特种先进连接方法论文[全文5篇]

第一篇：特种先进连接方法论文

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克微电子元件，在生产制造中都不同程度地应用了焊接技术。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。现如今，没有哪一种连接技术像焊接那样被如此广泛的应用。

当今时代，随着科学技术的飞速发展，焊接技术已经完成了自身的蜕变。焊接已经不只是那个街头又苦又累的工作了，它从一种传统的热加工工艺发展成了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。由于焊接技术是基于多学科交叉融合的产物，随着新材料的不断产生、新能源的不断开发和新结构的不断涌现，焊接技术的滞后发展面临着新的巨大的挑战，传统的焊接技术已经满足不了现代工程的应用，特种先进连接方法逐渐发展成现代连接技术的重要组成部分，并且广泛的应用于先进制造技术领域。先进的连接技术在国民经济以及国防建设中起到了举足轻重的作用。中国2013年钢产量达到7.82亿吨，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3.3亿吨，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。从近些年中国完成的一些标志性工程来看，特种先进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、转轮、发电机机座等。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。

这学期恰好有幸跟着张老师学习了《特种先进连接方法》，接触认识了很多先进的焊接技术。其中包括：激光焊、电子束焊、超塑性焊接和超塑成行/扩散连接、摩擦焊、爆炸焊、微连接技术等。它们各自有其各自的特点。激光被认为是21世纪的新能源，激光技术反映一个国家的工业水平。激光焊接（laser beam welding,简称LBW）是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高度精密的焊接方法。激光焊接的基本过程就是使经光学系统聚焦后具有高功率密度的激光束照射到被焊材料表面，利用该材料对光能的吸收来对其进行加热、熔化，在经过冷却结晶而形成焊接接头的一种熔化焊过程。激光在焊接中的应用正引起各国的重视。德国、俄罗斯、美国、日本、法国、意大利等国都很重视发展激光技术。德国已经将激光焊接、激光切割、激光＋电弧复合热源焊接技术应用于汽车的生产，特别是铝合金 轿车的生产，引领了汽车焊接技术的发展。德国政府很重视激光技术的发展，在政府的教育与研究部中设立了专门管理部门，负责协调激光技 术的发展。在德国已经形成大学、激光技术研究所、激光应用工程开发公司的联合，以及激光主机生产厂、激光配件生产厂、激光应用企业的联合，形成了一个立体的覆盖网。德国的大众汽车已经将激光焊接技术引入中国，并在上海大众和 一汽－大众的轿车批量生产线上应用，推动了中国激光焊接技术的应用。搅拌摩擦焊是20世纪90年代初由英国焊接研究所发明的固态焊接新技术，摩擦焊（friction welding，简称FRW）是一种固态热压焊，是利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和流动所产生的热量，使界面及附近区域达到热塑状态并在压力作用下产生适当的宏观塑性变形而形成接头。这是一项带有革命性的创新，由于焊接时金属不熔化、无弧光和热辐 射、耗能小、效率高、工件变形小等诸多的优点，而迅速得到推广应用。目前已经在飞机、火箭、快艇、邮轮、火车车厢等铝合金结构制造领 域得到应用。国内一些研究所和高校已经购买了英国的专利技术使用许可证，开始自己的创新活动，并部分应用于生产。综上所述，国外主要工业发达国家的政府很重视焊接技术的发展，他们希望用先进的焊接技术来提高产品的生产质量、提高效率、降低成本，以此来与劳力成本相对低廉的国家进行市场竞争，这是一种战略手段。摩擦焊当然也有不足之处，摩擦焊常见的缺陷有以下四点： 1：○“灰斑”缺陷。“灰斑”是一种焊接缺陷在断口上的表现形式，它在断口上一般表现为暗灰色平斑状，无金属光泽，具有明显的沿焊缝断裂的特征，宏观上表现为脆性断裂。2：焊接裂纹。主要出现在焊合区边缘飞边缺口部位、焊合区内部、近缝区及飞边上。○3：未融合。一般产生与焊接接头的焊合面上，其表面宏观特征呈现氧化颜色。○4：淬硬组织。焊接淬火钢时，摩擦时间短，冷却速度快会在接头中形成淬硬组织。另○外，摩擦焊接头中还会出现焊缝脱碳、过热组织、脆性合金层等缺陷。这些问题都亟待解决。另外，自20世纪80年代以来，爆炸焊的理论和实验技术得到了长足的发展。爆炸焊（explosive welding，简称EXW）是一种固态焊接，它是以炸药为能源，利用炸药爆炸时产生的冲击波使两层或多层同种或异种材料高速倾斜碰撞而焊合在一起的方法。爆炸焊能使物理性能（熔点、热膨胀特性、硬度等）有明显差异、用普通焊接方法无法实现焊接的金属焊合在一起，并且能获得高强度的焊接接头。由此爆炸焊的优点有以下几点： 1:可实现同种材料的焊接，也可实现异种材料的焊接 ○2:可以焊接的尺寸范围很宽。○3：可以进行双层、多层的复合板的焊接，也可以用于各种金属的对接、搭接与点接。○4：爆炸焊工艺比较简单，不需要复杂的设备，能源丰富，投资少，应用方便。○5：爆炸焊不需要填充金属，可节省贵重的稀缺金属。○6焊接表面不需要很复杂的清理。○基于这些优点，爆炸焊在化工石油制药造船军事甚至核工业航空航天等领域得到了广泛的应用。

