水下激光焊接技术的应用（精选11篇）
海洋工程结构因常年在海上工作，其工作环境极为恶劣，除受到结构的工作载荷外，还要承受风暴、波浪、潮流引起的附加载荷以及海水腐蚀、砂流的磨蚀、地震或寒冷地区冰流的侵袭。此外，石油天然气的易燃易爆性对结构也存在威胁。而且海洋结构的主要部分在水下，服役后焊接接头的检查和修补很困难，费用也高，一旦发生重大结构损伤或倾覆事故，将造成生命财产的严重损失。所以对海洋工程结构的设计制造、材料选择以及焊接施工等都有严格的质量要求。而随着海洋石油和天然气工业的发展,海洋管道工程日益向深海挺进,我国作为一个发展中的沿海大国,国民经济要持续发展,就必须把海洋的开发和保护作为一项长期的战略任务。大量的海底管道施工工程对水下焊接技术提出了新的要求。
水下焊接由于水的存在，使焊接过程变得更加复杂，并且会出现各种各样陆地焊接所未遇到的问题，目前，世界各国正在应用和研究的水下焊接方法种类繁多，应用较成熟的是电弧焊。随着水下焊接技术的发展，除了常用的湿法水下焊接、局部干法水下焊接和干法水下焊接以外，又出现了一些新的水下焊接方法。但是，从各国海洋开发的前景来看，水下焊接的研究远远不能适应形势发展的需要。因此，加强这方面的研究，无论是对现在或将来，都将是一项非常有意义的工作。
湿法水下焊接
湿法焊接中，水下焊接的基本问题表现最为突出。因此采用这类方法难以得到质量好的焊接接头，尤其在重要的应用场合，湿法焊接的质量难以令人满意。但由于湿法水下焊接具有设备简单、成本低廉、操作灵活、适应性强等优点。所以，近年来各国对这种方法仍在继续进行研究，特别是涂药焊条和手工电弧焊，在今后一段时期还会得到进一步的应用。在焊条方面，比较先进的有英国Hydroweld公司发展的Hydroweld FS水下焊条，美国的专利水下焊条7018’S 焊条，以及德国Hanover大学基于渣气联合保护对熔滴过渡的影响和保护机理所开发的双层自保护药芯焊条。美国的Stephen Liu等人在焊条药皮中加入锰、钛、硼和稀土元素，改善了焊接过程中的焊接性能，细化了焊缝微观组织。水下焊条的发展促进了湿法水下焊接技术的应用。目前，在国、内外都有采用水下湿法焊条电弧焊技术进行水下焊接施工的范例。
药芯焊丝的出现和发展适应了焊接生产向高效率、低成本、高质量、自动化和智能化方向发展的趋势。英国TWI与乌克兰巴顿研究所成功开发了一套水下湿法药芯焊丝焊接的送丝结构、控制系统及其焊接工艺。华南理工大学机电工程系刘桑、钟继光等人开发了一种药芯焊丝微型排水罩水下焊接方法，从实用经济的角度出发,完全依靠焊接时自身所产生的气体以及水汽化产生的水蒸气排开水而形成一个稳定的局部无水区域,使得电弧能在其中稳定的燃烧。微型排水罩的尺寸和结构决定了焊接过程中无水区(局部排水区)的大小和稳定程度。除此之外，他们还通过复合滤光技术和水下CCD摄像系统，采集出了药芯焊丝水下焊接电弧区域图像，从而为水下湿法焊接电弧的机理分析及水下焊接过程控制奠定了基础。
关键词：水下通信,分集接收技术,时频调制,4TFSK
0 引言
水下激光通信普遍是利用波长为470nm～540nm的蓝绿激光在海水中存在的低损耗窗口,依靠海水作为光信道进行水下通信。该通信方式具有渗透海水较深、传输速率高、信息容量大、抗干扰能力强等特点,被人们称为水下通信的“理想通信方式”[1]。将时频调制技术应用于水下激光通信中,体现了一种将分集接收技术应用于水下通信,以达到有效地克服信号在水下通道中的衰落,提高水下无线通信中信号传输的可靠性和通信质量的目的。本文在分析了海水质量对水下通信产生的影响后,介绍了一种将时频调制技术应用于水下通信的方法,并对该方法的误码率性能进行了计算机模拟分析,最后还讨论了分集重数和建议适用范围。
1 海水对通信质量的影响
海水是一种成分比较复杂的物理、化学和生物系统,海水中不仅含有水分子和无机盐溶解质,还包含有大量的悬浮颗粒和包括“黄色物质”的各种有机物[2]。光在海水信道中的衰减主要有两大类:吸收和散射。由于海水对蓝绿激光的吸收损耗很小,散射损耗成为主要方面。海水的散射包括水本身的瑞利散射和海水中悬浮粒子引起的米氏散射及透明物质折射所引起的散射[3]。正是由于海水微粒对光的多次散射作用,造成光信号的多径传输,使光信号在时间和空间上的展宽、光的前向和后向散射对通信能力产生重大影响。同样地,多次散射也使接收到的信号光功率大大衰减。
当发射的一窄脉冲信号经过多径散射信道后,由于各信道的时延和衰减系数不同,即各信道的随机性和不相关性,接收机端接收到的信号除振幅有很大衰减之外,信号的波形比原始脉冲展宽了。在接收机端合成信号时,某个小频带内的频率衰减过大,使信号在整个频带内,不同频率的衰落深度不同,此种衰落现象就是频率选择性衰落。产生这种衰落时,接收的信号能量不一定小,但其中的某些频率成分的幅度过小,使整个信号合成后产生波形失真。这种波形失真大大加剧了码间串绕的可能性,使传送信号的误码率增大。
2 时频调制技术应用于水下激光通信
2.1 实现方法
时频调制技术(TFSK,Time-frequency shift keying)是目前广泛采用的抗衰落和抗多径技术之一。将时频调制技术应用于水下通信中,可以有效地解决海水信道对光信号的多径散射造成的频率选择性问题,以保证水下通信的可靠性。
时频调制技术在水下通信中的实现简图如图1所示:将二进制信号以不同频率顺序的形式表示出来,这些不同频率的排列顺序承载了相应的不同码组的信息,图1中通过控制可调谐激光器对信号进行发射,传送的光信号经由复杂的水下通信信道(通常具有多次的散射和吸收作用、水下的干扰噪声等)到达接收机端以后,通过四个不同中心频率的滤波器,将四种频率的光脉冲分别检出,并用四个光电检测设备分别对四种频率的光脉冲进行测量,最后,通过后续的逻辑电路还原出原信号。这样,一个以两个二进制数组成的码组就被还原出来了。
从图1中水下通信信道的两端,可将系统分为两大部分:发射部分和接收部分。发射部分主要控制可调谐激光器的信号发射,涉及到的核心问题是时频调制编码技术;接收部分主要是对信号的接收和后续解调处理电路的设计。
2.2 时频调制编码
时频调制编码通常是利用多元线性群码理论来选择码组集合,被采用的时频码字就在多元线性降码中选取,且由于正交码的强抗干扰能力,优先选择正交码,如正交码不够时,还要从准正交码中选取。其选择的原则是尽可能使码距大一些。由于是借助于多元线性理论,因而频率的个数均为2的幂次。表1为四进制四时四频和八进制四时四频频率编码组合比较。
根据正交码的强抗干扰能力,优先选用正交码。从表1中可见,四进制四时四频的频率组合方式具有完全的正交特性,它优于八进制四时四频的频率组合方式。无论从分集重数还是从强抗干扰性的正交码特性考虑,在实际的应用中,都是优先选用四进制四时四频,或简称为四时四频。
2.3 时频调制接收系统
图2为时频调制接收解调系统的方框图。
图2中信号经过接收,用相应中心频率的f1,f2,f3,f4匹配滤波器滤出各时隙内不同频率的信号,经平方律滤波与取样取出f1,f2,f3,f4频率信号对应的能量。00,01,10,11编码信号所对应的能量是由延时部分和组合器相加部分完成的。例如,00对应的频率顺序为f1,f2,f3,f4,则00编码所对应的能量为f1的三个T/4延时,加上f2的两个T/4延时,加上f3的一个T/4延时,再加上f4的组合输出。由于四时四频码正交性的特点,经过组合后的信号能量通过比较判决器识别出对应的码组信息,从而实现信号的输出。
3 计算机模拟与分析
从理论上,可以得到四进制四时四频误码率近似为:
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为验证系统的可靠性,进行了计算机模拟过程,将四时四频的调制信号的四个不同光波频率取在蓝绿光波段(470nm～540nm)内,分别取波长为470nm,490nm,510nm,530nm。
在模拟中,设定发送激光脉冲在传播过程中被分散为105个子脉冲,这些子脉冲沿各自的通道独立地进行传输,即有105个通道的子脉冲在最后的接收端进行叠加。在接收端的平方律检波器,检出的合成信号的包络能量信息。另外,考虑到水中的噪声影响,可将接收机端信号叠加上零均值的高斯白噪声。
图3为四进制四时四频系统误码率性能理论曲线与计算机模拟值之间的比较。为了将对比图形更加直观地表现出来,图形的纵坐标(误码率)数值采用了对数坐标的形式,图中的曲线为理论关系的曲线,描点为计算机模拟量,图中仅描出了信噪比分别从1dB到9dB共9个点的误码率,理论曲线的信噪比值范围也取在1dB到9dB之间。从图形中可以看出,理论值与计算机模拟数值比较接近,从而也证明了计算机模拟结果的正确性。
4 分集重数及建议
图4为用二重分集的二时二频调制技术与四重分集的四进制四时四频调制技术在不同信噪比下的理论误码率曲线图对比。
从图中可以明确地看出二重分集在同一信噪比下的误码率较四重分集要高,这也从理论上验证了四重分集的效果优于二重分集,也即,分集的重数越多,通信质量就越高,但是考虑到分集重数的增多往往会影响通信的速率和通信设备的增加(如果分集重数过多,各频率光脉冲的数量增多时,就会考虑到用多个激光器同时进行发射,这必将增加通信设备的成本),因此在低速率通信中,通信信息量小的情况下(信号占用带宽较小时),分集重数可以提高些,但对于高速率、通信信息量大的情况下,分集重数就会受到限制。
从对比曲线上,还可以看到,当信噪比较大时,如图4中信噪比从6dB增大到10dB的过程中,二重分集与四重分集的误码率差值较小,也即在通信信号受噪声影响较小的通信效果较好的情况下,在系统误码率容许的差错范围内,运用多重分集技术并不会对系统通信质量有多大提高,即使需要用到分集技术,也只需要二重分集已足够了。相反情况下,信噪比较小时,信号受到噪声严重影响的情况下,运用分集的效果明显体现出来,这对于改善通信质量是非常有利的。
5 结束语
时频调制技术应用于水下激光通信中,可以有效地克服频率选择性衰落,此技术尤适用于成分复杂的、衰落比较严重的海水环境中。
时频调制技术中的四时四频调制技术,同时兼顾了水下通信信号的传输速率和通信的质量,它在频率选择性衰落信道中表现出良好的抗衰落性能,它同比传统的通信方式下的误码率,往往能低出一两个数量级以上,甚至在信号衰落很严重、比较恶劣的水下环境中,传统方法已无法进行正常的水下通信时,运用分集接收技术仍能实现正常的水下通信活动。
参考文献
[1]柳树要,何焰蓝.激光对潜通信原理及发展[J].现代物理知识,2005(5):19-21.
