电子束加工的发展与应用

第一篇：电子束加工的发展与应用

电子束加工的发展与应用

摘要；电子束加工技术是近年发展起来的一种先进制造技术。利用高能量的会聚电子束的热效应或电离效应对材料进行的加工。电子束加工它在精密微细方面，尤其是在微电子学领域中得到较多的应用机械加工等方面的应用已受到广泛关注。主要介绍电子束的原理，发展与应用。关键词：电子束 电离效应 材料加工

0 引言

电子束加工利用电子束的热效应可以对材料进行表面热处理、焊接、刻蚀、钻孔、熔炼，或直接使材料升华。电子束加工的特点是功率密度大，能在瞬间将能量传给工件，而且电子束的能量和位置可以用电磁场精确和迅速地调节，实现计算机控制。所以电子束加工应用方面非常广泛，是一种不可或缺的加工方法。电子束加工的原理

1.1电子束原理

电子束是在真空条件下，利用聚焦后能量极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化，被真空系统抽走。电子束加工的基本原理是：在真空中从灼热的灯丝阴极发射出的电子，在高电压作用下被加速到很高的速度，通过电磁透镜会聚成一束高功率密度的电子束。当冲击到工件时，电子束的动能立即转变成为热能，产生出极高的温度，足以使任何材料瞬时熔化、气化，从而可进行焊接、穿孔、刻槽和切割等加工。由于电子束和气体分子碰撞时会产生能量损失和散射，因此，加工一般在真空中进行。电子束加工是以高能电子束流作为热源,对工件或材料实施特殊的加工,是一种完全不同于传统机械加工的新工艺。电子束加工的发展

2.1电子束世界发展

电子束加工技术起源于德国。德国物理学家1948年发明了第一台电子束加工设备(主要用于焊、接)．1949年,德国 首次利用电子束在厚度为0.5mm的不锈钢板上加工出直径为小于0.2mm的小孔。从而开辟了电子束在材料加工领域的新天地。1957年法国原子能委员会萨克莱核子研究中心研制成功世界上第一台用于生产的电子束焊接机,其优良的焊接质量引起人们广泛重视。20世纪60年代初期,人们已经成功地将电子束打孔、铣切、焊接、镀膜和熔炼等工艺技术应用到各工业部门中,促进了尖端技术的发展。微电子学的发展对集成电路元件的集成度要求不断提高,因而对光刻工艺提出了更高的要求,扫描电子束曝光机研制成功。经过几十年的发展，目前全世界已有几千台设备在核工、业，航空宇航工业及重型机械等工业部门应用。世界上电子束加工技术较先进的国家是德国、日母、美国、独联体以及法国等。2.2 电子束我国发展

我国自20世纪60年代初期开始研究电子束加工工艺,经过多年的实践,在该领域也取得了一定成果。大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,采用电子束对材料表面进行照射,研究其对材料表面的改性。郝胜志等以纯铝材为基础研究材料,深入研究不同参数的脉冲电子束轰击处理对试样显微结构和力学性能的影响规律,进而获得强流脉冲电子束表面改 性的一些微观物理机制,通过载能电子与固体表面的相互作 用过程,建立较为合理的实际加工中的物理模型,利用二维模型数值计算方法模拟计算试样中的动态温度场及应力场分布。吉林大学关庆丰教授带领的科研小组,对于强流脉冲电子束作用下金属材料微观组织结构的形成与性能进行研究。张万金教授对于采用电子束辐照对新型质子交换膜的合成及性能的影响进行研究等。虽然我国对于电子束加工目前已在仪器仪表、微电子、航空航天和化纤工业中得到很好应用,电子束打孔、切槽、焊接、电子束曝光和电子束热处理等也都陆续进入生产,但从电子束加工技术现状及新的发展趋势可以看出,我国在该领域的研究与世界先进水平差距很大。我们在今后的发展上是要有很大的路要走，还有很多问题需要我们解决。电子束加工的特点

3.1电子束加工的特点

电子束加工属于精密微细加工电子束能够极其细微的聚焦，因此加工面积可以很小，是一种精密的加工方法；电子束加工是在真空状态下进行,对环境几乎没有污染。加工材料范围广电子束能量密度很高，工件不受外界机械力作用，不产生宏观应力和变形，因此加工材料范围非常广，可以加工脆性、韧性的导体、非半导体和半导体等材料；电子束加工的精度非常高，表面质量好的特点；电子束加工时，生产率很高，因为电子束能量密度很高，所以加工生产率很高；电子束加工还有控制性能好的特点，电子束能够通过磁场或电场对其强度、位置、聚焦程度进行直接控制，且自动化程度高；电子束加工温度容易控制，但是电子束加工的设备昂贵，因为电子束加工需要一整套专用设备和真空系统，设备价格非常较贵，所以加工成本高。电子束加工的应用

4.1电子束应用

电子束加工有着许多特点，以至于电子束加工在材料加工中的应用非常广泛。电子束加工目前已被广泛地应用于高硬度、易氧化或韧性材料的微细小孔的打孔,复杂形状的铣切,金属材料的焊接、熔化和分割,表面淬硬、光刻和抛光,以及电子行业中的微型集成 电路和超大规模集成电路等的精密微细加工中。随着研究的不断深入,电子束加工已成为高科技发展中不可或缺的特种加工手段之一。4.1电子束焊接

在材料加工中电子束焊接具有焊缝深宽比大，焊接速度快，工件热变形小，焊缝物理性能好工艺适应性强等优点。并且能改善接头机械性能减少的缺陷保证焊接的稳定性和重复性。因而具有极为广阔的应用前景。电子束焊接的加工范围极为广泛，尤其是在焊接大型铝合金零件中电子束焊接工艺具有极大的优势并且可用于不同金属之间的连接。电子束焊接代替了过去的氩弧焊焊接大型铝合金筒体在提高生产效率的同时得到了性能良好的焊接接头。4.2电子束在打孔

电子束在打孔方面的应用也很广阔，电子束打孔技术能加工各种孔。其中包括异形孔，斜孔，锥孔还有弯孔等。电子束打孔具有生产效率高加工材料范围广，加工质量好，无毛刺和再铸层等缺陷。电子束打孔在国外已被广泛应用于航空核工业以及电子化学等工业如喷气发动机的叶片及其他零件的冷却孔，涡轮发动机燃烧室头部及燃气涡轮化纤喷丝头和电子电路印刷板等。在用电子束对材料进行打孔加工时,每个电子束脉冲打一个孔,脉冲宽度一般只有几毫秒,脉冲的速率快,打孔的速度可以达到每秒几个到3000个孔。电子 束脉冲的能量高,不受材料硬度的限制,没有磨损,可以对难熔、高强度和非导电材料进行打孔加工。并且电子束的束斑形状可控,加工效率高,加工材料的适应范围广,加工精度高、质量好,无缺陷,一般不需要二次加工。目前,电子束打孔的范围是:实际生产中,加工直径为0.1mm至.8mm之间,最大深度为5mm;在实验室中,加工直径为在0.05mm至1.5mm之间,最大深度为10mm。4.3 电子束物理气相沉积