二、电子束焊（electronic beam welding,简称EBW）是一种高功率密度的焊接方法。它利用空间定向告诉运动的电子束，撞击工件表面后，将部分动能转化成热能，使被焊金属熔化，冷却凝固后形成焊缝。电子束撞击工件时，其动能的95%可转化为焊接所需的热能，功率密度可高达106/cm2以上，焦点处的最高温度高达59000C左右。

电子束焊的分类。按被焊工件所处环境的真空度可分为：高真空电子束焊、低真空电子束焊、非真空电子束焊。按电子枪固定方式可分为：动枪式电子束焊、定枪式电子束焊。按电子枪加速高压的高低可分为：高压电子束焊（60~150kv）、中压电子束焊（40~60kv）、低压电子束焊(低于40kv).用电弧焊方法能焊接的金属，一般都能够用电子束焊。电子束焊是一种高功率密度的熔焊方法，同其他形式的熔焊方法相比，具有以下优点: 1:加热的功率密度大。与偶遇电子束的功率密度大，加热集中，热效率高，焊缝接头热输○入量小，所以适宜于难熔金属及热敏感性强的金属材料的焊接。2：焊缝深宽比大 ○3：○熔池周围气氛纯度高。真空电子束焊是在真空中进行的，排除了大气中有害气体对熔化金属的影响，特别适宜喊焊接化学活泼性强、纯度高、极易被大气污染的金属焊接。4：规范参数调节范围广、适应性强。○电子束焊虽有以上诸多优点，但也存在了很多缺点限制了该方法的普遍推广： 1：电子束焊机结构复杂，控制设备精度高，因此成套设备价格很高。○2：○电子束焊的焊缝接头需进行专门设计和制作加工，接头间隙需严格控制，这就使接头制备的加工费用较高 3：○由于电子束焦点直径很小，焊缝宽度很窄，因此电子束与工件接缝的对准稍有偏差就可能使焊缝偏离工件接缝造成焊接缺陷。

4:焊接时有X射线产生，屏蔽该射线比较困难，且使整机成本增加.○由以上优缺点可知，从事电子束焊操作的技术人员要求认真、细心。且在这种岗位不宜工作太久的。

与国外相比，从总体上看?国内焊接生产的机械化、自动化水平较低，众多企业需要的、中国自有的焊接技术、焊接设备、焊接材料的水平甚至比尖端焊接技术更落后于国外。然而，对于汽车、造船、轨道车辆、电站锅炉、发电设备、重型机械、工程机械、集 装箱等行业的中等以上骨干企业，在改革开放以来的多次技术改造中，引进了一些国外的先进焊接设备、材料和工艺，焊接生产的技术水平有 了很大的提高，基本上能达到接近国外同类企业的水平，能够生产出国家经济和国防建设需要的装备和产品，只是先进技术的应用面、使用的 数量和技术的先进程度有别于国外的企业。但是必须看到国内还缺少更多的具有自主品牌的先进焊接设备、高端焊接材料和高效焊接工艺技术，目前企业使用的这些先进焊接设备与材料大多依赖外国进口。国内焊接生产的这种表面辉煌，技术空心化的局面是一个严重的战略软肋。

第二篇：特种设备管理措施和方法论文

１、我国特种设备安全状况

特种设备安全问题是生产行业主要的安全监察监管问题，我国通过出台相关法律法规，不断强化安全监管、检测和技术提升，特种设备重特大事故数量和严重度呈降低趋势。虽然我国的特种设备管理有了很大进步，但是与发达国家的特种设备事故情况相比较，情况仍不容乐观。目前，我国的特种设备管理面临的安全形势是：

（１）事故发生几率较高，万台设备事故率和死亡率均较高，事故后果直接就是经济损失惨重，社会影响恶劣。

（２）《特种设备安全法》刚刚开始实施，但之前存在一些设备生产单位制造设备质量不够高，施工单位运行维护不足的现象。

（３）特种设备运行单位对于设备管理体系不完善，不能做到及时消除安全隐患，从而引起事故发生概率高。

（４）特种设备迅速发展需要更为严格的安全科学技术的保障，而安全科学技术的发展滞后与其严格的要求。

（５）现在我国正处于全面深化改革的深水期，对特种设备安全的要求相当之大。

２、我国特种设备管理体系中存在的缺陷及其原因

２．１特种设备的维护情况不达标

（１）从企业领导的角度来看，一些企业的领导不重视设备维护，只在意目前利益。对设备的使用过度，不重视设备的维护与保养，常常造成设备的超符合运行，带病作业，不注意小隐患，加速特种设备的磨损甚至老化。这样反而使企业在日后要花更大的人力、物力、财力来对设备进行大修甚至更换。

（２）从企业员工的角度来看，大多数企业对于设备的维护保养都是设备出现损坏才进行，由于每个员工的操作习惯及每台设备耐损程度不同，维修人员也存在应付现象，这种维护制度并不能十分有效。其实最好应该推行的是“定人使用、定人保养”制度。这样，有利于对每台设备的及时保养与维护，使设备能处于最佳的工作状态。

２．２特种设备的实际使用不规范

我国特种设备操作人员技术良莠不齐，有的操作人员技术不过关，对机械设备了解程度也不够，甚至有无证操作的情况出现。这样，市场造成机械设备超负荷作业、带病作业以及违章操作等现象，这些现象都加速了机械设备的磨损和老化。在加上企业不能够及时的进行保养维修等工作，机械设备出现故障的几率大大增加。

