激光切割样品－案图
电子束热加工原理图
高能束及复合加工技术 The latest revision on November 22, 2020
第三章高能束及复合加工技术 一、概述 1)高能束加工技术： ①利用高能量密度的束流作为热源，对材料或构件进行加工的先进的特种加工技术。包括焊接、切割、打孔、喷涂、表面改性、刻蚀和精细加工等各类工艺方法，并已扩展到新型材料制备领域。 ②高能束加工技术利用高能束热源、高能量密度、可精密控制微焦点和高速扫描的技术特性，实现对材料和构件的深穿透、高速加热和高速冷却的全方位加工。③高能束加工技术正朝着高精度、大功率、高速度和自动控制的方向发展。 二．激光加工 三．电子束和离子束加工 四．磨料水射流加工 五．超声波复合加工 一、概述 1、常用的高能密度束流加工方法: 激光加工、电子束加工、离子束加工等。 2、技术背景 高新技术产品要求：高比强度，高精度、工作速度、功率，小型化，恶劣环境下可靠工作；传统机械加工难以胜任结构形状的复杂性、材料的可加工性、加工精度及表面完整性方面的要求。 3、HEBM加工技术的应用 广泛应用于焊接、切割、打孔和涂覆加工在表面改性、微细加工和新材料制备领域开拓和应用。 4、复合加工及其应用 1）复合加工应用机械、化学、光学、电力、磁力、流体力学和声波等多种能量，在加工过程中同时运用两种或者多种加工方法，通过不同的作用原理对加工部位进行改性和去除的加工技术。 2）提高了加工效率，生产率一般大大高于单独用各种加工方法的生产率之和。 3）在提高加工效率的同时，又兼顾了加工精度、加工表面质量和工具损耗等。 二、激光加工 1、激光：受激辐射的光放大 电子只有在最靠近原子核的轨道上转动时才是稳定的，称为“基态”。 光照射或用高温或高压电厂激发原子，最外层电子激发到高能阶，称为“激发态”。 原子从高能阶落到低能阶的过程称为“跃迁”。
复合调味料加工技术 随着人民生活水平的提高，特别是生活方式的改变和生活节奏的加快，便于贮藏、携带、安全卫生、营养而风味多样的复合调味料得到了飞速发展，在调味品中已占有了重要的地位。 复合调味料不仅能满足人们对传统的调味中“酸、甜、苦、辣、咸”等口味的需要，还能满足人们对“鲜”的口感的需求，这是人们生活水平提高后对家庭烹饪的高层次享受，同样也是食品工业迅猛发展的一个重要原因。 据有关资料显示，目前在国外调味品市场中，复合调味料已占市场份额的80％以上，这充分显示了复合调味料的重要地位。对我国调味品企业而言，复合调味料的市场商机无限，潜力巨大。复合调味料根据其形态可分为固态（粉状）复合调味料、半固态复合调味料和液体复合调味料，以下分别介绍这3种复合调味料生产的技术要求。 一、粉状复合调味料 1、工艺流程 原辅料→验收→预处理→混合→过筛或造粒→检验→包装→成品 2、操作要点 1）预处理 所用原料有各种蛋白质增强剂、鲜味增强剂、香辛料、粉末状香精、糖和盐等，原料均应符合国家标准。同时使用前需要进行必要的清洗、干燥、粉碎、过筛、酶解、过滤和浓缩等预处理。 2）混合 混合分为精料混合和大料混合两种。先将肉类提取物、鲜味增强剂、水解蛋白粉、酵母抽提物、香辛料和粉未香精等精料混合好，应在10 min内完成。再将食盐、糖和味精等大料混合3～5 min，边搅拌边加入溶好的油脂，加入已混合好的精料和抗结剂，混合5—6 min即可。 3）过筛或造粒 如生产粉状复合调味料，过筛即可得到成品；若生产颗粒复合调味料，混合完后再边搅拌边加入浓缩处理好的抽提物或少量水，混合均匀后造粒，再经干燥至水分<6％，然后过筛冷却即可。 4）包装
[1]赵万生，康小明，吴杰等.特种加工技术最新研究进展，电加工与模具，2011. 本文通过对第16 届国际电加工会议论文进行综述，介绍了近几年来国际特种加工领域的最新研究进展。主要概括了电火花加工、电化学加工、电化学放电加工及激光加工等研究成果。 [2]刘正埙.我国特种加工技术的回顾与展望. 本文通过对我国的电火花成形加工的发展历史和当前的国际发张现状的研究，给出了我国今后电火花成形加工发展的四条建议；在肯定我国电火花线切割加工技术的成就基础上，论述了高速走丝线切割机的发展策略和低速走丝线切割机的发展策略；在先指出与国外电解加工设备和工艺水平的差距，然后给出适合我国发展电解加工技术的六个策略；在快速成形技术方面我国有许多高校、院所和公司进已经取得巨大的研究成果，针对发展中的不足之处，作者给输了自己的建议；在高能束流加工发面，作者简要指出了激光加工与国际水平的差距，电子束加工，离子束加工的不足之处，并指出促进高能束流加工技术更好发展的提议；最后简要说明磨粒流加工和高压水射流加工。 作者通过对当前我国特种加工技术的回顾，指出成绩和不足之处的同时，展望了未来我国特种加工技术的发展工作。 [3]赵万生，王振龙，郭东明等.国外特种加工技术的最新进展. 本文就当前国际特种加工技术研究的最新进展情况,概括出国际特种加工技术的研究的四个表现：微细化；新型元器件在特种加工领域中得到了极为广泛的应用；人工智能技术、网络化制造、绿色制造等新概念正逐渐渗透到特种加工领域中；特种加工的应用领域正在拓宽。从电火花加工、激光加工、电解加工、超声加工四个大的方面进行了详尽阐述。分别介绍了微细电火花加工技术、基于数控技术气和智能控制技术的电火花加工以及气中放电加工技术、混粉工作液电火花镜面加工技术、非导电材料的电火花加工、电火花表面处理技术四种电火花加工新方法；微细激光加工，激光表面处理以及大功率和新型激光器的应用；超声加工和电解加工。 作者希望能从国外此方面的研究中，看出21 世纪特种加工技术的走向，并为我国特种加工技术的研究提供借鉴。 [4]张纹，蒋维波.特种加工技术的应用及发展趋势. 本文阐述了特种加工在现代社会发展过程中的重要地位，大力发展特种加工的必要性。对什么是特种加工、特种加工的方法、特种加工的分类等作了描述。
