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关键词:三角函数;求值;解题技巧
三角函数是高一数学的重要内容,教学生学好这一块知识尤为重要。在平时的教学过程中,笔者也发现,学生在处理三角函数的有关习题时,存在许多小问题,有的是公式误用,有的是计算失误,有的是虽然做对了,但是方法很繁琐。下面就针对三角函数求值的这一题型,谈谈它的几个解题技巧:
一、巧用勾股数,快速求三角函数值
任意角的三角函数公式告诉我们,若已知角α的终边经过点P(x,y),则其正弦值sinα=■,余弦值cosα=■(其中r=■),正切tanα=■,(其中x≠0)。从公式中我们发现其实这里的三个数|x|,|y|,r恰好符合勾股定理,如果能灵活运用这一性质,再结合三角函数的符号,我们处理如下的题型就会比较方便、快速。
例1.已知sinα=-■,且α是第三象限角,求cosα,tanα.
分析:因为sinα=■,而cosα=■,在此我们不妨认为r=5,|y|=4,则|x|=3,又因为α是第三象限角,所以余弦取负值,正切取正值,故很快知道cosα=-■,tanα=■。如果利用更一般的方法来做,可能很多学生会从角三角函数的基本关系来解,由于知道余弦为负值,故cosα=-■。对于数据比较简单的题目,两种方法花费的时间都差不多,但是若题中的数据比较大,又刚好可以用到勾股数时,巧用勾股数明显会更省时。
二、巧用配凑法
在一些三角函数的求值问题中,有时会有一个题目中出现多个角的情况,这时就需要我们学会寻找目标角与已知角、特殊角之间的关系,巧妙地配凑,而不是死算、硬算。
例2.已知(■+α)=5,求(■-α)的值。
分析:仔细观察题中的两个角易发现:(■+α)+(■-α)=π
解:(■+α)+(■-α)=π
tan(■-α)=tan[π-(■-α)]=-tan(■+α)=-5
例3.已知cosxcosy+sinxsiny=■,sin2x+sin2y=■,求sin(x+y)的值。
分析:在淡化和差化积、积化和差要求的前提下,让学生解这样的一道题,其实有一定的难度,很多学生看到这道题目会无从下手。在本题中,我们容易知道cosxcosy+sinxsiny=cos(x-y)=■,而目标是要求sin(x+y)的值,如果把这里的(x-y),(x+y)看成一个整体,除了这两个角以外,还有2x,2y这两个角,为了求解这道题,我们必须要想办法找到这四个角之间的关系,其中(x+y)是必须保留的,于是我们就会想把2x,2y表示(x-y),(x+y)组合的形式,从而发现其实2x=(x+y)+(x-y),2y=(x+y)-(x-y),于是我们可以这样解这道题:
解:sin2x+sin2y=■
sin[(x+y)+(x-y)]+sin[(x+y)-(x-y)]=■
即:sin(x+y)cos(x-y)+cos(x+y)sin(x-y)+sin(x+y)cos(x-y)-
cos(x+y)sin(x-y)=■
即:2sin(x+y)cos(x-y)=■
又cosxcosy+sinxsiny=cos(x-y)=■
sin(x+y)=■
三、灵活运用“1”,利用奇次式求值
例4.已知tanα=2,求2sinαcosα+sin2α的值。
解法一:tanα=2>0
α为第一象限或第三象限角。
若α为第一象限角,
sin2α+cos2α=1,■=tanα=2
sinα=■,cosα=■
将其值代入上式有:2sinαcosα+sin2α=2×■×■+(■)2=2×■+■=■
解法二:2sinαcosα+sin2α=■
=■
=■=■=■
Key words: college vocations;semester;academic years;trimester system;winter and summer vacations
中图分类号:G640 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2014)32-0305-03
1 寒暑假的由来
捷克著名的教育家、学年制度的创始人夸美纽斯认为,在一般情况下,各年级都应该在每年的秋季开始和结束学年课程,其他时间不应该接收任何学生入学,以保证全班的学习进度一致,都能在学年底结束相同课程的学习,经考试升入更高年级。为了保证学生学习的效率,每天的上课时间不宜过长,一般为4小时,每学习1小时后休息0.5小时;每年有4次较长的休假日,每次休息8日。这就是近代学校假期的雏形。
中国的寒暑假是伴随着晚清学制改革一起出现的,是西学东渐的产物。学年制引入我国以后,考虑到我国多数地方寒暑分明,冬冷夏热,不太适合青少年学生在校学习,我国学校的学年逐步演化为春秋两个学期,在两个学期之间,即暑期和严冬季节,学校放假,学校的寒暑假逐步
形成。
最早对寒暑假进行明文规定的是1901年组织制定的《山东大学堂章程》,它规定:“每年春季,以正月二十前后开学,小暑节放学,给暑假;休息至立秋后六日开学,十二月十五以前放学,给年假。”这种学期和放假制度被清政府各类学堂章程袭用,如1902年颁布的壬寅学制规定:“每年以正月二十日开学,至小暑节散学为第一学期;立秋后六日开学,至十二月十五日散学为第二学期。”晚清的暑假以二十四节气中的小暑和立秋为时间节点,寒假(年假)则保留了中国传统过年封印的习惯。1912年9 月13日,民国教育部颁布《学校学年学期及休业日期规程令》规定:“各学校以八月一日为学年之始,以翌年七月三十一日为学年之终”。这样每学年就改为秋季开始了。建国后这一制度得到延续,在高等学校,寒暑假也相沿成习。
由此看出,学校寒暑假的形成,主要目的是让学生身心得以适当休整,让学校有时间调整教学、调整教师,让教学设施得以维护,让教师得以休养和培训进修。寒暑假的形成,主要的依据是青少年身心发展规律和教育规律,而气候也是这一假期形成的重要因素。
2 高校寒暑假的功能
拥有寒暑假是我国学校有别于其他社会机构的重大特征,这一习制的出现,并非标榜学校特权,而是教育规律使然。它的本义,是利用这段假期让学生得以调整身心,走向社会,回归家庭,让学校调整教学、教师和设施,让教师有一段相对集中的时间从事学习进修、教学研讨、科学研究、学术交流、社会调查和社会服务。对高等学校来说,寒暑假的意义更是超越其他学校。概而言之,高校寒暑假应有四大功能。
其一,休养调整。经过一学期的教学活动,学生、老师和相关仪器设备都需要休养和调整,以便下一学期更好的开展教学科研活动。作为学生,需要在酷暑和严寒季节,让身体和大脑适当休息,将知觉、情感、记忆、思维等心理机能调整到较佳状态。作为教师,需要休息、反思、备课、进修,为下学期的工作做准备。而作为学校行政管理、后勤工作、教学辅助人员则需要对各类管理方案进行修订,对教学设备、生活设施进行维修,对教学科研资料进行整理。
其二,实践教育。寒暑假前后为期近三个月,特别适合走向社会,开展各类实践活动。对大学生来说,社会实践、见习实习、旅行游学、交游体验,均是很好的实践教育活动。对教师来说,社会考察、旅行游历、学术交流,则是普遍选择。古人强调,读万卷书、行万里路,在书本之外,课堂之外,学校之外的实践活动,其实是一种更重要的学习。
其三,补习提高。大脑具有自组织功能,在假期休日时,大脑会对已输入的各种以知识为表征的信息进行自组织,从而实现知识的系统化,为下一步的学习做好结构上的准备。所以,复习预习、查漏补缺、自学研究、考研准备、考证培训、参加竞赛,都是大学生寒暑假的选修项目。教师也会在假期自主学习或进修,参加教研、科研或学术活动。