电子束物理气相沉积是电子束技术与物理气相沉积技术的有机结合,是利用高能电子轰击沉积材料,使其迅速升温气化而凝聚在基体材料表面的一种表面加工工艺。根据沉积材料的性质,可以使涂层具有优良的隔热、耐磨、耐腐蚀和耐冲刷性能,对基体材料产生一定的保护作用。主要包括在制备微层材料，微层材料是指纳米和微米多层材料具有可设计性强的特点,可通过选择材料体系、设计多层结构、调整制备工艺以及主要工艺参数,对材料的基本性能进行控制,以获得满足各种不同用途的材料；航空和航天发动机方面的应用；热障涂层是由绝热性能良好的陶瓷材料构成,它沉积在耐高温金属或超合金表面,热障涂层对于基底材料起到隔热作用,降低基底温度,使得用其制成的器件能在高温下运行；防腐涂层由于EB2PVD技术制备出的涂层致密程度高,对于在腐蚀环境下工作的零件,其防腐效果非常好。耐磨涂层等方面的应用。

结论

电子束加工是特种加工的一部份，随着科技的发展，特种加工技术将会越用越广没，我们的时代发展速度越来越快。无论是在效率上还是在精度上我们的技术都会更加成熟的。所以电子束加工技术在今后也会有更多的发展在更多方面进行应用的在不同的领域不断的发展。很值得我们探索。[参考文献] [1] 周广德电子束焊机拄术的新进展．第三届电子束焊接学术年会文.1993.P85 [2] 刘春飞,张益坤.电子束焊接技术发展历史、现状及 展望(Ⅱ)[J].航天制造技术,2003(02)[3] 周广德．电子束焊接技术的新进展．第三届电子束焊接学术年会论文集1993 [4] 范玉殿．电子书和离子束加工．机械工业出版社．1989 [5] 刘景顺,曾岗,李明伟,等.电子束物理气相沉积(EB2PVD)技术研究及应用进展[J].材料导报,2007,11,21(Ⅸ)[6] 车琴香,黄锦文IgorLPobol.电子束表面工程的技术发展水平[J].中国设备管理,2000(8).[10] 电子束加工[J].机械制造,1996(7)[7] 李金桂.现代表面工程的重大进展[J].材料保护, 2000,1,33(1).

第二篇：先进激光焊接与电子束焊接技术发展及其应用

高能束焊接论文

先进激光焊接与电子束焊接技术发展及其应用

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先进激光焊接与电子束焊接技术发展及其应用

摘要:介绍激光焊接与电子束焊接技术的发展历史，阐明这两种焊接的发展与应用现状及未来的发展前景，论述这两种焊接工艺的特点及需进一步研究与探讨的问题，将激光焊接(LBW)与电子束焊接(EBW)进行分析，指出这两种焊接工艺的优势所在及其存在的问题。

关键词：激光焊接 电子束焊接 发展与应用

前言

焊接，作为现代重要的加工技术之一，自1882年出现碳孤焊开始，迄今己经历了100多年的发展历程，为了适应工业发展及技术进步的需要，先后产生了埋弧焊、电阻焊、电渣 悍及各种气体保护焊等一系列新的焊接方法。进入20世纪50年代后，随着焊接新工艺和新能源的开发研究，等离子弧切割与焊接、真空电子束焊接及激光焊接等高能束技术也陆续应用到各工业部门，使焊接技术达到了一个新的水平。特别是近年来，各种尖端工业的发展需求，不断提出了具有特殊性能材料的焊接问题，如高强钢、超高强钢、特种耐热耐腐蚀钢、高强不锈钢、特种合金及金属间化合物、复合材料、难熔金属及异种材料焊接等等。激光焊接技术与其它熔化焊相比独具的深宽比高，焊缝宽度小，热影响区小、变形小，焊接速度快，焊缝质量高，无气孔，可精确控制，聚焦光点小，定位精度高，易实现自动化等优点。电子束焊接具有其它熔焊方法难以比拟的优势和特殊功能:其焊接能量密度极高，容易实现金属材料的深熔透焊接、焊缝窄、深宽比大、焊缝热影响区小、焊接残余变形小、焊接工艺参数容易精确控制、重复性和稳定性好等。这两个焊接方法在各种加工制造业中得到了高度重视。激光焊接技术

激光焊接是一种新型的熔化焊接方式，是利用原子受激辐射的原理，使工作物质(激光材料)受激而产生的一种单色性好、方向性强、强度很高的激光束。聚焦后的激光束最高能量密度可达1013w/cm²，在千分之几秒甚至更短时间内将光能转换成热能，温度可达一万摄氏度以上，利用这种高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池，从而达到焊接的目的。激光焊接主要针对薄壁材料、精密零件的焊接，可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等。

激光焊接中应用的激光器主要有两大类，一类是固体激光器，又称Nd: YAG激光器。Nd(钦)是一种稀土族元素，YAG代表忆铝拓榴石，晶体结构与红宝石相似。Nd: YAG激光器波长为1.06mm，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送，因此可以省去复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统或远程加工，通常用于焊接精度要求比较高的工件。另一类是气体激光器，又称CO2激光器，分子气体作工作介质，产生平均为10.6mm的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，标准激光功率在2—5千瓦之间。1.1激光焊接的种类

激光焊接分为脉冲激光焊接和连续激光焊接两大类。脉冲激光焊特别适用于对电子工业和仪表工业微形件的焊接，可以实现薄片(0.2mm以上)、薄膜(几微米到几十微米)、丝与丝(直径0.02—2mm)、密封缝焊和异种金属、异种材料的焊接，如集成电路外引线和内引线(硅片上蒸镀有的铝膜和厚铝箔间)的焊接，微波器件中速调管的担片和钥片的焊接，零点几毫米不锈钢、铜、镍、担等金属丝的对接、重迭、十字接、T字接，密封性微型继电器、石英晶体器件外壳和航空仪表零件的焊接等。连续激光焊接主要使用CO2大功率气体激光器，适合于从薄板精密焊到50mm厚板深穿入焊的各种焊接。

1.2激光焊接的特点

激光焊接与传统的熔焊工艺相比，具有的优势主要集中在以下几个方面:(1)能量密度大且放出极其迅速，在高速加工中能避免热损伤和焊接变形，可进行精密零件、热敏感性材料加工。

(2)被焊材料不易氧化，可以在大气中焊接，不需要气体保护或真空环境。

(3)激光可对绝缘材料直接焊接，对异种金属材料焊接比较容易，甚至能把金属与非金属焊接在一起。

(4)激光焊接装置不需要与被焊接工件接触。激光束可用反射镜或偏转棱镜将其在任何方向上弯曲或聚焦，还可用光导纤维将其引到难以接近的部位进行焊接。激光还可以穿过透明材料进行聚焦，因此可以焊接一般方法难以接近的接头或无法安置的接焊点，如真空管中电极的焊接。

(5)激光束不会带来任何磨损，且能长时间稳定工作。激光焊接的不足主要表现在以下两点:(1)要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺寸小，焊缝窄。如工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺陷。