复合材料加工工艺综述 前言： 复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。 复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。 复合材料是一种混合物。在很多领域都发挥了很大的作用，代替了很多传统的材料。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。②夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。③细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。④混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内／层间混杂和超混杂复合材料。 60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大于4×106厘米（cm），比模量大于4×108cm。为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。按基体材料不同，先进复合材料分为树脂基、金属
1.厚度小于1.6mm的铝合金,采用小孔法和熔透法焊接时,都必须使用Ar作为保护气。（x） 2.引起油脂自燃的内因是有较大的氧化表面(如浸油的纤维物质)有空气,具备蓄热的条件。（x ） 3.熔化极氩弧焊时，熔滴喷射过渡会产生很大的飞溅。（x） 4.室内焊接作业应避免可燃易燃气体(或蒸汽)的滞留积聚,除必要的 通风措施外,还应装设气体分析仪器和报警器。（V） 5.熔透型等离子弧焊主要用于薄板加单面焊双面成形及厚板的多层焊。（V） 6. 气体保护电弧焊存在着气瓶爆炸危险性。（V ） 7.在焊接过程中加入的二氧化碳对母材可能产生渗碳作用。（V） 8. 焊接作业处，应把乙炔瓶和氧气瓶安放在15m以外。（X）9.二氧化碳焊不能焊接管道。（X） 10.一个人在皮肤干燥状态下,接触的电压越高,人体电阻越小。X 11. 铝粉和镁粉的自燃点是一个较高的温度值,不是一个范围。（X） 12. 压缩空气的作用不包括对碳棒电极起冷却作用。（X） 13. 屈服强度越高,金属材料的抗拉强度也会越大。（V ） 14. 钎焊作业的安全生产可以保障人身安全与健康。（V） 15. 气割时，由于割炬内采用高压氧气，因此使用前要特别注意检查割炬各接头的密封性。（V） 16. 低碳钢焊接时,对焊接电源没有特殊要求,可采用交、直流弧焊机进行全位置焊接,工艺简单。（V）
17. 氩弧焊可以焊接化学活泼性强和已形成高熔点氧化膜的镁、铝、钛及其合金。（V） 18. 碳弧气刨不能清理铸件的毛边、飞边、浇铸冒口及铸件中的缺陷。（X ） 19. 氢氧化钠可以腐蚀塑料。（X ） 20. 割炬按可燃气体与氧气混合的方式不同可分为射吸式割炬和等 压式割炬两种,其中等压式割炬使用较多。（X ） 21.电流对人体的伤害有电击、电伤与灼伤。（X ） 22.安全生产工作应当做在生产活动过程中,尽量避免事故发生。（X ） 23. 割炬是气割工作的主要工具。（V ） 24. 碱性焊条的塑性、韧性和抗裂性能均比酸性的焊条好，所以在焊接重要结构时一般均采用碱性焊条。（V ） 25. 弧焊时会产生强烈的烟尘。（X ） 26. 操作激光切割机时,要严格按照激光器启动程序启动激光器。 （V ） 27. 在钎焊作业生产过程中,气瓶不会发生泄漏。（X ） 28. 置换焊补时,若隔绝工作不可靠,不得焊割。（V） 29. 劳动者无权了解所从事的工作对他们的健康可能产生的影响和 危害。（X ） 30. 铝比铜的密度小,熔点也低。（V ） 31. 熔化焊机中不与地相连接的电气回路,在试验时对个别元件,由于特性限制,允许从电路中拆除或短接。（v）
