材料成型控制工程基础第六章.pptx
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工程材料及其成形技术基础培训教材PPT课件(PPT192页)
1.3 金属材料的主要性能
机械零件在使用过程中，要受到力学负荷诸如拉伸、压 缩、弯曲、扭转、剪切以及热负荷诸如高温蠕变、热应力产 生的热疲劳和环境介质的作用诸如腐蚀、摩擦损失，并且还 要传递力和能。
因此，作为构成机械零件的金属材料，应具备良好的力 学性能、物理性能、和化学性能以防止零件早期失效，同时 还要有良好的工艺性能 。
缺点：但是抗压不抗拉，脆性大，不易加工成形； 复合材料：能充分发挥其组成材料的各自长处，同时在一定程度上
克服它们的弱点；
工 程 材 料 及 其成形 技术基 础培训 教材(P PT192页 )工作 培训教 材工作 汇报课 件PPT服 务技术 管理培 训课件 安全培 训讲义
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有机高分子材料：密度小、强度低（比强度高，高于钢铁） 较高的弹性，良好的电绝缘性能，优良的 减摩、耐磨和自润滑性能，优良的耐腐蚀 性能（超过不锈钢），优良的透光性和隔 热、隔音性，加工性好，成本低，但是易老化。
工程材料及其成形技术基础
绪论
1 本课程的性质
本课程是研究材料及其成形方法的技术基础课。它是 机械类及近机类各专业必修的一门课程。
2 学习目的
(1)获得常用工程材料及各类成形方法和加工工艺知 识，能合理地选材、正确地制定材料的加工程序。
(2)初步了解与本科程有关的新技术、新材料和新 工艺，为学习其它相关课程及以后从事机械设计和加 工制造方面的工作奠定必要的理论基础。
机械零件在使用过程中，要受到力学负荷诸如拉伸、压 缩、弯曲、扭转、剪切以及热负荷诸如高温蠕变、热应力产 生的热疲劳和环境介质的作用诸如腐蚀、摩擦损失，并且还 要传递力和能。
因此，作为构成机械零件的金属材料，应具备良好的力 学性能、物理性能、和化学性能以防止零件早期失效，同时 还要有良好的工艺性能 。
缺点：但是抗压不抗拉，脆性大，不易加工成形； 复合材料：能充分发挥其组成材料的各自长处，同时在一定程度上
克服它们的弱点；
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有机高分子材料：密度小、强度低（比强度高，高于钢铁） 较高的弹性，良好的电绝缘性能，优良的 减摩、耐磨和自润滑性能，优良的耐腐蚀 性能（超过不锈钢），优良的透光性和隔 热、隔音性，加工性好，成本低，但是易老化。
工程材料及其成形技术基础
绪论
1 本课程的性质
本课程是研究材料及其成形方法的技术基础课。它是 机械类及近机类各专业必修的一门课程。
2 学习目的
(1)获得常用工程材料及各类成形方法和加工工艺知 识，能合理地选材、正确地制定材料的加工程序。
(2)初步了解与本科程有关的新技术、新材料和新 工艺，为学习其它相关课程及以后从事机械设计和加 工制造方面的工作奠定必要的理论基础。
材料成型控制工程基础第六章
材料成型控制工程根底第六章1. 引言在材料成型过程中，对材料的成型控制是非常重要的。
本章将介绍材料成型控制工程的根底知识。
首先介绍了成型控制的根本概念和目标，然后介绍了成型控制的主要方法与技术。
最后，对成型控制工程的挑战及未来开展方向进行了讨论。
2. 成型控制的根本概念与目标成型控制是指在材料成型过程中，通过合理的方法和技术，控制好材料的形状、尺寸、力学性能等相关参数。
成型控制的目标是实现成型工艺的稳定性、一致性和高效性，以提高产品的质量和生产效率。
在材料成型过程中，需要控制的参数包括：温度、压力、速度、材料的粘度等。
通过合理的控制这些参数，可以实现成型工艺的优化和产品的质量控制。
3. 成型控制的主要方法与技术3.1 温度控制在材料成型过程中，温度的控制非常重要。
温度对材料的流动性、粘度等性质有很大影响。
常用的温度控制方法包括：加热控制、冷却控制和保温控制。
加热控制可以提高材料的流动性，冷却控制可以减缓材料的流动速度，保温控制可以提高成型工艺的稳定性。
3.2 压力控制成型过程中的压力控制可以影响材料的形状和尺寸。
压力的大小和分布对成型件的密度、强度等性能也有很大影响。
常用的压力控制方法包括：预压、保压和释放等。
预压可以使材料充满模具的空腔并排除气泡，保压可以保证成型件的密度和形状的稳定，释放可以使成型件脱离模具。
3.3 速度控制在材料成型过程中，速度的控制可以影响材料的流动性和形状。