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[4]樊昌信,张甫,徐炳祥,等.通信原理[M].5版.北京:国防工业出版社,2001.
[5]何宁,李海玲,等.水下激光通信中信号的分集接收[J].激光与红外,2002,32(4):228-229.
摘 要：在经济发展中，工业占据重要的地位，工业的发展需要应用到激光技术，并且激光技术是当今各国研究的核心。随着工业发展过程中，对环保、自动化以及高效的需求在不断的增加，激光技术的应用范围也随之扩大，并在制造业中得到广泛的应用，尤其是激光焊接技术的应用成为重中之重。本文就激光焊接技术的概况进行阐述，并分析激光焊接技术的研究现状，并对其激光焊接技术的应用进行探讨，从而有效的促进工业的发展。
关键词：激光焊接技术;研究现状;应用
在激光工艺技术中，其激光焊接技术是其核心内容，并且也是目前重点发展的一种焊接技术。根据研究分析，国外已经将激光焊接技术应用在工业生产中。但是我国的激光焊接技术刚刚起步，在应用到工业发展中的时候，还需要根据我国工业发展的特点制定出相关的应用策略。随着工业的不断发展，在未来的发展中，高效的加工技术将会是发展重点，而激光焊接技术比较符合这一发展趋势，其未来的发展前景比较广阔，还需要对其进行不断的研究，加大在工业中的应用范围与效率。
1 激光焊接技术的概况
对激光焊接技术的研究中，首先需要对其基本概况进行了解。激光焊接技术指的是一种高效焊接工艺，其主要是通过运用激光束的辐射能量来实现的，将激光束进行高度的聚焦处理，并在此前提下，形成较高能量的激光脉冲，并以此来对材料进行加工，其使用范围是针对材料微小区域的焊接。与其他传统的焊接技术对比分析，激光焊接技术具有不可比拟的优势，其具有深度大、不易变形、速度快、焊接设备简单、操作方便等优点，并且针对室温等特殊环境中可以正常进行焊接，针对难溶材料包括石英、钛等可以进行焊接，其焊接效果好。但是在激光焊接的过程中，还会存在一定的缺陷与不足，其对焊接的配件要求较高，并且激光束在工件中的位置必须要准确，不得出现较大的偏移，其相关设备的成本较高，一次性的投资比较大[1]。
2 激光焊接技术的研究现状
目前，针对我国激光焊接技术的研究，其主要的激光生产设备有kw级的二氧化碳激光设备、1kw以下的固体YAG激光设备。在激光焊接技术研究的过程中，其研究领域主要集中在等离子体的形成机理、特性分析与检测、控制与激光模拟、激光堆焊、水下焊接技术、各种材料激光焊以及激光切割质量等方面。目前，激光焊接技术在高强度钢方面的焊接研究还不够完善，其应用缺少数据支持，还有待进一步的研究。
3 激光焊接技术的应用
3.1 在船舶制造业中的应用
由于船舶板材的厚度较大，其焊接缝较长，在焊接的过程中通常存在翘曲以及变形的问题。根据相关数据统计，如果使用传统的焊接技术，有四分之一的工作量是针对船板的整体形，极大的影响焊接进度，降低焊接效率。如果使用激光焊接技术，其能量密度高，光斑面积小等特点，焊接后不会出现上述问题。同时，针对船用板材制造的时候，由于工序不同，其工作台也就不同，其板材可以在切割完成之后送到另外的地方进行焊接处理。但是如果使用激光焊接技术，可以将其放在同一工作台上进行操作，有效的节省工作时间，提高焊接的效率。
3.2 激光焊接技术汽车工业中的应用
汽车工业是整个经济发展中的重要组成部分，尤其是在国外发达国家中，其每年生产的汽车数量非常庞大，其制造业的研发与改进直接关系到汽车的生产效率。因此，急需要提高激光焊接技术的作用。在我国，汽车行业逐渐发展起来，同样需要激光焊接技术提高生产效率，减轻汽车的自身重量，提高车身结构的轻度，有效的降低生产成本。目前，在大多数知名汽车工期中，均使用激光焊接技术，并且将其逐渐应用到中低档汽车的生产过程中，例如在大众汽车企业中，其激光焊接技术的应用范围在不断的扩大。在以往传统的焊接技术应用过程中，通常使用电阻点焊接技术，其要求凸缘宽度为16毫米，但是如果使用激光焊接技术，只需要将其控制在5毫米左右即可。通过以激光焊接技术来代替传统的焊接技术，每辆汽车生产中可以节省大约40kg的钢材，并且其焊接速度更快。
3.3 激光焊接技术在塑料加工中的应用
在国外激光焊接技术的应用过程中，针对塑料加工进行焊接处理已经成为比较常见的技术，但是在我国还处于初始阶段。由于传统的焊接技术通常以热熔焊接、振动摩擦焊接以及高频焊等为主要焊接方式，其对结构复杂以及加工比较精密的塑料加工工序无法达到较好的焊接效果。但是使用激光焊接技术可以达到理想的效果。
3.4 在生物医学中的应用
在上世纪七十年代，激光焊接技术就已经应用在生物医学领域中，其主要是通过激光焊接输卵管以及血管，随之越来越多的研究者将其应用在各种生物组织中，并取得了较好的应用效果。目前国内外在生物医学研究中，主要是针对激光焊接神经方面进行重点研究，其需要考虑到激光的波长、激光焊料的选择以及剂量等方面的内容。同时，近年来，将激光焊接技术使用到焊接牙科合金方面，成为一种新的焊接技术。
3.5 在电子工业中的应用
激光焊接技术在电子工业中的应用范围比较广阔，尤其是在集成电路以及半导体的设备封装过程中，通过使用激光焊接技术，可以突显出其独特的优势。同时，在真空器件研发的过程中，也需要应用到激光焊接技术。例如，在不锈钢支持环以及快热阴极灯丝组件中，需要使用激光焊接技术。由于传感器以及温控器的弹性薄壁波纹片的厚度需要控制在0.05-0.1毫米之间，如果使用传统的焊接技术来施工，无法达到预想的效果，在焊接的时候，容易将其焊穿，等离子的稳定效果较差，其受到多方面的因素影响。如果使用激光焊接技术，可以有效的解决上述问题，提高焊接效率与质量。
4 总结
针对目前激光焊接技术的应用以及研究的侧重点来看，在未来的发展中，其主要集中在新型激光焊接设备以及各个程序控制与焊缝的检测方面。激光焊接技术已经在各大工业中得到广泛的应用，并取得了较好的成就，其将会逐渐取代传统的焊接方法，其激光焊接技术将会得到进一步的完善与改进，并在工业领域中发挥出更大的作用。
参考文献：
来源：奥华激光
激光焊接的主要影响因素
激光功率：通常用于焊接的激光功率等级为3kW ； 输出形式：连续、脉冲、波形控制；
焊接速度：激光焊接的经济性要求焊接速度较高（2m/min）； 材料特性：材料对激光的吸收率、表面状态等；
保护气体种类和形式：主要考虑对焊缝区的保护、等离子体产生的阈值高； 离焦量：影响激光焊接熔深的主要参数； 接头形式：对接、搭接、角接等；
工件间隙：一般不允许有间隙（0.1mm）；
摘要：焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。激光技术涉及材料学、力学、计算机科学等。研发是一个消耗的过程，其投入要求高，资金回收期较长。单靠企业研发，速度很难跟上，于是有一部分压力转移到国家科研机构。所以产业化需要强大的经济实体后盾和政策支持。关键词：焊接技术
关键制造工艺
激光焊接
产业化
焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件，在生产制造中都不同程度地应用焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。中国2005年钢产量达到3．49亿吨，成为世界最大的钢材生产与消费国，而焊接结构的用钢量也突破1．3亿吨，相当于美国一年的钢产量，成为世界上空前最大的焊接钢结构制造国。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。例如三峡水利枢纽的水电装备就是一套庞大的焊接系统，包括导水管、蜗壳、转轮、大轴、发电机机座等，其中马氏体不锈钢转轮直径10．7m高5．4m重440t，为世界最大的铸－焊结构转轮。该转轮由上冠、下环和13或15个叶片焊接而成，每个转轮的焊接需要用12t焊丝，耗时4个多月。神舟6号飞船的成功发射与回收，标志着中国航天事业的巨大进步，其中两名航天员活动的返回舱和轨道舱都是铝合金的焊接结构，而焊接接头的气密性和变形控制是焊接制造的关键。由第一重型机械集团为神华公司制造的中国第一个煤直接液化装置的加氢反应器，直径5．5m长62m厚337mm重2060t，为当今世界最大、最重的锻－焊结构加氢反应器，采用国内自主知识产权的全自动双丝窄间隙埋弧焊技术，每条环焊缝需连续焊接5天。西气东输的管线长4000km，是中国第一条高强钢（X70）大直径长输管线，所用的螺旋钢管和直缝钢管全部是板－焊形式的焊接管。2005年我国造船的总吨位达到1212万吨，占世界造船总量的17％，居于日、韩之后，稳居世界第三位，正向年产2500万吨的世界水平迈进。国内制造的30万吨超级油轮、新型5668标箱集装箱船、15万吨散装货船，以及为世界瞩目的，被称为“中华第一盾”的170舰，都是中国造船界的骄傲，船体是典型的板－焊结构。另外，上海中泸浦大桥是世界最长的全焊钢拱桥；国家大剧院的椭球型穹顶是世界最重的钢结构穹顶；奥林匹克主体育场的鸟巢式钢结构重4万多吨，也是世界之最。这些大型结构都是中国焊接制造的最大、最重、最长、最高、最厚、最新的具有代表性的重要产品。由此可见，焊接在国民经济发展和国防建设中具有非常重要的地位和作用。从“十一五”规划的二十项国家重大技术装备的研制项目可以看出，在百万千瓦级核电机组、超超临界火力发电机组成套设备、高水头超大容量水电机组、大型抽水蓄能机组、30～60万瓦级循环硫化床（CFB）锅炉的成套技术装备、百万吨级大型乙烯成套设备、百万吨级大型对苯二甲酸成套设备、大型煤制气成套设备以及大型煤矿综合采掘成套技术与装备中，焊接制造都是关键制造工艺之一。