高能束流加工技术的应用与发展高能束流(High Energy Density Beam)加工是利用高能量密度的束流 (激光束、电子束、等离子束)作为热源,对材料或构件进行特种加工的技术. 20世纪以来，航空科学技术迅速发展，为保证在高温、高压、高速、重载和强腐蚀等苛刻条件下的工作可靠性，在飞机、发动机和机载设备上大量采用了新结构、新材料和复杂形状的精密零件，这就使产品的制造性日趋恶化，对制造技术不断提出新的挑战。 鉴于对有特殊要求的零件用传统机械加工方法很难完成，难于达到经济性要求。现在，工艺师们独辟蹊径，借助各种能量形式，探寻新的工艺途径，各种异于传统切削加工方法的新型特种加工方法应运而生，如高能束流加工、电火花加工、电解加工、化学加工、物料切蚀加工以及复合加工。目前，特种加工技术已成为航空产品制造技术群中不可缺少的分支，在难切削材料、复杂型面、精细表面、低刚度零件及模具加工等领域中已成为重要的工艺方法。 1.现代特种加工技术的特点及发展趋势 1.1特种加工技术的特点 现代特种加工（SP,Special 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 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。 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。 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。 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。 ⑤ 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0.001微米或纳米级精度，表面粗糙度Ra<0.01
实训成绩 批阅教师 日期 区肌提N殳晋城市学院 CITY COLLEGE,KUNMING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 高能束流焊接方法学习要点总结 课程名称焊接设备维修实训 ___________ 专业年级焊接1311 ____________ 学号2013118526113 ____________ 学生姓名张华荣 __________________ 指导教师李飞 2016年4月13日
高能束流焊接方法学习要点总结 一．高能束流焊接方法基本概念： 高能束流焊接是指以激光束、电子束、等离子体为热源，对金属、非金属材料进行焊接的精细加工工艺。 52 注：（1）高能束流焊接的功率密度（Power Density ）达到10 W/cm 以 上。 （2）高能束流是由单一的电子、光子、电子和离子，或者二种以上的粒子组合而成。 （一）电子束焊焊接方法基本概念： 电子束焊是利用会聚的高速电子轰击工作件接缝处所产生的热能，使金属熔合的一种焊接方法。（二）激光焊焊接方法基本概念：利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效而且精密的焊接方法。它是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量而进行焊接的。 聚焦的激光束是指：利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束。 （三）激光切割基本概念： 激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。 （四）等离子弧焊焊焊接方法基本概念： 等离子弧焊是以等离子弧为热源的一种高能速流焊接方法。 二．基本原理和分类 （一）获得高能束流的基本原理： 1. 高功率密度激光束的获取激光器通过谐振腔的方向选择、频率选择以及谐振腔和工作物质共同形成的反馈放大作用，使输出的激光具有良好的方向性、单色性以及很高的亮度。 2. 高功率密度电子束的获取 阴极用以发射电子，阳极相对阴极施加高电压以加速电子，控制极用来控制电子束流的强度，聚焦线圈对电子束进行会聚，偏转线圈可使束流产生偏转以满足加工的需要。 3. 高能束流的聚焦 （1）激光束的聚集目前在激光焊中常用的聚集系统有三种：透镜聚集、反射镜聚集和改进型的。 （2）电子束的聚集电子束聚集是依据于电场和磁场对电子的作用。常用的电子束聚集方法是静电透镜聚集好磁透镜聚集等。其中静电透镜聚集分别为同心球电极聚集。 （二）分类： 1. 电子束焊接 2. 激光焊 3. 激光切割 4. 等离子弧焊 （一）电子束焊工作原理： 电子束是从电子枪中产生的。通常电子是以热发射或者场致发射的方式从发射级（阴极）逸出的。在25~300V 的加速电压的作用下，电子被加速到0.3~0.7 倍光速，具有一定的动能，经过电子枪中静电透镜和电磁透镜的作用，电子会聚成功率密度很高的电子束。 这种电子束撞击到工件表面，电子的动能就转变为热能，使金属迅速溶化和蒸发。在高压金属蒸气的作用下，熔化的金属被排开，电子束就能继续撞击深处的固态金属。很快在被焊工件上
钛合金的加工工艺 钛合金有着与钛金属类似的大气高温污染（吸收氢氧氮）、强度高导致的刀具寿命短、导热性差导致的粘刀等等一系列麻烦。此外，热加工带来的金属相不均匀，晶粒粗大，残余应力，等等，也是钛合金热加工的难题。因此，工业纯钛和钛合金基材，在国际上基本是自由贸易（这与高性能碳纤维复合材料的禁运有很大的差异。详情见拙文《浅析碳纤维复合材料在航空航天领域的应用https://www.doczj.com/doc/d65786896.html,/s/blog_56c70d4b010165l9.html》）然而，买得起未必用得起，正是加工工艺的复杂，将绝大多数国家挡在了钛合金应用的门外。 下面，我们来看***钛合金加工工艺的情况。 一、下料切割工艺 钛合金制件之前，先要将大块钛合金进行初步切割，做下料准备。