其四,拓展服务。科研和社会服务职能是高校区别于其他学校的重要特征。寒暑假,高校师生可以集中较多精力,投入到教育教学研究、科学研究和各类社会服务活动。实验室、图书馆、报告厅应该成为暑假里师生经常驻足之处。高校各类教学研讨、备课试讲、科技制作、学科竞赛、学术交流和教育培训活动应该在暑期蓬勃开展。同时,一些师生会深入到企业、社区开展调研、咨询、科技服务,一些市民、学生会进入校园参加大学校园开放体验活动。寒暑假高校师生的这些拓展服务活动,可以由学校有计划有组织的开展,也可以成为师生自觉自发的行为。其核心就是利用寒暑假这一相对集中的时间段为提升教学做准备,努力实现高校发展科学和服务社会的职能。
由于寒假、暑假季节迥异,长短悬殊,所以寒暑假的功能也有较大区别。寒假由于天气严寒,社会活动相对较少,且适逢春节这一我国最重要的传统节日,它对高校师生的主要意义在于回归家庭,感受亲情,亲近传统文化,了解乡土乡情和城乡变化,它的主要功能在休整身心、回归家庭、了解社会。而暑假时间较长,适合校内外活动,其内涵异常丰富,功能更加全面,是学校假期功能的主要承载者。
3 高校要特别重视寒暑假的利用
寒暑假制度的设计初衷主要是针对青少年和中小学,高校顺承了这一制度。这一制度设计对高校的意义更多体现在实践教育、补习提高和教育教学研究、科学研究以及各类社会服务上,其独特意义丝毫不亚于中小学。高校应对寒暑假有全面规划,对师生假期有一定指导,而不是全面放羊,无所作为。
对大学生而言,社会实践和技能培训是参与面最广的,对大学生的成长和发展具有重要意义。每年的社会实践活动,学校有一定安排,但学生参与的深度和实效还不够,学生的主动性创造性尚未发挥出来,有时形式多于实质。高校应进一步加强对假期社会实践活动的规划设计和指导,让社会实践真正成为大学生“受教育、长才干、作贡献”的重要途径。对于多数学生,参加与学业相关的各类技能培训是他们假期的现实选择,是紧密联系社会发展实际,学以致用的辅助方式。此外,很多学生选择复习考研,参加竞赛,打工体验,见习实习,旅行游学,还有的学生选择在校学习,或者参加科研活动,有的则选择回归家庭。对于学生参加竞赛和科研,以及校外见习实习,学校虽有一定安排,但重视不够,建议高校要统筹考虑,科学安排,注意安全,让这些假期活动发挥实际效用。
对高校教师而言,寒暑假是开展研究、学术交流和社会服务的合适时间。这里的研究,包括教育教学研究,也包括科研项目的推进。教育教学研究,除了教师自发的,学校应该有计划有组织分层次分阶段的安排,让更多教师能深入参与。科研项目的推进,需要潜心深耕细耘,也需要协同配合,更适合在寒暑假进行。因为多数教师都放假,寒暑假特别利于开展学术交流活动。各高校都应该利用这个机会组织几次高水平、优势明显、特色突出的学术活动,形成浓厚的大学氛围。所以,寒暑假的高校里,实验室、图书馆、报告厅应该成为师生集中研讨、切磋、研究、创新的圣殿。社会服务是高校的重要职能,很多社会服务工作只有利用寒暑假才能较好的得以实施。很多教师会利用学校假期深入企业、社区和农村,了解社会需求,开展咨询、辅导和培训,解决实际问题。这类活动也需要学校层面来组织和引导。此外,也有很多教师选择参加业务进修和培训,或者社会考察,或者外出游学,或者疗养。建议高校尽量将各类涉及到教师的竞赛和评审活动(比如教师职称评审)安排在寒暑假,以便最大程度减少对师生日常教学活动的干扰。寒暑假近三个月,应保证高校教师有至少三分之一的时间用于开展研究、学术交流和社会服务。
对高校而言,应该重视寒暑假对高等教育全局的意义,认真审视寒暑假的功能,把寒暑假纳入高校培养人才、发展科学和服务社会的大局中通盘考虑,适当变革。一要妥善安排高校师生的寒暑假生活,将其视为高等教育的重要领域和必要补充。二是利用假期研讨会商学校发展大计,及时总结检讨,选准重点,逐个突破。此外,高校要重视做好校园开放活动,利用寒暑假,选择开放一些实验室、图书馆、博物馆、校史馆、教学楼和体育馆,让市民和中小学生有序进入校园,开展科普展览、科学实验、文化讲座和文艺展示,感受学术氛围和大学文化,使大学成为本区域的科技文化教育中心。
4 高校对学期、假期制度的探索和改革
由于只有学校有寒暑假,而且教师员工是带薪休假,历来引起社会关注和质疑。学校寒暑假制度由来已久,相沿成习,自有其合理性和必要性。高校与中小学不同,大学生与中小学生的身心素质不一样,高校的社会职能也与中小学有别,寒暑假对高校的意义非同寻常。尤其在建设学习型社会和创新型国家的背景下,高校肩负着培养创新型人才、与企业开展产学研合作、协同创新的重大使命,迫切需要对现有的一些制度进行变革,以更好的适应新的
需要。
目前对高校学期和假期制度的探索,有两种观点。一种是顺其自然,适当微调;一种是结合学分制改革,将每学年划分为3个或4个学期。
四学期制是把把一学年分为四个学期,春秋两学期为知识技能学期,夏冬两学期为实践应用学期。相对应,教师的春秋两学期为教学期,寒暑两学期为备课进修科研和学术交流期。如果这种改革可以接受,则后一步还可以再深人改革,即实行完全的学分制。教学管理部门可以根据学生选修课程的需要,利用夏冬季时间安排一定的教学任务。这样就会形成寒暑季一部分师生上课,另一部分师生自主安排的局面。可见,四学期制的实质是为寒暑假更名,不再叫假期,而是叫实践应用学期。如果它能与学分制很好结合,应该是一种有益尝试。但目前没有高校试行这种制度。
三学期制是从国外引进的一种高校教学规制,它通过学习时间的调整和学习制度的改变,缩短学时,减轻课堂教学压力,让学生有更多自我学习、自我思考、自我发展的空间。它在我国有两种稍有差异的形式。一种是从欧美引进的,其教学时间安排为:每学期十个教学周,相连学期之间间隔一周,形成每年4月初到11月中旬近8个月的连续学习时间和11月下旬到3月下旬之间的4个多月的连续假期。目前我国有上海大学、北京大学等几十所高校在试行欧美三学期制。另一种是将传统两学期制与欧美的三学期制相结合的产物:即在原有的春、秋两学期的基础上,利用暑假三-四周左右的时间开展教学活动,“第三学期”的教学内容包括辅修课程、通识教育、公共选修课程、实验教学、外语强化学习与重修、国内外知名学者讲座、各类专业证书培训、实习、课程设计、科研训练和学术论坛等10类教学内容。三个学期分别为秋季(9月中旬―次年1月中旬)、春季(2月下旬―7月初)和夏季学期(7月初―8月初)。其中,秋季、春季学期均实行17周授课、1周考试的教学安排,主要安排各专业的理论教学。夏季学期则包括3周上课和半周考试的时间,学生参与这些课程教学,经考核合格获取对应学分。目前中山大学、海南大学、华中师大等中南部高校在试行这种三学期制。
三学期制具有很多独特优势,缓解了高校诸多内部矛盾,调整了教学、科研和社会服务的关系,优化了资源配置,是我国高校近年来探索的重大成果。
①有利于本科教育课程体系的整体优化,深化教学制度改革。
“三学期制”着眼于解决学校校实践教学环节较为薄弱、跨校区选课困难、优质教学资源共享程度偏低、本科教育中重点综合性大学优势不太明显等实际问题,通过全面修订教学计划,调整、重构课程设置,形成多层次、多类型、多元化的课程体系,促进教学内容、教学手段和教学方法的变革,进一步完善课堂、实验、实践等主要教学环节,使现有学期制在教学管理方面存在的一些深层矛盾得以缓解,提高学生的自主学习能力和综合素质。因为教知识,不如教方法。
②有利于促进优质教育资源在各校区间更均衡地
配置。
“三学期制”以促进优质教育资源共享和保持综合型大学人才培养优势为目的,通过有效的制度设计,形成包括通识教育、博雅教育、素质教育等方面内容的全方位、多层次的人才培养机制,促进多校区校园文化的融通和流转。“三学期制”注重将长学期的稳定性、连续性与短学期的灵活性、自主性相结合,给学生以更加弹性的学习空间,让学生更具自主性地构建知识结构,发展职业竞争力。“三学期制”的实施,也有助于提高各类教学资源的利用率,提高办学效益。