速度的大小对成型件的外表光洁度、尺寸一致性等性能有很大影响。
常用的速度控制方法包括：加速、减速、匀速等。
加速可以提高材料的流动性，减速可以减少材料的流动速度，匀速可以保证成型件的尺寸一致性。
3.4 粘度控制材料的粘度对成型过程的稳定性和成型件的质量都有影响。
粘度的大小和变化可以影响材料的流动性和成型件的形状。
常用的粘度控制方法包括：添加剂的控制、温度的控制和剪切控制等。
通过合理的控制粘度，可以提高成型过程的稳定性和成型件的质量。
材料成型设备控制基础课件：绪论-
1、鍛壓過程的電腦監測。電腦通過感測器和介面電路採集、顯示和記 錄鍛壓過程參數，它只能為操作人員的決策、控制提供依據，而不 能自動控制生產過程。
2、通過介面電路和執行器件控制鍛壓過程參數，使生產過程能按事先 編制的程式和輸入的數據自動進行，從而得到符合要求的工件。
3、按照預先選定的目標函數(例如生產率最高、材料最省或功率消耗最 少等)，對過程參數進行優化，使系統在最佳狀態下運行。
（3）逆變電源
逆變電源的組成
AC
DC
AC
DC
逆變電源的組成如圖所示，它具有許多優點，如抗干擾性強、功率消 耗小、體積小等，是目前科研人員普遍研究的電源，通過調節大功率 開關元件開關的占空比，可達到調節焊接電流If的目的。
CPU
D/A 轉換
量程極性 匹配電路
脈寬 調節器
驅動 電路
大功率 開關元件
2、不含觸發電路。 由CPU經並行介面的某些位直 接輸出觸發信號，經過由數字 電路組成的觸發信號分配電路， 分時觸發三個可控矽，並用定 時器進行定時。
（a）含觸發電路
（b）不含觸發電路 可控矽電源觸發電路
（2）電晶體電源
電
模擬式電晶體電源的組成
模擬式電晶體電源的微機控制
電晶體組工作線上性放大區，其焊接電流If可由模擬量Ug控制，該 模擬量可直接有微機通過D/A轉換介面輸出 。
常用的微機有單板機、單片機、可編程序控制器、個人 電腦等 。
微機控制弧焊電源
國外早有商品出售，如：ESAB公司的LAK500型微機控 制電源日本松下公司的PULSE MEMOR ZX系列電源，大 阪變壓器公司的AUTO 380超高頻逆變電源等。
國內已開發出多種產品，微機已由低檔的Z—80.6520等8 位機到MCS—51系列單片機，進而發展到MCS—96系列 16位單片機，焊接電源的微機控制最基本的是實現其調節 特性，即對焊接電源外特性的調節。焊接電晶體電源、逆 變電源。電源類型很多，從理論上講每種電源均可實現微 機控制。
2、通過介面電路和執行器件控制鍛壓過程參數，使生產過程能按事先 編制的程式和輸入的數據自動進行，從而得到符合要求的工件。
3、按照預先選定的目標函數(例如生產率最高、材料最省或功率消耗最 少等)，對過程參數進行優化，使系統在最佳狀態下運行。
（3）逆變電源
逆變電源的組成
AC
DC
AC
DC
逆變電源的組成如圖所示，它具有許多優點，如抗干擾性強、功率消 耗小、體積小等，是目前科研人員普遍研究的電源，通過調節大功率 開關元件開關的占空比，可達到調節焊接電流If的目的。
CPU
D/A 轉換
量程極性 匹配電路
脈寬 調節器
驅動 電路
大功率 開關元件
2、不含觸發電路。 由CPU經並行介面的某些位直 接輸出觸發信號，經過由數字 電路組成的觸發信號分配電路， 分時觸發三個可控矽，並用定 時器進行定時。
（a）含觸發電路
（b）不含觸發電路 可控矽電源觸發電路
（2）電晶體電源
電
模擬式電晶體電源的組成
模擬式電晶體電源的微機控制
電晶體組工作線上性放大區，其焊接電流If可由模擬量Ug控制，該 模擬量可直接有微機通過D/A轉換介面輸出 。
常用的微機有單板機、單片機、可編程序控制器、個人 電腦等 。
微機控制弧焊電源
國外早有商品出售，如：ESAB公司的LAK500型微機控 制電源日本松下公司的PULSE MEMOR ZX系列電源，大 阪變壓器公司的AUTO 380超高頻逆變電源等。
國內已開發出多種產品，微機已由低檔的Z—80.6520等8 位機到MCS—51系列單片機，進而發展到MCS—96系列 16位單片機，焊接電源的微機控制最基本的是實現其調節 特性，即對焊接電源外特性的調節。焊接電晶體電源、逆 變電源。電源類型很多，從理論上講每種電源均可實現微 機控制。
材料成型及控制工程ppt课件
学业学习与就业发展 自我规划与发展
.
淄博市经济发展
在工业上：打造30个具有区域特色的重点产业集群。
张店区：重点打造精细化工、电子信息和装备制造等产业集群。
淄川区：重点打造新医药、汽车及零部件制造、纺织服装及新材料等产业集群。博山区
：重点打造泵业、机电装备和陶琉产业集群。
.