钛合金的切割，不像一般金属，很难用火焰方法进行，否则高温污染会导致材料脆化。因此多用等离子切割、激光切割、铣切来进行。但是这些方法，要么是材料容易产生热应力离散变形（如激光切割）、或者成本太高无法满足大量生产（如离子束切割），要么是残料率高（如铣切）。因此，人们想出了另一种常温切割方式：高压水切割。 水切割，就是水刀，呵呵。以前咱听说水滴石穿，那可要万年功夫。这次是水切钛断，立等可取啊。 中国航空报载，沈飞公司工艺研究所的首席专家蒲永伟，对水切割技术有深厚积累，潜心研究此项技术的钛切割应用，获得成功，顺利实施了40～100毫米厚的钛合金板材切割。由于是常温操作，切割质量好，且其效率是常规切割方法的50倍以上，材料费大大节约。至今，钛合金的水切割方式，在国内的应用已经接近10年。 二、铸造工艺
铸件加工，需要熔化钛合金进行浇注。同样，由于钛合金的化学活性，熔化的液态钛合金，几乎与所有的耐火材料起反应。因此其熔化和浇注必须在惰性气体（如氩气）保护或者真空环境下进行。 国内应用方面： 中国船舶新闻网报道，中国在消化吸收国外先进技术的基础上，掌握和发展了金属型、捣实型、机加工石墨型，以及氧化物面层陶瓷型壳等钛合金铸造技术，可以生产最大直径达150 0毫米X400毫米，最小壁厚为0.8毫米，单重达到近800千克的整体钛合金铸件，每年铸造钛合金用量达5000吨，具备了钛及钛合金精密铸件的基本生产技术。 根据热加工论坛的报道：我国航天用铸造钛合金的应用始于20世纪80 年代中期，现已有ZTi3，ZTiAl4，ZTiAl5Sn2. 5，ZTiAl6V4，ZTiAl6Zr2MoV等品牌（品牌的第一个字母Z，代表铸造）。 2001年，由北航、华中理工研制的ZTC4 钛合金（即对TC4进行铸造加工后的合金件），利用热等静压和熔模精密铸造成型技术,研制了某型飞机用钛合金精铸件。该铸件外型尺寸为6 30mm ×300mm ×130mm ,最小壁厚2. 5mm ,为复杂的框形结构。 中科院金属研究所网站报道： 2011年5月，沈阳向中国科学院金属研究所研发的钛铝母合金制备技术，通过了英国罗罗公司（Rolls-Royce）的质量审核。 2013年4月17日，罗罗航空发动机公司在沈阳，正式向该所颁发了钛铝涡轮叶片精密铸造技术质量认证证书。
电子束焊 一、电子束焊的基本原理 电子束焊是一种高能束流焊接方法。一定功率的电子束经电子透镜聚焦后，其功率密度可以提高到106 W/cm2以上，是目前已实际应用的各种焊接热源之首。 电子束传送到焊接接头的热量和其熔化金属的效果与束流强度、加速电压、焊接速度、电子束斑点质量以及被焊材料的热物理性能等因素有密切的关系。 二、电子束焊的特点 1．电子束焊的优点 （1）电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。通常电弧焊的深宽比很难超过2：1，而电子束焊的深宽比可达到60：1以上，可一次焊透0.1~300mm厚度的不锈钢板。 （2）焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。电子束焊速度一般在1m/mm 以上。电子束焊缝热影响区很小。由于热输人低，控制了焊接区晶粒长大和变形，使焊接接头性能得到改善。由于焊接变形小，对精加工的工件可用作最后连接工序，焊后工件仍保持足够高的尺寸精度。 （3）焊缝纯度高，接头质量好。真空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受氢、氧、氮等有害气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和净化，因而特别适于活泼金属的焊接，也常用于焊接真空密封元件，焊后元件内部保持在真空状态。可以通过电子束扫描熔池来消除缺陷，提高接头质量。 （4）再现性好，工艺适应性强。电子束焊的焊接参数可独立地在很宽的范围内调节，易于实现机械化、自动化控制，重复性、再现性好，提高了产品质量的稳定性。通过控制电子束的偏移，可以实现复杂接缝的自动焊接；电子束在真空中可以传到较远（约500mm）的位置上进行焊接，因而也可以焊接难以接近部位的接缝。对焊接结构具有广泛的适应性。 （5）可焊材料多。电子束焊不仅能焊接金属和异种金属材料的接头，也可焊非金属材料，如陶瓷、石英玻璃等。真空电子束焊的真空度一般为5×10-4Pa，尤其适合焊接钛及钛合金等活性材料。 2．电子束焊的缺点： （1）设备比较复杂，投资大，费用较昂贵。 （2）电子束焊要求接头位置准确，间隙小而且均匀，因而，焊接前对接头加工、装配要求严格。 （3）真空电子束焊接时．被焊工件尺寸和形状常常受到工作室的限制。 （4）电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量。 （5）电子束焊接时产生的X射线，操作人员需要严加防护。 表1-1归纳了与其他传统焊接工艺方法相比较，电子束焊所具有的优点。