２．３特种设备落后情况下的盲目购置

我国很多企业的特种设备早已经陈旧，技术水平落后，不能满足正常生产的需要，制约了企业向上发展的潜力。设备落后的情况下，有的企业并没有按照生产实际和市场行情严格制定采购方案，企业盲目采购一些高精尖的特种设备。一来，企业花费大量的资金引进设备，却没有能够熟练操作的员工，或者难以维持设备运行的资金，浪费了机械设备的产能，甚至闲置；二来，即使能够保证新进机械的工作需求，生产能力大大提高，可是，市场需要并没有如设想的那么大，导致产能过剩。

２．４对特种设备安全重视程度不够、责任理念不强

很多企业对特种设备安全重视程度不够、责任理念不强。为了追求经济效益，往往对设备使用超负荷，甚至进行违法改装，维修程度不够，导致很多事故隐患出现；另外，企业内部的安全管理部门不够专业，往往配备不齐专业的有经验丰富的安全管理人员。殊不知，短期的减少安全投入长远上看并不能减少企业运营成本，提高企业效益，反而若是出现安全事故，往往对企业造成极大地损害。

３、提高特种设备设备管理的措施和方法

３．１建立并完善特种设备的设备管理部门

在特种设备管理中，层次管理很重要，合理地将专业管理和群众管理相互结合相互协调才能够更好的实现科学的综合管理。明确专职管理人员和群众管理人员的职责，实现统一规划、管理。充分发挥各级职能人员的积极性。在特种设备管理中，层次管理很重要，合理地将专业管理和群众管理相互结合相互协调才能够更好的实现科学的综合管理。企业应实现统一规划、管理明确的体系，明确内部专职管理人员和群众管理人员的职责范围。

３．２完善特种设备维护保养制度

完善的维护保养制度是特种设备安全稳定运行的有效管理手段。保养一般可分为两种方式：日常保养和定期保养。保养的到位与否能够影响特种设备的正常运行与否，保养不到位也是特种设备出现故障的重要原因。企业员工要依据特种设备维修保养使用说明书对特种设备进行有效地保养，并日常、定期进行监督保养的落实情况。再设激励奖惩机制，把特种设备机械的性能状况、维修保养情况、运行状况、成本费用等列入奖惩计划，激励企业员工的自主积极性和责任。从而企业能够保证特种设备机械的正常工作，延展特种设备的使用周期，同时又能有效降低设备维修保养成本。

３．３落实特种机械设备淘汰工作做好特种机械设备

除旧更新工作即报废工作，直接关系到企业的运行效率、市场竞争力以及发展潜力。落后的不安全的设备应及时进行淘汰工作。以下几种类型的特种设备应及时淘汰：

（１）损耗严重、技术性能落后。

（２）能耗高、效率低。

（３）达不到使用要求和安全要求。

（４）超过使用年限。

３．４保障维修维护的及时性、计划性和预防性

在维修方面，一是重视小故障的及时处理，做到防患于未然。切不可小故障不影响使用，为了赶任务让设备带故障作业，最后小毛病拖成了大故障，不但影响正常使用，还有可能造成设备突然报废。二是采取“计划维修”与“预防性维修”两种制度的相结合的维修制度，科学合理的安排设备维修工作。因此，完善的企业的维修机制包括具有两个职能，能够保障维修的及时性，同时也能保障维修的计划性和预防性。对于故障的及时检查与排除，能够有效保障特种设备的安全运行。而对于设备的计划维修和预防维修是全方位的维修体系的重要组成部分。定期与不定期的维修保养是能够提升机械设备工作效率的有效手段。

４、结论

随着我国现代化和工业化逐步发展，我国在特种设备管理的发展也比较迅速，取得一定的成就。但是，目前我国正处于全面改革的深水期，无论是特种设备设计、制造、使用等环节，或是特种设备事故发生状况，以及特种设备管理的日常工作，均存在方方面面的不足，这些都要求我们能够尽快建立一套符合国情且科学有效的特种设备管理模式。因此，特种设备的使用过程中，应加大设备管理的力度，采取更为有效的管理模式。同时，把设备管理进行细化，明确每一个管理者与使用者的职责，提升员工参与设备管理的积极性和创造性，这样才能不断提高企业的经济效益，增强企业竞争力。展望未来，我国特种设备管理体系将更加完善。我相信，在不久的将来，我国特种设备安全管理体系能够越来越完善，争取早日实现零事故率。

第三篇：先进陶瓷材料的连接

《材料连接新技术》

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先进陶瓷材料的连接

陶瓷是指以各种金属的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物为原料，经适当配料、成形和高温烧结等人工合成的无机非金属材料。陶瓷具有很多独特的性能。这类材料一般是由共价键、离子键和混合键结合而成，键合力强，具有很高的弹性模量和硬度。陶瓷材料按其应用特性分为功能陶瓷和工程结构陶瓷两大类。功能结构陶瓷是指具有电、磁光、声、热等功能的陶瓷材料，从性能上分有铁电、压电、光电、声光、磁光、生物等功能陶瓷。工程结构陶瓷强调材料的力学性能，以其具有的耐高温、高强度、超硬度、高绝缘性、高耐磨性、耐腐蚀等性能，在工程领域得到广泛应用。

陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。陶瓷材料多相多晶材料，一般由晶相，玻璃相和气相组成。其显微结构是由和制造工艺所决定的。晶相是陶瓷材料的主要组成相，是化合物或固溶体。陶瓷中的晶相主要有硅酸盐，氧化物和非氧化物三种。玻璃相是一种低熔点的非晶态固相。它的作用是连接晶相，填充晶相间的间隙，提高致密度，降低烧结温度，抑制晶粒长大等。玻璃相的组成随着胚料组成，分散度，烧结时间以及炉内气氛的不同而变化。玻璃相会降低陶瓷的强度，耐热耐火性和绝缘性。气相是指陶瓷孔隙中的气体。陶瓷的性能受气孔的含量，形状，分布等的影响。气孔会降低陶瓷的强度，增大介电损耗，降低绝缘性，降低致密度，提高绝热性和抗震性。对功能陶瓷的光，电，磁等性能也会有影响。氧化物陶瓷: 氧化物陶瓷材料的原子结合以离子键为主，存在部分共价键，因此具有许多优良的性能。大部分氧化物具有很高的熔点，良好的电绝缘性能，特别是具有优异的化学稳定性和抗氧化性，在上程领域已得到了较广泛的应用。例如：氧化铝陶瓷: 三氧化二铝为主晶相。根据三氧化二铝含量和添加剂的不同，有不同系列。如根据三氧化二铝含量不同可分为75瓷，85瓷，99瓷等；根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷、刚玉-莫来瓷和刚玉瓷；根据添加剂的不同又分为铬刚玉、钛刚玉等。

氮化物陶瓷：氮化物包括非金属和金属元素氮化物，他们是高熔点物质。氮化物陶瓷的种类很多，但都不是天然矿物，而是人工合成的。日前工业上应用较多的氮化物陶瓷有氮化硅(Si3N4)、氮化硼、氮化铝、氮化钛等。例如：氮化硅陶瓷:Si3N4陶瓷材料的热膨胀系数小，因此具有较好的抗热震性能;在陶瓷材料中，Si3N4的弯曲强度比较高，硬度也很高，Si3N4陶瓷耐氢氟酸以外的所有无机酸和某些碱液的腐蚀，高温氧化时材料表面形成的氧化硅膜可以阻碍进一步氧化，抗执化温度达1800℃。

陶瓷的主要制备工艺过程包括坯料制备、成型和烧结。其生产工艺过程可简单地表示为：坯料制备、成型、干燥、烧结、后处理、成品。制备：通过机械或物理或化学方法制备坯料，在制备坯料时，要控制坯料粉的粒度、形状、纯度及脱水脱气，以及配料比例和混料均匀等质量要求。按不同的成型工艺要求，坯料可以是粉料、浆料或可塑泥团；成型：将坯料用一定工具或模具制成一定形状、尺寸、密度和强度的制品坯型（亦称生坯）；烧结：生坯经初步干燥后，进行涂釉烧结或直接烧结。高温烧结时，陶瓷内部会发生一系列物理化学变化及相变，如体积减小，密度增加，强度、硬度提高，晶粒发生相变等，使陶瓷制品达到所要求的物理性能和力学性能。烧结是指成型后的坯体在低于熔点的高温作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，气孔排除，体积收缩，强度提高、逐渐变成具有一定的几何形状和坚固烧结体的致密化过程。

工程结构陶瓷材料具有耐高温、高强度、高硬度、耐磨损、抗氧化、抗腐蚀等优良性能，广泛应用于航空航天、电力电子、能源交通等领域，成为经济和国防发展中不可缺少的支撑材料。但是由于陶瓷本身的脆性使其加工性能差，难以制成尺寸大、形状复杂的构件，从而限制了其进一步的应用与发展。金属材料具有优良的室温强度、延展性、导电性和导热性，与陶瓷材料在性能上形成了一种明显的互补关系。将两种材料结合起来，就可以充分利用各自的优良性能，制造出满足要求的复杂构件，不仅能够降低成本，对陶瓷与金属材料的应用与发展也具有重要意义。由于陶瓷与金属在物理、化学性质上的差异，使得二者之间的连接成为国内外学者研究的热点问题。

陶瓷与金属的连接方法： 陶瓷与金属的连接问题主要表现在以下几个方面：（1）陶瓷与金属键型不同，难以实现良好的冶金连接；（2）陶瓷与金属的热膨胀系数差异大，连接接头容易产生较大的残余应力，致使接头强度低；（3）陶瓷表面润湿性差，连接工艺确定困难。目前，关于陶瓷与金属连接方法的研究已有很多，包括机械连接、粘接连接、钎焊连接、固相扩散连接、瞬时液相连接、熔化焊、自蔓延高温合成连接、摩擦焊、微波连接、超声连接等方法。