但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。
1、激光焊接原理——激光是辐射的受激发射光放大的简称，由于其独有的高亮度、高方向性、高单色性、高相干性，自诞生以来，其在工业加工中的应用十分广泛，成为未来制造系统共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高辐射强度的激光束，激光束经过光学系统聚焦后，其激光焦点的功率密度为104~107W/cm2，加工工件置于激光焦点附近进行加热熔化，熔化现象能否产生和产生的强弱程度主要取决于激光作用材料表面的时间、功率密度和峰值功率。控制上述各参数就可利用激光进行各种不同的焊接加工。
2、激光焊接的一般特点——激光焊接是利用激光束作为热源的一种热加工工艺，它与电子束等离子束和一般机械加工相比较，具有许多优点：（1）激光束的激光焦点光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔点、高强度的合金材料；（2）激光焊接是无接触加工，没有工具损耗和工具调换等问题。激光束能量可调，移动速度可调，可以多种焊接加工；（3）激光焊接自动化程度高，可以用计算机进行控制，焊接速度快，功效高，可方便的进行任何复杂形状的焊接；（4）激光焊接热影响区小，材料变形小，无需后续工序处理；（5）激光可通过玻璃焊接处于真空容器内的工件及处于复杂结构内部位置的工件；（6）激光束易于导向、聚焦，实现各方向变换；（7）激光焊接与电子束加工相比较，不需要严格的真空设备系统，操作方便；（8）
激光焊接生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好。中国科学院力学研究所发动机科学与工程联合实验室近期在涡轮增压器异种材料激光焊接技术方面取得重要进展，优化后的激光焊接工艺为提高柴油发动机性能提供了重要支持。
目前，柴油发动机应用广泛，在国民经济发展中占据重要地位。作为柴油发动机的关键部件，涡轮增压器对于发动机动力性能的改善有显著作用，其异种材料焊接质量对整机性能有重要影响。在柴油发动机增压器中，涡轮叶片和涡轴杆的材料不同，参数有很大差异，对两者进行连接时易形成焊接裂纹，具有淬硬倾向。目前，业界多采用摩擦焊方式进行连接，但强度不高、成形精度差是摩擦焊的缺陷。激光焊接是一种新方式，它利用激光的相干性等特性，很好地解决了焊缝偏熔和未熔合的问题。与传统焊接工艺相比，优化后的激光焊接工艺在满足高焊接强度要求的同时，极大提高了焊接效率，为提高柴油发动机性能提供了重要技术支持。
中国科学院力学所发动机科学与工程联合实验室副主任虞刚认为，随着市场需求的扩大，汽车行业近年来的发展势头很好，但自主技术稀少、自主研发环境欠缺的问题始终没能解决。国内企业与跨国公司合作，很难获得核心技术。“没有核心技术以及后续的研发、改进，将会给产业发展带来不良影响。当前，一些汽车制造企业及科研机构已经开始独立研发，但„拿来主义‟的观念仍然很强，真正的自主研发成果少之又少。”
激光技术涉及材料学、力学、计算机科学等。研发是一个消耗的过程，其投入要求高，资金回收期较长。单靠企业研发，速度很难跟上，于是有一部分压力转移到国家科研机构。中国科学院下属研究所包含所有自然科学及工程研究领域，从技术上讲，是国家最有代表性的部门。虞刚说：“正是在这样的背景下，我们力学所从最基础的角度着手开始攻关。在激光异种材料焊接这个领域，国际上一直没有新进展。经过长期努力，我们力学所取得了突破性进展，领先国际水平。可以说，这是一项百分之百拥有自主知识产权的国际先进技术。”
谈到异种材料激光焊接技术的产业化前景，虞刚说，这项技术已经非常成熟，市场也有这方面的需求，其产业化潜力很大。但产业化有风险。虞刚给记者算了一笔账，如果一项基础研究只要投入1元钱，那么，将这项研究成果变成可用的技术就需要10元钱，而真正的产业化则需要100元钱。“这个比例让很多企业承受不了。国内大部分企业还不具备这种抗风险的能力，所以许多企业不愿意做。所以产业化需要强大的经济实体后盾和政策支持。参考文献：
《实用焊接手册》顾纪清 上海科学技术出版社
《现代焊接生产手册》 上海市焊接协会 上海科技(2007-05出版)《焊接技术手册》 河南科学技术出版社2004 年7月(1999-04出版)《激光原理与技术》 阎吉祥高等教育出版社 【书 号】 7040145677 个人介绍“
姓 名：孟军
性别：男
出生年月：1980.06 毕业院校：兰州理工大学
专业：机电工程学院机械制造
实验内容：
1.光器件生产产线认知与生产制度学习；
2.LD的P、I、V曲线的测量；
3.LD品质质量筛选、探测器参数测量；
4.耦合光纤制备（光纤跳线制作）；
5.耦合光纤质量检测；
6.LD发射组件结构认知与结构组装；
7.光纤耦合LD发射组件激光焊接制备；
8.光纤耦合探测器组件耦合激光焊接； 9.组件老化实验（B型配置）；
10.组件高低温冲击与检测实验（B型配置）
实验简介：
本实训系统是应用激光焊接制备技术，制备光通讯设备中使用的光纤耦合激光光源与光纤耦合探测器部件。本实训系统是按照光通讯器件工厂的实际情况设计，包含：光纤制备与检测工艺段、光纤耦合工艺段、激光焊接工艺段、器件老化工艺段、器件检测工艺段。实训中生产的器件可供实际设备使用。
随本实训系统硬件设备，RealLight®公司还提供一套完整的实训讲义、器件生产工艺、产线管理制度供学校使用，是工科院校培养工程师工程实践能力的理想平台。适合大中专学校开始工程实践课程使用。实验效果图：
激光焊机工艺段
激光焊接生产监测
光纤研磨与制备
光纤耦合工装设备
器件老化工装
器件高低温测试设备
主要设备参数：
1.光纤耦合工装光通讯有源夹具、配件 一台，三维调整，调整精度0.5微米。行程13mm。内置组件电源接口。2.LD激光器检测工装（电源、功率计等）3.激光功率计:测量波长范围200nm～1100nm，测量功率范围200～2000mW，探头口径Φ10mm，测量精度0.1mw，采用220V/50Hz电源，SMA905 FC光纤接口，使用便捷，稳定性高。
4.光电探测器测量工装标准光纤耦合光源，光纤4μm，功率1.5mW，单模。探测器响应度检测工装，电压测量精度1mV，准确度0.2% 5.光纤制备工装：光纤研磨机，光纤插针制备工装
光纤研磨机：插入损耗（IL）：≤0.2dB（单模）≤0.15dB（多模）
回波损耗（RL）：≥50dB（PC）≥60dB（APC）曲率半径（R）：10－25mm(Φ2.5mm)，５－15mm(Φ1.25mm)突点偏移（offset）：≤50μm 凹陷／凸出（offset）：≤50nm重复损耗（repeatability）：≤0.1 dB 互换损耗（interchangeability）：≤0.2 dB 6.光纤检测工装光纤端面检测工装：仪器放大倍数：400×，适用所有的陶瓷插芯的检验,Φ2.5mm、Φ1.25mm、MPO、MT、MTRJ插芯型和成品型，内置照明，功能：检查光纤芯端面，含显示器 7.光纤手工研磨工装光纤研磨纸，收工研磨卡具
8.三维焊接机：激光工作物质：
Nd:YAG晶体；激光波长： 1.06μm ；氙灯单灯泵浦；激光单脉冲能量：≥50J ；能量不稳定度：≤±2％；激光脉冲宽度：0.1-20ms分级可调；脉冲频率1-100HZ 分级可调 ；连续工作时间：≥ 24h 9.激光电源:本电源主要技术指标为：输入电源：
380v±5％
电源额定功率： 6Kw；脉冲工作电流：
100－300A；电源不稳定度：