复合材料的切削加工技术 复合材料在航空、航天等工业中得到越来越多的应用。复合材料的种类很多，基体材料分金属和非金属两大类，增强材料分纤维和颗粒两大类。对复合材料进行切削加工的难度较大，一般需采用超硬刀具。 复合材料的种类和性能 复合材料是由两种或两种以上的机械、物理和化学性质完全不同的物质，经人工合成制造出多相组成的固体材料，从而获得单一组成材料所不能具备的性能和功能。 现代工程结构所用的复合材料，按基体材料的类型可分为树脂基、金属基和陶瓷基这三大类；按增强相的形态可分为长纤维、短纤维、晶须、层叠和颗粒增强的复合材料等。 在航空、航天、汽车、石油化工等工业中，纤维增强复合材料用得较多，主要类型有： （1）玻璃纤维增强复合材料（Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP），主要由SiO2玻璃熔体制成，某些性能接近于钢，可代替钢使用，故又称“玻璃钢”。现已成为一种常用的工程结构材料。基体多为酚醛树脂或环氧树脂。 （2）碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP），其性能优于玻璃钢，现已得到广泛应用。所用基体与“玻璃钢”相同。 （3）硼纤维增强复合材料（Boron Fiber Reinforced
Plastic,BFRP），应用起步稍晚，性能与CFRP接近。基体为树脂。 （4）芳纶纤维增强复合材料（Kevlar Fiber Reinforced Plastic,KFRP），其增强纤维为芳香族聚酰胺纤维，又称“芳纶纤维”。它的基体也是树脂，性能亦佳。 上述纤维增强的树脂基复合材料（FRP），多用于航空和其他方面的结构件，可代替铝合金和钛合金，甚至部分钢材，因为它们的机械性能好，且能减轻构件的重量。 此外，还有颗粒增强的铝基复合材料，如SiCp/Al的耐磨性强，可用于耐磨件，对其加工很困难。 复合材料的应用 由于复合材料的抗拉强度高，弹性模量和耐热性较好，重量轻，韧性、减振能力和抗疲劳性能特佳，故首先在飞机结构上得到广泛应用。可使飞机重量减轻，加速快，转弯变向灵活，飞行高度高，航程加长，节省燃料。后来，在汽车、船舶、纺织机械、化工设备、建筑和体育器材上也得到了广泛应用。 近年来，在民用飞机B757、B767、B777、A300、A340上，复合材料用量已占飞机全部用料的11%～20%。商用飞机B787上大量使用CFRP，已占飞机体积的11%，占结构件重量的50%。B787每年所用的燃料费，比B767减少500万美元。A380上的机身、机翼板，用大量的复合材料制造。武装直升飞机AH-60、NH-90、V-22、RAH-66上，从整流罩、地板、壁板等次承力结构到旋翼框架等主承力结构上都使用复合材料，且高达飞机重量的50%[3-4]。
高压水射流切割技术 一、高压水射流加工简介 近二十年来，随着科学技术的不断发展，人们不断的发掘着自然界中有益的现象并加以改造为人类服务。 为了提高效率，【1】人们将水加以高压，并使之从直径较小的喷嘴中喷出，形成一束高速、连续或间断的水流束，这便是高压水射流。水射流加工(water Jet Cutting)又称水喷射加工，是利用高压高速水流对工件的冲击作用来去除材料的，俗称“水刀加工”，即利用高压水射流对各种材料进行切割、穿孔和工件表层材料去除等加工【1】。与其他高能束流加工技术相比，水射流切割技术具有独特的优越性。高压水射流切割法是一种新型的切割方法，可以切割用其他切割方法无法加工的材料，应用范围涵盖各种金属及非金属材料。在切割过程中不会使被切割材料产生热影响区，切口边缘的材质不发生变化，这种切割方法的精度较高，适用于加工尺寸精度要求高的零部件。高压水射流切割因其独特的优点而在切割领域占有重要地位，在矿业、土木工程、建筑业以及航空航天业中的应用日益广泛，应用前景良好。 二、高压水射流切割原理 ①高压水射流切割示意图 1-水箱 2-过滤器 3-水泵 4-蓄能器 5-液压系统 6-增压器 7-控制器 8-阀门 9-喷嘴 10-工件 11-水槽
【2】高压水射流切割是利用水或水中加添加剂的液体，经水泵至增压器，再经贮液蓄能器使高压液体流动平稳，最后由人造蓝宝石喷嘴形成300-900m/s（约为音速的1-3倍）的高速液体束流，喷射到工件表面，从而达到去除材料的加工目的。高速液体束流的能量密度可达102W/mm2,流量为7.5L/min【2】。 储存在水箱中的水经过滤器处理后，由水泵抽出送至蓄能器中。液压系统驱动增压器，使水压增高。高压水经控制器、阀门和喷嘴喷射到工件的加工部位进行切割。切割过程中产生的切屑和水混合在一起，排入水槽。 【3】利用增压装置将水加压到几十至数百兆帕后从喷嘴中喷出形成高压水射流。高压水射流本身具有较高的刚性，在与工件发生碰撞时，会产生极高的冲击动压和涡流。从微观上看，相对于射流平均速度存在着超高速区和低速区(有时可能为负值)，因而超高水射流表面上虽然为圆柱模型，而内部刚性高和刚性低的部分并存。刚性高的部分产生的冲击动压使传播时间减少，增大冲击强度，宏观上起快速楔劈作用；而低刚性部分相对于高刚性部分形成了柔性窄间，起吸屑、排屑作用【3】。高速高压水射流，对切割物进行冲击，使其表层产生破碎和微裂纹，水射流进入裂纹中，如楔子般将工件劈裂、剥离，同时高速水流的冲刷将切下的碎屑带走，形成切缝。 三、高压水射流切割的分类 高压水射流切割按所用的工作介质分为纯水高压水射流切割和在水中加入各种磨料的加磨料高压水射流切割两种基本类型。 （1）纯水型 纯水型高压水射流切割由于仅仅利用从喷嘴喷出的高速高压水射流进行切割，其切割能力相对较低，但设备简单，消耗物品少，操作成本低。 （2）加磨料型 加磨料型高压水射流切割由于在水中混入磨料，大大增强了水射流的冲击作用，所以其切割能力比纯水型切割大为提高，但设备复杂，操作成本高。 加磨料型按混入磨料的方式及水压又分为高压加磨料型水射流切割和低压加磨料型水射流切割两种，后者具有很多优点，是最有前途的切割方法。