(2)激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资比较大。2激光焊接在加工生产中的应用

激光焊接最主要的应用领域是汽车、航空航天、船舶等加工中的焊接制造。以汽车制造为例，激光焊接己实现规模化，并且己出现了相关的自动生产线和焊接机器人。据有关资料统计，在欧美发达工业国家中，有50%—70%的汽车零部件是用激光加工来完成的。其中主要以激光焊接和激光切割为主，激光焊接在汽车工业中己成为标准工艺。我国汽车工业界也开始重视这种先进的焊接技术，如率先使用激光焊接技术的上海大众，新近上市的多功能轿车的车身上，使用激光焊接技术的总长度达到41米。汽车工业中，激光技术主要用于车身拼焊、焊接和零件焊接。

激光用于车身面板的焊接可将不同厚度和具有不同表面涂镀层的金属板焊在一起，然后再进行冲压，这样制成的面板结构能达到最合理的金属组合。由于很少变形，也省去了二次加工。激光焊接加速了用车身冲压零件代替锻造零件的进程。采用激光焊接，可以减少搭接宽度和一些加强部件，还可以压缩车身结构件本身的体积。仅此一项车身的重量可减少50kg左右。而且激光焊接技术能保证焊点连接达到分子层面的接合，有效提高了车身的刚度和碰撞安全性，同时有效降低了车内噪声。

激光拼焊是在车身设计制造中，根据车身不同的设计和性能要求，选择不同规格的钢板，通过激光截剪和拼装技术完成车身某一部位的制造，例如前档风玻璃框架、车门内板、车身底板、中立柱等。激光拼焊具有减少零件和模具数量、减少点焊数目、优化材料用量、降低零件重量、降低成本和提高尺寸精度等好处。而激光焊接主要用于车身框架结构的焊接，例如顶盖与侧面车身的焊接，传统焊接方法的电阻点焊己经逐渐被激光焊接所代替。用激光焊接技术，工件连接之间的接合面宽度可以减少，既降低了板材使用量也提高了车体的刚度，目前己经被世界上部分生产高档轿车的大汽车制造商和领先的配件供应商所采用。

飞机制造中，它主要应用于飞机大蒙皮的拼接以及蒙皮与长析的焊接，以保证气动面的外形公差。另外在机身附件的装配中也大量使用了激光束焊接技术，如腹鳍和襟翼的翼盒，结构不再是应用内肋条骨架支撑结构和外加蒙皮完成，而是应用了先进的饭金成形技术后，采用激光焊接技术在三维空间完成焊接拼合，不仅产品质量好，生产效率高，而且工艺再现性好，减重效果明显。

珠宝首饰行业中，激光焊接可满足美观性及不同材质间焊接，己被广泛用于金银首饰补孔、点焊砂眼、焊镶口等。

激光焊接中的熔覆技术己成为模具修补的主要技术，航空业界用此技术进行航空发动机Ni基涡轮叶片耐热、耐磨层的修复。激光熔覆与其它表面改性方法相比，加热速度快、热输入少，变形极小，结合强度高，稀释率低，改性层厚度可精确控制，定域性好、可达性好、生产效率高。

其它诸如手机电池、电子元件、传感器、钟表、精密机械、通信等行业都己引入了激光焊接技术。

激光焊接由于设备投入较高，目前只是在高附加值的领域里应用较多，即使在这些领域里，激光焊接长期以来也并没有被充分利用。不过随着新的激光焊接技术和设备的研发，激光焊接正在逐渐挤进长期以来一直被传统焊接技术所占据的“领地”。3激光焊接技术的发展前景与面临的挑战

目前，在激光焊接技术研究与应用方面处于世界领先水平的国家有德国、日本、瑞士和美国等国。横流连续CO2激光加工设备的输出功率可达20kW，脉冲Nd: YAG激光器的最大平均输出功率也己达到4kW，并且实现了纳秒级的脉冲宽度。激光焊接能够实现的材料厚度最大己达80mm，最小为0.05mm，大部分材料的激光焊接质量均超过传统焊接工艺。激光焊接技术正朝着低成本、高质量的方向发展，具有很大的发展潜力和发展前景。可以预料，激光焊接工艺将逐步占据焊接领域的主要位置，并取代一些传统落后的焊接方法。

激光焊接技术在迅猛发展的同时，也面临着一些新的课题，其中包括:高功率低模式激光器的开发及在焊接中的应用;纳秒级短脉冲高峰值功率激光焊接过程中激光与材料的作用机制;超薄板材激光焊接工艺的优化与接头性能的检测;激光焊接时声、光、电信号的反馈控制;激光焊接过程中等离子体的产生对焊接质量的影响等等。激光焊接技术面临的这些新的挑战，有待于从事激光焊接的研究人员进行深入的探讨，同时，这些新问题的提出也预示着激光焊接技术正向着更加深化的方向发展。4电子束焊接方法

电子束焊接(EBW)是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压(25—300KV)加速电场作用下被拉出，并加速到很高的速度(0.3—0.7倍光速)，经一级或二级磁透镜聚焦后，形成密集的高速电子流，当其撞击在工件接缝处时，其动能转换为热能，使材料迅速熔化而达到焊接的目的。其实，高速电子在金属中的穿透能力非常弱，如在100KV加速电压下仅能穿透0.025mm。但电子束焊接中之所以能一次焊透甚至达数百毫米，这是因为焊接过程中一部分材料迅速蒸发，其气流强大的反作用力将熔融的底面金属液体向四周排开，露出新的底面，电子束继续作用，过程连续不断进行，最后形成一深而窄的焊缝。4.1电子束焊接的特征

由于高能量密度的电子束流集中作用的结果，使得电子束焊接熔池“小孔”形成机理与其他熔化焊有所不同。根据真空度的不同，电子束焊接可分为高真空焊接、低真空焊接和非真空焊接三种。电子束焊接过程是，高压加速装置形成的高功率电子束流，通过磁透镜会聚，492得到很小的焦点(其功率密度可达10—10W/cm)，轰击置于真空或非真空的焊件时，电子的动能迅速转变为热能，熔化金属，实现金属焊接的目的。电子束焊接的特点可概括如下:（1）电子束斑点直径小，加热功率密度大，焊接速度快，焊缝宽度狭窄，热影响区小，特别适宜于精密焊接和微型焊接;（2）可获得深宽比大的焊缝，焊接厚件时可以不开坡口一次成形;（3）多数构件是在真空条件下焊接，焊缝纯洁度局;（4）规范参数易于调节，工艺适应性强。焊接工艺参数的重复性和再现性好;（5）适于焊接多种金属材料;（6）焊接热输入低，焊接热变形小。当然电子束焊接方法也有一些不足，如:(1)电子束焊机结构复杂，控制设备精度高，所需费用高;（2）冷却过程中快速凝固，引起焊接缺陷，如气孔、焊接脆性等;（3）工件大小受真空室尺寸的限制，每次装卸工件要求重新抽真空。5电子束焊接在工业上的应用