钎焊是最常用的连接陶瓷与金属的方法之一，它是以熔点比母材低的材料做钎料，加热到略高于钎料熔点的温度，利用熔化的液态钎料润湿被连接材料表面，从而填充接头间隙，通过母材与钎料间元素的互扩散实现连接。普通金属钎料在陶瓷表面的润湿性较差，因而提高钎料在陶瓷表面的润湿性成为获得高质量钎焊接头的保证。陶瓷与金属的钎焊连接可以分为直接钎焊和间接钎焊。直接钎焊又叫活性金属钎焊法，是在钎料中加入活性元素，通过化学反应在陶瓷表面形成反应层，以提高钎料在陶瓷表面的润湿性。这些活性元素通常包括Ti、Zr、Hf、V、Ta、Nb、Cr 等，如Ag-Cu-Ti 钎料就是在Ag-Cu 共晶钎料中加入活性元素Ti，显著提高了钎料的润湿能力，是现在应用非常广泛的一种钎料。非晶态高温钎料的研制，也大大地增加了陶瓷与金属钎焊接头的应用范围间接钎焊是先将陶瓷表面进行金属化，再利用常规钎料进行钎焊连接，因而又称两步法钎焊。陶瓷表面与金属化的目的就是解决钎料在陶瓷表面润湿性差的问题，电子工业中常用Mo-Mn 法对陶瓷表面进行预金属化，Mo 粉中加入适量的Mn 是为了改善金属镀层与陶瓷的结合。此外，还发展了物理或化学气相沉积、热喷涂法、烧结金属粉末法、超声波法、化学沉积、等离子注入、真空蒸镀等一系列金属化方法；

固相扩散连接广泛应用于异种材料的连接，也是连接陶瓷材料常用的方法之一。它是将被连接材料置于真空或惰性气氛中，使其在高温和压力作用下局部发生塑性变形，通过原子间的互扩散或化学反应形成反应层，实现可靠连接。固相扩散连接适用于各种陶瓷与金属的连接，相对于钎焊连接，其具有连接强度高，接头质量稳定、耐腐蚀性能好，可实现大面积连接，且接头不存在低熔点钎料金属或合金，能够获得耐高温接头等优点。从连接方式来看，固相扩散连接可分为直接扩散连接和间接扩散连接两种。直接扩散连接是指直接将陶瓷与金属进行连接，而间接扩散连接是通过中间层的过渡作用将陶瓷与金属连接起来。由于陶瓷和金属在热膨胀系数和弹性模量上的差异，扩散连接接头容易产生较大的残余应力，导致接头性能下降，因而常采用中间层进行间接扩散连接，或采用直接在陶瓷表面镀金属膜的方法。中间层的介入，不仅可以缓解接头的残余应力，还能够降低连接温度和压力，同时也可以起到抑制和改变接头产物的作用。

第四篇：特种加工论文

加工间隙内电解产物对微细电解加工

院（系）名称：

班 级：姓 名： 学 号：

机电工程学院

的影响分析 加工间隙内电解产物对微细电解加工的影响分析

摘要：微细电解加工时，由于间隙微小，生成的电解产物因难以从加工区域中移除而降低了加工速度甚至中断加工。为保证加工的持续进行，利用工具电极作间歇快速回退是移除间隙内的电解产物、更新电解液的有效途径之一。论文研究分析了间歇回退加工情况下电解产物移除速率对加工速度的影响，结果表明：加工速度并不随加工间隙的减小而单调增大，实际加工速度存在极限值(极大值)。为兼顾加工效率和加工精度，应以与之对应的间隙值作为实际加工间隙。

Abstract: the subtle electrochemical machining, as the tiny gaps, generated by electrolysis product from processing area to remove and reduce the processing speed and even interrupt processing.To ensure that the ongoing process, using the tool electrode for intermittent fast back is removed in the clearance product, electrolysis update electrolyte one of the effective ways.Paper analyzes the intermittent back under processing product electrolysis rate on the processing speed remove influence, and the results show that: the processing speed is not with the decrease of the machining gap increases and drab, actual processing speed limit(maximum value)there.For both the processing efficiency and machining precision, should be with as the matching gap value as an actual machining gap.关键词：微细电解加工；电解产物；加工速度；间歇回退

电解是基于金属阳极在电解液中发生电化学溶解的原理，对工件进行减材加工。在电解加工时，工件材料是以离子的形式被蚀除，理论上工件可达到微米甚至纳米精度，因此在精密、微细制造领域有着潜在的应用前景。但电解加工时阴、阳极间的电位差在加工间隙中形成的电场使工件上不希望被加工的部位和已加工部位都会被继续蚀除，造成杂散腐蚀，这在很大程度上影响了电解加工的精度。因此，约束电场、改善流场是增强电解加工的集中蚀除能力、改善加工精度的基本途径。为实现较高精度的微细电解加工，某个研究室提出了一种采用工具电极侧面绝缘、微小加工间隙伺服控制、高频窄脉冲电源、非线性低浓度电解液等方法集成的工艺路线，探索微细电解加工达到工业应用要求的可行性。在微细电解加工过程中，加工问隙微小是其最基本的特征，端面和侧面的间隙一般在几十微米以下叫，这样小的间隙空间使得加工中生成的大量(相对于被蚀除掉的金属体积)电解产物蓄积在加工区内，导致加工区局部电解液成分、浓度发生很大程度的改变，从而降低加工反应速度甚至中断加工。由于加工尺寸和间隙微小，常规电解加工时采用的强制冲液更新间隙中电解液的方法在微细电解加工无法应用。为使微细电解加工能持续进行，通过加工间隙伺服控制，利用工具电极间歇回退产生的抽吸作用排出电解产物、更新加工区内部电解液将是一有效可行的技术途径。l.电解加工的电化学过程分析

电解加工时，在工件金属(阳极)和工具电极(阴极)表面分别进行着氧化和还原反应。反应是由发生在电极(这里的电极指的是在电化学反应中作为电子导电相的金属，而非工具电极)／溶液这两种导体界面上的一系列性质不同的过程组成，在电化学理论中统称为“电极过程”。根据电极动力学理论，一般情况下，电极过程大致由下列各单元步骤串联而成：(1)液相传质步骤——反应物粒子向电极表面附近液层迁移。