复合材料的常规机械加工方法 一、锯切 玻璃纤维增强热固性基体层压板，采用手锯或圆锯切割。 热塑性复合材料采用带锯和圆锯等常用工具时要加冷却剂。石墨／环氧复合材料最好用镶有硬质合金的刀具切割。锯切时控制锯子力度对保证锯面质量至关重要。虽然锯切温度也是一种要控制的因素，但一般影响不大，因锯切时碰到的最高温度一般不会超过环氧树脂的软化温度(182℃)。 金属基复合材料可用镶有金刚石的线锯锯切，不过其切割速度较慢，而且只能作直线锯切。采用金刚石砂轮对陶瓷基复合材料进行常规锯切，可有两种速度：一种是250r/min，另一种是4000r/min。这种锯切会使切割面的陶瓷基复合材料有相当大的损坏。不过在较高锯切速度时，损坏虽大，但断面较为均匀。 二、钻孔和仿形铣 在复合材料上钻孔或作仿形铣时，一般采用干法。大多数热固性复合材料层合板经钻孔和仿形铣后会产生收缩，因此精加工时要考虑一定的余量，即钻头或仿形铣刀尺寸要略大于孔径尺寸，并用碳化钨或金刚石钻头或仿形铣刀。钻孔时最好用垫板垫好，以免边缘分层和外层撕裂。另外钻头必须保持锋利，必须采用快速除去钻屑和使工件温升最小的工艺。 热塑性复合材料钻孔时，更要避免过热和钻屑的堆积，为此钻头应有特定螺旋角，有宽而光滑的退屑槽，钻头锥尖要用特殊材料制造。一般钻头刃磨后的螺旋角约为10-15°，后角为9－20°，钻头锥角为60－120°。采用的钻速不仅与被钻材料有关，而且还与钻孔大小和钻孔深度有关。一般手电钻转速为900r/min时效果最佳，而固定式风钻则在转速为2100r/min和进给量为1.3mm/s时效果最佳。 三、铣削、切割、车削和磨削 聚合物基复合材料用常规普通车床或台式车床就可方便地进行车削、镗削和切割。目前加工刀具常用高速钢、碳化钨和金刚石刀头。采用砂磨或磨削可加工出高精度的聚合物基复合材料零部件。最常用的是粒度为30-240的砂带或鼓式砂轮机。大多数市售商用磨料均可使用，但最好采用合成树脂粘接的碳化硅磨料。热塑性聚合物基复合材料用常规机械打磨时，要加冷却剂，以防磨料阻塞。磨削有两种机械可用，一种是湿法砂带磨床，另一种是干法或湿法研磨盘。使用碳化硅或氧化铝砂轮研磨时不要用流动冷却剂，以防工件变软。 复合材料层合板采用一般工艺就能在标准机床上铣削。黄铜铣刀、高速钢铣刀、碳化钨铣刀和金刚石铣刀均可使用。铣刀后角必须磨成7-12°，铣削刃要锋利。高速钢铣刀的铣削速度建议采用180-300m/min，进刀量采用0.05-0.13mm/r，采用风冷。
一、分别简述离子束、电子束、激光束的定义及产生原理，并作示意图。 离子束定义：离子束以近似一致的速度沿几乎同一方向运动的一群离子 产生原理： 在离子源中，通过气体放电产生等离子体。从宏观上看，等离子体是电中性的，即离子总电荷数与电子总电荷数基本相当。等离子体中的离子由引出电极引出，进入质量分析器。不同质量数或不同电荷数的离子经质量分析，分离出同一种类带有同样电荷的离子进入加速段。加速系统将离子加速到所要求的能量，注入处于靶室中样品上。 电子束定义：电子束在真空汇集成束。可采用静电场聚焦,磁场聚焦等方法 产生原理： 电子经过汇集成束。具有高能量密度。它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）加速电场作用下被加速至很高的速度（0.3-0.7倍光速），经透镜会聚作用后，形成密集的高速电子流。 激光定义：激光束是利用原子受激辐射的原理，使工作物质受激发而产生的一种单色性高、方向性强、光亮度的光束。 产生原理： a受激吸收、：处于较低能级的粒子在受到外界的激发，吸收了能量，跃迁到较高能级。 b.自发辐射：粒子自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子。 c受激辐射（激光）: 当频率为=ν（E2-E1）/h的光子入射时，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子。 二、论述激光与材料的相互作用、金属材料对激光的吸收、光致等离子体。 金属材料的激光加工主要是基于光热效应的热加工，激光辐照材料表面时，在不同的功率密度下，材料表面区域将发生各种不同的变化，包括表面温度升高、熔化、汽化、形成匙孔以及产生光致等离子体等。而且材料表面区域物理状态的变化极大地影响材料对激光的吸收。随功率密度与作用时间的增加，金属材料将会发生固态加热、表层熔化、形成稀薄等离子体、形成匙孔及致密等离子体等物态变化。 就材料对激光的吸收而言，材料的汽化是一个分界限。当材料没有发生汽化时，不论出于固相还是液相，其对激光的吸收仅随表面温度的升高而有较慢的变化；而一旦材料出现汽化并形成等离子体和匙孔，材料对激光的吸收则会突然发生变化。当功率密度大于汽化阈值，反射率突然降至很低值，材料对激光的吸收剧增。 焊接过程中由于激光辐照金属材料汽化而产生的等离子体，称为光致等离子体。