电子束焊接正广泛应用于各种构件，如结构钢、Ti合金、Al合金、厚大截面的不锈钢和异种材料的焊接。近年来，在对各种材料电子束焊接可焊性和接头性能研究方面均获得了可喜的进展。在焊接大厚件方面，电子束一直具有得天独厚的优势。特别是在能源、重工业及航空工业中发展迅速。如在核工业大型核反应堆环形真空槽和线圈隔板的电子束焊接中，其最大焊接深度达150 mm,电子束焊接发挥其深熔焊的特点可一次焊透厚达150-200mm的钢板，且焊后不再加工就可投入使用。又如在日本PWR蒸汽发电机的安装和改造中采用的就是电子束焊接，他们采用无缺陷的焊接程序和步骤，成功地实现了不锈钢厚板的电子束焊接。

一直以来，电子束焊接在航空、航天工业中的应用居多，主要应用于飞机重要承力件和发动机转子部件的焊接上。例如，在美国近年发展的F-22战斗机机身段上，由电子束焊接的Ti合金焊缝长度达87.6 mm，厚度为6.4-25 mm。同时，电子束焊接技术作为柔性很好的工艺方法，不仅在发动机制造领域中得到了广泛应用，在涡轮叶片及热端部件修理领域也有其广阔的市场。

另外，电子束焊接在电子、仪表和生物医药工业上也起到了独特的作用。由于在这些工业中，有许多零件对焊接质量要求相当高。电子束焊接技术可以解决电子和仪表工业中许多精密零件的焊接难题，例如封装焊接、高熔点金属焊接、集中加热焊接、穿透焊接等，其焊缝质量高，工件变形小，焊接效率也高。在生物医药业中对焊缝清洁度的要求很高，采用电子束焊接可以轻松实现上述行业中各种材料的焊接，如Cu一Be合金、Ti合金、不锈钢以及陶瓷与金属的焊接等。

凭借EBB能量密度高，加热和冷却速度快的特点，采用该焊接技术可以很好地解决异种材料焊接中出现的两种材料冶金不相容和性能差异问题，因此异种材料的电子束焊接己经越来越得到人们的重视，尤其是厚大异种材料的焊接、金属和非金属材料的焊接等。特别是在航空发动机、精密仪器、刀具刃具制造方面有广泛的应用前景。

为了使电子束焊接技术获得更进一步的应用和发展，国内外学者正从以下几方面着手进行研究，即完善超高能密度电子束热源装置;掌握电子束品质过计算机及CNC控制提高设备柔性以扩大其应用领域。近年来，随着电子束焊接设备的不断改进和更新，国内外电子束焊接技术及其应用也有了长足的发展，主要内容包括:日本大阪大学研制了600KV 300KW的超高压电子束热源装置，一次焊200mm厚不锈钢时，深宽比达70: 1。欧共体采用德国阿亨大学研制的DIA BEAM系统，对电子束特性进行了定量研究，对大型壁厚80mm圆筒压力容器电子束焊的环缝起焊收尾搭接处，通过电子束焦点及焊接过程分析，找出了减少和消除圆环焊缝收尾处缺陷的方法。日本采用填丝双枪电子束薄板超高速焊接技术，得到了反面无飞溅的良好焊缝。近年英国焊接研究所采用非真空电子束焊接铜制核废料罐，取得了良好的社会和经济效益。国内有北京航空工艺所在1992年研制成功了ZD 150-15A高压电子束焊机，并用此机完成了多种航空航天发动机零部件的焊接，以及导弹壳体、汽车变截面轴、石油钻头等多种军民品。

6电子束焊接的发展趋势

综上所述，国内外开展电子束焊接技术研究的广度和深度在不断的加大，己经在焊接理论和工艺实践上取得了积极的研究成果。但由于电子束焊接过程中电子束与金属间的深穿快速物理化学冶金作用，以及当前研究分析手段上的局限性，使得焊接机理的本质研究有待进一步深入。基于电子束焊接异种材料的优越性，当前各国在异种材料的电子束焊接方面逐步扩大了异种材料之间连接的研究范围，目前航空航天用的高温结构材料及先进的新型结构材料与黑色金属、有色金属的异种材料的电子束焊接己经成为各国高度关注的研究热点。因此，针对世界电子束焊接技术的研究走向及国内研究的不足，深入开展异种材料，特别是航空航天用的高温新型结构材料的电子束焊接机理及工艺研究有着深远的现实意义和良好的应用前景。从上述电子束焊接的特征和它在工业中的应用现状，不难看出，今后电子束焊接的发展趋势可以概括为:(1)继续扩大在航空航天工业中的应用范围，并在修复领域发挥作用;(2)焊接设备将趋向多功能化和柔性化;(3)非真空电子束焊接的研究和应用将日益成为热点;(4)在厚大件和批量生产中继续发挥其独特优势;(5)电子束焊接将成为空间结构焊接的强有力工具。结语

激光焊接与电子束焊接是焊接新技术，其应用范围和焊接能力还并没有被人们完全认识，还有待于科技工作者进一步研究和开发。相信不久的将来，激光焊接与电子束焊接技术不仅会在更多的加工领域出现，而且还会成为这些领域的主流加工技术之一。

参看文献：

[1]朱林崎.国外高能束流焊接技术发展现状[J].航天工艺，1996(2):48-52.[2]李志远.先进连接方法「M].北京:机械工业出版社 2000.[3]刘金台.高能密度焊「M].西安:西北工业大学出版社1995.[4]王亚军.电子束加工技术的现状与发展.航空制造技术，1995,(增刊1): 28-31.[5]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):45-47.

第三篇：快速扫描电子束加工技术及其在航空制造领域的潜在应用

快速扫描电子束加工技术及其在航空制造领域的潜在应用

电子束加工是利用高能量密度的电子束对材料进行加工处理的方法，电子束作为一种热源，通过调整其能量密度、束斑直径、束流作用时间和材料本身的热物理特性，可以产生加热、熔化和汽化等多种加热效果。电子束加工包括焊接、打孔、热处理、表面加工、熔炼、镀膜、物理气相沉积、雕刻以及电子束曝光等，其中电子束焊接是发展最快、应用最广泛的一种电子束加工技术。电子束加工的特点是功率密度大，能在瞬间将能量传给工件，而且电子束的能量和位置可以用电磁场精确和迅速地调节，实现计算机控制。因此，电子束加工技术广泛应用于制造加工的许多领域，如航天、电子、汽车、核工业等，是一种重要的加工方法。

近年来，随着电磁场控制技术的发展，并结合电子束在磁场中易控的特点，开发了一种新型的电子束加工方法――快速扫描电子束加工技术。这种通过电磁场的控制实现电子束的快速偏转扫描的方法越来越显出其技术的优势，在航空航天制造领域中获得了广泛的应用。