③有利于推动开放性办学机制的进一步完善。
关键词:焊接技术 发展 趋势
焊接技术是在高温或高压条件下,使用焊接材料(焊条或焊丝)将两块或两块以上的母材(待焊接的工件)连接成一个整体的操作方法。焊接技术作为制造业中传统的基础工艺和技术,虽然应用到工业中的历史并不长,但是发展却非常迅速。短短几十年间,焊接已被广泛应用于航空航天、汽车、桥梁、高层建筑、造船以及海洋钻探等许多重要的工业领域,并且为促进工业的经济发展做出了重要的贡献,使得焊接已经成为一个重要的制造技术和材料科学的重要专业学科。焊接技术随着工业以及科学技术的不断发展和进步,其发展的趋势呈现出以下几个特点:
1 提高焊接生产率是推动焊接技术发展的重要驱动力
连接简单的构件以及制造毛坯是最初的焊接方式,随着技术的不断更新,焊接已经成为制造行业中一项不可代替的基础工艺以及生产精确尺寸制成品的生产手段。目前,焊接技术最需要的就是有效的保证焊接产品质量的稳定性以及提高劳动生产效率。提高生产率的途径有二:第一提高焊接熔敷率,焊条电弧焊中的铁粉焊条、重力焊条、躺焊条等工艺以及埋弧焊中的多丝焊、热丝焊均属此类,其效果显著。第二减少坡口断面及熔敷金属量,其中窄间隙焊接效果最显著。窄间隙焊接采用气体保护焊为基础,利用单丝、双丝或三丝进行焊接。无论接头厚度如何,均可采用对接型式,所需熔敷金属量会数倍、数十倍地降低,从而大大提高生产率。窄间隙焊接的关键是保证两侧熔透和电弧中心自动跟踪处于坡口中心线上。为解决这两个问题,世界各国开发出多种不同方案,因而出现了种类多样的窄间隙焊接法。如果能够在以下方面取得进展,焊接方法的先进性会得到更高的评价:提高熔敷速度、减少生产周期、提高过程控制水平、减少返修率、减少接头准备时间、避免焊工在有害区域工作、减小焊缝尺寸、减少焊后操作、改进操作系数、降低潜在的安全风险、简化设备设置。高效快速优质焊接方法将成为主力军。
2 焊接过程自动化,智能化
国外焊接技术发展速度快,国内焊接技术发展存在较大差距。工业发达国家焊接机械化、自动化率水平,由1996年的19.6%增加到2008年的70-80%以上,目前焊接技术与现代制造技术、焊接科学与工程、焊接自动化与焊接机器人不断融合,焊接技术已经向自动化,智能化方向发展。焊接过程自动化,智能化以提高焊接质量稳定性,推进焊接自动化进程,学习、吸收、借鉴、提高是十分重要的环节,应加强现有工艺的学习和提高。但是我国目前的工艺大多数都为手工操作,存在一定的局限性。目前我国焊接的自动化率还不到30%,相对而言,焊接生产的机械化以及自动化水平非常低,但是如果能够在学习的基础上利用现代的自动化技术进行嫁接改造,往往可以实现一定的突破。20世纪90年代以来,我国逐渐在各个行业推广气体保护焊来取代传统的手工电弧焊,现在已经取得了一定的效果。目前我国在焊接生产自动化、过程控制智能化、研究和开发焊接生产线以及柔性制造技术、发展应用计算机辅助设计以及制造技术等方面取得了很大的进步。计算机技术、控制理论、人工智能、电子技术及机器人技术的发展为焊接过程自动化提供了十分有利的技术基础,并已渗透到焊接各领域中,取得了很多成果,焊接过程自动化已成为焊接技术的生长点之一。焊接过程控制系统的智能化是焊接自动化的核心问题之一,也是我们未来开展研究的重要方向。
3 热源的研究和开发
热源是可提供热能以实现基本的焊接过程的能源,热源是运动的。在焊接过程中,热源以点、线、面等的传热方式来传导热能。焊接热源具有如下特点:能量密度高度集中、快速实现焊接过程、保证高质量的焊缝和最小的焊接热影响区。当前,焊接热源已十分丰厚,如电弧焊、化学热、电阻热、高频感应热、摩擦热、电子束、等离子焰、激光束等。焊接热源的研讨与开拓始终在延续,焊接新热源的开发将推动焊接工艺的发展,促进新的焊接方法的产生。每出现一种新热源,就伴随一批新的焊接方法出现。焊接工艺已成功地利用各种热源形成相应的焊接方法。今后的发展将从改善现有热源使它更为有用、便利、经济合用和开发新的更有效的热源两方面着手。改善现有热源,提高效率方面,如扩大激光器的能量、有效利用电子束能量、改善焊机性能、提高能量利用率都取得了较好成绩。开拓更好、更有用的热源,采用两种热源叠加以求取得更强的能量密度,例如在电子束焊中参加激光束等。
4 节能技术
随着社会的发展,节约能源已经成为各行各业首要考虑的问题,焊接行业也不例外。焊接产业发展节能、环保的焊接已成为必然的趋势;同时,高效焊接工艺的应用,对提高焊接效率,节约能源消耗意义很大。为了顺应节约环保的要求,手弧焊机以及普通的晶闸管焊机正在逐步被高效节能并能够自动调节参数的智能型的逆变焊接取代,同时为了适应当今淡化操作技能的趋势,焊接的操作也逐渐趋向智能化、简单化。像这样节能环保高效技术在焊接生产中的应用越来越广泛。
5 新材料,新技术发展
材料作为21世纪的支柱已显示出几个方面的变化趋势,即从黑色金属向有色金属变化;从金属材料向非金属材料变化,从结构材料向功能材料变化,从多维材料向低维材料变化;从单一材料向复合材料变化,新材料连接必然要对焊接技术提出更高的要求。新材料的出现成为焊接技术发展的重要推动力,许多新材料,如耐热合金,钛合金,陶瓷等的连接都提出了新的课题。特别是异种材料之间的连接,采用通常的焊接方法,已经无法完成,固态连接的优越性日益显现,扩散焊与磨擦焊已成为焊接界的热点,比如金属与陶瓷已经能够进行扩散连接,这在以前是不可想象的,所以固态连接是21世纪将有重大发展的连接技术。新兴工业的发展迫使焊接技术不断前进,焊接新技术更迅速地投入使用可以提高产品质量和性能。任何一个重要的新技术、新方法(如STT、CMT、Cold Arc等),无不与焊接工艺相关。这说明逆变焊机产品的技术竞争焦点已经开始从电源技术、控制技术转移到焊接工艺性能方面。熔化极气体保护焊逐渐取代手工电弧焊将成为焊接的主流、逆变焊机、智能机器人、振动焊接技术、激光复合焊和低应力无变形焊接新技术――LSND焊接法等,这些节能环保高效技术广泛应用于焊接中。
6 机械化,自动化水平提高
想要很好的完成焊接工作,得充分做好准备工作,包括焊工个人业务熟悉、工件准备和焊接设备的准备等。因此人们也逐渐重视起了焊接设备(电焊机)的放置车间即准备车间的改造。提高准备车间的机械化,自动化水平是当前世界先进工业国家的重点发展方向。如用微电子技术改造传统焊接工艺装备,是提高焊接自动化水平的根本途径。将数控技术配以各类焊接机械设备,以提高其柔性化水平;焊接机器人与专家系统的结合,实现自动路径规划、自动校正轨迹、自动控制熔深等功能。简单来说就是数字化控制:把“粗活”做成“细活、快活”。
焊接技术自诞生以来,一直受到很多学科最新发展的影响和引导,在新材料以及信息科学技术的影响下,出现了数十种焊接的新工艺,并且使得焊接工艺正从手工焊向自动焊以及智能化过渡。焊接技术进步的需求是在经济和社会等多方面因素影响下形成的,这显著地促进了高效材料和设备的开发以及自动化技术的应用,规模生产和专业化生产开创新局面,高效快速优质焊接方法成为主力军,一个明显的趋势是在传统焊接过程中使用更先进的控制和监测技术。焊接新方法和先进材料技术的引入,提高了焊接技术的水平,同时也提出了新的挑战。国外专家认为,焊接作为一种精确、可靠、低成本并且采用高科技连接材料的方法,到2020年仍旧是制造业的重要加工工艺。我们广大焊接工作者任重而道远,务必树立知难而上的决心。抓住机遇,为我国焊接自动化水平的提高而努力奋斗。
参考文献:
[1]李洪涛.浅析中国焊接技术的现状与发展[J].黑龙江科技信息,2009(05).