1、电子束焊接属于高能束流焊接,它是利用加速和聚集的电子束轰击置于真空(必须是真空)的焊件所产生的热能进行焊接的方法。(1.0分) 正确答案：错 2、超声波焊不是压力焊。(1.0分) 正确答案：错 3、调质能得到韧性和强度最好的配合,获得良好的综合力学性能。(1.0分) 正确答案：对 4、通常化合物具有较高的硬度和大的塑性,而脆性较低。(1.0分) 正确答案：错 5、纯铁不能用热切割的方式进行加工。(1.0分) 正确答案：错 6、电阻焊时加热时间短,热量集中,热影响区小。(1.0分) 正确答案：对 7、薄药皮电弧焊和药芯焊丝氩弧焊是同一种焊接。(1.0分) 正确答案：错 8、奥氏体的最大特点是没有磁性。(1.0分) 正确答案：对 9、价格低不是干粉灭火器的优点。(1.0分) 正确答案：错 10、自燃点是指物质(不论是固态、液态或气态)在没有外部火花和火焰的条件下,能自动引燃和继续燃烧的最低温度。(1.0分) 正确答案：对 11、液体在火源作用下,首先使其蒸发,然后蒸汽氧化分解进行燃烧。(1.0分) 正确答案：对 12、发泡倍数在20~200之间的泡沫称为高倍数泡沫。(1.0分) 正确答案：错 13、1211灭火器是干粉灭火器。(1.0分) 正确答案：错 14、二氧化碳灭火器应每月检查一次。(1.0分) 正确答案：对 15、氧气瓶阀门着火,只要操作者将阀门关闭,断绝氧气,火会自行熄灭。(1.0分) 正确答案：对 16、铝粉和镁粉的自燃点是一个较高的温度值,不是一个范围。(1.0分) 正确答案：错 17、在空气不足的情况下燃烧会生成炭粒。(1.0分) 正确答案：对 18、《中华人民共和国职业病防治法》的规定:在职业病防治工作上坚持预防为主、防治结合的方针,实行分类管理、综合治理。(1.0分) 正确答案：对 19、手工电弧焊时的弧光比氩弧焊时的弧光辐射低。(1.0分) 正确答案：对 20、气体火焰焊是利用可燃气体(如乙炔、液化石油气、氢、丙烷等),以合适的比例在空气中燃烧。(1.0分) 正确答案：错
第四节高能束加工 常用的高能密度束流加工方法主要是激光加工、电子束加工、离子束加工等。高能密度束流加工的共同特点： 1.加工速度快，热流输入少，对工件热影响极少，工件变形小。 2.束流能够聚焦且有极高的能量密度，激光加工、电子束加工可使任何坚硬、 难熔的材料在瞬间熔融汽化，而离子束加工是以极大能量撞击零件表面，使材料变形、分离破坏。 3.工具与工件不接触，无工具变形及损耗问题。 4.束流控制方便，易实现加工过程自动化， 一、激光加工 1.激光加工原理 激光加工（laser beam machining，LBM）是在光热效应下产生的高温熔融和冲击波的综合作用过程。 通过光学系统将激光束聚焦成尺寸与光波波长相近的极小光斑，其功率密度可达107～1011w/cm2，温度可达一万摄氏度，将材料在瞬间（10-3s）熔化和蒸发，工件表面不断吸收激光能量，凹坑处的金属蒸汽迅速膨胀，压力猛然增大，熔融物被产生的强烈冲击波喷溅出去。
激光器是激光加工设备的核心，它能把电能转换成激光束输出。 常用的激光器有固体和气体两大类。 固体激光器常由主体光泵（激励源）及谐振腔（由全反射镜、半反射镜组成）、工作物质（一些发光材料如钇铝石榴石、红宝石、钕玻璃等）、聚光器、聚焦透镜等组成。图中激光器的工作物质为钇铝石榴石 2.激光加工的特点 1）激光加工属非接触加工，无明显机械力，也无工具损耗，工件不变形，加工速度快，热影响区小，可达高精度加工，易实现自动化。 2）因功率密度是所有加工方法中最高的，所以不受材料限制，几乎可加工任何金属与非金属材料。 3）激光加工可通过惰性气体、空气或透明介质对工件进行加工，如可通过玻璃对隔离室内的工件进行加工或对真空管内的工件进行焊接。 4）激光可聚焦形成微米级光斑，输出功率大小可调节，常用于精密细微加工，最高加工精度可达0.001mm，表面粗糙度Ra值可达0.4～0.1。 5）能源消耗少，无加工污染，在节能、环保等方面有较大优势。 3.激光加工的应用 （1）激光打孔 激光打孔主要用于特殊材料或特殊工件上的孔加工，如仪表中的宝石轴承、陶瓷、玻璃、金刚石拉丝模等非金属材料和硬质合金、不锈钢等金属材料的细微孔的加工。 激光打孔的效率非常高，功率密度通常为107～108w/cm2，打孔时间甚至可缩短至传统切削加工的百分之一以下，生产率大大提高。 激光打孔的尺寸公差等级可达IT7，表面粗糙度Ra值可达0.16～0.08。 （2）激光焊接 激光束焊接是以聚集的激光束作为能源的特种熔化焊接方法。 焊接用激光器有YAG固体激光器和CO2气体激光器，此外还有CO激光器、半导体激光器和准分子激光器等。 激光器利用原子受激辐射的原理，使物质受激而产生波长均一，方向一致和强度非常高的光束。经聚焦后，激光束的能量更为集中，能量密度可达
