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1、先进制造技术-水下焊接技术,xxx 精仪系,何为先进制造技术,先进制造技术是在传统制造的基础上，不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果，将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称，也是取得理想技术经济效益的制造技术的总称。,先进技术的优势,先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并
2、逐步融合与集成。先进制造技术是促进机械制造业发展，进而推动国民经济发展的有力武器。,焊接技术发展趋势,焊接是制造业中重要的加工工艺方法之一，焊接技术的发展水平，是一个国家机械制造和科学技术发展水平的标志之一。目前焊接技术的发展趋势具有如下特点：（1）随着新的焊接材料和结构的不断出现，需要开发新的焊接工艺方法。（2）改进常用的普通焊接工艺方法，提高焊接过程机械化、自动化水平，提高焊接质量和生产率。（3）采用电子计算机控制焊接过程，大力推广焊接机器人、焊接中心。（4）发展专用成套焊接设备。,部分成熟的焊接新技术介绍（一）,一、超声波焊接 超声波焊接是指利用超声波的高频振荡能对工件接头进行局部加热和
3、表面清理，然后施加压力实现焊接的一种压焊方法。进行超声波焊接时，焊件表面无变形，表面不需严格清理，焊接质量高。超声波焊接适合于焊接厚度小于 0.5mm 的工件。目前广泛应用于无线电、仪表、精密机械及航空工业等部门。,超声波金属焊接机,超声波塑料焊接,部分成熟的焊接新技术介绍（二）,二、爆炸焊 爆炸焊是利用炸药爆炸产生的冲击力造成工件的迅速碰撞，实现连接工件的一种压焊方法。爆炸焊的质量较高、工艺操作简单，爆炸焊主要用 GF 生产复合材料。美国“阿波罗”登月宇宙飞船的燃料箱用钛板制成，它与不锈钢管的联结采用了爆炸焊方法。,部分成熟的焊接新技术介绍（三）,三、等离子弧焊等离子弧焊是借助水冷喷嘴对电弧
4、的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。等离子弧能量易于控制，能量密度大，穿透能力强，焊接质量高，生产率 高，焊缝深宽比大。但其焊炬结构 复杂，对控制系统要求较高，等 离子弧焊广泛用于航空航天等 尖端技术所用的铜合金、钛合 金、合金钢等金属的焊接。,部分成熟的焊接新技术介绍（四）,四、扩散焊扩散焊是指将工件在高温下加压，但不产生可见变形和相对移动的固态焊接方法。扩散焊的特点是焊接接头质量高，焊件变形小，它能焊接同种和异种金属材料，特别是不适于熔焊的材料，还可用于金属与非金属间的焊接，能用小件拼成力学性能均一和形状复杂的大件，以代替整体锻造和机械加工。,部分成熟的焊接新技术介绍（五
5、）,五、激光焊激光焊是指以聚焦的激光束轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法。其特点是：能量密度高，焊接速度快；焊缝可极为窄小，变形很小；灵活性较大，并可实现一般焊接方法难以接近的接头或无法安置的接焊点及远距离焊接，多用于仪 器、微电子工业中超小型元件及空间技术中特种材料的焊接。此外，激光还可以用来切割各种金属与非金属材料。,激光焊接机,部分成熟的焊接新技术介绍（六）,六、磁力脉冲焊磁力脉冲焊是指依靠被焊工件之间脉冲磁场相互作用而产生冲击的结果来实现金属之间连接的焊接方法，其工作原理与爆炸焊相似，适合于焊接薄壁管材和异种金属。,部分成熟的焊接新技术介绍（七）,七、电子束焊 电子束焊是指利用加速和聚
