬运回原来的位置,这个过程需要投入大量的时间和人力。传统的焊接技术所使用的电焊机,使用过于频繁,容易损坏电焊机;使用过程中,还存在很多容易损坏的材料如面罩等。这些都增加了焊接工艺的成本。
2 . 1 . 3关于焊接质量
如何保证焊接时的焊接质量,也是需要解决的问题。 很多焊接有多个焊口,焊口之间会形成影响,导致一个焊口完成后,另外的焊口操作难度加大,或者出现无法焊透等情况。这主要有以下几种。
(1)未焊透的情况。在我国现役的燃煤发电锅炉检测中可以发现,出现未焊透的情况主要是由于膜式水冷壁管在进行管子对接安装的过程中,没有正确执行规范,使得彼此之间的缝隙过窄,无法焊透。还有一种原因是,进行片与片组装时缝隙不一致,使得焊缝之间相互影响无法焊透。
(2) 未熔合的情况。这种焊接时发生的未熔合现象, 也是影响焊接质量的一个重要内容,会造成焊接效果不佳。主要产生的原因是焊接过程中没有保持好速度或者焊接使用的电流不足。在实际操作中,在一条焊缝焊接时出现停弧也会产生焊接未熔合的情况。
(3)焊接裂纹。焊接裂纹的承载能力低,是严重威胁燃煤发电锅炉质量的隐患。然而,产生焊接裂纹的原因种类很多,因此在具体操作时最难避免。比如,选择材料或者焊接温度不合适等,都会出现焊接裂纹。此外,有些裂纹是不能被人的肉眼辨识出来的,对火力发电厂的安全运行形成了很大的安全隐患。
2 . 2解决措施
为了提高燃煤发电锅炉的焊接质量,提高我国发电锅炉制造加工能力,需要提高焊接工艺来满足发电厂的使用需求。现阶段,主要通过以下途径来完善和解决。
2 . 2 . 1针对未焊透情况采取的具体办法
为了能够防止未焊透情况的出现,主要应该从产生的原因入手,将问题根本解决。比如,对于膜式水冷壁的安装中容易出现的未焊透,就应该进行预处理工作。焊接人员在安装前对焊接的缝隙进行预处理工作,保证焊接的缝隙接口平齐。如果有轻微的变形,可以通过加温的方式进行处理。但是,对于变形十分严重的焊缝,就应该将连结焊缝割开,之后将管独立进行矫正。对于片对片的未焊透情况,应该把握好不同焊缝之间的间隙一致,尽量将其控制着误差规定的范围内。
2 . 2 . 2针对未熔合情况采取的具体办法
未熔合现象将影响到燃煤发电锅炉的使用安全,因此应当予以关注。在进行焊接时,应该关注焊条和焊炬角度,注意焊接坡口处的融化情况。在进行焊接时,控制好焊接的操作速度和电流值,保证焊接处能够充分融化。具体操作时,应该有耐心,一旦发现焊条偏离,就应该尽快调整,保证焊接角度的正确,避免出现未熔合的情况。
2 . 2 . 3针对焊接焊缝情况采取的具体办法
焊接焊缝的存在,带来巨大的使用安全隐患。因此,操作人员应该在具体操作时,注意防范出现焊接焊缝的危险。操作时,要严格按照焊接工艺的要求开展工作,并进行复查。对于已经出现焊缝的位置,应避免震荡扩大裂纹。
3我国燃煤发电锅炉焊接工艺及装备的总结与展望
伴随着我国经济的飞速发展,我国城镇化水平不断提高,电能消耗也在不断提高,国内发电锅炉需求量不断提高。因此,锅炉行业也飞速发展,无论是数量还是技术上, 都有了很大的突破。
(1)焊接工艺有了极大提升,采取了国际先进的焊接技术,具备了科学的焊接工艺。
(2)锅炉焊接材料的制造。近年来,随着我国冶炼及焊接技术的提升,目前绝大多数焊接材料能够实现自主加工制造。
(3)目前,我国在焊接锅炉工艺方面取得了很大进步与发展,机械焊接工艺已经得到了应用。但是,机械焊接水平仍有不足,不能完全保证锅炉质量。
4结论
通过本文的分析可以看出,燃煤发电锅炉在发电行业中非常重要,而锅炉质量的好坏直接取决于锅炉焊接工艺及装备的好坏。因此,在锅炉的实际生产制造过程中, 应该严格对焊接工艺进行控制,采用最新科学有效的焊接工艺进行加工,确保焊接质量。最后,提出对焊接工艺及装备的展望,为全面提高我国发电锅炉质量提供可靠的理论基础。
参考文献
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[5]王宏伟.锅炉制造和焊接技术发展[J].科技创新与应用,2014,(25):115.