学业学习与就业发展
材料成型及控制工程专业研究通过热加工改变材料的微观结构、宏观性能和表 面形状，研究热加工过程中的相关工艺因素对材料的影响，解决成型工艺开发、 成型设备、工艺优化的理论和方法；研究模具设计理论及方法，研究模具制造 中的材料、热处理、加工方法等问题。本学科是国民经济发展的支柱产业。 本专业培养具备材料科学与工程的理论基础、材料成型加工及其控制工程、模 具材料成型及控制工程设计制造等专业知识，能在机械、模具、材料成型加工 等领域从事科学研究、应用开发、工艺与设备的设计、生产及经营管理等方面 工作的高级工程技术人才和管理人才。 本专业学生毕业后可以到机械制造业、汽车及船舶制造业、金属及橡塑材料加 工等领域从事与焊接材料成型、模具设计与制造等相关的生产过程控制、技术 开发、科学研究等方面的工作。本专业择业面广，市场需求量大，就业情况良 好。
产业集群。
沂源县：重点打造医药及包装材料和新材料产业集群。
高新区：重点打造新材料、先进装备制造、绿色精细化工、新医药与生物、节能环保等
五大特色产业集群。
.
发展专业的趋势
材料成形及控制工程这一隶属于机械学科、具有机械类学科典型特征的专业，同时还具有浓厚的 材料学科的色彩，成为一个业务领域宽、知识范围广的名副其实的宽口径专业。 自1999年高校开始扩大招生规模以来，高校毕业生就业率日趋下降，而全球性的金融危机更是让 就业形势变的更加不容乐观。伴随我国沿海等周边城市的快速发展，大部分高校毕业生就业观念 也在跟随经济发展方向，选择在大中城市寻求发展空间，逐渐形成了向大中城市流动的洪流，造 成了人才集中超过了有限的就业市场的需求。 淄博市是老工业城市，目前已步入工业化中后期的快速发展阶段，这一阶段，发展导向和扶持政 策聚焦到新的高端产业上，实现产业在高端化方面的突破，培植新动力，是加快工业化的必然要 求。淄博市的装备制造业在技术结构方面上仍存在自主研发能力还比较薄弱，许多重大技术装备 、重要领域发展所需要的大量高技术、高附加值的成套装备，尚不具备研究开发与制造能力，不 得不依靠进口解决，而我们材料成型及控制工程专业的就业主要集中在制造业，就目前的发展情 况来看，总体的职业岗位数量可能会维持稳定且略有增长，但随着现代科技的发展，机电一体化 ，数控增加等等，择业面广，市场需求量大，就业状况良好，总体来说，材料成型及控制工程专 业的就业形势还不会太严峻，并且也会推动淄博的工业经济发展,提高淄博的经济水平。
.
淄博市经济发展
在工业上：打造30个具有区域特色的重点产业集群。
张店区：重点打造精细化工、电子信息和装备制造等产业集群。
淄川区：重点打造新医药、汽车及零部件制造、纺织服装及新材料等产业集群。博山区
：重点打造泵业、机电装备和陶琉产业集群。
.
学业学习与就业发展
材料成型及控制工程专业研究通过热加工改变材料的微观结构、宏观性能和表 面形状，研究热加工过程中的相关工艺因素对材料的影响，解决成型工艺开发、 成型设备、工艺优化的理论和方法；研究模具设计理论及方法，研究模具制造 中的材料、热处理、加工方法等问题。本学科是国民经济发展的支柱产业。 本专业培养具备材料科学与工程的理论基础、材料成型加工及其控制工程、模 具材料成型及控制工程设计制造等专业知识，能在机械、模具、材料成型加工 等领域从事科学研究、应用开发、工艺与设备的设计、生产及经营管理等方面 工作的高级工程技术人才和管理人才。 本专业学生毕业后可以到机械制造业、汽车及船舶制造业、金属及橡塑材料加 工等领域从事与焊接材料成型、模具设计与制造等相关的生产过程控制、技术 开发、科学研究等方面的工作。本专业择业面广，市场需求量大，就业情况良 好。
产业集群。
沂源县：重点打造医药及包装材料和新材料产业集群。
高新区：重点打造新材料、先进装备制造、绿色精细化工、新医药与生物、节能环保等
五大特色产业集群。
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发展专业的趋势