快速扫描电子束加工技术原理与特点

快速扫描电子束加工技术的原理如图1 所示，就是通过对电子枪偏转线圈和聚焦线圈的控制，使电子束在工件上按特定的轨迹、速率和能量快速偏转而实现快速扫描电子束加工。由于电子束几乎没有质量和惯性，可以实现非接触的偏转，而且通过电压控制，可以在不同的位置切换时控制束流通断，这样，束流就可以在构件的不同位置以极高的频率切换。由于材料的热惯性，通过束流与材料的相互作用，在这些位置上就会同时产生冶金效果，实现电子束的扫描加工。如果在不同的束流之间改变聚焦位置或者束流强度，则可以实现多功能加工技术，如多束流加工技术、电子束“毛化”技术以及电子束快速成型技术等。

（1）多束流电子束加工(Multibeam Technology)是指采用2束以上的电子束对材料或结构进行处理和加工的一种方法。多束流电子束可以由多个电子枪产生，也可以由1个电子枪通过电磁场的控制而产生。电子束在不同的位置快速移动，由于移动的频率很高从而产生多束的效果。本文所提到的多束流电子束都是指由1个电子枪通过电磁场控制而产生的多束。

（2）电子束“毛化” 技术（Electron Beam Surfi-sculpt）是英国焊接研究所（TWI）Bruce Dance 等人近年来发明的一种新型电子束加工技术，它借助于电磁场对电子束的复杂扫描控制而在金属材料表面产生特殊的成形效果。其基本过程是在真空环境中，通过快速响应偏转线圈和复杂信号控制程序精确控制电子束流，使其按照某种特定的方式、特定的规律、一定的速度和能量作用于材料表面，并在材料表面形成金属的微小熔池。一旦材料开始形成熔池，电子束将通过磁场的扫描控制被迅速转移到其他位置，而熔化的液态金属在表面张力及金属蒸汽压力的共同作用下，向束流移动相反的方向流动，并在熔池后方快速冷却、凝固。随着束流的重复扫描，熔池前端的金属被继续转移到熔池后端，经过不断的堆积、冷却、凝固，逐渐形成一定形状和大小的“凸起”（毛刺），产生表面“毛化”的效果，而在熔池前端形成很小的凹坑或者凹槽状的“刻蚀”。

本文由振动流化床干燥机http://czcbgz.com 双锥回转真空干燥机czcbgz.com 联合整理发布（3）电子束快速成型技术（Electron Beam Melting，EBM）是一种集成了计算机、数控、电子束和新材料等技术而发展起来的先进制造技术。电子束在计算机的控制下按零件截面轮廓的信息有选择地熔化金属粉末，并通过层层堆积，直至整个零件全部熔化完成；最后，去除多余的粉末便得到所需的三维产品。与激光及等离子束快速成型相比，电子束快速成型技术具有能量利用率高、加工速度快、运行成本低、高真空保护等优点，是高性能复杂粉末冶金件的理想快速制造技术。

快速扫描电子束加工技术的国内外现状 多束流加工技术

电子束扫描技术早在20世纪70 年代就已经用于消除电子束焊接缺陷，但是由于控制技术的限制，最近才开始用于多束流焊接和其他加工技术。德国Steigerwald、PTR和Pro-beam等公司都进行过相关研究，主要是在束流偏转设备方面；Aachen大学的焊接研究所在这方面的研究也比较多，主要是在多束流的束流品质、能量分配及加工过程中热、力、冶金的相互作用方面。英国焊接研究所的Oliver Nello等人设计和建立了可编程偏转系统，该系统具有使电子束在X、Y轴快速偏转并以相似的速度调节电子束焦点（Z轴）的能力，可用于电子束多束流焊接过程应力变形控制的研究。

在国内，北京航空制造工程研究所“十一五”期间在国家自然科学基金（多束流电子束加工的热效应）的基础上搭建了多束流技术试验平台，开展了多束流扫描控制技术的研究，并用于电子束焊接过程中应力和变形的动态控制，降低了试件的焊接残余应力，从而减小最终变形。上海交通大学曾对扫描轨迹可控的电子束加工技术进行研究，初步实现了扫描方式的灵活控制，并尝试进行了一些相关的试验，但由于试验设备等条件的限制，比较侧重于理论方面的验证和控制平台的搭建，相应系统有待于进一步优化和完善，工程应用研究也有待于进一步的开展。电子束“毛化”技术

自发明电子束“毛化”技术以来，英国焊接研究所在该领域开展了大量的研究工作，开发了成熟的电子束“毛化”设备，而且在工艺研究方面也取得了长足的进步。通过控制电子束的工艺参数(包括电子束的加速电压、电流和聚焦)，加上特殊的扫描波形，即可在不同的金属（如不锈钢、钛合金及铝合金等）上产生各种不同的表面，包括高宽比大的尖峰突起、蜂窝结构、无毛刺的孔穴、刀刃、通道、旋涡和网纹。

对任何纹理的结构，都可以通过改变尺寸、形状、入射角和特征分布来定制客户所需的表面。目前已经成功制备尺寸从10μm~20mm的毛刺。图2是电子束毛化的几种表面形貌。该技术不仅能够加工其他工艺无法实现的表面造型，而且在真空操作下可以避免表面污染。

在国内，有关电子束“毛化”技9术的研究刚刚起步，北京航空制造工程研究所在现有电子束焊接设备和电子束加工技术的基础上率先开展研究，通过分析电子本文由振动流化床干燥机http://czcbgz.com 双锥回转真空干燥机czcbgz.com 联合整理发布 束“毛化”技术的原理，设计了快速偏转扫描线圈，搭建了电子束扫描控制系统，实现了电子束“毛化”技术，并在不同的金属表面产生不同的毛化形貌，见图3。3 电子束快速成型技术

相对于激光及等离子快速成型，电子束快速成型出现较晚，但自2001年瑞典Arcam公司确立电子束快速制造技术以来，该技术凭借在粉末近净成型精度、效率、成本及零件性能等方面的独特优势，在国外很快成为研究前沿。美国北卡罗来纳州大学、英国华威大学、德国纽伦堡大学、波音公司、美国Synergeering集团、德国Fruth Innovative Technologien公司及瑞典VOLVO公司积极开展了相关研究工作。研究表明，EBM能显著地减少生产时间并降低生产成本，尤其适合形状复杂金属部件的小批量生产，任何外表奇异复杂的金属部件都可以一次快速成型。其技术与设备被用于生产零部件的直接制造业，并在航空制造、汽车制造、医疗植入物及模具制造等领域均有出色表现。

目前，国内航空航天、汽车及生物医学等领域对复杂结构及多孔结构有巨大需求，但由于电子束快速成型设备及工艺还不成熟，暂时无法满足航空航天高性能复杂零件实际应用要求。清华大学进行过电子束选区快速成型技术研究，并购买了1 台中压的国产电子束设备，将其真空室进行改造，增加Z 向工作台，安装铺粉系统，利用电磁场的控制使电子束按照预定的轨迹进行逐行扫描，从而实现简单的三维零件的快速成型。由于束流品质（如束斑品质、束流稳定性、聚焦效果等）的影响，电子束扫描控制的精度和灵活性还有待进一步提高，制作试件的质量检测和力学性能也正在研究中。