≤±2.5％；电源连续工作时间:≥20h 10.分光系统:光束之间能量偏差 ≤2%；光纤芯径：0.4mm；光纤长度：5m；光纤类型：SI或GI；聚焦系统:采用多组复合聚焦筒聚焦激光。11.聚焦焦距：f=120mm；单光路输出能量：≥8J 12.光纤展示箱：内含光纤垫、下垫、挡纤板，铝合金箱外尺寸：360mm×245mm×108mm，内尺寸：348mm×230mm×58mm/348mm×230mm×30mm，FC/PC-FC/PC 1m光纤，ST-ST 1m光纤，LC-LC 1m光纤，SC-SC 1m光纤，MTRJ-MTRJ 1m光纤，FC/APC-FC/APC1m光纤，FC耦合器，ST耦合器，SC耦合器，MTRJ耦合器，ST-SC耦合器，ST-FC耦合器，FC衰减器。
13.激光器物料一批；LD激光器若干；探测器物料一批；探测器若干，光纤零件一批。B型配置：
14.高低温冲击试验箱：350×350×400mm；温度范围：-20℃～+100℃，温度波动：≤±1℃（空载）；温度均匀度：≤±2℃（空载）；升温速度：3～5℃/min（空载）；噪音（dB）：≤65；供电电源：220V±10%；
在20世纪90年代中期,德国BMW公司利用激光焊接机器人完成了BMW 5系列轿车的第一条焊缝,焊缝总长度达12 m。到2003年7月,激光焊接焊缝的总长度累计达到150万m。激光技术竞争的结果是强化了其在汽车制造工业中的应用。美国戴姆勒-克莱斯勒公司焊接(设备和零部件)技术课题组负责人Christian Elsner先生认为:激光焊接最主要的应用领域是汽车传动系统和汽车车架的焊接制造。激光焊接长期以来并没有被充分利用,新的激光焊接电源和更高的功率使得激光焊接挤进了长期以来一直被传统焊接技术所占据的领地。
1 激光混合焊接技术概况
1.1 激光焊接的工艺特点
激光焊接是利用激光的高能量熔化钢板,达到焊接目的。按焊接熔池形成的机理区分,激光焊接有2种基本模式:热导焊和深熔焊。前者所用激光功率密度较低(105～106 W/cm2),工件吸收激光后,仅达到表面熔化,然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深浅,深宽比较小。后者的激光动车密度高(106～107 W/cm2),工件吸收激光后迅速熔化乃至气化,熔化的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束,可直照孔底,使小孔不断延伸,直至小孔内的蒸汽压力与液体金属的表面张力和重力达到平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时,小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方,凝固后形成焊缝,如图1所示。
由于经聚焦后的激光束光斑小(0.1～0.3 mm),功率密度高,比电弧焊(5×102～104 W/cm2)高几个数量级,因而激光焊接具有传统焊接无法比拟的显著优点:加热范围小,焊缝和热影响区窄,接头性能优良;残余应力和焊接变形小,可以实现高精度焊接;可对高熔点、高热导率的热敏感材料及非金属进行焊接;焊接速度快,生产率高,具有高度柔性,易于实现自动化。
1.2 激光混合焊接技术
德国大众公司的材料专家认为:与纯激光焊接技术相比,利用激光混合焊接技术可大大提高钣金件缝隙的连接能力。这使得德国大众公司可以更加充分地利用激光高速焊接,确保了电弧焊接的工艺稳定性。另一个应用实例是采用激光混合焊接技术将德国BMW 5系列轿车的铝合金隔板与内高压变形加工的铝合金支架焊接在一起。
目前,一些研究机构和工业企业正在研制开发新的激光焊接方案。新型晶体管脉冲的沙本激光器(Diodengepumpte Scheibenlaser)即为范例。德国斯图加特激光工具研究所(IF-SW)指出:新的沙本激光技术是一个全新的晶体管固体激光技术方案,它有着很高的激光效率和很好的激光聚焦性能。
产生激光的介质是一个极薄的反射片,其厚度在百分之几到二百分之几微米之间。脉冲激光射束经紧凑的折射镜系统多次折射,最后经晶体射出。尽管反射片厚度尺寸很小,但是其反射能力极高,总效率也很高。Hugel先生认为:这种激光技术集CO2激光技术与Nd:YAG固体激光技术的优点于一身,将来可以开辟更多新的应用领域。
1.3 集成在装配系统里的激光焊接技术
将激光焊接集成到装配线,不仅可以加速生产线的启动,同时也使精密装配实现自动化。瑞士思泰科工业技术公司(SITEC)创造的这种将机械技术与光学技术结合在一起的技术,为装配和焊接领域开辟了一个新的发展空间。汽车供应商要把具有较高技术含量的柴油机喷射系统应用于汽车中,需要克服很多困难,一系列敏感性较强的压电元件都要在合适的位置进行装配,有些需要给金属预加应力,有些则需要使其膨胀,确保其即时精度为40 mm。如何把这些零件装配成一个整体,成为加工技术的关键。瑞士思泰科工业技术公司主管资源和发展的总经理Laessig先生认为:最好的解决方式是采用激光加工技术来完成,使系统模块独立化,并且完全集成到装配线里。该公司由此开发了一系列激光模块,组成Variomodul系统。
模块化装配线(如Variomodul系统)由可移动元素组成,可根据需要自由组合、改造或集成在其他生产线中,从而缩短生产周期。所有的基本模块也都是用来操作、检测或装配的组件,并且都可经过精确调整,以适应柔性加工的要求。
2 在汽车拼焊板技术中的应用
激光焊接具有多项显著的优点,非常适用于生产拼焊板。激光拼焊板是高新技术的产物,拼焊板工艺的出现解决了汽车零件制造中各种不同的甚至是矛盾的需求。
2.1 技术发展
拼焊板是近年国外发展很快的新技术,主要用于汽车工业。汽车应用拼焊板原来是为了解决板材宽度不足的问题,如用于汽车车身的地板、通常看不到的一些外覆盖件(如面包车的顶板)等。
目前,焊接板在汽车工业上的应用有了新的进展,其被大量应用于不同强度或不同表面处理状态的零件的整体成形。过去,焊接板主要由几块不同厚度、不同强度或不同表面处理状态的板材分别冲压成形,然后焊接成整体的构件。现在这方面的技术发展到可以使用拼焊板将几个小零件通过激光焊接集成一个大的毛坯并进行冲压,从而可以使模具的数量和后续的生产工序减少,既降低了成本,又提高了汽车零部件的质量,使零件结构得到最大限度优化,充分发挥不同强度、不同厚度板材的性能,并使汽车减重,降低零部件数量和保证安全,成为提高优化设计和制造技术的有效手段之一。
2.2 技术特点
拼焊在汽车工业上的应用具有以下技术特点:对于增加汽车安全性、减轻重量、减少加工工序、降低成本、提高生产率、减少材料消耗及提高总成装配的精确性等都具有十分重要的作用。它消除了搭接的点焊焊点,取消了在搭接区域的密封,降低了成本,还改善了总成的抗腐性,并为材料的回收提供便利。
拼焊板一般是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板,以满足零部件不同部位对材料不同性能的要求。以车门内板为例:为了保证功能的需要,车门内板的主体必须具备一定的柔性,而门板的前、后部需要具有一定的强度。如果采用传统的冲压成形方法就需要另外设计加强板,而采用拼焊技术,只要将3块不同厚度的钢板拼焊成1块整板,即可冲压成形。
拼焊板表征了机械制造活动从汽车OEM向材料供应商转变的一种发展趋势,是适应市场发展的需要,在满足结构、强度要求的前提下,求得在技术和经济上的协调统一。它是满足目前零部件各部位功能要求,以及材料选择、板材尺寸、焊缝位置、成本、重量、结构强度和稳定性综合优化的有效工艺技术。
2.3 技术优势
采用激光拼焊板可以给汽车制造业带来巨大的经济效益。如车身装配中的大量点焊,将2个焊头夹在工件边缘上进行焊接,凸缘宽度需要16mm,而激光拼焊板无需搭接,点焊技术改为激光拼焊技术可以节省钢材(节省的用量视采用拼焊板的数量而定)。用传统点焊焊接2片0.8 mm的钢板冲压件,平均点焊速度是20点/min,焊距是25 mm,焊接速度则为0.5m/min,这会耗费相当长的时间,而采用激光拼焊板替代点焊工艺后可以大量节省焊接所需时间,焊接质量得到质的提高。
德国大众公司的Touran轿车就是一个很好的例证。在这一新型轿车中,激光焊点的数量达到了1 400个,焊缝的总长度达70 m。在舒适、美观的敞篷轿车生产中,该公司的技术人员与奥地利Fronius公司的焊接专家合作研制开发了一种激光混合焊接技术。在高级敞篷轿车的车门上,激光混合焊接焊缝的长度达到了3 570 mm,是纯激光焊接焊缝长度的3倍,如图2所示。