6、焦的电子 束轰击置于真空或非真空中的焊件所 产生的热能进行焊接的方法。其焊接 特点是：能量利用率高，速度 快，焊缝窄而深，焊接变形很小，焊缝金属纯净，焊接质量很高，但焊接设备复杂、造价高、使用 与维护要求技术高。在原子能、航空航天等尖端技术部门应用 日益广泛。,部分成熟的焊接新技术介绍（八）,八、电阻焊电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊、对焊。我目前工作涉及到的是点焊和对焊两种，（附照片内磁焊接和显像管框架焊接机）,彩色显像管内磁自动焊接生
7、产线(1),显像管框架自动焊接生产线(2),水下焊接技术应用背景,水下焊接是水下工程结构的安装、维修施工中不可缺少的重要工艺手段。它们常被用于海上救捞、海洋能源、海洋采矿等海洋工程和大型水下设施的施工过程中。水下焊接被认为是大型船舶维修的一种划算的方法；此外，水下焊接提供即时的创伤修补和救助能力，以改善船舶的使用率和耐久性。正式服役的水下湿式修理焊接技术使船舶无需进入干坞，船舶维修费因此也大大减少。,水下焊接方法介绍,（1）干法焊接 这是采用大型气室罩住焊件、焊工在气室内施焊的方法，由于是在干燥气相中焊接，其安全性较好。在深度超过空气的潜入范围时，由于增加了空气环境中局部氧气的压力，容易产生火
8、星。因此应在气室内使用惰性或半惰性气体。干法焊接时，焊工应穿戴特制防火、耐高温的防护服。与湿法和局部干法焊接相比，干法焊接安全性最好，但使用局限性很大，应用不普遍。,水下焊接方法介绍,（2）局部干法焊接 局部干法是焊工在水中施焊，人为地将焊接区周围的水排开的水下焊接方法，其安全措施与湿法相似。由于局部干法还处于研究之中，因此使用尚不普遍。,水下焊接方法介绍,（3）湿法焊接 湿法焊接是焊工在水下直接施焊，而不是人为地将焊接区周围的水排开的水下焊接方法。,水下焊接方法介绍,电弧在水下燃烧与埋弧焊相似，是在气泡中燃烧的。焊条燃烧时焊条上的涂料形成套筒使气泡稳定存在，因而使电弧稳定，要使焊条在水下稳定
9、燃烧，必须在焊条芯上涂一层一定厚度的涂药，并用石蜡或其他防水物质浸渍的方法，使焊条具有防水性。气泡由氢、氧、水蒸气和由焊条药皮燃烧产生的气泡；浑浊的烟 雾生的其他氧化物。为克服水的冷却和压力作用造成的引弧及稳弧困难，其引弧电压要高于大气中的引弧电压，其电流较大气中焊接电流大1520。,水下焊接方法介绍,水下湿法焊接与干法和局部干法焊接相比，应用最多，但安全性最差。由于水具有导电性，因此防触电成为湿法焊接的主要安全伺题之一。质量保证要满足下列三个主要条件：工程人员必须保证焊工对出现的现象有深刻的理解所用设备应是为水下用途而设计的，这是为了保证施工质量和焊工的安全。好的效果只能通过不断的实践来获得
10、。,水下焊接的特点,水下环境使得水下焊接过程比陆上焊接过程复杂得多，除焊接技术外，还涉及到潜水作业技术等诸多因素，水下焊接的特点是：1、可见度差，水对光的吸收、反射和折射等作用比空气强得多，因此，光在水中传播时减弱得很快。另外焊接时电弧周围产生大量气泡和烟雾，使水下电弧的可见度非常低。在淤泥的海底和夹带沙泥的海域中进行水下焊接，水中可见度就更差了。,水下焊接的特点,2、焊缝含氢量高，氢是焊接的大敌，如果焊接中含氢量超过允许值，很容易引起裂纹，甚至导致结构的破坏。水下电弧会使其周围水产生热分解，导致溶解到焊缝中的氢增加，水下焊条电弧焊的焊接接头质量差与氢含量高是分不开的。3、冷却速度快，水下焊接
11、时，海水的热传导系数高，世空气的20倍左右。若采用湿法或局部法水下焊接时，被焊工件直接处于水中，水对焊缝的急冷效果明显，容易产生高硬度淬硬组织。因此，只有采用干法焊接时，才能避免冷效应。,水下焊接的特点,4、压力的影响，随着压力增加，电弧弧柱变细，焊道宽度变窄，焊缝高度增加，同时导电介质密度增加，从而增加了电离难度，电弧电压随之升高，电弧稳定性降低，飞溅和烟尘增多。5、连续作业难以实现，由于受水下环境的影响和限制，许多情况下不得不采用焊一段，停一段的方法进行，因而产生焊缝不连续的现象。6、水下焊接与切割的致险因素的特点是：电弧或气体火焰在水下使用，它与在大气中焊接或一般的潜水作业相比，具有更大