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[4]郑国禹.机器人焊接技术在薄壁钢质特种车辆上的应用研究[D].重庆大学,2008年.
[关键词]建筑;钢结构;焊接技术;发展现状;趋势;
中图分类号:TG457.11 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)18-0239-01
一、建筑钢结构焊接技术现状
1.1 建筑钢结构焊接技术和焊接材料
在20世纪后,建筑钢结构的焊接技术经历了多个技术过度,由之前的焊条电弧焊的焊接到埋弧焊接,再由70年代出现的实芯焊丝以及药芯焊丝为材料的气体保护焊接技术和螺旋焊接技术,在这些焊接技术的基础上逐步发展出了现代化的建筑钢结构的焊接技术,使现代钢结构的焊接技术大大缩短了工期,提高了生产效率,为企业创造了更多的经济效益。但有时,建筑钢结构焊接不是仅仅采用一种焊接技术就能够完成,需要根据钢结构所采用的钢铁原料和焊接技术所需的原料相结合,采用多种焊接技术和工艺。
1.2 建筑钢结构焊接技术中焊接设备的应用
建筑钢结构的焊接还需要考虑焊接设备的应用,虽然我国钢结构的很多技术都已处于世界领先水平,但现阶段我国的钢结构焊接所采用的设备大都是由国外生产制造的,国内的建筑钢结构焊接设备相比,在技术性和自动化程度上远远低于国外的焊接设备,我国的建筑钢结构企业在努力学习国外的先进建筑钢结构焊接技术的同时,也在积极努力的研究探寻属于自己的更为先进的钢结构焊接技术设备[1]。
1.3 焊接技术工作者的培养
在我国建筑行业蓬勃发展的今天,建筑钢结构所需要的焊接技术工作者也在与日俱增,也就难免会出现鱼龙混杂的情况。建筑钢结构的焊接技术有很强的专业性和复杂性,要求焊接人员有很强的技术性。虽然我国的焊接工作者很多,相应的焊接工作也能够得以顺利完成,但缺少真正优秀的焊接技术人员。因为建筑行业在我国的发展时间有限,所以与其他发达国家比起来,我国的焊接技术人员的培养、考核、认证制度还不够完善,管理和认证方式比较混乱,不能准确保持焊接人员的技术水平,也就使钢结构焊接存在着安全隐患和质量没有保证,不利于我国建筑钢结构焊接水平的整体提高。
二、建筑钢结构焊接技术的发展趋势研究
2.1 焊接技术人员素质的提高
随着建筑钢结构焊接技术的发展,对焊接技术人员的整体素质要求和技术水平要求不断提高。21世纪是一个知识的时代,人的整体能力的提高是社会的发展趋势,社会会更加注重各类人才综合素质的提高。因此,未来的局势要求各类从业人员不断提高自己知识水平,提高数字化技术水平,将自己所学到的知识应用于焊接工作中。
2.2 加大对建筑钢结构焊接工程实践
首先,需要相关工作人员不断针对焊接方法及焊接方式进行研究与完善,以提高焊接熔敷率为目的,加大对于15kg/h单位以上,高效焊接技术方法的研究。与此同时,还可以通过对国外成功焊接方法(包括旋转喷射电弧高效焊接技术以及多丝焊接技术等在内)的引入方式,为自主技术的研制与成功应用提供一定的借鉴与经验;其次,可以通过适当控制接头焊接填充量的方式,一方面提高建筑钢结构焊接的工作质量,另一方面可提高工程应用中的经济效益。从当前技术发展趋势的角度上来看,应当将研究重点集中在对激光焊接技术以及氩弧激光焊接技术的应用方面;最后,需要从技术装备的角度上入手,在合理提升建筑钢结构持续焊接时间的基础之上,降低辅助操作时间。同样从现阶段的技术发展趋势上来看,需要重点关注的发展方向是:一方面,是以连续送丝为中心的自动焊接技术装备;另一方面是以成套性为主的高效焊接技术装备[2]。
2.3 建筑钢结构焊接与切割工艺的创新
建筑钢结构具有空间大、跨度高并且绿色环保的优势得到迅速发展和广泛应用。作为连接钢结构的重要技术,焊接技术是发挥钢结构功能和作用的最重要基础。在建筑钢结构焊接与切割工艺上,不断创新的技术层出不穷,在钢结构的切割和焊接上,智能切割和智能焊接设备正在研究制造之中,采用智慧的焊接方式和切割方式,可以减少原材料的浪费,并能有效提高焊接质量,为制造质量更好和安全性能更强的建筑钢结构提供了可能。
2.4 焊接设备生产商的发展
独立的单纯性焊接设备生产商受到整个建筑钢结构焊接市场覆盖面较窄、在工作人员、作业资金以及应用技术等多个方面存在的缺陷问题影响,导致整个行业的发展前景不容乐观。为更好的建筑钢结构焊接技术的发展趋势相适应,需要在充分联合焊接材料以及焊接设备的基础之上,通过对现代化焊接技术工艺以及操作方式的有效综合,提高焊接设备生产商的综合性优势,为焊接技术的发展提供可靠驱动动力。
2.5 自动焊接技术的应用
目前,世界工业发达国家已经开始采用自动焊接技术来进行建筑钢结构的焊接,大大提高了整个建筑钢结构的强度和质量,并提高了建造效率,节省了工期。在我国,自动焊接技术而在不断被我国建筑钢结构生产企业所采用。建筑焊接结构可以实现大型化、重型化和高精度方向发展。自动化焊接技术对于焊接技术人员的技术水平要求较低,并且具有焊接质量高,焊缝美观实用,焊接效率高等特点。因此,自动焊接技术在建筑钢结构中会普遍采用。
2.6 优质焊接材料的开发与应用
对于焊接材料的发展重点在于,研发与高效焊接技术相适应的,具备优越综合性能的自动焊丝、保护焊丝以及气电焊丝等。与此同时,结合我国现阶段建筑结构的用钢型号特点,需要将建筑钢结构用钢向着高强度、高耐火性、高纯净性以及高抗震性等多个方面发展。而高性能建筑钢结构焊接材料的规模性开发与应用也势必会在一定程度上推动建筑钢结构焊接技术的蓬勃发展。特别需要注意的一点是:伴随着建筑钢结构的进一步发展与完善,实芯CO2焊丝、药芯CO2焊丝、特种电渣焊材料以及气电焊焊接材料的使用总量势必会不断扩大的推升,由此也带动着上述建筑钢结构焊接材料的国产化发展与升级[3]。
2.7 完善建筑钢焊接工作人员考核制度
完善的制度和规范是对行业持续健康发展的保障,钢结构焊接工作者作为一种高技术工种,其资格认证的体系不严格,全国性统一的资格考试所包括的行业和领域较窄,缺乏统一专业的划分,不能很好的适用于现如今的建筑钢结构焊接行业,所以应建立完善的焊接工作者的考试资格认证系统。
三、结语
传统意义上的建筑钢结构焊接企业处于对自身发展的保障需求,势必需要在剧烈的市场竞争环境下,通过恰当且合理的技术改造与技术升级方式,谋求稳定的生存与发展。而实现这一要求的关键,即在于对建筑钢结构焊接技术的发展与推广。焊接技术的发展不单单体现为焊接工艺以及焊接技术本身的发展,同时也体现在对焊接材料以及焊接设备生产商的发展方面,这对于现代意义上建筑钢结构焊接技术的发展而言同样如此。总而言之,该文针对有关建筑钢结构焊接技术发展过程中所涉及到的相关问题做出了简要分析与说明,希望能够引起各方工作人员的特别关注与重视。
参考文献
[1]张友权,侯敏. 浅谈建筑钢结构焊接技术在我国的发展[J]. 钢结构,2012,(S1).