【关键词】焊接工艺；先进设备；发展
1.日本的先进焊接工艺与设备
在日本的先進自动焊接技术中具有代表性的是NKK（日本钢管株式会社）开发的焊接机械人系统，系统基本上由焊头（伺服机构）、控制器和电源等三大部分组成，在此系统中NKK公司采用了三项新技术。
1.1高速旋转电弧焊
NKK公司发现高速旋转的电弧能改善许多焊接性能，主要体现在：
（1）对工件的角焊侧壁可充分熔化焊透。
（2）可改善焊缝界面的形状。
（3）能防止熔池中深穿透。
（4）提高焊接速度。
该工艺既适合狭间隙焊，也适于熔角焊。电弧通过偏心机构，绕熔池旋转以达到技术目的。
1.2电弧传感器系统
系统特点是利用电弧本身，即电弧电压或电流的反馈作为传感器，在焊头周围不需要采用专门的装置，因此可保证高度的可靠性。其优点是显而易见的，由于电弧电压或电流直接反馈，因此反应精确迅速，即真实事件反馈，而且还能同时控制焊缝轨迹和焊缝高度。这些性质使得即使碰到在钢材之间具有严重切削坡口的情况下，仍然能进行焊接。
1.3单面焊背部焊道控制
关于单面焊双面成形工艺中背部焊道主要通过光学反馈和反电动势反馈实现控制。
1.3.1光学反馈(光电传感器)
（1）背部焊道控制。其主要原理是通过电匙孔的电弧光强度加以换算而反映背部焊道的宽度。根据这种设想，通过控制输入端电极龟流，使之保持恒定，从而使电弧光强度保持常量，仪便保证背部焊遗宽度始终维持常数。
（2）正面焊道控制。在背部焊道控制运行的同时，正面焊道高度亦得到控制。输入端电极电流的弧压能通过熔融金属引起重心高差的关系而得到平衡。根据此原理，采用控制熔化焊丝进给速度的方法，使输入端的电极电流与给定电流相当，从而能使正面焊道的高度保持恒定。
（3）光电反馈原理。光电传感器安装在铜滑块驱动系统内。该系统也是由它自己的光电传感器所控制。
1.3.2反电势反馈
在用固定焊剂铜衬垫单面埋弧焊方面，母材与铜衬垫之间的反电动势能很好地反映背面焊道宽度的情况。通过控制输入端电极电流，以保持反电动势不变，从而使背面焊道宽度维持恒定的常数。
2.瑞典的先进焊接工艺与设备
瑞典不仅在焊接结构材料和焊接材料方面处于世界领先地位，近年来，在焊接设备和焊接工艺技术方面也不断有所创新和有所突破，一直走在世界先进工业国家的前列，使瑞典的焊接工业在全国经济不大景气的情况下，在国际市场激烈的竞争中始终处于不败之地。
2.1焊接工艺技术
在瑞典，建立在优质焊接材料和精良焊接设备基础上的现代化焊接工艺技术体现了高度机械化、高度自动化、高速度、高质量、高效益等特点。
在今天的瑞典，几乎所有的自动焊机都装备了微处理器或微机，对焊接过程实现了闭环自动控制。许多专业生产车间还安装了焊接机器人工作站，实现了工件的焊接、装卸、翻转、移动自动化。有的专业生产厂家还建立了焊接机器人柔性生产系统(FMS)，实现了工件下料、拼装、焊接、运输、打磨、检验等工序全部自动化。这种柔性生产系统特别适合批量不大、品种较多的生产类型。为了充分发挥焊接机器人的工作潜力，缩短下岗时间，MOTOMANROBOTICS公司还开发了计算机通讯软件，利用这种软件可以通过主计算机在机器人工作时向他示教。高度机械化和自动化所产生的高效益不言而喻，同时也保证了高质量。
值得一提的是瑞典的造船工业。在二十世纪七十年代曾一度辉煌，号称世界第二造船大国。到八十年代，由于劳动力成本太高，许多造船厂纷纷倒闭。从九十年代开始，他们不惜巨额投资，一改过去主要靠人工的状况，采用高度机械化和自动化的焊接设备和焊接机器人，建立起仿形切割线和各种部件的自动焊接生产线，节省了大量人力，且大大提高了生产率，使生产成本大幅度下降，似有重整旗鼓，再度崛起的势头。