实践数据表明:对一辆汽车采用拼焊板以后,零件重量可降低24%,单个零件数下降19%,焊点数下降49%,生产时间降低21%。由于综合效益好,其用量正在不断增加。
从20世纪80年代中期开始,拼焊板作为新技术在欧洲、美国、日本受到广泛关注,激光拼焊板广泛应用于车身制造(如图3所示)。
3 结语
汽车文化是伴随着汽车工业的发展和汽车消费数量的增加,在其货物和人员运输等主要“使用价值”以外形成的行为方式、习俗、法规、价值观念等非物质社会财产。在汽车的设计、生产和使用中,从汽车外表到内饰,从风格到品质,都具有深深的文化烙印。汽车凝结了人类智慧的结晶,和谐地将科学技术与艺术相统一,并绽放出绚丽的文化光芒和艺术光辉。激光技术的研发,将会为汽车文化锦上添花。目前,无论实验室还是汽车制造厂的实践经验,均证明了拼焊板可以成功地应用于汽车车身的制造,其前景不可估量。
摘要：文章主要介绍了激光混合焊接的工艺特点和技术要点,以及其在汽车制造焊接板中的应用与发展前景。
关键词：激光,混合焊接技术,汽车制造,应用与发展
参考文献
[1](美)詹姆斯·P.沃麦克.改变世界的机器[M].沈希瑾,译.北京:商务印书馆,2003.
GPS-RTK；测深仪；水下地形测量
1.引言
GPS技术的出现，带来了测量方法的革新，在大地控制测量、精密工程测量及变形监测等应用中形成了具有很大优势的实用化方案。尤其是GPS-RTK技术能够在野外实时得到厘米级定位精度，为工程放样、地形测图、地籍及房地产测量、水下地形测量等带来了新的作业方法，极大地提高了野外作业效率，是GPS应用的里程碑。特别是利用RTK与测深技术，组成GPS-RTK和测深仪联合作业系统进行水下地形测量，在实际海洋勘察中取得了显著的效果。
2.信标机的基本原理
信标机是可以自动选择信标台的双通道接收机，集无线电信标接受和载波相位接受与一体，定位无需投资基准站设备，即可实现导航与测量，并不受地域限制提供亚米级差分定位精度，但其有自身的不足，不可以实时测定其位置的高程，其高程采用验潮的方法来修正和确定，在实际应用中，验潮的时间间隔长短与数据误差成正比。验潮的误差源主要有三个方面：目测的误差；测量船在风浪作用下的升降位置⊿h不均匀造成的高程误差；潮位改正，为了正确的表示海底地形，需要将瞬时海面测得的深度，计算至平均海面、深度基准面起算的深度，这一归算过程称为潮汐改正。在验潮站的作用范围内，瞬时水面的潮汐可通过诸验潮站的潮位观测值内插获得，即潮汐内插。回归法内插潮汐实质上是将潮汐的瞬间变化看作时间的多项式函数T（t），利用N个观测间隔⊿t的潮位观测值内插出N⊿t时段的潮汐变化曲线，该曲线即反映了该时段潮汐变化的特征。其解决办法为：多人多次进行观测，取平均值，测量的船的前行速度在一定范围之内并保持匀速，方可减小系统误差和偶然误差。因信标仪的定位精度不高、验潮的精度差和比较烦琐而显得不足。GPS-RTK技术出现后取代了信标机位置。
3.RTK技术的基本原理
GPS技术始于20世纪90年代初，先是静态GPS定位，21世纪初发展出动态GPS定位，即GPS-RTK系统。该系统是基于载波相位观测值基础上的实时动态定位技术。其系统主要由基准站、流动站和数据传输系统三大部分组成。在RTK工作过程中，选择已知控制点或支点作为参考点，并在其上架设RTK基准站，连续实时接收全球定位系统（GPS）卫星信号。在RTK流动站，要先进行设备初始化，待完成整周模糊度的搜素求解获得窄带固定解后，再进行RTK作业。工作中，RTK基准站将测站点坐标、载波相位观测值、伪距观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态等信息通过数据链将其发送给流动站接收机，流动站接收机通过电台（数据链）接受来自基准站的数据，同时还要采集GPS卫星载波相位信号数据，通过系统内差分处理，采用卡尔曼滤波技术，在运动中初始化求出整周模糊度，流动站点位坐标与基准站间的坐标差（⊿x，⊿y，⊿z）等信息，由此可获得流动站点在基准站坐标系统下的坐标值。最好通过坐标转换和参数转换等计算，得到流动站站点在所需坐标系统下的三维坐标（X，Y，Z），精度可达厘米级。
4.测深仪技术及水下地形测量的原理
测深仪技术多采用回声测深原理，即采用声波在不同介质中的传播的速率不同，并且在两种不同介质界面出会产生反射的原理。由测深仪换能器发射的电磁波，在海水中传播，遇到海底介质时，由于介质发生了改变，必然会引起电磁波反射，经海底表面反射的电磁波，再有换能器接受，通过计算换能器连续两次发射、接受电磁波的时间差，经过相应的数学模型计算，就可获得电测波在水中传播的距离，从而获得相应的水深值h深。測深仪换能器向水底发射的脉冲信号是垂直于换能器平面的，因此换能器只有处于水平位置才能精确的测定换能器到水底的真实水深值，在简化模式下，水深值的计算可采用如下计算公式：
h深=c⊿t/2式中，c为声波在水中的传播速率。
水下地形测量包括两部分:定位和水深测量。传统海洋测量多采用信标机+测深仪模式，该模式的原理是用信标机定位、测深仪测水下深度、用潮水校正高程。目前采用GPS-RTK差分定位、而水深测量采用的是回声测深仪的方法。这样就可以确定水底点的高程：
=深+） （1）
式中，为水底点高程，为水面高程，为测量水深，为换能器的静吃水。
在观测条件比较好的情况下，考虑RTK具备比较高的高程确定精度，同时严格考虑船姿的影响，无验潮模式下的水底点高程可通过下式确定：
= （2）
式中，为GPS相位中心的高程（通过RTK直接确定），为GPS接收机天线相位中心距换能器面的垂距，为姿态引起的深度改正。
5.水深测量的基本作业步骤
水深测量的作业系统主要由GPS接收机、数字化测深仪、数据通信链和便携式计算机及相关软件等组成。测量作业分三步来进行，即测前的准备、外业的数据采集测量作业和数据的后处理形成成果输出。
A.测前的准备
a.求转换参数
①将GPS基准站架设在已知点A上，设置好参考坐标系、投影参数、差分电文数据格式、发射间隔及最大卫星使用数，关闭转换参数和7参数，输入基准站坐标(该点的单点84坐标)后设置为基准站。
②将GPS移动站架设在已知点B上，设置好参考坐标系、投影参数、差分电文数据格式、接收间隔，关闭转换参数和7参数后，求得该点的固定解(84坐标)。
③通过A、B两点的84坐标及当地坐标，求得转换参数。
b.建立任务
设置好坐标系、投影、一级变换及图定义。
c.作计划线
如果已经有了测量断面就不需要重新布设，但可以根据需要进行加密。
B.外业的数据采集
架设基准站在求转换参数时架设的基准点上，且坐标不变。将GPS接收机、数字化测深仪和便携机等连接好后，打开电源。设置好记录设置、定位仪和测深仪接口、接收机数据格式、测深仪配置、天线偏差改正及延迟校正后，就可以进行测量工作了。
C.数据的后处理
数据后处理是指利用相应配套的数据处理软件对测量数据进行后期处理，形成所需要的测量成果——水深图及其统计分析报告等，所有测量成果可以通过打印机或绘图机输出。
6.影响水深测量精度的几种因素及相应对策
在实际使用无验潮方式进行水深测量时，测量结果精度会由于船体的摇摆、采样速率、RTK与测深仪采集数据同步时差及RTK高程的可靠性等因素造成的误差的影响。
A.船体摇摆姿态的修正
船的姿态可用电磁式姿态仪进行修正，修正包括位置的修正和高程的修正。姿态仪可输出船的航向、横摆、纵摆等参数，通过专用的测量软件接入进行修正。在实际作业中高速行驶的船体左右摇摆较轻微。
B.RTK定位数据与测深数据不同步造成的误差
GPS定位输出的更新率将直接影响到瞬时采集的精度和密度，现在大多数RTK方式下GPS输出率都可以高达20HZ，而测深仪的输出速度各种品牌差别很大，数据输出的延迟也各不相同。因此，定位数据的定位时刻和水深数据的测量时刻的时间差造成定位延迟。对于这项误差可以在延迟校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返测量结果计算得到，也可以采用以往的经验数据。
C.吃水改正
吃水改正包括静态吃水和动态吃水。根据换能器相对船体的位置，换能器可按照几何关系求解。动态吃水就是要确定作业船在静态吃水的基础上因航行造成的船体吃水的变化。这种变化有时也称作航行下沉量，它受船只负载、船型、航速、航向和海况等诸多因素的综合影响。通常采用霍密尔公式计算船只动态吃水。
该公式较好的反映了船体航行下沉量（△D）與航速（v）、航道水深（D）的关系。其中K系数是由实测资料推算，按照船舶长（L）与宽（h）之比值为引数查取。
D.RTK高程可靠性的问题