材料成形及控制工程这一隶属于机械学科、具有机械类学科典型特征的专业，同时还具有浓厚的 材料学科的色彩，成为一个业务领域宽、知识范围广的名副其实的宽口径专业。 自1999年高校开始扩大招生规模以来，高校毕业生就业率日趋下降，而全球性的金融危机更是让 就业形势变的更加不容乐观。伴随我国沿海等周边城市的快速发展，大部分高校毕业生就业观念 也在跟随经济发展方向，选择在大中城市寻求发展空间，逐渐形成了向大中城市流动的洪流，造 成了人才集中超过了有限的就业市场的需求。 淄博市是老工业城市，目前已步入工业化中后期的快速发展阶段，这一阶段，发展导向和扶持政 策聚焦到新的高端产业上，实现产业在高端化方面的突破，培植新动力，是加快工业化的必然要 求。淄博市的装备制造业在技术结构方面上仍存在自主研发能力还比较薄弱，许多重大技术装备 、重要领域发展所需要的大量高技术、高附加值的成套装备，尚不具备研究开发与制造能力，不 得不依靠进口解决，而我们材料成型及控制工程专业的就业主要集中在制造业，就目前的发展情 况来看，总体的职业岗位数量可能会维持稳定且略有增长，但随着现代科技的发展，机电一体化 ，数控增加等等，择业面广，市场需求量大，就业状况良好，总体来说，材料成型及控制工程专 业的就业形势还不会太严峻，并且也会推动淄博的工业经济发展,提高淄博的经济水平。
材科成型成型及控制工程 材料科学与基础
晶粒取向及晶界的影响。 不同时性和相互协调性、细晶强化 4、理解加工硬化、细晶强化、第二相强化、固溶强化产生的原 因和它的实用意义 。
第六章 塑性变形与再结晶
三、塑性变形对金属组织与性能的影响。
• 纤维组织、亚结构细化、形变织构； • 加工硬化、残余应力。 四、回复、再结晶、晶粒长大中金属组织与性能的变化特点。
第一章 原子结构和晶体结构
决定材料性能的两个根本性问题：原子间的结合键和晶体结构 。 1、结合键 原子结合成分子或固体时，原子间产生的相互作用力，称为结 合键。 结合键分为5类： 离子键、共价键、金属键、分子键及氢键。 2、晶体结构 （1）基本概念： 空间点阵、晶格、晶胞、晶体、非晶体、单晶体、多晶体、 晶格常数、配位数、致密度（堆垛密度）；晶面、晶向、 晶面指数、晶向指数、晶面族、晶向族；各向异性、各向 同性
（ 3）掌握金属中常见的 bcc， fcc， hcp三种典型的 晶格类型。
晶格常数 原子半径 原子个数
配位数
体心立方 a
3 a 4
面心立方 a
2 a 4
密排六方 c/a=1.633
1 a 2
2
8
4
12
6
12
致密度
八面体间隙 四面体间隙 原子堆垛方式
0.68
0.155r(6)
0.74
0.414r(4)
第四章 固态扩散
一、基本概念 扩散系数、扩散激活能 二、扩散定律 dc J D( ) • 菲克第一定律： dx 适用于稳定扩散： 扩散速率与浓度梯度成正比，且
扩散方向与浓度梯度方向相反。
2 c c • 菲克第二定律： D 2 x t
适用于非稳定扩散。
扩散的真正驱动力是扩散物质的化学势梯度，
【精品课件】工程材料及成形技术基础
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【精品课件】工程材料及成形技术基 础
•第一章工程材料的结构与性能
3) 晶向和晶面的表示方法
• 晶向和晶面的表示方法分别采用晶面指数(hkl)和晶向指数 [uvw•晶]形面式（以立方晶系为例）。
• 晶向指数（hkl)的确定方法是：
✓以晶胞的某一阵点为原点，三个基 并以点阵基矢的长度作
•抗氧化性 •抗腐蚀性
•Fe
•H2
•Fe-Cu电池
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•电解液
•(+) •(-)
•F (+)
(-) (•+F)e•3FCe3C
•珠光体腐蚀
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本章小结
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第二章金属的凝固与固态相变
•2.1纯金属的结晶 •2.2合金的凝固 •2.3铁碳合金平衡态的相变基础 •2.4钢在加热时的转变 •2.5钢在冷却时的转变 •2.6焊接接头的相变 •本章小结