关键词:汽车制造;激光焊接;趋势
汽车的出现改变了人们的出行方式,为人们节省了时间,同时也推进了社会的快速发展,大力发展汽车制造业成为当今世界各国的重要关注的对象。激光焊接科技凭借穿透深、适应性好、能量密度高、精度高等优势成为当前汽车行业最重要的技术之一。通过激光将几块具有一定性能、材质以及厚度差异的薄板拼焊在一起,然后进行冲压成形。不仅减少了材料的废弃,还减轻了整体重量,提升了综合力学性能。在汽车发展的80多年历程里面,激光焊接技术在汽车制造领域中的应用,受到激光焊接技术本身的优越性与汽车制造行业的整体发展趋势以及市场需求的改变等多方面的影响。因此,发展激光焊接技术对推动汽车行业有着十分积极的意义。
1激光焊接技术的特点
享有“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”等美誉的激光是指受激光发射的辐射光放大。激光焊接指将具有高功率聚焦的激光束为热源,把材料融化并形成高质量的焊接接头,这种焊接方法不仅效率高,而且精度非常精确[1]。在汽车制造行业中,根据激光焊接技术的差异,可以把激光焊机分为两大类:YAG激光焊机与CO2激光焊机。在制造汽车过程中的主打标工序一般由YAG激光焊机操作的,而表面处理、切割、打孔、焊接等处理过程一般是采用CO2激光焊机完成。由于YAG激光器技术的改善,也会在焊接和切割方面有所运用。激光焊接具备下列特点:(1)应用范围比较广。(2)可用来对那些加工材料非常脆弱、硬度极大、高熔点或者相对薄的高效率加工。(3)热影响区与热变形都很小,焊接缝质量高。(4)加工速度快,节省材料,污染少,噪音低,劳动强度低。(5)其设备功能齐全,操作非常简便;具备计算机数控系统,可以进行高精度的立体加工。
2激光焊接技术在汽车制造方面的应用现状
一汽大众企业是最先使用激光焊接技术的企业之一。大约是90年代的时候,一汽大众企业就在300多台汽车使用了激光焊接技术,大多应用在底盘与车体的焊接上面。激光焊接技术在汽车制造领域的运用根据焊接方法的差异大致可以分为下列几种:
2.1激光焊接
齿轮在汽车制造占较大的比重,用激光焊接对变速器齿轮的焊接的运用开启了激光焊机在汽车制造领域运用的先河。变速器对齿轮质量以及转速的要求十分严格,不仅需要高效率的焊接,而且由于考虑到不准给齿轮增添过多的负载,必须采用高净度焊接方法[2]。因此最先把高效精准激光焊接运用到焊接变速器的齿轮上。1980年期间,以克莱斯勒为首的美国三大汽车制造公司相继把该焊接方式运用于汽车的制造行业。激光焊接技术在提升对传动部件的焊接的性能,同时大大节约了生产原料,为世界节能环保事业做出了贡献。近些年,随着汽车制造材质的不断演进,目前,由于材料的性能不够完善以及不能提升整车的美观等因素,限制了汽车制造业前进的步伐。多大数汽车制造公司引进环保节能的新型材料,例如,新型镁、铝等质量轻的材料。该型材料引进意味着需要更高水准的焊接类型,常规的点焊技术造成镁、铝材料生成了金属键化合物,它们缩短了焊接材料的使用寿命以及削弱了使用效果,而激光焊接的出现很好地避免了常规焊接技术引起的麻烦,因此激光焊接很快成为当今世界汽车制造行业中比较盛行的焊接技术。
2.2激光复合焊接技术
可以把激光复合焊接技术理解成在激光焊接技术基础上的改进——把电弧与激光的焊接技术进行合理的结合。一方面,激光复合焊接技术在焊接效率与速度方面均优于单一的焊接技术,而且具有较好的焊接稳定性。另一方面,单一的激光焊接技术在焊接时受热面积窄、焊缝深,这样对焊接材料多少有些损伤,而电弧焊接采用受热面大的导热焊接方式,不仅拥有较深的焊缝又保证了较为广泛的受热面,大幅度增加了焊接工作的质量与效率[3]。
2.3激光拼接
汽车车身制造的传统方法是先采用冲压技术再进行焊接。此类焊接技术的特点是在完成对每个部分冲压成型工作之后再逐一焊接在一起,以至于每个成型的部件难以较好地融合成一体,从而焊接成品不够完美。激光拼焊技术的研发很好地解决部件融合所存在的问题。激光拼焊改变了以往的车身制造顺序,可将厚度与材质相异或者经不同表面处理的钢板通过激光焊技术,焊接一个组件整体。
3激光焊接技术在汽车工业的发展趋势
与传统焊接组件相比激光焊接的组件费用略高,因此开发低成本、灵活、简便的激光焊接组件是汽车焊接领域的必经之路。目前,在汽车行业的焊接工艺中,对激光器的选择一般为大功率CO2激光器以及脉冲ZD:YAG激光器。在未来激光焊接技术的发展中,激光器的功力将达到1000W以上的有光纤激光器单光纤、单模光纤。在汽车制造业有贡献的将是二极管阵列激光焊接技术,运用其波长在近红以外区域的激光能量对汽车零件进行焊接[4]。此外,采用激光加热与其它热能相结合的方式为焊接过程提供多重热量的方式,弥补激光单热源在激光焊接技术方面的不足。近年来,广泛运用在汽车制造业方面的焊接技术的复合热源焊接技术有激光与电弧、感应热源复合焊接、双激光束焊接等技术。另外,焊接机器人得到了广泛的发展,行动灵活,变化多样,自动化水平高、都是焊接机器人所具备的优点。焊接质量优越、动作敏捷、反应迅速、机动性好,不存在安全问题等等。
4总结
现在激光焊接技术发展的程度已非常高端了,汽车工业已经步入到一个柔性化的生产链,对相应的技术要求也更高了,加大研发激光焊接技术和相关的激光加工技术对大力发展汽车行业尤为紧迫。近年来,中国制造业在激光焊接技术方面获得了重大突破,然而国内的激光焊接设备制造能力还十分有限,需要借助国外的力量。我国制造行业的首要任务是大力提升在焊接技术领域的研发能力,逐步完成对激光焊接技术设备的制造与生产。
参考文献:
[1]王广勇.车身焊接技术现状及发展趋势[J].汽车工艺与材料,2015(03):16-22,27.