(2)表面前置转化步骤——反应粒子在电极表面或表面附近液层进行反应前的转化，如反应粒子的吸附、金属络离子的解离或其他化学变化。

(3)电化学反应步骤(亦称电子转移步骤)反应粒子在电极／溶液界面上得电子或失电子，生成 还原反应和氧化反应产物。

(4)表面随后转化步骤——反应粒子在电极表面或表面附近液层进行反应后的转化，如反应产物从电极表面脱附、复合、分解、歧化或其他化学变化。(5a)新相生成步骤--反应产物生成新相(气体或固相沉积层)。

(5b)反应后液相传质步骤——可溶性反应产物从电极表面向溶液内部迁移。

(5b)反应产物移除步骤——可溶性反应产物向溶液内部迁移和产生的新相被从加工间隙中移除。如这些电解产物不能及时有效地被移除掉而蓄积在加工间隙中，其中的金属沉淀产物还会逐渐在阳极表面沉积，形成一层薄膜，阻碍反应的发生；阴极上生成的氢气逐渐积聚，这样不只是减慢了反应速度，甚至可能在阴、阳极问搭成连续的气泡桥或形成空穴，而使加工中断。因此，在微小间隙加工时反应产物移除步骤将取代换液良好时的电化学反应步骤而成为加工控制步骤，反应产物的移除(或电解液的更新)速度制约着阳极金属的实际蚀除速度，成为在微细电解加工中影响实际加工速度的决定性因素。2电解产物移除策略

为了有效地移除电解产物，保证加工的持续进行，常规电解加工主要利用高压、高速的电解液流动来带走反应产物(包括反应热)。但在微细电解加工时，由于电极本身尺寸微小，高冲液压力可能导致电极发生振动甚至变形；且由于加工间隙微小，电解液沿程压力损失大，外部冲液对加工区域内部较深处电解液的扰动和更新能力很弱，这在深小孑L加工时尤其明显。此时仅对加工区进行外部冲液只能移除掉加工区域外部和浅表处的反应产物，加工间隙 内的反应产物仍会蓄积。在微细电解加工时，排出电解产物、更新加工间隙内部电解液的能途径，一是工具电极高速旋转’，或是工具电极间歇回退引。电极高速旋转时，由于电解液具有一定粘性，旋转电极的边界将拽引着周围的流体随它一起作圆周运动，加强了间隙内电解液的对流，改善了流场。电极旋转排屑方式适用于单电极圆孑L加工和扫描加工。但由于在电极端部中心处离心力接近零，电解产物无法顺利排出，故仍需依赖间歇回退来强化电解液更新“。

电极间歇回退是在加工过程中让电极按一定时间间隔快速回退，使加工区域内部的压力骤然降低，形成强烈的抽吸作用，一方面可充分将加工区内的反应产物(包括气泡)带出工件表面外，另一方面可迫使周围新鲜电解液被吸入到加工区内，并可通过热对流抑制加工区内的温升。间歇回退方式对单电极和阵列电极加工都适用，在微细电解加工研究中得到了较多的应用。

间歇回退加工过程如图1所示，首先在回退前切断加工电源，防止电极在运动过程中对孔侧壁二次加工；然后电极逆进给方向快速回退到距离加工表面外一定距离处，使外部电解液将其端部附着的反应物尽量冲走；再根据进给速度计算当前加工位置，电极快速前进到该位置，形成加工间隙，接通电源，继续加工。在图1中，T为每次回退(含快退、快进过程)所需时间，由伺服控制装置的响应速度决定；T，为两次回退之问的进给加工时间。加工最初时，间隙内是新鲜电解液，电化学反应步骤是加工过程控制步骤；加工一段时间后，随着电解产物蓄积，间隙内电解液实际电导率降低，电化学反应速度随之减小，这时反应产物移除步骤成为控制步骤，当反应产物在间隙内积累到一定数量(并不一定需占据全部间隙空间)，加工中断，此时需回退换液，如此往复。因此间歇回退加工过程实际由电化学反应步骤和反应产物移除步骤交替控制，加工速度的计算和优化必须综合考虑由法拉第电解定律得出的阳极金属蚀除速度和反应产物的移除速度的影响。

3间歇回退方式加工速度分析 当加工间隙△很大，在曲线极值点的右侧时，随着△减小，加工速度会逐渐增大，这是由于 阳极金属蚀除速度。较小，电解产物生成速度较慢，对间隙内加工条件的影响较小，此时电化学反应步骤是加工过程的控制步骤，加工速度主要受影响。当加工间隙减小到极值点附近时，此时加工程实际由电化学反应步骤和反应产物移除步骤混合控制，两个步骤的潜在反应速度基本相同。当加工间隙△继续减小，趋近于零时，加工速度随..△近似呈现线性减小，这是由于在加工间隙很小时，间隙空间内容污(反应产物)能力弱，阳极金属蚀除速度迅速降低，有效加工时间很短，此时反应产物移除步骤成为加工过程的控制步骤，加工速度主要受电解产物移除速度的影响。在微细加工感兴趣的微小加工间隙(△<30 m)内，如图5所示，当A值很小(=0．0005)时，B值对加工速度的影响很小。这是因为在微小加工间时，产物生成速度快，有效加工时间丁，相对于回退时间丁n而言较小，对加工速度的影响也较小。这意味着，为了达到较好的加工精度，采用小间隙加工时，产物排出困难，A值很小，即便是提高电解液浓度和加工电压(B值会随之增大)，对加工速度的改善也非常有限；且较高的电解液浓度和加工电压会导致集中蚀除能力变弱，加工区域的侧面间隙扩大。因此在微小加工间隙时应采用低浓度电解液和低电压加工，加工速度不会明显下降，同时能更好地保证加工精度.4结论