快速扫描电子束加工技术的应用 多束流电子束加工技术

多束流电子束加工技术主要应用于多束流焊接技术，用于提高焊接效率，减少焊接变形，改善难熔易裂材料的焊接性、焊缝性能等。多束流电子束的应用可以方便、迅速（通过电磁场非接触地控制几乎没有质量的电子运动）地调节电子束加工过程中的热量分布，从而对其力学过程和冶金过程进行动态控制，减小应力和变形，防止焊接过程中的热裂倾向，形成高质量的加工部件。图4是德国Pro-beam 公司采用3束电子束同时焊接的实例，结果表明与单束电子束焊接相比，此种方式可以明显减小齿轮焊接变形，而且大大提高了加工效率。

另外，多束流电子束加工技术还可用于异种材料的连接：通过调节不同位置的停留时间，控制在不同区域的能量输入。例如，接头一边的材料熔化，而另一边的材料仍处于加热状态（扩散焊），这样就可以实现固态不完全熔化的异种材料的有效连接。可见，多束流电子束加工技术在多方面都有很大的应用潜力。电子束“毛化”技术

英国焊接研究所正在研究将电子束“毛化”技术应用到金属与的连接技术上，将这种技术称为Comeld技术。该技术先通过电子束“毛化”在金属表面上形成毛本文由振动流化床干燥机http://czcbgz.com 双锥回转真空干燥机czcbgz.com 联合整理发布 刺，预处理后将复合材料置于金属上，通过加温、加压共同固化，即可得到这种金属和复材连接的Comeld接头，如图5 所示。

根据TWI的研究，这种Comeld接头比传统的同尺寸接头能承受更高的载荷，断裂前吸收的能量也远高于后者，而且可以通过优化毛刺的结构及分布形式提高这种接头的韧性。此项技术在未来金属与复合材料连接领域有着重要的应用。

另外，电子束“毛化”技术还可以用在金属材料的表面改性如涂层制备上，如图

6、图7所示。这种表面处理技术在促进基质与涂层的粘合方面具有非常广阔的应用前景。它可以通过增加表面粗糙度来增加涂层附着力，避免分层。毛刺的形状与尺寸可以影响涂层的微观组织，甚至可以改变涂层表面上的裂纹生长机理。同时，凹入特征改善了同邻接部件的机械互锁，而突出特征有助于关节界面均匀分布应力。该技术的灵活性还可应用于定制特殊表面，例如，将突起特征排列在最大应力的方向，或者改变结构特征的密度使部件上应力均匀分布。由于该工艺在真空下完成，生成的表面非常洁净，有助于连接应用。3 电子束快速成型技术

电子束快速成型技术一经面世即引起各国众多科研机构以及制造业界的高度重视，目前已有美国、德国、意大利及日本一些高技术公司和科研机构将该技术用于机械制造业以及航空航天、汽车和医疗植入器材等领域。美国Calcam公司采用电子束快速制造技术制备出了全致密、力学性能优于锻件的Ti6Al4V叶轮部件。瑞典Arcam公司采用电子束快速成型技术制造了特殊的钛合金点阵结构及复杂的部件，见图8和图9。

国内在无法获得设备及相关技术的条件下进行自主开发研究，在钛合金电子束快速成型研究方面取得了较大的进展。西北有色金属研究院多孔材料国家重点实验室开展了电子束快速成型工艺的研究工作，在钛及钛合金复杂结构及多孔结构的电子束快速制造工艺、应力及变形控制方面积累了实践经验，并制造出复杂的钛合金叶轮样件。

结束语

快速扫描电子束加工技术在国外已经相当成熟，在航空航天、汽车、医疗等方面的应用也越来越广泛。国内众多研究单位进行的一系列基础理论和应用研究为快速扫描电子束加工技术的发展奠定了基础，尤其是近几年随着控制技术的发展，快速扫描电子束加工技术在国内发展迅速，已经逐渐应用到工程实践中，进一步推动了国内精密制造技术的发展。(end)文章内容仅供参考()()(2010-8-27)

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第四篇：电子束偏转与聚焦实验报告

告 南 昌 大 学 物 理 实 验 报 告 课程名称: :

普通 物理实验(2）

实验名称：

电子束得偏转与聚焦

学院：

专业班级：

学生姓名: :

学号：

实验地点：

座位号：

实验时间: :

一、

实验目得 ：

1、了解示波管得构造与工作原理。

2、定量分析电子束在匀强电场作用下得偏转情况与在均匀磁场作用 下得偏转情况。、3.表用多字数用使范规会学ﻩ、4.法方得荷比子电量测法焦聚磁会学ﻩ二、实验仪器：

ﻩ ＥB—Ⅲ电子束实验仪、直流稳压电源３０V,２Ａ、数字多用表。

三、

实验原理: :

1、示波管得结构

示波管又称为阴极射线管,其密封在高真空得玻璃壳之中,它得构造如图1所示，主要包括三个部分:前端为荧光屏,（Ｓ,其用来将电子束得动能变为光），中间为偏转系统(Y:垂直偏转板,Ｘ：水平偏转板）,后端为电子枪（Ｋ:阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，Ａ2:第二阳极,A3：前加速阳极）。灯丝H用６、3Ｖ交流供电，其作用就是将阴极加热,使阴极发射电子,电子受阳极得作用而加速。

2、电聚焦原理

电子射线束得聚焦就是电子束管必须解决得问题.在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生得正电场作用而加速运动,同时又受栅极产生得负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G得电压一般要比阴极K得电压低２0～100V，由阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场得作用,初速度小得电子被阻挡,而那些初速度大得电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压得高低可以控制射向荧光屏得电子数,从而控制荧光屏上得辉度.当栅极上得电压负到一定得程度时，可使电子射线截止，辉度为0。

加速电极得电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极，聚焦阳极与第二阳极就是由同轴得金属圆筒组成.由于各电极上得电压不同,在它们之间形成了弯曲得等势面、电场线。这样就使电子束得路径发生弯曲，这类似光线通过透镜那样产生了会聚与发散，这种电器组合称为电子透镜。改变电极间得电压分布，可以改变等势面得弯曲程度,从而达到电子束得聚焦。

3、电偏转原理

在示波管中，电子从被加热得阴极K逸出后,由于受到阳极电场得加速作用，使电子获得沿示波管轴向得动能。电场力做得功ｅU应等于电子获得得动能 2m21v eU 

ﻩ

(1）

即,比正成根方平得2Ｕ压电得2A极阳二第与ｚv度速得动运轴Ｚ沿子电,然显ﻩ22v Umez

(2）

若在电子运动得垂直方向加一横向电场,电子在该电场作用下将发生横向偏转，如图2所示。

若偏转板板长为l、偏转板末端到屏得距离为L、偏转电极间距离为d、轴向加速电压（即第二阳极A2电压）为U2,横向偏转电压为Ｕd,则荧光屏上光点得横向偏转量D由下式给出：

dlUUL Dd2)2l（2 

ﻩ)3（ﻩ 由式(３）可知，当U2不变时，偏转量D随Ud得增加而线性增加。所以，根据屏上光点位移与偏转电压得线性关系,可以将示波管做成测量电压得工具。若改变加速电压U２，适当调节U1到最佳聚焦，可以测定Ｄ—Ud直线随U2改变而使斜率改变得情况。