RTK高程用于测量水深，其可信度问题是倍受关注的问题。在作业之前可以把使用RTK测量的水位与人工观测的水位进行比较，判断其可靠性，实践证明RTK高程是可靠的。为了确保作业无误，可从采集的数据中提取高程信息绘制水位曲线(由专用软件自动完成)。根据曲线的圆滑程度来分析RTK高程有没有产生个别跳点，然后使用圆滑修正的方法来改善个别错误的点。
7.作业时应该注意的若干问题
A.有关基准站的问题
a.因为RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机。所以:
电台天线要尽量高。如果距离较远，则要使用高增益天线，否则将影响到作业距离；电源电量要充足，否则也将影响到作业距离。
b.设站时要限制最大卫星使用数，一般为8颗。如果太多，则影响作业距离，太少，则影响RTK初始化。
c.如果不是使用7参数，则在设置基准站时要使Transform To WGS84 (转换到WGS84坐标系)处于off(关闭)状态。
d.如果使用7参数，则△X、△Y、△Z都小于€?00较好，否则重求。
e.在求转换参数前，要使参数转换和7参数关闭。
f.在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。基准站和移动站必须保持四颗以上相同卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。所以有时偶尔RTK没有固定解也是很正常的。
B.有关流动站的问题
a.解的模式要使用RTK Extrap (外推)模式。
b.数据链接收间隔要与基准站设置的发射间隔一致，都要为1。
c.如果使用海洋测量软件导航、定位，则:记录限制要为RTK固定解；高程改正要在天线高里去改正。
d.差分天线要尽可能的高。
C.关求转换参数的问题
已知两点在测程及测区内要尽量远。同时，这两点不能在同一条经线或同一条纬线上。
8.结束语
利用RTK技术进行水下地形测量，在大面积开阔地区具有巨大的优势，使得水下地形测量这项工程变得简单、方便、快捷、轻松、高效、经济，可以全天候实施测量工作，同时也提高了测量精度。但在障碍物遮挡严重的地区如部分陡峭峡谷区域可能因RTK信号问题不能完全取代传统测量方法，必须结合交会法或极坐标法才能取得理想的效果。2006年我公司在湛江港区域率先采用RTK-测深仪模式进行水下地形测量作业，效果显著。随着RTK技术的不断发展，其应用前景将更加广阔。
[1]徐绍铨.GPS测量原理及应用[M]武汉:武汉测绘科技大学出版社.1998
[2]全球定位系统(GPS)测量规范[S]北京：测绘出版社.1992
[3]梁开龙.水下地形测量[M北京：测绘出版社.1995
评审学校：唐山劳动高级技工学校 专业名称：焊接技术应用 专业代码：052200
一、专业设置基本情况
焊接技术应用专业成立于1974年，2010年被命名为唐山市示范专业，2012年被评为国家高技能人才培养基地，2014年确定为国家中等职业发展改革示范校重点专业。为唐山市装备制造业发展培养了大批优秀毕业生，培养出全国劳动模范、首席焊接专家钟秉锐等一大批高技能人才，目前拥有329多名学生，教师26人。
为建立适合区域经济发展的校企 “产学结合、工学交替”的人才培养模式，加强学校与企业、教学与生产的紧密结合，建立学校与企业“双定双进”的合作机制，使专业建设指导工作主动、灵活地适应社会需求，更有效地为地方经济发展服务，我院聘请行业专家组建专业建设团队，成立专家委员会，定期召开专家座谈会，制定焊接技术应用专业建设规划与实施方案，并结合企业的需求，不断改进调整。
二、教学与改革创新
在行业企业充分调研基础上，以企业专家为引领，确定了 “产学结合，工学交替”人才培养模式，从“师资、设备、教材、教法、环境”五个保障要素入手，进行“生产、教学、工作、学习”相融合的人才培养，在深入调研和专家委员会的指导下，完成了模块化的中、高级工和预备技师课程体系设置。
开发了以培养学生核心价值观的校本教材《人才读本与企业文化》，编写了适应“产品+课题”专业教学的《焊工工艺与技能训练》和《焊接专业机械制图》校本教材，适应新岗位、新技能需要，编写了《焊接机器人操作指南》、《先进焊接技术》校本教材，为使学生具备能用会修焊接设备的技能，编写《焊机维修》校本教材。
优化实践教学环境，将实训室从设备、材料、流程等要素，按照岗位要求进行改造和新建，为学生创造学习+操作的成长环境。创建了以课题为引领、产品作载体的“产品+课题”教学模式，深化了“做中教、做中学”，实现了教学内容项目化，教学方式工作化、教学环境职场化、教学成果产品化的目标。制定了新课堂教学评价标准，由企业、学校、学生多方参与评价，使教学质量显著提高。青年教师杨学军在2016年6月参加省中等职业院校创新杯说课大赛（机械类）二等奖，在2016年唐山市教学成果评比中，蒋志林获得教案一等奖，多媒体课
件二等奖；于滨增获得优秀论文二等奖、优秀教案二等奖；张超获得多媒体课件二等奖、优秀教案三等奖；高祥获得多媒体课件二等奖；赵延东获得优秀论文三等奖。
以信息技术应用带动教学改革创新，研发和引进本专业数字化教学资源。推出《机械基础》、《金属材料》、《焊接检验》3门网络课程；打造《焊工工艺与技能训练》为精品课，制作《机械基础》、《金属材料》、《焊接检验》、《冷作工实习》多媒体课件40个课题；完成非核心课程电子教案、核心课程试题汇编；建立了焊工专业初、中、高级、技师技能鉴定模拟题库，建立《机械基础》、《金属材料》、《焊接检验》 试题库、《焊接机器人操作》习题库；制作完成《焊工实训》仿真教学片（3集），为教学中运用仿真、虚拟等信息化方式，提供了充足的资源，实现了教材、教辅、教具、学具、课件立体融合，数字化教学资源进课程、进课堂，多渠道系统优化了教学过程，提高教学效果作用明显。青年教师杨学军在2016年8月参加省职业院校信息化教学大赛（中职组项目―教学设计）获得二等奖。
多年来，本专业不断探索和深化先后与开元集团、中建钢构，信德锅炉等多家企业合作，签订合作协议书，在工学结合、基地建设、产品加工、师资互派、培训项目开发、教师培训实践等方面进行深度合作建立了一套有效的校企合作运行机制。实现了行业、企业与学校的资源整合共享，促进教学链、产业链、利益链的有机衔接。校企双方通过人员、设备、产品、课题互派互进，采集信息、深入研讨，制定完善了专业建设内容，增强了人才培养的针对性。全方位进行校企文化对接，组织师生参观唐山松下、天津新华昌，对企业文化内涵、企业精神进行深入了解；聘请专家讲座，举行专题活动，在实训车间、教室、宿舍推行6S管理，全面地提升了学生的职业素养，丰富了校园文化。成立教学质量检查监控小组，以学院教学管理制度为依据，通过日常检查、推门听课、学生评教、工学成绩，加强过程考核与结果考核相结合，学校、企业、学生评价相结合，保障新培养模式下教学质量。构建学生评价体系的“234“模式，即在学校和企业二个岗位，引入学校、企业、社会三方参与，设立产学考评、工学考评、技能鉴定、德育积分与考试成绩四项指标，开展以能力为核心的科学评价。
三、教学管理
明确职责分工，提高教学质量意识，确保教学中心地位，加强教学管理，建立健全“系领导—教研组长—班主任—科任教师—学生”为主线的教育教学管理网络，明确相关职责、任务，实行分层管理，对学生成绩采用过程性评价与终结性评价相结合的方法，激励了学生全面发展；加大监督力度，规范教学过程管理，切实加强“备、教、辅、改、评、析”的教学过程管理，坚持抽查与定期检查相结合，并对教学的各个环节提出具体要求；完善考核机制，结合学院实际制定教师教学工作量化考评办法，量化结果作为评优评先重要依据，强化竞争意识。
结合本专业、本地区特点，与企业专家共同开发编写《焊接机械制图》、《焊接机器人操作指南》、《人才读本》、《焊机维修》、《先进焊接技术》、《焊接工艺技能训练》等校本教材，符合市场需求、学生就业需求、专业发展需求，开发《机械零部件测绘》、《机械基础》等精品课程，解决教学难题；制定符合学生实际情况的多元化（学校、企业、社会）评价体系，激励学生积极发展。
在实习教学中，重视技能训练，实行“理论、实习周倒制”教学，采用理实一体教学模式，提高学生技能水平。
与专业对口企业签订顶岗实习协议，制定《学生顶岗考核实施办法》、《顶岗实习教师工作职责》等管理制度和考核办法，并严格执行。
四、专业师资
我系现有教职工26人，本科以上学历24人，研究生1人。具有高级职称教师12人，中级职称教师12名，技师、高级技师资格教师8人。另外从企业聘请了8名专家和工程技术人员担任兼职教师和教学顾问，师资力量雄厚，结构合理。
专业带头人祝永旺2016年被评为“唐山市名师”称号。