•第一章工程材料的结构与性能
硬度
符号
压头类型
压力 Kgf
硬度值 有效范围
应用举例
HRC
120º
150
20~60
金刚石圆锥
HRC
淬火钢件
HRB
Ф1/16inch 淬火钢球
100
25~100 软钢、退火钢、铜合金
HRB
HRA
120º
金刚石圆锥
60
70HRA 硬质合金、表面淬火钢
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•第一章工程材料的结构与性能
材料成型技术基础幻灯片
complicate shape and structure
铸
例如：机箱、阀体、汽缸等
造
❖ 各种材料
的
广泛
Suit for almost all kinds of alloy
特
wide-ranging ❖ 大小：g~t
点
casting weight : from several grams to tons
用浇注后试样的长度来表示 4—试样凸点 流道长：1.5m
P34, fig2-1
3) 影响合金的流动性的主要因素
variables influencing fluidity 成分 composition: 固液二相区间距 越大，流动性越差
freezing rang 凝固区间, 凝固范围
纯金属及共晶点成分合 金流动性好，后者的熔 点更低，流动性更好。
2) 充型压力 ：静压头； 低压铸造； 离心铸造 3) 铸型中的气体： 排气口，真空浇注
➢熔炼温度高，吸气增加，气孔 ➢收缩增加，缩孔、缩松 ➢ 凝固速度降低，粗晶 ➢ 易产生粘砂温度
§2 铸件的凝固与收缩Freezing and Shrinkage
3. How to study?
➢ 课程要求 ❖ 掌握各种成型技术的基本原理 ❖ 熟悉各种成型工艺的特点及其主要应用 ❖ 熟悉零件成型的结构工艺性 ❖ 掌握常用金属的工艺性考试占70%
➢ 教学方法 ❖ 授课：必须认真听，记笔记 ❖ 作业：独立、按时完成 ❖ 自学：认真对待 ❖ 录像：开阔视野 ❖ 实验
2. About This Curriculum
➢ Technology Basic Course ❖ 以研究常用工程材料及机器零件的成型 工艺原理为主的综合性基础课 ❖ 涉及的课程知识：材料学、传热学、力 学、冶金学、机械制图
材料成型与控制工程专业培训课件(PPT 69页)
粘土砂造型机和制芯机工艺基础
3.改善微震法实砂紧实 度分布的措施 微震和压实相结合 ●微震+压实：微震起 到预实砂的作用 ●微震+压震：预紧实+ 压实
粘土砂造型机和制芯机工艺基础
●压震
压实的同时进行 震击的实砂方法称为 压震
进行实震，强化 了压实实砂的效果
原因：由于动压 实力的存在使实际压 实力大大增加
铸造机械化
课程简介
课程简介：本课程是材料成型与控制工程专业的一门专业课。主 要介绍铸造车间造型制芯设备，砂处理设备，落砂清理设备，冲 天炉熔化工部配料及加料设备，机械化运输设备，铸造车间给料 及定量设备，常用除尘设备的原理、结构以及选用。
教学基本要求： 掌握各种设备的工作原理，了解设备的基本结构。 考核形式：闭卷笔试+作业、考勤+随堂测试 教材及主要参考书：《铸造机械化》、《铸造设备选用手册》、
粘土砂造型机和制芯机工艺基础
多触头压头(万能式成型压头)
粘土砂造型机和制芯机工艺基础
压膜造型(万能式成型压头)
粘土砂造型机和制芯机工艺基础
3.模板加压与对压法 ●压板加压法：压板压入砂箱
紧实度分布：靠近压板处 高，远离压板处低
●模板加压法：压实时压板不 动，模板压入砂箱 紧实度分布：靠近模板处 高，远离模板处低
粘土砂造型机和制芯机工艺基础
3.模型的影响
1)具有模型时砂型的紧实过程 2)具有模型时铸型的紧实度分布
粘土砂造型机和制芯机工艺基础
3)影响因素
●压缩比的影响 A、压缩比的产生 B、压缩比的概念 (H+h)δ0=Hδ1 (H+h-m)δ0=(H-m)δ2 δ1=δ0+(h/H)δ0 δ2=δ0+〔h/(H-m)〕δ0
材料成型控制工程基础第六章
图（b）为水冷喷嘴结构，等离子弧在喷嘴与工件之间燃烧，适用于堆焊。
1—焊丝；2—导电嘴；3—等离子气；4—铜喷嘴；5—保护气； 6—保护罩；7—等离子弧；8—过渡金属；9—钨极 图6.4 熔化极等离子弧焊枪结构示意图
6
第六页，编辑于星期六：二点 十三分。
4）微束等离子弧焊接
与普通等离子弧焊接的主要区别是工作时转移弧和非转移弧同时存在，
使小电流的等离子弧十分稳定。目前成为焊接薄件、微型件的有效方法。
5）脉冲等离子弧焊接
穿孔型、熔入型及微束等离子弧焊接均可以采用脉冲电流法。
基值电流用来维弧，峰值电流用来熔化金属。
脉冲频率一般在15HZ以下。脉冲电流法可以提高焊接过程稳定性、
控制全位置焊接焊缝成形、减小热影响区宽度和焊接变形。
6）变极性等离子弧焊接 变极性等离子弧焊接是为了解决铝及其合金的等离子弧焊而提出来的焊接方法。 其电源的原理与交流方波电源相同。
8
第八页，编辑于星期六：二点 十三分。
其它熔焊工艺控制特点
1. 电子束焊接特点