2.2激光焊和电子束焊的应用
在瑞典激光和电子束技术在金属切割和焊接方面应用发展很快。早期只用于电子元件等精细产品和钛、锌等易氧化的贵重金属材料的激光焊和电子束焊，现在已应用到仪表、车辆乃至造船和核工业。CO2激光器的功率已达到25kW，可以用来焊接厚板。由于激光焊接容易实现机械化，它在汽车制造业中的应用最为突出。如著-名的VOLVO公司就用激光焊机器人焊接轿车顶棚，斯堪尼亚卡车和客车公司用激光切割底盘和后桥轴的坯料。电子束焊具有能量密度大、焊接热影响区窄、吸收氧、氮等气体的可能性小等特点，瑞典A原子能公司用它将装有核燃料的锌合金管组焊到一起。到1995年，瑞典全国激光焊机的数量已达到120台，电子束焊机30台，与北欧其它国家相比，其安装数量遥遥领先。
3.美国的先进焊接工艺与设备
林肯电气公司（TheLincolnElectricCo.）是有悠久历史的焊接设备及焊接材料生产厂家。
3.1焊接设备
该公司生产各种型式的手工焊机、埋弧焊机、气保护焊及自保护焊机，每种焊机都有一个固定的生产线。
该公司有一个焊接机器人部，所用的焊机、焊材是本公司的，而机器人及计算机硬件是法拿克公司的；机器人焊接应用程序软件，则由本公司根据用户的不同要求开发。机器人适用于焊缝短断、位置多变的结构的焊接，其重复精度为±1mm左右。最近，该公司的这项技术已在杰弗船厂试用，据称，一旦实际投产，将有100余名工人会被从原来的岗位上替换下来。
在气保护焊方面，该公司推出了 本文来自文秘114 http://www.wenmi114.com，转载请保留此标记。 一种被称为动力波表面张力过渡的CO2焊接电源(STT)，在纯CO2气体保护条件下，用实芯焊丝施焊，电弧稳定、飞溅很小，用于管子对口的单面焊双面成形时可获得非常良好的背面成形。只是售价较高，约是普通CO2焊机的3倍(9000美元)。但该设备亦有缺点，即其送丝机构较为笨重，所以在造船行业的销售业绩一直不佳。他们决定推出一种多头式的CO2气体保护焊电源，以适用于造船行业中分段制造及船台大合拢的焊接需求。其基本思路是，一台焊接电源可同时点燃三个电弧，从电源到电弧的距离可达100m，并同时具备手工焊和气刨的功能，即一机多人用，一机多功能。
3.2 FCB拼板流水线
该公司设计制造的FCB拼板流水线由门架、磁床、衬垫机构、钢板传输机构组成，同日本及欧洲的模式基本一样。所不同的是，它靠具有强大吸力的磁床来固定钢板，不用在坡口里封焊，采用I形坡口，对坡口的加工精度要求不高。它所采用的焊剂是上下同种的，不像日本神钢，还需要专门的背面成形焊剂。它采用两台交流1200A的电源，前两丝相串联，后一丝独立，减少了热输入，有效地防止了终端裂纹的产生。
当板厚为16mm时，每块磁铁的吸力约为25kN，在15m长的焊缝两侧，共计布置这种磁铁80余块。对16mm以下的板，采用I形坡口;而16-25mm的板，则采用Y形坡口。整套FCB流水线的价格在40万美元左右。
4.应用体会
使产品质量外观登上一个新台阶，引进先进的焊接设备和工艺装备是不可缺少的，尤其是焊接机械人和焊接加工中心，要充分利用现有的成熟技术和先进的焊接装备，真正实现产品质量大跨越。
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