突出培养学生掌握扎实的理论知识，注重提高学生的应用技能、创新能力，“以赛促学”，带动专业建设：2013、2014、2016年在省中等职业技能比赛中获得两个团体一等奖，一个团体二等奖，2016年在市技能比赛中获得团体第一名，梁川同学获得劳动部“技能雏鹰”奖，冯振兴同学在国赛选拔赛入围省集训队。
赵哲老师在中央电视台“中国大能手”决赛中获得第五名，蒋志林老师获得省“三育人”称号。
杨学军、王静娴教师荣获全国《教师职业道德》读书知识竞赛一等奖和三等奖，教师周丽获得“全国德育教学大赛优秀指导教师”和“河北省创业培训师”，7月将参加全国创业培训师大赛。祝永旺取得了业界具有深远影响的“国际焊接工程师”证书，27名教师考取中国焊接协会“焊接机器人操作员”资格证，3名教师获得企业急需的无损检测Ⅱ级证书，专业带头人刘海英担任省技能大赛评委，双师教师赵哲获省技能竞赛“优秀指导教师”称号。省市级优秀论文、课件、教案等 11 篇、专利1项。建设了一支专业带头人具有创新性，骨干教师引领先进性，双师教师突出实用性的师资队伍。
五、教学设施设备
本专业目前拥有13个理论教室15个焊接技能训练教室,培训工位156个，包括MIG与TIG焊接技术、工业机器人焊接技术、铝合金焊接技术、管道与综合焊接技术、特种焊接与切割技术、自动焊接技术、特种焊接与切割技术、焊接检测技术、理化检测等。备有焊接机器人、激光复合焊接与切割、搅拌摩擦焊、超声波焊、高速TIG与MIG焊机、电子万能试验机、冲击试验机、超声检测等先进设备200多台套。
与多家企业签订合作协议书，在工学结合、基地建设、产品加工、师资互派、培训项目开发、教师培训实践等方面进行深度合作。组建了由行业、企业专家参与的专业建设委员会，定期召开会议，共同探讨专业建设内容，对人才培养模式的改进和校本教材的编写起到至关重要的作用。
六、质量效益
2010年为唐山中职学校培训骨干教师75人，2010－2014年为华北理工大学培训大学生 200每年人次；为企业职工、社会化技师、高级技师培训鉴定54次、1666人；唐山市金蓝领培训30人；承接唐山职工大赛组织选拔训练，获“唐山市第十四届职工技能大赛优秀组织者”称号，每年为本地及京津塘地区10多家企业输送毕业生100多人，为区域经济社会发展提供了坚实的人才保障。
培养精品学生，提升专业的社会吸引力，近年在省市职业技能大赛取得了很好的成绩：2011-2013年蝉联市中职学校技能竞赛团体一等奖；2013年荣获河北省“三向杯”制造业技能大赛团体一等奖；2014年荣获河北省中等职业学校技能大赛团体一等奖，参赛的6名选手中全部荣获个人一、二等奖；2016年荣获河北省中等职业学校技能大赛团体二等奖，参赛的5名选手中荣获个人二等奖；2016年在市中等职业技能大赛中囊括前五名好成绩。
七、存在的问题及建设思路 1．教师队伍建设有待进一步提高；
关键词：焊接技术；金属构件；连接工程；电弧焊；二氧化碳保护焊；塑料焊接 文献标识码：A
中图分类号：TG407 文章编号：1009-2374（2015）18-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.033
1 概述
焊接技术，又称连接工程（Materials Joining Engineering），是一种重要的机械与材料加工工艺。具体来说，焊接就是用加热或加压等加工手段，再借助于金属原子的结合与扩散作用，使两个分离的物件永久地结合在一起。
社会不断发展，大量的大型工程建设，如南水北调、西气东输、航天航空等，很大程度上促进了先进焊接技术的发展与进步，我国焊接产业也随之日益成熟。在这样的社会需求下，了解焊接技术的原理和应用就显得极为重要。
2 焊接技术原理
按照焊接加工的不同方式，我们可以把焊接方法分为以下三类：熔焊、压焊和钎焊。
2.1 熔焊原理
焊接过程中，将焊件接头加热，温度达到或超过焊件的熔点，使需要焊接的两个或多个工件局部熔化，将熔化部分连结在一起，从而使工件永久结合的焊接方法称
为熔焊。常用的熔焊方法有电弧焊、气焊、电渣焊等。
2.2 压焊原理
焊接过程中，对焊件施加压力，使工件的材质达到原子间的结合从而形成永久性连接的方法称为压焊。常用的压焊方法有电阻焊、摩擦焊、闪光对焊、超声波焊等。
2.3 钎焊原理
焊接过程中，将焊件接头加热，使焊件温度高于钎料熔点、低于焊件熔点，从而使钎料熔化，填充接头间隙并与母材相互扩散溶解，实现永久性连接，这种焊接方法就叫做钎焊。
3 焊接技术的应用
3.1 电弧焊
电弧焊接是焊接方法最主要的一个种类。按其工艺特点不同，电弧焊能分为埋弧焊、氩弧焊、等离子弧焊、气体保护焊等。电弧焊在烧焊过程中使用到一些设备，如电源、焊枪、送丝机、气路和水路。电弧焊是一种常见的焊接方法，它的适用范围比较广，操作起来比较灵活轻便，可以进行各种姿态下的焊接，如平焊、仰焊、立焊和横焊等。
下面简单地介绍下手工电弧焊的操作大概过程：
第一，焊接之前，必须把工件清洁工作做好，仔细打磨焊接的部位，除去工件的氧化膜，可以利用不锈钢丝轮的砂轮机，打磨工件表面焊接边缘约15mm的范围，直到金属光洁为止。
第二，焊接过程中，将熔化极氩气焊焊丝作为电板。焊接时，尽量提高焊接的电流，得到熔深较大的焊缝，从而能够提高焊丝熔化的速度，提高生产的效率。焊接工作者需要将引弧焊丝保持在距离工件15mm左右处，对准需要焊接的部位进行引弧焊接。焊接人员可以采用“左向焊法”：从左到右进行焊接，并使焊枪和工件后倾的夹角为70°左右，然后保持夹角和距离不变，以匀速前进的方式进行焊接。这样能使焊件更牢固地连接在一起，而且更加美观。
第三，焊接完成后，并不是每个工件都是完美无缺的，有时由于冷热不均匀往往产生残留应力。这种由于焊接时不均匀的加热和冷却而使金属结构内部产生的内应力叫焊接应力，由焊接应力造成的变形叫焊接变形。焊接变形不仅影响了工件的美观性，而且会使原工件的性能产生严重的变化，如刚度、韧性和疲劳性等。
过大的焊接变形会使焊接的刚度和抗疲劳性急剧下降，导致焊件断裂报废，造成了不必要的经济损失，大大地降低了焊接的效率，所以，消除焊接残余应力就显得尤其重要。消除焊接构件残余应力的方法有很多，如高温回火、结构加载等。随着对焊接质量要求的提高，为了促进电弧热输入方式的改进，人们在焊缝成形控制、降低焊接飞溅等方面不断做出努力，推动了焊接技术与装备的发展。总而言之，焊接电弧研究在焊接技术发展中起着至关重要的作用，应该受到焊接工作者的重视。
3.2 二氧化碳保护焊
二氧化碳气体保护焊是在20世纪50年代初出现的一种熔化焊接方法，在汽车、工程、造船等行业的各种金属加工制造中起到了很重要的作用，现在二氧化碳焊已经成为钢铁材料焊接中不可缺少的一种重要焊接方法。
二氧化碳保护焊的原理是：二氧化碳气体对熔池进行了保护，避免了空气中的气体进入焊接环境中，提高了焊接效率和焊件的质量；二氧化碳保护焊用了焊丝替代电焊中所需要的焊条，减少了焊接能量的损耗，焊丝也与母材熔化金属一起熔化形成焊缝，起到填充材料的作用。与普通焊接方法相比，二氧化碳保护焊具有如下优点：生产效率高、焊接成本及能耗低、焊后不需要清理焊渣、适用范围很广。但是，二氧化碳气体保护焊不能用于有色金属的焊接，而且产生的烟尘也比较大。
3.3 塑料焊接
塑料作为现代化工艺中必不可少的材料，在日常生活用品中随处可见，如洗脸盆、塑料杯子、衣架等。然而，塑料产品的加工往往没有想象中那么容易。虽然现在3D打印技术可以使物体成形，但该技术目前只能加工一些比较简单的构件产品，而且加工速度很慢，在目前的科技水平下，并不能广泛地加工塑料产品。传统的焊接加工塑料方法可以将各个部件有效地连接起来，而且可以大规模地生产，弥补了复杂的塑料产品不能迅速成形的缺陷，这种焊接技术在现实生活中应用也很广泛。塑料焊接方法分为两大类：内部加热法和外部加热法。内部加热法包括超声波焊、振动焊接等，外部加热法包括激光焊、电阻焊等。当然，塑料焊接也有它的局限性，焊接只能对热塑性塑料进行加工，而热固性塑料在加热时不能软化，从而不能进行焊接加工。但随着焊接技术的不断进步，克服这个缺点只是时间的问题。
3.4 其他焊接技术的应用
除了上述的三种焊接方法，还有很多其他的焊接方法，如激光焊接、热板焊接、摩擦焊接、超声波焊接、振动焊接、高频焊接、热风焊接、感应焊接等，这里就不一一介绍了。
4 结语
焊接技术具有优异的功能和广阔的应用前景，探讨焊接技术在重工业中的应用具有重要的实际意义，但在许多方面有待于深入系统的研究，让这一技术真正发挥出最大的潜能，促使我国经济水平的迅速提高。
参考文献
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[3] 林同进.铝及铝合金的性能特点及其焊接加工[J].军民两用技术与产品，2014，（11）.