电子束焊接是利用空间定向高速运动的电子束，在撞击工件后将动能转化为热能， 从而使被焊工件熔化，形成焊缝。电子束焊接具有焊接质量好、焊缝深宽比大、 焊接速度高等优点。但是，电子束焊接设备具有本钱高、接头准备和加工要求精确、 工件受真空室尺寸限制等缺点。
图6.18 电弧电压法弧长传感与控制系统示意图
电弧电压信号的提取方法是用一根导线接工件， 另一根导线接到焊枪上尽量靠近电弧的一点（如图所示），
通过这两根导线则可提取到电弧电压信号。
将提取的电弧电压信号送到AVC控制器，进行数据处理， AVC控制器向焊枪垂直运动机构发出指令，
按处理结果进行弧长调节， 直至提取到的电弧电压信号与给定电弧电压信号的偏差为零。
1—焊丝；2—导电嘴；3—等离子气；4—铜喷嘴；5—保护气； 6—保护罩；7—等离子弧；8—过渡金属；9—钨极 图6.4 熔化极等离子弧焊枪结构示意图
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4）微束等离子弧焊接
与普通等离子弧焊接的主要区别是工作时转移弧和非转移弧同时存在，
使小电流的等离子弧十分稳定。目前成为焊接薄件、微型件的有效方法。
5）脉冲等离子弧焊接
穿孔型、熔入型及微束等离子弧焊接均可以采用脉冲电流法。
基值电流用来维弧，峰值电流用来熔化金属。
脉冲频率一般在15HZ以下。脉冲电流法可以提高焊接过程稳定性、
控制全位置焊接焊缝成形、减小热影响区宽度和焊接变形。
6）变极性等离子弧焊接 变极性等离子弧焊接是为了解决铝及其合金的等离子弧焊而提出来的焊接方法。 其电源的原理与交流方波电源相同。
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其它熔焊工艺控制特点
1. 电子束焊接特点
电子束焊接是利用空间定向高速运动的电子束，在撞击工件后将动能转化为热能， 从而使被焊工件熔化，形成焊缝。电子束焊接具有焊接质量好、焊缝深宽比大、 焊接速度高等优点。但是，电子束焊接设备具有本钱高、接头准备和加工要求精确、 工件受真空室尺寸限制等缺点。
图6.18 电弧电压法弧长传感与控制系统示意图
电弧电压信号的提取方法是用一根导线接工件， 另一根导线接到焊枪上尽量靠近电弧的一点（如图所示），
通过这两根导线则可提取到电弧电压信号。
将提取的电弧电压信号送到AVC控制器，进行数据处理， AVC控制器向焊枪垂直运动机构发出指令，
按处理结果进行弧长调节， 直至提取到的电弧电压信号与给定电弧电压信号的偏差为零。
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2.干扰因素多
（1）干扰中有的对控制对象有很大的影响 （2）与被控制量的检测相比，容易检测的干扰居多 （3）多为事先能预想得到的干扰。
3.控制方式的特点
出于电弧焊过程中干扰因素多和被控制量的检测又较困难(检测性不好)。 迄今为止，电弧焊工艺所采用的自动控制方式属于完全的反馈系统的例子较少， 而多数是属于干扰控制或前馈控制。 一般说来，它多用在反馈系统中，这时的框图如图6.1所示。
3. MIG/MAG焊控制特点
MIG焊是以熔化材料作电极、采用氩气或氦气为保护气体的一种电弧焊方法。 MAG焊是以熔化材料作电极、采用富氩混合气体作为保护气的一种电弧焊方法。
埋弧焊以连续送进的焊丝作为电极和填充金属。 埋弧焊可以采用较大的焊接电流。与手工焊相比，埋弧自动焊具有焊缝质量高、 生产率高、劳动条件好等优点，但不如手工焊灵活。 特别适合于焊接大型工件的直缝和环缝。
激光焊机组成
3. 电渣焊控制特点 电渣焊是一种以电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源的熔化焊方法。 电渣焊可以一次焊透很厚的工件，生产率高，并且焊缝缺陷少。 但要求焊缝为垂直或近似垂直位置，接头冲击韧性较低。
6.1.4其它熔焊工艺控制特点
1. 电子束焊接特点 电子束焊接是利用空间定向高速运动的电子束，在撞击工件后将动能转化为热能， 从而使被焊工件熔化，形成焊缝。电子束焊接具有焊接质量好、焊缝深宽比大、 焊接速度高等优点。但是，电子束焊接设备具有成本高、接头准备和加工要求精确、 工件受真空室尺寸限制等缺点。
5. 等离子弧焊控制特点
1）穿孔型等离子弧焊接
穿孔型等离子弧焊接实质是等离子弧穿透工件形成小孔（见图6.3）， 被熔化的金属依靠表面张力和电弧后推的力量形成熔池。 焊枪前进时，小孔在电弧后闭合，形成完全穿透的焊缝。
稳定的小孔焊接过程是不采用衬垫实现单面焊双面一次成形的好方法。
2）熔入型等离子弧焊接
5）脉冲等离子弧焊接 穿孔型、熔入型及微束等离子弧焊接均可以采用脉冲电流法。 基值电流用来维弧，峰值电流用来熔化金属。 脉冲频率一般在15HZ以下。脉冲电流法可以提高焊接过程稳定性、 控制全位置焊接焊缝成形、减小热影响区宽度和焊接变形。
6）变极性等离子弧焊接 变极性等离子弧焊接是为了解决铝及其合金的等离子弧焊而提出来的焊接方法。 其电源的原理与交流方波电源相同。
真空电子束焊机组成