《新技术术新工艺》征稿范围及写作要求 近期我们收到不少读者来信，欲了解于本刊发表论文在职称时是否有效，本刊对稿件有哪些要求等等，现将上述问题解答如下。 1.《新技术新工艺》杂志简介 《新技术新工艺》杂志是由兵器工业集团公司主办的制造行业科技期刊，国内外公开发行，连续多年被评为机械制造、仪器仪表中文核心期刊，中国科技论文检索源期刊、统计源期刊，进入中国期刊方阵，被国家新闻出版署命名为"双效期刊"，因此，对绝大多数单位而言，在《新技术新工艺》杂志上发表的论文在职称评定中均有效。 2.《新技术新工艺》杂志的办刊宗旨 我们的办刊宗旨是：报道国内外先进制造技术，跟踪制造行业新动态，为企业技术进步服务。《新技术新工艺》注重新颖性、实用性、普遍性，主要报导制造行业新技术、新工艺、新材料、新设备，本刊设有如下栏目：机械加工与自动化、热加工及成形技术、材料与表面处理。 3.《新技术新工艺》杂志近期重点选题 1)工程信息化技术 cad/cam/capp/pdm等在设计中的应用，软件开发及功能扩展的最新成果。 2)机械加工工艺技术及装备数控加工工艺技术，精密、
超精密加工技术及设备，制造系统集成技术，敏捷化制造技术，柔性制造生产线，微电子组装技术，精密测试与在线检测技术与设备，成组加工工艺技术。 3)特种加工技术高能束流加工技术，电加工技术，多能源复合加工，特种加工设备。 4)热加工及精密成形加工精密热处理及计算机控制，复杂构件精铸技术及工艺过程控制，特种塑性成形技术，粉末成形技术及设备。 5)先进连接技术固相连接技术与钎焊工艺技术及装备，机械化、自动化焊接技术及装备，自动钻铆及长寿命铆接技术，构件粘接技术，大型铝合金构件焊接技术。 6)表面防护及改性技术功能防护涂层技术及装备（刷镀、浸镀、喷涂等），表面功能性转化膜技术的工程化应用，薄膜制备技术。 4. 文章格式及写作要求 1)文章格式中、英文标题；工作单位、邮编、作者；中文摘要；中、英文关键词；正文；参考文献；基金项目名称、编号。 2)写作要求文字精练，层次清晰，重点突出，表达准确，数据真实，引用公式正确，物理量符合国际标准，图表规范，字数一般在6 000字之内(含图表)。 5.投稿方式
特种焊接方法 特种焊接技术是指除焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等传统焊接方法之外的非常规焊接方法，主要包含电子束焊、激光焊等先进的高能束流焊接方法及扩散焊、摩擦焊、高频焊、超声波焊、爆炸焊、变形焊等固相焊接方法。高能束流焊是指利用高能量密度的束流，高能束流功率密度在10～10W/cm2范围内。高能束流焊接被誉为21世纪最具有发展前景的焊接技术。 一、电子束焊 电子束焊（EBW）是指在真空或非真空环境中，利用汇聚的高速电子流轰击焊件接缝处所产生的热能，使被焊金属融合的一种焊接方法。电子束焊由一般熔焊方法的“热导焊”转变为“穿孔焊”。 优点：焊缝深宽比大；焊接速度快、焊缝组织性能好；焊接变形小；焊缝纯度高、接头质量好；工艺适应性强；可焊材料多；再现性好；可简化加工工艺。 缺点：设备复杂，一次性投资大，费用较昂贵；电子束焊要求接头位置准确，间隙小而且均匀，焊前对接头加工、装配要求严格、真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状受到工作室的限制、容易受杂散电磁场干扰，影响焊接质量、焊接是产生X射线，需要操作人员严格防护。 电子束焊的分类：高真空电子束焊、低真空电子束焊、非真空电子束焊。高真空电子束焊的真空度为10～10Pa，低真空的真空度为10～10Pa，非真空在真空条件（≤10Pa）下产生的。电子束焊的应用：一般熔焊能焊的金属都可以采用电子束焊，此外还能焊接稀有金属、活性金属、难熔金属和非金属陶瓷等。也可焊接物理性能差异较大的异种金属。焊接厚板时无需开坡口和填充金属，亦可焊厚度相差悬殊的焊件，可以焊接内部需保持真空度的密封件、靠近热敏元件的焊件、形状复杂且精密的零部件，也可以同时施焊具有两层或多层接头的焊件，这种接头层与层之间可以间隔几十毫米。 电子枪高压型60～150kv，电子束焊机中用以产生电子并使之汇聚成电子束的装置称为电子枪。电子枪是电子束焊的核心部件，主要有阴极、阳极、栅极和聚焦线圈组成，电子枪有二级枪和三级枪之分，现在多采用三级电子枪。 电子束焊的常用接头：对接、角接、T形接、搭接和端接。 电子束焊的主要焊接参数及选择：加速电压（影响熔深）、电子束电流、焊接速度、聚焦电流和工作距离。这些参数直接影响到焊缝的熔深和几何形状。 长空洞及焊缝中裂纹都是深熔透电子束焊接时所特有的缺陷，降低焊接速度，改进材质有利于消除此类缺陷。 二、激光焊 激光焊（LBW）是利用能量密度极高的激光束作为热源的一种高效精密的焊接方法。与传统焊接方法比较具有能量密度高、穿透力强、精度高、适用性强等优点。 优点：①激光束功率密度高，加热速度快，热影响区窄，焊接应力和变形小，容易实现深熔焊和高速焊，适用于精密焊接和微细焊接。②焊缝熔深比大。③适应于常规焊接方法难以焊接的材料、如难熔金属、热敏感性强的材料以及热物理性能、尺寸和体积差异悬殊的工件间焊接，也用于非金属材料的焊接。④可借助反射镜使光束达到一般焊接方法无法施焊的部位。 ⑤可穿过透明介质对密闭容器内的工件进行焊接，如焊接置于玻璃密封容器内的合金等剧毒材料。⑥激光束不受电磁干扰，不存在X射线防护问题，也不需要真空保护。 缺点：①激光焊难以焊接反射率较高的材料。②对焊件加工、组装、定位要求相对较高。③设备一次性投资较大。