【关键词】现代 焊接技术 发展 现状
从目前我国工业化发展现状来看,焊接技术已经在多种材料的连接中得到而来使用,同时随着高新技术的快速发展,传统焊接方式也发生了一些改变,转变为现在广泛使用的电子束及激光焊接技术。不管是在建筑行业,还是在机械、车辆等相关行业,焊接技术应用的作用都非常重要。随着我国与国外交流机会的逐渐增多,现代焊接技术也开始应用于一些非金属材料的连接上,并针对产品表面设计做出了创新,焊接技术的发展前景非常广阔。鉴于此,笔者结合自己的工作经验,对现代焊接技术发展的现状展开了分析。
1 现代焊接技术发展的特点分析
焊接这门工艺的发展主要依托于科学技术的发展。到目前为止,焊接工艺从诞生开始已经经历了上百年的历史,它的发展速度非常快熟,从20世纪以来,特别是近二三十年以来,科学技术得到了快速发展,各种现代焊接技术得到了发展,电子束、等离子物理、红外线以及微电子等现代科学技术都在焊接技术上得到了应用。新技术应用为焊接技术的发展奠定了坚实的基础,焊接技术的能力得到了广泛的增强,其应用范围也得到了扩大。现在已经出现了几十种具有特色的焊接方法,焊接技术在交通、机械、能源等多种领域中均得到了广泛应用。我们甚至可以说,现代科学技术的新成就已经在焊接领域中广泛渗透,极大的促进了现代焊接技术的发展。
2 现代焊接技术的发展现状简述
2.1 焊接生产自动化和智能化发展
焊接领域智能化发展重点体现在焊接智能机器人的发展上,从一定程度上来说,可以将焊接自动化水平与焊接智能机器人的发展水平等同看待。到目前为止,示教再现型是使用最为广泛的一种焊接机器人,这种智能机器人由人工引导机器人末端执行器或者人工导引机械模拟装置共同组成,其中人工引导机器人末端执行器安装在机械人的关节结构末端,人工导引机械模拟装置或者示教盒与控制系统相连接,是一种手持装置,用来对机器人进行编程,或者使机器人运动,因为这种机械人的编程是利用实时在线示教程序来完成在线示教的,完全评价机械人自身的记忆进行操作,所以不能不断的重复出现,这样一来就形成了焊接智能机器人的自动化焊接过程。
2.2 焊接工艺高速高效化
为了能够使焊接行业的高速发展得到实现,需要对现有的焊接工艺进行优化,国内外在这方面投入了很大的精力,目前活性化焊接工艺、多元气体保护焊接工艺等方面已经获得了很大的成效,同时在焊接速度上也有了很大进步,目前已经能够达到1.8m/min,焊接产品效率得到了极大的提升。目前随着国外数字化焊接技术的发展,我国也引进了相关产品与技术,不仅解决了原来技术上的刻板问题,同时焊接过程柔性化控制以及多功能集成也得到了实现,真正实现了焊接工艺的高效化与高速化。
2.3 焊接质量优化保证
焊接质量对于焊接产品来说是最为重要的,如果质量不尽如人意,那么对于日后产品使用质量将会起到重大限制性作用,同时焊缝跟踪技术对于焊接质量的保证也非常关键。目前我国在焊缝跟踪技术上投入了比较大的精力,目前技术也发展的比较成熟,例如熔滴过渡控制目前也引入了数字化焊接电源,系统中开始使用比较先进的电子元件,在质量控制问题上可以做到得心应手,同时在应用上也不输给国外的技术,成为焊接行业中非常关键的部分,是保证焊接质量的一项重要技术。
3 对现代焊接技术未来发展的展望
3.1 积极寻求解决焊接制约新材料的途径
焊接技术发展到一定阶段以后,新材料的开发也开始进入到该领域工作者的视线中,将工作重点放在新材料研制及焊接科技发展两方面。对于焊接技术来说,新材料不一定是好的,但是它的可焊接性却是需要重新菇凉的,同时要认识到材料的高性能与可焊接性二者之间存在矛盾,鉴于此,为了对这一对矛盾进行解决,焊接工程师应该与材料研究工程师紧密联系,将一些新型材料映入到焊接材料中,这样焊接的质量才能得以保证。
3.2 促进焊接产品质量的提高
焊接产品质量和焊接质量直接相关,为了使焊接产品的质量得到提高,首先应该从思想上将焊接是制造焊接产品中薄弱环节的思想消除掉,并以此为基础对更好的焊接工艺加以研究,并对焊接工艺中存在的不足进行改善,这样才能对焊接质量进行提高,不断改善焊接产品的性能。
3.3 对焊接领域整体环境进行改善
焊接行业在大众眼中就是“脏、乱、差”行业的代表,同时也正因如此使很多高素质人才在迈入这一行业中的步伐受到了阻碍。实际上焊接行业需要大家重视自己的形象,并使烟尘、噪音等因素的影响得到减少,创造良好的焊接环境,这样才能使工作环境更具吸引力。现代焊接行业对焊接自动化非常重视,并针对焊接机械人展开了进一步的研究,相信这将对未来传统焊接行业形象塑造起到一定的帮助,吸引更多高素质人员投入到焊接领域的工作中,使焊接行业得到更好的发展。
4 结语
综上所述,目前我国正处于工业占主导的情况中,对于工业的发展来说现代焊接技术对其推动作用是非常明显的。近年来随着我国社会经济的快速发展,更多研究者开始致力于对焊接新材料的探究上,这对于现代焊接行业来说是非常值得期待的,如果能够在新材料方面取得举世瞩目的成就,将会成为焊接领域的重要革命。
参考文献:
[1] 李方芳.我国建筑钢结构焊接技术的发展现状及未来发展趋势[J].科技风,2014(18):165.
[2] 李刚卿,邢立伟,郑浩敏,路浩. 高速列车制造焊接技术应用展望[J].焊接,2011(5):14-19+69-70.