４、磁偏转原理 子越飞v度速以么那,场磁匀均个一加外向方Ｘ得轴Z直垂在若，后2Ａ过通子电ﻩ电子在Y方向上也会发生偏转，如图所示。

由于电子受洛伦兹力F=eBv作用，F得大小不变，方向与速度方向垂直,因此电子在F得作用下做匀速圆周运动，洛伦兹力就就是向心力,即有eＢv=mv2/R，所以 eBRzmv）4(ﻩﻩﻩ况情得小较φ角转偏在.屏光荧达到射直,出飞向方线切圆沿将后场磁开离子电ﻩ下，近似得有 LDRl   tan

(5）

弯小微得屏光荧略忽（量转偏得点亮上屏光荧在子电为D，度宽场磁为l,中式ﻩ曲)，L为从横向磁场中心到荧光屏得距离。

由此可得偏转量D与外加磁场Ｂ、加速电压U２等得关系为 22lmUeBL D ）６（ﻩﻩ

实验中得外加横向磁场由一对载流线圈产生,其大小为 nI K B0 ）７(ﻩ ﻩ,中式ﻩ0 为真空中得磁导率，n为单位长度线圈得匝数,Ｉ为线圈中得励磁电流，K为线圈产生磁场公式得修正系数（1 0   K）

由此可得偏转量D与励磁电流I、加速电压U2等得关系为 202lmUeL nI K D  )８(ﻩﻩﻩ

当励磁电流I(即外加磁场B）确定时,电子束在横向磁场中得偏转量Ｄ与加速电压Ｕ ２ 得平方根成反比。、5 理原量测得比质荷子电与焦聚磁ﻩ 带点粒子得电量与质量得比值叫荷质比，就是带电微观粒子得基本参量之一。测定荷质比得方法很多，本实验采用磁聚焦法.电子运动方向与磁场平行，故磁场对电子运动不产生影响.电子流得轴线速率为 meU 2//2v ）9（ﻩﻩ大不值幅个一加上Y板极转偏对一在若。量质与量荷电子电为别分ｍ,ｅ，中式ﻩ得交变电压，则电子流通过Y后就获得一个与管轴垂直分量v。如暂不考虑电子轴向速度分量v // 得影响，则电子在磁场得洛伦兹力Ｆ得作用下（该力与v 垂直），在垂直于轴线得平面上作圆周运动,即该力起着向心力得作用，Ｆ=ev B=m2v  /R,由此可得到电子运动得轨道半径m BeR/v  ,v 越大轨道半径亦越大,电子运动一周所需要得时间（即周期)为 Bme RT 2v2 

(1０）

率速及径半道轨与期周转旋得子电明说这ﻩv 无关.若再考虑v ／／ 得存在，电子得运动轨迹应为一螺旋线.在一个周期内，电子前进距离(称螺距）为 emUBT v2//2 2h ）1１(ﻩ量分直垂得度速子电刻时同不于由ﻩv 度不同，故在磁场得作用下，各电子将沿不同半径得螺线前进.然而,由于她们速度得平行分量v /／ 均相同，所以电子在做螺线运动时，它们从同一点出发,尽管各个电子得v 各不相同,但经过一个周期后,它们又会在距离出发点相距一个螺距得地方重新相遇，这就就是磁聚焦得基本原理。由式（11）可得 2 2228 e B h U m  

ﻩﻩ（１2）

：算计式下由以可,B度强性感磁得管线螺直长ﻩ20D LNIB

ﻩ（13)

将式(13）代入式（1２），可得电子荷质比为: 202 222)()(8 e NIh D L U m   )41（ﻩﻩ22eIUkm）51(ﻩﻩ式中

ﻩ202 2 2)()(8kNhD L 

ﻩ（1６）

7258、4＝k，仪验实束子电得用使验实本ﻩ  1０8

四、

实验 内容 ：

ﻩ(1)开启电子束实验仪电源开关 都钮旋调可切一上板面，置位”束子电“向打关开择选”比质荷—束子电“将ﻩ旋至中部，此时在荧光屏上能瞧到一亮斑。适当调节辉度,并调节聚焦，使屏上光点聚成一圆点。（注：光点不能太亮,以免烧坏荧光屏)

（２）光点调零，点圆心中得轴X于位点光使，钮旋”零调轴 X“与“节调轴 X“节调节调轴 Ｘﻩ且左、右偏转得最大距离都接近于满格。Y 轴调节用数字万能表电压档接近于“Ｙ 偏电压表”+、－两端,缓慢调节“Y 轴调节“旋钮使数字万能表读数为0，然后调节“Y 轴调零”旋钮使光点位于Ｙ 轴得中心原点。

(3）测量 随 得变化 压电极阳定取,钮旋压电极阳节调ﻩ ,用数字万能表分别测出时得（垂直电压）值列表记录。

再取，再测 为上述值时得 值记录表中。)4（化变得 流电转偏磁随 量转偏量测ﻩ使亮光点回到Y 轴得中心原点,取，用数字万用表得 档测量磁偏转电流。列表记录 时得磁偏转电流值,然后改变磁偏转电流方向,再测 时得磁偏转电流值。再取 ,重复前面得测量。）5（比质荷子电ﻩ 得测量

把直流稳压电源得输出端接到励磁电流得接线柱上,电流值调到0，将“电子束—荷质比”开关置于“荷质比”位置,此时荧光屏上出现一条直线,阳极电压调到700V。此时若线较暗，则可将“辉度“旋钮顺时针增大至刚好能瞧清竖直亮线为止;在增大“阳极电压”至１000V 位置。若能达到１0０0V 位置，则可固定“辉度“旋钮，开始正式测量。逐渐加大励磁电流使荧光屏上得直线一边旋 转一边缩短，直到变成一个小亮点,读取电流值，然后将将电流调回零.再将电流换向开关板到另一方，重新从零开始增加电流使屏上直线反方向旋转缩短,直到再得到一个小亮点，读取电流值。取其平均值，以消除地磁等得影响。改变阳极电压为8００V,900Ｖ,1000V，重复上述步骤。

五、

实验数据及数据分析处理: :

ﻩ 1、电偏转 ７５0V

-１9、6４-14、55 —9、３8-4、62 0 4、92 9、22 1４、75 19、56１5 1０ 5 0 －5 －１0-1５ —20 9０0Ｖ

－22、59 －16、５9-11、56 —5、4９ 0 5、52 12、０８ 17、５8 23、38

２０ 15 10 5 0 —５ －10 —15-20 绘制 图:

当阳极电压为 750Ｖ，电偏转灵敏度 ； 度敏灵转偏电,V０09 为压电极阳当ﻩ.结论：

与电偏转灵敏度为线性关系，且阳极电压越高,电偏转灵敏度越高.、2 转偏磁ﻩ750V

７８、2 61、２ 4０、7 18、0５ ０ —1８、３0-37、5-５６、0 －77、4

２０ 15 10 5 ０-5-10-１5-2０ 90０Ｖ

8６、6 ６6、2 44、4 2３、45 0 —19、2 —4０、6 —５8、2 －８1、415 10 5 0-5 —１0-15-20 绘制 图：

当阳极电压为 750V，电偏转灵敏度 ； 度敏灵转偏电，V０0９为压电极阳当ﻩ.。低越度敏灵转偏电，高越压电极阳且，系关性线为度敏灵转偏磁与 :论结ﻩ、3（荷比子电ﻩ 得公认值：）

７５0Ｖ 80０Ｖ 900V １000V

1、48 1、5４ 1、6８ 1、7７

1、４9 1、5７ 1、６6 1、７７

1、485 1、5５5 1、６７ 1、77

1.6５0４ 1．６05５ 1。5660

1。548９

1．5927

9、４4% 六、误差分析 ：、１在存，置位得点光际实与置位得点光得察观眼人，时转偏磁与转偏电量测ﻩ误差。

２、测量电偏转后，再测量磁偏转，可能电场未完全消除。

3、仪器引起误差，难以通过旋钮将光点准确调节至所需位置。、４点亮小得前向换与得确准法无时点亮小成变线直使流电大加,时量测比质荷ﻩ比对准.

第五篇：光伏材料加工及应用专业发展改革方案

光伏材料加工及应用专业发展改革方案

一、专业设置和专业培养目标

根据国家新能源政策的战略部署，符合光伏结构调整的市场要求，并根据缺问题，紧贴区域经济发展和社会需求，我院创新专业设置，致力于“师资队伍、实训基地、课程建设、就业基地”四大质量工程建设，全面深化教学改革，推进素质教育，努力提升教学质量，全力打造光伏专业品牌，以培养光伏发材料加工及应用专业方面的实用性人才。

1、社会需求分析

光伏材料又称太阳电池材料，只有半导体材料具有这种功能。可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空间的有单晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶硅、多晶硅、非晶硅。其他尚处于开发阶段。目前致力于降低材料成本和提高转换效率，使太阳电池的电力价格与火力发电的电力价格竞争，从而为更广泛更大规模应用创造条件。但随着技术的发展，有机材料也被应用于光伏发电。

中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府已加强政策引导和政策激励。例如：太阳能屋顶计划、金太阳工程等诸多补贴扶持政策，还有在公共设施、政府办公楼等领域推广使用太阳能。在政策的支持下中国有望像美国一样，会启动一个巨大的市场。

太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占

到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。由此可以看出，太阳能电池市场前景广阔。

中国的光伏生产产业虽然已经是世界第一，但光伏发电的研究还有很大的空间，毕竟发电率还不是很高。所以这就给我们留下了很大的发展空间。

太阳能电池发电效率之所以低，是因为85%的光能都转化为热浪费掉了。只要能有效的抑制太阳电池内载子和声子的能量交换，就能有效的避免太阳电池内无用的热能的产生，大幅地提高太阳电池的效率，甚至达到超高效率的运作。如果成功了，一定会将人类带入一个崭新的时代！

2、培养目标

1．培养目标

本专业培养德、智、体、美、劳全面发展，具有现代企业意识，适应经济建设发展需要，掌握光伏产业链中太阳能光电建设工程及各种应用产品基础理论知识、基本方法和基本技能，动手能力强、素质高,在太阳能光电工程、新能源光电应用技术转换、储存及相关领域从事生产运行、技术管理、产品检测与质量控制等工业的高级应用型专门人才。

2．基本要求

①熟悉本专业所需外语知识，通过大学生英语应用能力A级考试。

②具有本专业所必需的计算机应用的初步能力，通过国家计算机一级等级考试。

③具备一定的政治理论素养和法律知识，具有良好的职业道德素养、健康的体魄和一定的人文和艺术素养。

④掌握半导体物理与器件、硅材料科学与技术、光伏技术与工艺等学科的基础理论和基本知识。

⑤掌握光伏材料生产操作、设备的运行和维护、材料产品分析检测、材料产品质量控制的基本技术。

⑥具备在光伏材料及相关领域从事设计、生产、管理的基本能力。

⑦熟悉光伏产业特别是晶态硅工业有关的方针、政策和法规，了解光伏材料行业发展的现状、动态和前景，具有一定的光伏材料特别是晶体硅生产组织管理的能力。

二、课程体系和结构

专业课程体系和结构的合理、科学与否关系到专业培养目标能否实现。我们在制订专业教学计划、设计开设的课程时考虑了以下几个因素：第一、学院的办学层次、办学条件、办学环境。第二、外语专业课与法律专业课的恰当比例。第三、知识传授与能力培养的关系。第四、学生知识结构与市场需求的关系。

我系在教学过程中，本着实事求是的态度，遵循“三个结合”（即素质教育与业务培养相结合、知识传授与能力培养相结合、教学与科研相结合）的指导思想，建立了由公共基础课、专业必修课、选修课、综合实训课和讲座课构成的科学、合理、完整的课程体系。

主干学科：光伏材料及应用

三、课程建设

人才培养的质量是高职院校的能否存在的关键，而课程的质量是这条生命线的核心环节。课程教学既是决定一所学校人才培养中教学质量和水平的最基本标志，又是学校科研、师资和管理水平等诸多因素的综合体现。因而，开展课程建设工作是提高教学质量和实施教学改革的需要，也是我院建设高水平高职院校的需要。

我系课程建设的目标之一：将本专业的光伏组件工艺确定为精品课程。为实现这一目标，我们力求做到：

1、培养和引进职称结构、年龄结构及学历结构都符合精品课程基本要求的师资队伍。

2、教学内容具有先进性、合理性、科学性；

3、使学生掌握与光伏生产设备相关的理论知识；

4、使学生掌握不同光伏生产设备的工艺流程，让学生在掌握知识的同时也了解社会的真正需求。

5、使学生了解动不同光伏生产设备的安装、调试流程，了解设备保养以及简单故障处理的方法。

（二）教材建设

教材要符合“三个面向”的要求，所用教材必须与教育部对有关高职高专院校的要求一致，同时要考虑学生的实际情况，做到实事求是，体现理论联系实际的原则。由于教育部对高职高专院校的英语专业还没有统一的教材，所以新能源工程学院一直积极鼓励任课教师编写适合高职学生需要的专业教材，现本专业教师已经开始搜集相关资料，同时也提倡教师推荐选用其他院校的优秀教材。无论是编写教材，还是选用教材，首先要根据本专业学生的实际水平来 定，同时还要严把教材质量关。

（三）考核办法

（1）考核应以形成性考核为主，可以根据不同课程的特点和要求采取笔试、口试、实操、作品展示、成果汇报等多种方式进行考核。

（2）考核要以能力考核为核心，综合考核专业知识、专业技能、方法能力、职业素质、团队合作等方面。

（3）各门课程应根据课程的特点和要求，对采取不同方式、对各个不同方面进行考核的结果，通过一定的加权系数评定课程最终成绩。

光伏学院

2011年9月8日