在微细电解加工过程中，随着加工间隙减小，加工区域内电解产物的移除和电解液更新困难，电解产物的移除步骤制约着阳极金属的实际蚀除速度，逐渐成为加工过程的控制步骤，最终决定了实际加工速度。在微小加工间隙时不能简单地根据阳极金属理想蚀除速度公式来确定加工间隙和加工速度等参数，否则会得出与实际情况矛盾的结果。加工速度的计算和优化必须综合考虑由法拉第电解定律得出的阳极金属蚀除速度和反应产物的移除速度的影响。为了有效移除电解产物，保证加工的持续进行，可采用工具电极间歇回退加工方式来强化加工间隙内部电解液的更新。间歇回退加工时，实际加工速度并不随加工间隙..△的减小而单调增大，实际加工速度存在极限值(极大值)，将对应的间隙值作为实际加工间隙，可兼顾加工效率和加工精度。当加工间隙△减小并趋近于零时，由于电解产物的影响，阳极金属蚀除速度并不会趋于无穷大，实际加工速度将随△减小反而降低。参考文献：

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第五篇：特种加工论文

特种加工技术的现代应用及其发展研究

摘要：特种加工技术是直接借助电能、热能、声能、光化学能或者复合能实现材料切削的加工方法，是难切削材料、复杂型面、低刚度零件及模具加工中的重要工艺方法。本文介绍了概念、特点、分类以及近些年应用于特种加工的一些新方法、新工艺。

关键词：特种加工 电火花加工 电化学加工 高能束流加工 超声波加工 复合加工

1、特种加工技术的特点

现代特种加工（SP，SpciaI Machining）技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能及特殊机械能等多种能量或其复合以实现材料切除的加工方法。与常规机械加工方法相比它具有许多独到之处。

1.1以柔克刚。因为工具与工件不直接接触，加工时无明显的强大机械作用力，故加工脆性材料和精密微细零件、薄壁零件、弹性元件时，工具硬度可低于被加工材料的硬度。

1.2用简单运动加工复杂型面。特种加工技术只需简单的进给运动即可加工出三维复杂型面。特种加工技术已成为复杂型面的主要加工手段。

1.3不受材料硬度限制。因为特种加工技术主要不依靠机械力和机械能切除材料，而是直接用电、热、声、光、化学和电化学能去除金属和非金属材料。它们瞬时能量密度高，可以直接有效地利用各种能量，造成瞬时或局部熔化，以强力、高速爆炸、冲击去除材料。其加工性能与工件材料的强度或硬度力学性能无关，故可以加工各种超硬超强材料、高脆性和热敏材料以及特殊的金属和非金属材料，因此，特别适用于航空产品结构材料的加工。

1.4可以获得优异的表面质量。由于在特种加工过程中，工件表面不产生强烈的弹、塑性变形，故有些特种加工方法可获得良好的表面粗糙度。热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区及毛刺等表面缺陷均比机械切削表面小。各种加工方法可以任意复合，扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。

由于特种加工技术具有其它常规加工技术无法比拟的优点，在现代加工技术中，占有越来越重要的地位。许多现代技术装备，特别是航空航天高技术产品的一些结构件，如工程陶瓷、涡轮叶片、燃烧室的三维型腔、型孔的加工和航空陀 螺、传感器等精细表面尺寸精度达0.001Pm 或纳米（nm）级精度，表面粗糙度#$ <0.01Pm 的超精密表面的加工，非采用特种加工技术不可。如今，特种加工技术的应用已遍及到各个加工领域。

2、特种加工的几种方法及分类

2.1电火花加工（也叫放电加工，EDM，ElectrosparkDischarge Machining）是一种电加热加工过程。它是将工具电极和工件置于绝缘的工作液中，工件和工具分别接直流脉冲电源正极和负极，加上电压，因电极之间的放电效应，产生火花放电对金属产生腐蚀来进行加工。由于电极之间工件材料的微小体积上可集中很高的能量（106 ~ 107W / mm2）足以使材料熔化和蒸发。总能量的一部分也释放到工具电极上造成工具磨损。因此，工具电极磨损和加工精度低是电火花加工的重要问题也是研究发展工作的主攻方向。

电火花加工方法，按其加工过程中工具与工件相对运动的方式和加工用途的不同，可分为电火花穿孔和成形加工、电火花线切割、电火花磨削、电火花同步回转加工及电火花强化与刻字等几大类。电火花加工这种工艺方法在航空工业中直接进入产品加工的比重是比较小，大多数用于工具和非标准设备制造。它已广泛用于加工各种模具、曲面零件、异形孔和盲孔，用电火花切割可切割冲模，二次曲面或空间曲面的零件，用电火花镗、磨可加工高精度的小孔、外圆、内外螺纹和齿轮等。如今，电火花加工和线切割电火花加工技术和设备都取得了长足的进步，无论从设备自动化完备程度、加工精度、效率和功能都有很大改观。