2. 激光焊接控制特点 激光焊接是利用原子受激辐射的原理，使工作物质受激励而产生的一种单色性高、 方向性强、亮度高的光束。它是经过光学系统会聚成很小的、高能量的光点， 作为一高能量密度的热源进行焊接的一种方法。 激光焊接设备由激光器、光学系统、电气系统及高精度控制多坐标工作台等四个主要部分组成， 如图6.7所示。
第6章 焊接过程控制
6.1焊接过程控制特点 6.2焊接质量自动控制必要性 6.3焊接过程传感与控制 6.4焊接过程智能控制
6.1焊接过程控制特点
6.1.1 焊接过程控制一般特点
1. 被控制量选择的特点
（1）由于电弧发出的光、热、声波、飞溅等的干扰， 在其它领域可使用的测量技术在近弧区无法使用。 另外，埋弧焊时因为熔渣的存在也妨碍了有效的测量 （2）电弧焊多半是工件固定电弧移动，要在有电弧的一面检测， 必须使检测器与焊炬连接在一起同时移动。 这样就必须使用能沿焊缝移动的长探测头，这是相当麻烦的。 另外，使用垫板也会使焊缝背面的检测性能变坏。 （3）因为近缝区金属处于不稳定的过程与不平衡状态， 所以对它的检测要测得很准确也是困难的。 因此，在考虑电弧焊的自动控制时，就产生了被控制量检测的困难问题。
图6.2 干扰控制系统框图
6.1.2 电弧焊过程控制特点 1. 钨极氩弧焊控制特点
钨极氩弧焊是以不熔化材料钨作电极、采用惰性气体氩气为保护气体的一种电弧焊方法。 适合于焊接薄板金属和打底焊。焊缝质量高 。其焊接速度较低 。
2. 二氧化碳气体保护焊控制特点
二氧化碳焊是以熔化材料作电极、采用二氧化碳或二氧化碳和氧气为保护气体 的一种电弧焊方法。电弧穿透力强，焊丝熔化率高，抗锈能力强，不可能实现射流过渡， 通常采用短路过渡方式。 主要优点是成本低，熔池容量很小不易流失，从而可以很方便地进行全位置焊接， 它的主要缺点是飞溅较大，焊缝成形不佳，熔深不大，有很大的堆高。
图6.1 反ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ控制系统附加的前馈控制框图
干扰检测出后容易直接控制的系统如图6.2a所示。 可以利用干扰检测元件和干扰调节元件，在干扰作用达到控制对象以前， 将干扰消除。这种控制方式适合于弧焊中焊缝变动时使用。 对于容易预见的干扰，检测元件也就不必要了。 可用图6.2b的方式使干扰调节元件按照事先编制程序曲给定值工作， 就能对干扰进行补偿。图6.2中的两种方式都属于干扰控制。
6.1.3电阻焊过程控制特点
1. 电阻焊工艺
电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊及对焊 电阻焊特点在于焊接电流大，通电时间短，设备比较复杂，一次投资大，生产率高， 适于大批量生产。
2. 电阻焊工艺控制特点
点焊影响因素主要来自以下几个方面： （1）焊机通电回路。包括网压波动、焊接回路感抗及阻抗变化。 （2）焊机加压系统。主要是电极压力波动。 （3）电极材料及形状。包括电极磨损、电极表面玷污、电极材料与所焊材料不匹配等问题。 （4）工件。包括被焊材料的表面质量、厚度及其它焊点分流的影响。 （5）冷却条件。包括冷却水冷却状况及电极、工件的散热等因素。
熔入型等离子弧焊接方法基本上和钨极氩弧焊相似， 适用于薄板、多层焊缝的盖面及角焊缝的焊接。
图6.3 空孔型等离子弧焊接原理示意图
3）熔化极等离子弧焊接 熔化极等离子弧焊接是等离子弧焊和熔化极气体保护焊相结合的一种方法（见图6.4）。 图6.4（a）为钨极结构，等离子弧在钨极与工件之间燃烧，适用于厚板深熔焊接或薄板高速焊接。
图6.4（b）为水冷喷嘴结构，等离子弧在喷嘴与工件之间燃烧，适用于堆焊。
1—焊丝；2—导电嘴；3—等离子气；4—铜喷嘴；5—保护气； 6—保护罩；7—等离子弧；8—过渡金属；9—钨极 图6.4 熔化极等离子弧焊枪结构示意图
4）微束等离子弧焊接 与普通等离子弧焊接的主要区别是工作时转移弧和非转移弧同时存在， 使小电流的等离子弧十分稳定。目前成为焊接薄件、微型件的有效方法。
（1）干扰中有的对控制对象有很大的影响 （2）与被控制量的检测相比，容易检测的干扰居多 （3）多为事先能预想得到的干扰。
3.控制方式的特点
出于电弧焊过程中干扰因素多和被控制量的检测又较困难(检测性不好)。 迄今为止，电弧焊工艺所采用的自动控制方式属于完全的反馈系统的例子较少， 而多数是属于干扰控制或前馈控制。 一般说来，它多用在反馈系统中，这时的框图如图6.1所示。
3. MIG/MAG焊控制特点
MIG焊是以熔化材料作电极、采用氩气或氦气为保护气体的一种电弧焊方法。 MAG焊是以熔化材料作电极、采用富氩混合气体作为保护气的一种电弧焊方法。
埋弧焊以连续送进的焊丝作为电极和填充金属。 埋弧焊可以采用较大的焊接电流。与手工焊相比，埋弧自动焊具有焊缝质量高、 生产率高、劳动条件好等优点，但不如手工焊灵活。 特别适合于焊接大型工件的直缝和环缝。
激光焊机组成
3. 电渣焊控制特点 电渣焊是一种以电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源的熔化焊方法。 电渣焊可以一次焊透很厚的工件，生产率高，并且焊缝缺陷少。 但要求焊缝为垂直或近似垂直位置，接头冲击韧性较低。
6.1.4其它熔焊工艺控制特点