12、的危险性。,水下湿式焊接可能出现的问题,1.氢致裂缝。2.焊缝金属和HAZ(热影响区)过硬。3.孔隙和夹渣的存在。4.降低韧性,我国水焊机历史,中国的水下焊接技术现在还处于起步阶段，上不成熟。澳大利亚YULL BROWN教授的布朗气发生器就是水焊机的雏形。他被中国兵器工业研究院52研究所聘请，生产的布朗发生器由北方电气出口到欧美国家。因此，中国是最早生产水焊机的国家。早期的水焊机构造复杂，生产成本非常高，因此，销售并不好。后来经过无数人的改进，于1990年推出的一款双桶式低压大电流水焊机（又称水氧焊机）真正解决了水焊机的制作成本问题，首次在首饰行业推广取得成功。继而在广告行业的压克力有机玻璃抛
13、光领域再次获得成功。,我国水焊机历史,后来水焊机发展成为多种规格，多种版本，分别在铜焊、碳钢切割、石英玻璃加工、水针剂拉丝封口等多领域应用成功。目前，中国巳成为世界上水焊机的主要生产基地，在价格、品质上与其他国家相比，占有绝对的优势。,水焊机应用,1.小型水焊机的应用范围如下：压克力工艺品的产品抛光、有机玻璃火焰抛光、金银首饰焊接、电机漆包线焊接、义齿焊接及齿模修补、镜架焊接、光纤焊接、小型火焰喷涂、石英管封口、以及大中小学校的水电解产生氢氧气的试验演示等。,水焊机应用,2.中大型水焊机空调铜焊焊接、蓄电池铅极板群焊接、加高压氧可切割各种厚度的钢板、石英玻璃棒压铸成型、制药厂水针剂安瓿瓶拉丝封
14、口以及工件淬火等。,水下焊接技术研究的趋势,（1）由于每种焊接方法(湿法,局部干法,干法)都有其各自的优点和适应场合,因此,多种水下焊接方法并存的局面会长期存在。（2）湿法水下焊接的质量主要受水下焊条、水下药芯焊丝等因素的影响和制约，英、美等国已发展了多种高质量的水下焊条，我们也应该加快开发研制高质量水下焊条、水下药芯焊丝。通常湿法焊接的水深不超过100m,目前的努力方向是,实现200m水深湿法焊接技术的突破。,水下焊接技术研究的趋势,（3）基于先进技术,对焊接过程进行监控的研究已经取得某些进展,主要体现在水下干法和局部干法焊接中的自动化和智能化。例如：华南理工大学的廖天发等人采用VC+编程实
15、现了串口通讯（SPC）,用于远程控制水下焊接焊前的焊缝对中以及焊接过程中的焊缝跟踪。但是目前的水下焊接机器人系统还存在许多问题，其灵活性、体积、作业环境、检测和监控技术以及可靠性等还有待于进一步发展和提高，这是目前我们的努力方向。,水下焊接技术研究的趋势,（4）模拟技术的出现及发展，为焊接生产朝着“理论数值模拟生产”模式的发展创造了条件，使焊接技术正在发生着由经验到科学、由定性到定量的飞跃。例如：德国的Hans-Peter Schmidt 等人对电流在50-100A范围内，压力0.1-10Mpa，钨极氩保护情况下的水下高压焊接电弧进行了模拟研究，用数学方法解守恒方程得出了温度、速度、压力和电流
16、的分布。其中电弧温度的测量结果与理论分布吻合良好。随着海洋石油和天然气工业的发展以及我国海洋工程向深海的挺进,应当重视和加快针对水下焊接这方面的数值模拟研究。目前我们也正在着手进行高压环境下焊接电弧的数值模拟这方面的研究工作。,水下焊接技术研究的趋势,（5）计算机仿真是一项很有用的技术,它在焊接工艺的制定、焊接设备的研制以及控制系统的改进等方面的研究中都有应用。Dag.Espedalen等人对高压干法水下焊接进行了仿真技术研究通过焊接仿真，有助于构思新方案,并能提前发现存在的问题，这也是我们以后应当研究的一个领域。,总结,随着人类社会步入知识经济时代，全球竞争异常激烈，制造业作为我国的战略产业正面临着剧烈的挑战并经历着一场深刻的技术变革。我们在学习和应用先进制造技术时不可避免地存在着各种各样的困难和问题。如何解决这些困难?首先应该认清本身的情况，然后发展适合本国国情的先进制造技术。,工业化国家大都把先进制造技术作为本国的科技优先发展领域和高技术的实施重点；发展中国家也十分重视制造业信息化，都把信息技术作为改造传统企业和产业结构调整的主要战略；新兴工业化国家希望通过加快制造业信息化，跻身世界先进行列，众多发展中国家也希望以信息化推进工业化，以缩小与先进国家的差距。,谢 谢！,