2.2电解加工（ECM，Electrochemical Machining）属于电化学加工范畴，它是利用金属在电解液中发生“阳极溶解”的原理，将零件加工成形的。加工时，工件接直流电源的正极（阳极），按要求形状制成的工具接负极（阴极），具有一定压力的电解液从两极间隙中迅速流过，于是工件表面的金属按工具阴极的形状迅速溶解，并随即被高速的电解液冲走，这种加工方法没有机械加工中切削力和切削热的作用，也没有电火花加工中的热影响，在航空工业中，发动机新结构、新材料构件广泛利用电解加工，如钛合金零件、高温涡轮深细冷却孔、整体涡轮和叶轮以及大型环形壳体件的内外旋转表面、中小型支承件、盘形件腹板、特形孔均可采用电解加工。如今，电解加工技术已成为研制先进的航空发动机的关键制造技术之一。

电解加工的发展趋势：进一步拓宽电解加工的应用范围，提高加工精度，降低加工成本，提高生产率，建立电解加工柔性制造系统（FMS），开展计算机数 2 控仿形电解加工技术研究，开展理论研究和建立过程模型。

2.3复合加工（CM，Combined Machinin）是指用多种能量组合进行材料去除的工艺方法，以便能提高加工效率或获得很高的尺寸精度、形状精度和表面完整性。对于陶瓷、玻璃和半导体等高脆性材料，复合加工是经济、可靠地实现高的成形精度和极低的表面粗糙度（可达10nm），并是使表面和亚表层的晶体结构组织的损伤减少至最低程度的有效方法。复合加工的方法大多是在机械加工的同时，应用流体力学、化学、光学、电力、磁力和声波等能量进行综合加工。也有不用常规的加工方法而仅仅依靠化学、光学或液动力等作用的复合加工。复合加工的技术发展趋势：复合加工是对传统中常用的单一的机械加工、电加工和激光加工等方法的重要发展和补充。随着精密机械大量使用脆性材料（如陶瓷、光学玻璃和宝石晶体等）以及电子工业要求超精密的晶体材料（如超大规模集成电路的半导体晶片、电子枪的单晶体LaB4 和蓝宝石等），将促使对其他能量形式的加工机理进行深入研究，并发展出多种多样的适用

于各类特殊需求的最佳复合加工方法。发展虚拟制造技术。在实验基础上，应用计算机仿真模拟有限元分析方法来精确优化加工参数。如对脆性材料的物理化学特性多样的研究，可以开发出对脆性材料进行无微细裂纹且经济性高的有效的工艺，并可预测出各种不同的复合加工工艺的物理参数和磨料特性下的表面精整质量、形状精度和材料去除率，以利于对加工过程进行优化控制。

2.4高能束流加工 高能束流加工也称为三束流加工，是利用能量密度很高的激光束 电子束或离子束等去除工件材料的特种加工方法的总称，其中电子束加工技术改变了原有的设计思想，可将原有的高精度复杂难加工型面或无法加工的大型整体零件分成若干个易加工的单元，精加工和热处理以后，用电子束将其焊接成整体零件。

2.5超声波加工 它是利用加工工具的超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种成形方法、超声波加工的尺寸精度可达0.05 0.01mm，表面粗糟度Ra值可达0.8 0.1 m，它适宜加工任何脆硬材料，可加工各种孔和型腔，也可进行套料切割、开槽和雕刻等，由于超声波加工的生产效率比电火花加工低，而加工精度和表面粗糟度相对较好，所以常用于对工件的抛磨和光整加工。

3、特种加工的发展趋势

为进一步提高特种加工技术水平及扩大其应用范围 , 当前特种加工技术的发展趋势主要包括以下几点: 3 3.1、采用自动化技术。充分利用计算机技术对特种加工设备的控制系统、电源系统进行优化 , 加大对特种加工的基本原理、加工机理、工艺规律、加工稳定性等深入研究的力度 , 建立综合工艺参数自适应控制装置、数据库等(如超声、激光等加工), 进而建立特种加工的 CAD /CAM与 FMS(Flexible ManufacturingSystem,柔性制造系统)系统 , 使加工设备向自动化、柔性化方向发展 , 这是当前特种加工技术的主要发展方向。

3.2、趋向精密化研究。高新技术的发展促使高新技术产品向超精密化与小型化方向发展 , 对产品零件的精度与表面粗糙度提出更严格的要求。为适应这一发展趋势 , 特种加工的精密化研究已引起人们的高度重视 , 因此 , 大力开发用于超精加工的特种加工技术(如等离子弧加工等)已成为重要的发展方向。

3.3、开发新工艺方法及复合工艺。为适应产品的高技术性能要求与新型材料的加工要求 , 需要不断开发新工艺方法 , 包括微细加工和复合加工 , 尤其是质量高、效率高、经济型的复合加工 , 如工程陶瓷、复合材料以及聚晶金刚石等。

3.4、污染问题是影响和限制有些特种加工应用、发展的严重障碍。加工过程中产生的废渣、废气如果排放不当 , 会造成环境污染 , 影响工人健康。必须花大力气处理并利用废气、废液、废渣 , 向“ 绿色 ” 加工的方向发展。

3.5进一步开拓特种加工技术。以多种能量同时作用 , 相互取长补短的复合加工技术 , 如电解磨削、电火花磨削、电解放电加工、超声电火花加工等 ,需要不断。

参考文献

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