关键词:磁控法 焊接工艺 发展研究
1、前言
磁控法焊接技术是一种附加装置简单、投入的成本低、效益高新的焊接技术,它是利用外加磁场对焊接中溶滴的过渡、熔池金属的流动、熔池的结晶形核及结晶生长等过程进行有效干预,使焊缝金属的一次结晶组织细化,减少成分不均匀性,提高焊缝金属的塑性和韧性,降低结晶裂纹和气孔的敏感性,从而提高焊缝金属的性能,全面改善焊接接头的质量,还能有效地降低焊接残余应力[2]。
磁控法焊接技术一般采用与电弧轴向平行的纵向平行的纵向磁场,外加磁场可以有效的控制高效焊接的旋转过渡过程,得到稳定性好、可控性好的旋转射流过渡,从而大大提高了焊接生产效率。纵向磁场促使电弧旋转,改变弧柱等离子流和电流密度的径向分布,影响母材的加热溶化和焊缝成形。外加纵向磁场的引入可以促使焊接电弧的旋转,改变焊接电弧特性,影响焊缝成形[3]。
2、磁控法焊接技术国内外研究发展
长期以来,国内外学者针对磁场对电弧的作用进行了不懈的研究。
1962年Brown[4]等人最早在不锈钢、钛合金、铝合金中研究电磁搅拌对焊接过程的影响,从发现晶粒细化现象以来,电磁搅拌技术就逐渐被研究者重视,国内外开始对外加磁场对焊接质量的影响进行了广泛地研究。
1988年,前苏联专家阿勃拉洛夫等[5]对电磁作用焊接方面作了大量的研究。说明了最佳的焊接工艺参数有助于提高金属和合金焊接接头的机械强度塑性和耐蚀性,从而提高了焊接质量。
1997年,德国汉诺威大学[6]研究了磁场作用的焊接电弧行为与焊丝熔滴过渡的形成过程,指出各种形式的纵向磁场(直流、交流、脉冲)对MIG/MAG焊接工艺的不同影响。
我国科学研究学者在磁控法焊接技术也取得了相应的成果。
1998年,西安交通大学的李海刚等[7]采用外加间歇交变纵向磁场焊接技术,对TIG焊LD10CS铝合金的焊接过程进行控制,有效的细化了焊缝金属的组织,提高焊接质量。
2004年,南昌航空工业学院江淑园、陈焕明等[8]研究了外加磁场对CO2焊飞溅的控制原理。以低碳钢Q235为试验对象,在不同的焊接工艺参数下进行了有无外加磁场的焊接对比试验,并且改变外加磁场的大小,测试了不同磁感应强度下的焊接飞溅率。证明了:外加纵向磁场作用CO2短路飞溅时存在一个最佳的磁场范围,它降低飞溅作用最为明显。
纵观上述文献,外加磁场在MIG焊、MAG焊和CO2激光焊等方面都有大量的研究。电磁法焊接技术应用也日益广泛,大量的研究表明:通过对外加磁场的强度和频率进行合理的匹配,可对电弧的形态进行控制,使电弧扩张,带电粒子作复杂的螺旋运动,电弧的电流密度和能量分布发生改变,从而影响焊缝成形。电磁搅拌作用还能细化晶粒,净化杂质,减少焊接缺陷,提高焊接接头的综合性能。
3、磁控法焊接技术发展所面临的问题
目前,对磁场作用下焊接技术的研究大多局限在电弧焊领域,随着人们对电磁场理论的进一步了解,人们尝试把磁场控制技术应用在其他焊接方法(如磁控法CO2激光焊)中。但目前采用磁场控制焊接电弧也存在一定的局限性:
1、局限于电弧整体运动行为的研究,如磁偏弧(电弧摆动)、磁旋弧(电弧在磁场作用下旋转,进行管道全位置焊接)等;
2、局限于电磁力搅拌熔池、细化焊缝晶粒的作用,即通过电磁力的搅拌作用搅拌熔池,强迫液态金属流动,对成长的晶粒进行冲刷、剪切而破碎;
3、局限于静态磁场对非熔化极电弧的拘束作用,通过对空间磁场的合理分布与控制,获得理想的磁场形态,从而更有效的控制焊接电弧,完善焊接工艺。
4、磁控法焊接技术发展趋势
磁控高效焊接工艺可以防止热裂纹,冷裂纹,焊缝内部的气孔和夹杂,提高焊接质量,并且在钢结构焊接和铝合金焊接等领域有很好的应用前景。随着磁控法焊接技术研究的深入,应用将会越来越广泛,其发展趋势有以下几点:
(a)在工艺方面,磁控技术将在传统的焊接方法(TIG,MIG,GTAW)上得到进一步研究与应用,并逐步与激光焊接,激光熔覆,机器人与自动焊接等先进技术连接紧密结合。
(b)随着研究的深入,计算机数值模拟日渐成熟,定量分析磁控焊接过程中的外加磁场的分布,为磁场多样化提供理论依据。
(c)随着超导磁体的发展,高强磁场的获得越来越容易,而且正逐渐用于科学研究领域,而且强磁场对细化晶粒,消除杂质和表面缺陷,石墨化及固态相变都有显著的影响,因此研究高强磁场对焊接过程的影响具有重要的理论意义和实际应用价值。
参考文献:
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机械工业出版社,1988:1-125
关键词:自动焊接;工程机械焊接;发展
科学技术是保障产品质量和提高生产效率的基础,也是促进国家各方面事业迅猛发展的源泉和动力,对于工程机械焊接这个行业来说也不例外。自动焊接技术可以有效提高产品的密度和精度,而且还能够延长产品自身的使用寿命,进一步降低企业在产品生产方面的投资成本,这样可以进一步提升企业整体的经济效益以及市场竞争力。目前我国操作人员的整体素质和科学技术水平仍然处于落后地位,因此,在工程机械焊接领域更应该选择更加先进、科学的自动焊接技术。
1自动焊接技术所具备的主要特点
(1)能源消耗降低,节省能源。与其他类型的焊接设备相比,自动化焊接设备能够将产生的热量进行集中,而且很少会出现热量分散的现象,所以其产生的热量不会在短时间内消失,这样能够有效地降低焊接设备对于电能的损耗。同时,使用自动焊接设备进行薄板的焊接和加工时,由于自动化焊接设备不需要和传统的焊接设备一样开坡口,这使得金属材料不会发生到处溅出的现象,这样能够在很大程度上节省原材料[1]。(2)工作环境良好。通常,使用自动化焊接设备都会配备隔离罩,这样能够有效地隔离焊接时所产生的烟雾,而且有些自动化的焊接设备在使用时不会产生强光,也几乎不会产生烟雾,操作人员在日常工作中操作自动化焊接设备时,不需要进行长时间作业,只需要输入几个操作指令就能够完成整个焊接工作[2]。(3)经济性和可靠性较高。目前国内有越来越多的厂家开始生产自动化的焊接设备,厂家会拥有对焊接结构和焊接操作有深入了解的研究人员,而且具备较为成熟的配套技术。一般而言,这种类型的厂家生产出的自动化焊接产品就能够满足建设普通轨道的施工要求。另外,自动化的焊接设备具有很高的可靠性,而且加工和设计成本较为廉价,一般造价在30万元左右,和造价在百万元以上的焊接机器人进行比较,其设备对于实际物质和外观的要求不高,这能够吸引不少工人专业技术水平较低的机械生产加工企业。因此,自动化的焊接设备可以说在工程机械焊接领域有着十分重要的地位,而且实用性和可靠性较强[3]。(4)操作十分简便且方便维护。自动化焊接设备一般是针对特定的焊接形式、焊接结构和焊接工艺进行专门设计的,因此,这种焊接设备所具有的功能比较单一,其设备结构也比较简单,进行作业的人员仅需要搞清自动化焊接设备的内部结构和操作性能,就可以对整台设备进行日常操作以及维护。(5)技术水平较高。自动化焊接设备可以对薄壁材料和要求加工精度较高的零部件进行焊接,由于不是采用手动焊接的方式进行操作,这使得自动化焊接设备能够选择多种介质的焊源。例如,可以运用激光来加工出宽度小、深度高的焊缝,由于激光技术,可以造成很小的热影响,这使得零部件仍然能够保持加工以前的形状,而且运用激光进行焊接具有较高的速度,这使得焊缝的外形也十分美观。