[4] 馮丽.塑料的焊接加工若干办法分析[J].科技传播，2014，（7）.
[5] 张文钺.焊接冶金学（基本原理）[M].北京：机械工业出版社，1999.
[6] 杨春利，林三宝.电弧焊基础[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.
[7] 黄石生.弧焊电源及其数字化控制[M].北京：机械工业出版社，2006.
一、激光焊接技术的内涵及分类
对激光焊接技术进行研究, 首先要对其基本情况作一下简单了解。激光焊接技术是一种运用激光束的辐射能量来实现高效焊接的工艺, 其将激光束进行高度聚焦, 在此基础上形成高能量的激光脉冲, 利用该脉冲对材料进行加工, 主要适用于在材料的微小区域进行焊接。
激光焊接技术运用特定的手段将激光中的活性介质激活, 然后将该介质置于谐振腔中, 让其在里面往复振荡, 通过这种振荡将介质转化为受激辐射光束, 受辐射光束在与材料的接触过程中产生的能量被材料完全吸收, 在这种能量温度达到材料的熔点时二者粘连在一起即完成焊接。
依据激光焊接焊缝的特点来分类, 激光焊接技术最常见的有两种, 一是激光深焊接, 其是大功率激光束在照射到材料表面的过程中, 材料表面进行光能和热能的转化, 材料被气化成金属蒸汽, 蒸气在材料表面的反射作用力下, 在表面形成凹陷, 在激光的持续照射下, 凹陷愈加增深, 在激光停止照射时, 凹陷四周的金属液体流向其底部, 待完全冷却后, 材料就实现了焊接。另一种技术是热传导焊接技术, 其与深激光焊接相同之处在于激光束在照射到材料上时, 同样要进行光能和热能的转化, 不同之处在于材料表层的热量通过热传导方式继续向材料内部传送, 最终实现使焊接材料合二为一。二者的根本区别在于是否在材料表面形成孔状熔池, 若是, 则为前者, 否则是后者。[1]依据激光束在输出方式的差异性, 还可以将激光焊接分为连续激光焊接和脉冲激光焊接。连续激光焊接所使用的主要是大功率二氧化碳气体激光器, 经常应用在薄板焊接;而脉冲激光焊接常用于微小型物件的焊接, 如电子器件和仪表器件等。
随着科技的不断进步, 新型的激光器也不断涌现, 由此带来了激光焊接技术新的分类。这主要有:激光-电弧复合焊、激光-等离子弧复合焊、激光-MIG复合焊以及双光束复合焊等等, 分类依据主要是所应用的激光器的差异。
二、当前激光焊接技术的研究现状
(一) 国外对其研究现状。
在欧盟、美国等西方国家和亚洲的日本, 基于其发达的工业基础和科学的支撑, 激光技术的研发和应用在他们国家的发展规划中都占据着举足轻重的地位, 他们为激光焊接技术的发展壮大提供强大的财政支持和政策优惠。
从激光技术的应用领域变化就可以窥见激光技术在这些国家的研究发展史。激光焊接技术先后被应用在机械制造业、汽车工业、造船工业、电子工业等领域。可以说, 当前, 激光焊接技术已与传统产业充分融合, 焊接技术在这些行业的应用已成为相关产业的行业标准。
而国外对激光焊接技术的最新研究则是在大功率激光器方面。大功率激光器的使用可实现生产领域的多项突破, 所以, 美国和德国均把研发精力倾注在这个项目上。美国已经成功攻克这项研发难关并将其变为可用的商品, 利用其制造军舰, 而德国则用其制造潜艇配件。
(二) 国内对其研究现状。
目前, 激光焊接技术研究在国内走在前列的当属哈尔滨焊接研究所。其在大功率固体激光焊接方面投入的心血颇多, 这方面的研究成果成功克服了国内大型构件的焊接难题, 大大扩展了激光焊接技术在实际中的应用领域。
此外, 国内对激光焊接技术的研究主要集中在多道填丝焊、异种金属焊和激光热丝焊等工艺上。国外尤其是德国对这些工艺的研究已经取得突破, 所以对于国内的激光焊接技术发展来说, 早日在这些工艺上有所突破才能实现激光焊接的飞速发展。[2]
总体来说, 国内的激光焊接技术已经比较成熟, 可以被广泛应用于实际生产和生活中。但还有一些亟待解决的难题, 比如高强度钢的激光焊接性, 攻破这些难题需要我们更深层次的研究。
三、激光焊接技术的发展趋势
与以往传统的焊接技术相比, 激光焊接技术有着其独特之处。其可以高效迅速焊接, 在激光聚焦成激光束后, 由于其功率密度很高, 而且这种大密度能量释放速度快, 因此可使得焊接高效快速地完成。正是由于其瞬间完成焊接的这一特点, 使得激光束对焊接材料表面的其他部分影响极小, 不会造成材料的损伤和变形, 所以焊接之后也无需进行后续处理, 因此该技术常被应用于精密部件的加工制作;[3]其可实现高难度的焊接工艺。实现不同材质焊接材料之间的焊接。相比较于传统焊接工艺需要讲究焊接材料的相同材质, 激光焊接技术可以轻松实现不同材质的轻松焊接。有了激光焊接的存在, 绝缘材料可以焊在一起, 甚至非金属与金属亦可完成亲密接触。可完成传统焊接方法无法接近的焊接点。由于激光焊接主要利用激光束聚焦产生高能量, 所以可通过反射镜或其他东西实现激光束在360度范围内的随意焦, 这就为完成传统焊接方法无法接近的焊接点 (如真空管中电极的焊接) 提供了可能;此外, 还可在室温下进行, 由于被焊接的材料不易氧化, 因此激光焊接对焊接环境的要求较低, 真空环境和气体保护对于激光焊接都不再是必需, 所以, 可以在室温条件下实现焊接。[4]
自从1960年世界上第一个激光束被发现, 经过长达几十年的发展历程, 随着激光焊接技术的不断成熟, 激光焊接技术已经被利用到生产生活的很多领域。
激光焊接技术在钢铁、汽车、船舶、航空航天等制造加工业的应用。比如在汽车覆盖件生产中运用激光焊接技术。在制造钢铁时, 利用双面激光焊接达到样品结合的目的。而在美国、法国、瑞典等国的飞机制造中, 运用到了纯氮环境下的激光焊接、真空钎焊等工艺。[5]激光焊接技术在其他行业如医药生物行业、电子工业中应用。激光焊接因其吻合速度快、卫生、高效的特点, 已被应用于牙医、生殖医学、神经医学等临床诊治。而随着电子元件的越来越小, 激光焊接的高效迅速、热影响区小等优点在电子工业中的作用就显而易见了。
未来, 大容量大功率的激光器的研制仍将继续, 而激光焊接工艺的精细化研究 (比如复合激光焊接、双焦点激光焊接等) 也必将激发出激光焊接技术更强大的应用潜力。
摘要：作为一种新型的焊接技术, 激光焊接技术在各工业领域被广泛应用, 本文从激光焊接技术的内涵及分类出发, 对其研究现状进行分析, 并对其发展趋势进行了展望, 以期对激光焊接技术从宏观上有更深入的了解。
关键词：激光焊接技术,现状分析,未来展望
参考文献
[1].陈彦宾.现代激光焊接技术[M].北京:科学出版社, 2005:56
[2].于瑞.激光技术在汽车制造领域中的应用[J].汽车工业研究, 2007, 10