1. 电子束焊接特点 电子束焊接是利用空间定向高速运动的电子束，在撞击工件后将动能转化为热能， 从而使被焊工件熔化，形成焊缝。电子束焊接具有焊接质量好、焊缝深宽比大、 焊接速度高等优点。但是，电子束焊接设备具有成本高、接头准备和加工要求精确、 工件受真空室尺寸限制等缺点。
5. 等离子弧焊控制特点
1）穿孔型等离子弧焊接
穿孔型等离子弧焊接实质是等离子弧穿透工件形成小孔（见图6.3）， 被熔化的金属依靠表面张力和电弧后推的力量形成熔池。 焊枪前进时，小孔在电弧后闭合，形成完全穿透的焊缝。
稳定的小孔焊接过程是不采用衬垫实现单面焊双面一次成形的好方法。
2）熔入型等离子弧焊接
5）脉冲等离子弧焊接 穿孔型、熔入型及微束等离子弧焊接均可以采用脉冲电流法。 基值电流用来维弧，峰值电流用来熔化金属。 脉冲频率一般在15HZ以下。脉冲电流法可以提高焊接过程稳定性、 控制全位置焊接焊缝成形、减小热影响区宽度和焊接变形。
6）变极性等离子弧焊接 变极性等离子弧焊接是为了解决铝及其合金的等离子弧焊而提出来的焊接方法。 其电源的原理与交流方波电源相同。
真空电子束焊机组成
2. 激光焊接控制特点 激光焊接是利用原子受激辐射的原理，使工作物质受激励而产生的一种单色性高、 方向性强、亮度高的光束。它是经过光学系统会聚成很小的、高能量的光点， 作为一高能量密度的热源进行焊接的一种方法。 激光焊接设备由激光器、光学系统、电气系统及高精度控制多坐标工作台等四个主要部分组成， 如图6.7所示。
第6章 焊接过程控制
6.1焊接过程控制特点 6.2焊接质量自动控制必要性 6.3焊接过程传感与控制 6.4焊接过程智能控制
6.1焊接过程控制特点
6.1.1 焊接过程控制一般特点
1. 被控制量选择的特点
（1）由于电弧发出的光、热、声波、飞溅等的干扰， 在其它领域可使用的测量技术在近弧区无法使用。 另外，埋弧焊时因为熔渣的存在也妨碍了有效的测量 （2）电弧焊多半是工件固定电弧移动，要在有电弧的一面检测， 必须使检测器与焊炬连接在一起同时移动。 这样就必须使用能沿焊缝移动的长探测头，这是相当麻烦的。 另外，使用垫板也会使焊缝背面的检测性能变坏。 （3）因为近缝区金属处于不稳定的过程与不平衡状态， 所以对它的检测要测得很准确也是困难的。 因此，在考虑电弧焊的自动控制时，就产生了被控制量检测的困难问题。
图6.2 干扰控制系统框图
6.1.2 电弧焊过程控制特点 1. 钨极氩弧焊控制特点
钨极氩弧焊是以不熔化材料钨作电极、采用惰性气体氩气为保护气体的一种电弧焊方法。 适合于焊接薄板金属和打底焊。焊缝质量高 。其焊接速度较低 。
2. 二氧化碳气体保护焊控制特点
二氧化碳焊是以熔化材料作电极、采用二氧化碳或二氧化碳和氧气为保护气体 的一种电弧焊方法。电弧穿透力强，焊丝熔化率高，抗锈能力强，不可能实现射流过渡， 通常采用短路过渡方式。 主要优点是成本低，熔池容量很小不易流失，从而可以很方便地进行全位置焊接， 它的主要缺点是飞溅较大，焊缝成形不佳，熔深不大，有很大的堆高。
图6.1 反ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ控制系统附加的前馈控制框图
干扰检测出后容易直接控制的系统如图6.2a所示。 可以利用干扰检测元件和干扰调节元件，在干扰作用达到控制对象以前， 将干扰消除。这种控制方式适合于弧焊中焊缝变动时使用。 对于容易预见的干扰，检测元件也就不必要了。 可用图6.2b的方式使干扰调节元件按照事先编制程序曲给定值工作， 就能对干扰进行补偿。图6.2中的两种方式都属于干扰控制。
6.1.3电阻焊过程控制特点
1. 电阻焊工艺
电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊及对焊 电阻焊特点在于焊接电流大，通电时间短，设备比较复杂，一次投资大，生产率高， 适于大批量生产。
2. 电阻焊工艺控制特点
点焊影响因素主要来自以下几个方面： （1）焊机通电回路。包括网压波动、焊接回路感抗及阻抗变化。 （2）焊机加压系统。主要是电极压力波动。 （3）电极材料及形状。包括电极磨损、电极表面玷污、电极材料与所焊材料不匹配等问题。 （4）工件。包括被焊材料的表面质量、厚度及其它焊点分流的影响。 （5）冷却条件。包括冷却水冷却状况及电极、工件的散热等因素。
熔入型等离子弧焊接方法基本上和钨极氩弧焊相似， 适用于薄板、多层焊缝的盖面及角焊缝的焊接。
图6.3 空孔型等离子弧焊接原理示意图
3）熔化极等离子弧焊接 熔化极等离子弧焊接是等离子弧焊和熔化极气体保护焊相结合的一种方法（见图6.4）。 图6.4（a）为钨极结构，等离子弧在钨极与工件之间燃烧，适用于厚板深熔焊接或薄板高速焊接。
图6.4（b）为水冷喷嘴结构，等离子弧在喷嘴与工件之间燃烧，适用于堆焊。
1—焊丝；2—导电嘴；3—等离子气；4—铜喷嘴；5—保护气； 6—保护罩；7—等离子弧；8—过渡金属；9—钨极 图6.4 熔化极等离子弧焊枪结构示意图
4）微束等离子弧焊接 与普通等离子弧焊接的主要区别是工作时转移弧和非转移弧同时存在， 使小电流的等离子弧十分稳定。目前成为焊接薄件、微型件的有效方法。