2自动焊接技术对于工程机械焊接行业的意义
由于我国进行钢材焊接工作需要损耗数量巨大的原材料,运用自动焊接技术可以有效地提升进行焊接的效率,采用自动焊接技术已经成为工程机械焊接行业的关键组成部分。与其他类型的焊接技术相比,自动焊接技术具有十分明显的优势,可以提升焊接操作人员整体的工作效率,也能够在一定程度上缓解工程企业内部的人才矛盾,进一步降低人力资源方面的成本和企业整体的投资成本。在传统的焊接作业过程中,不仅劳动强度很大,而且还会产生对人体有伤害的弧光,自动焊接具有较高的安全性,而且不会产生损害工人健康的弧光。另外,现阶段进行焊接加工的产品都是重机械,对于机械的精度以及焊接质量方面有着越来越高的要求,而传统的手工焊接无法完成这种类型的重机械焊接作业。在科技迅猛发展的现在,企业要想在市场竞争中占据优势地位,就需要不断创新生产和加工技术。因此,在工程机械焊接领域中应用自动化的焊接技术是十分具有必要性,而且符合时展潮流的[4]。
3自动化焊接在工程机械制造领域的发展趋势
(1)智能化方向。在工程机械加工领域应用自动化焊接技术应当朝智能化方向发展,因为使用智能化产品可以有效提升产品的生产效率,而且能够保障产品的生产质量,做到省时省力。为了使自动化焊接技术可以向智能化方向不断发展,相关企业应当在机器人和焊接专机等设备上不断创新。一旦设备落后,那么将无法进一步提升进行焊接作业的效率。通过不断创新和改善硬件,能够使得工程机械领域的焊接加工操作变得更具智能化。自动化焊接系统向智能化方向发展,可以帮助操作人员进行随时随地的控制,而且可以有效地监督和管理产品的焊接质量,及时发现问题和解决问题。(2)在社会的多领域进行广泛应用。焊接技术的改进,使得其在社会的多领域开始被广泛应用,例如建筑行业、电力设备和汽车制造加工业、铁路建设、船舶制造业等行业。自动化焊接设备逐渐朝高品质的方向发展,同时焊接的自动跟踪技术也逐渐成为自动化焊接技术的热点发展方向。这种焊缝的跟踪技术蕴含了诸多学科的专业技术,包括焊接、流体、计算机、结构和材料等专业领域的学科技术。焊缝的跟踪技术可以说进一步的推动了自动焊接这项技术的发展,而且可以大大减少进行自动焊接作业的准备工作,进一步提升了焊接产品的质量和加工精度。(3)生产企业加大对自动焊接技术的需求。随着工程焊接领域的快速发展,客户也更加注重焊接产品的质量,生产企业开始加大对自动化焊接技术的需求。为了使焊接质量能够得到保证,这些企业加大了对自动化焊接设备方面的需求。另外,由于在工程机械焊接领域自动化焊接设备得到了广泛应用。所以焊接结构的设计标准和制造标准也需要统一,这样有利于焊接设备能够稳定、高效地进行作业。
关键词: 电子束焊;激光焊;搅拌摩擦焊;线性摩擦焊;扩散焊
中图分类号: V26 文献标识码:A
焊接是通过加热、加压,或两者并用,使同性或异性两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊接既可用于金属,也可用于非金属。在航空航天装备和材料加工过程中,焊接技术有着举足轻重的地位。
1电子束焊
电子束焊( EBW)是在真空环境下利用会聚的高速电子流轰击工件接缝,将电子动能转变为热能,使被焊金属熔合的一种焊接方法。作为高能束流加工技术的重要组成部分,电子束焊具有能量密度高、焊接深宽比大、焊接变形小、可控精度高、焊接质量稳定和易实现自动控制等突出优点,也正是山于这些特点,电子焊接技术在航空、航天、兵器、电子、核工业等领域已得到广泛的应用。在航空制造业中,电子束焊接技术的应用,大大提高了飞机发动机的制造水平,使发动机中的许多减重设计及异种材料的焊接成为现实,同时为许多整体加工难以实现的零件制造提供了一种加工途径;另外,电子束焊接本身所具有的特点成功地解决了航空、航天业要求各种焊接结构具有高强度、低重量和极高可靠性的关键技术问题。所以在国内外的航空和航大工业中,电子束焊接已成为最可靠的连接方法之一。
2激光焊
激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束,如果焦点靠近工件,工件就会在几毫秒内熔化和蒸发,这一效应可用于焊接工艺。激光焊具有焊接设备装置简单、能量密度高、变形小、精度高、焊缝深宽比大、能在室温或特殊条件下进行焊接、可焊接难熔材料等优点。激光焊接主要用机大蒙皮的拼接和机身附件的装配。美国在20世纪70年代初的航空航天工业中,已利用15kW的CO2仿激光焊机弧光器针对飞机制造业中的各种材料、零部件进行了激光焊接试验、评估及工艺的标准化。空中客车公司A340飞机的全部铝合金内隔板均采用激光焊接,减轻了机身重量,降低了制造成本。
3搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊技术是英国焊接研究所(简称TWI)在1991年发明的新型固相连接技术,是世界焊接技术发展史上自发明到工业应用时间跨度最短和发展最快的一项固相连接新技术。它是利用一种非耗损的搅拌头,高速旋转着压入待焊界面,摩擦加热被焊金属界面使其产生热塑性,在压力、推力和挤压力的综合作用下实现材料扩散连接,形成致密的金属间固相连接。它具有无飞溅,无需焊接材料,不需要保护气体,被焊材料损伤小,焊缝热影响区小,焊缝强度高等特点,被誉为“当代最具革命性的焊接技术。美国 Eclipse公司在Eclipse N500型商务飞机制造中首次大规模成功运用了FSW技术, 包括飞机蒙皮、翼肋、弦状支撑、飞机地板以及结构件的装配等基本上全部利用搅拌摩擦焊技术制造,70%的铆接被焊缝替代,不仅极大地提高了连接质量,而且使生产效率提高了近10倍,生产成本大大降低。波音公司将搅拌摩擦焊技术用于C-17和C-130运输机地板的制造,利用搅拌摩擦焊代替紧固件连接,简化了地板结构设计并提高了构件的生产效率,生产成本降低了20%。总之,FSW技术正处于深入研究和推广应用阶段,存在着巨大的应用发展潜力。
4线性摩擦焊
线性摩擦焊是一种在焊接压力作用下,利用被焊工件相对做线性往复摩擦运动产生热量,从而实现焊接的固态连接方法。它具有优质、高效、节能、环保的优点。20世纪80年代后期,MTU公司与罗罗公司合作,成功的将线性摩擦焊用于发动机整体钛合金叶盘的制造。目前,线性摩擦焊已经广泛应用于塑料工程和航空发动机叶盘式转子的制造。
5扩散焊
扩散焊又称扩散连接,是把两个或两个以上的固相材料紧压在一起,置于真空或保护气氛中加热至母材熔点以下温度,对其施加压力使连接界面微观塑性变形达到紧密接触,再经保温、原子相互扩散而形成牢固结合的一种连接方法。它具有接头质量好,焊后无需机加工,焊件变形量小,一次可焊多个接头等优点。扩散焊已在直升飞机上钛合金旋翼桨毂、飞机大梁、发动机机匣以及整体涡轮等方面试用,涡轮叶片、钛合金宽叶弦蜂窝夹层风扇叶片等的扩散焊已应用于生产。
焊接技术是航空航天领域的重要连接技术,它在促进航空航天制造技术的发展、实现飞行器的减重、高效中发挥着越来越重要的作用。可以预见,我国航空航天工业在突飞猛进的焊接技术的推动下定将取得快速发展。
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