第一篇：現(xiàn)代連接技術(shù)

第二章 材料加工方法與原理

第四節(jié)

現(xiàn)代連接技術(shù)

連接技術(shù)是指將兩件金屬、或者非金屬通過焊接方法連接為一起的技術(shù)，狹義的連接技術(shù)主要指金屬之間的焊接技術(shù)，廣義的連接技術(shù)還包括金屬與非金屬、非金屬與非金屬之間的連接技術(shù)。

1．焊接連接技術(shù)的基本原理和分類

焊接連接技術(shù)中要把兩個(gè)分離的金屬、非金屬固體構(gòu)件連接在一起，從物理本質(zhì)上來講，就是要使這兩個(gè)構(gòu)件被連接面上的原子和分子彼此接近到原子或分子間的結(jié)合力的距離，即達(dá)到金屬晶格距離。由于任何一個(gè)連接面上都有表面粗造度的存在，而且連接面上存在著氧化膜和其它污染物，這些都阻礙著連接面上的原子或分子接近到形成原子或分子間結(jié)合力的距離。焊接技術(shù)的目標(biāo)就是尋找合適的物理化學(xué)途徑，將連接表面的原子或者分子用他們之間的結(jié)合力結(jié)合起來。

按照這些物理化學(xué)方法的不同，可以將焊接連接技術(shù)分為熔化焊接、壓力焊接、釬焊、粘接等方法。

1-1 熔化焊接

熔化焊接是指用外加熱源使被連接構(gòu)件界面附近區(qū)域局部加熱熔化成液體，然后冷卻結(jié)晶成一體的方法。熔化焊接的關(guān)鍵技術(shù)主要有：

1）要有一個(gè)能量和溫度密度都足夠高的局部加熱熱源。目前所用的局部熱源有：以氧乙炔、丙烷等燃?xì)饣鹧鏋闊嵩吹臍怏w火焰；以氣體導(dǎo)電時(shí)產(chǎn)生的電弧為熱源的電弧熱源；以熔渣導(dǎo)電時(shí)產(chǎn)生的電阻熱為熱源的電渣熱源；以高速運(yùn)動的電子束流為熱源的電子熱源；以輻射激發(fā)光放大原理產(chǎn)生的單色強(qiáng)光子束為熱源的激光熱源等等，局部加熱熱源不同所具有的焊接技術(shù)都不同。對于熔化焊接來講，局部熱源的能量密度越大，就可以使加熱區(qū)域越小，熔透能力則越大，焊件熔化所需加熱時(shí)間越短，焊接速度越快，此外所形成的熱影響區(qū)也越小，這些對于形成優(yōu)良的熔化焊接接頭質(zhì)量，提高熔化焊接的生產(chǎn)率都是很重要的。

2）熔化焊接過程一般都需要采取有效的保護(hù)措施以隔離空氣與焊接高溫區(qū)，以防止局部熔化的高溫金屬因與空氣中的氧氣的接觸而造成既定成分的變化以及由此引起的焊接性能的惡化。保護(hù)方式一般有真空、氣相和渣相保護(hù)三種。

3）在熔化焊接過程中一定要考慮連接構(gòu)件之間的物理化學(xué)反應(yīng)，以確定兩者在高溫液相區(qū)形成互溶液體及隨后的冷卻過程中能否形成性能恰當(dāng)?shù)墓倘荏w。

4）在熔化焊接中，局部加熱熱源在熔化區(qū)域周圍會有一個(gè)特定寬度的熱影響區(qū)，造成晶粒長大或者晶間脆性析出物等惡化焊接區(qū)性能的不良后果，要盡量使熱源影響區(qū)比較小。

1-2 壓力焊接

壓力焊接是指用外加壓力的作用克服兩個(gè)構(gòu)件表面的不平度，擠走表面氧化膜及其它污染物，使兩個(gè)構(gòu)件的原子相互接近到晶格距離，從而在固態(tài)條件下實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的連接。在室溫下只有少數(shù)塑性較好的金屬如鋁合金、銅合金才可以實(shí)現(xiàn)壓力焊接，但是如果在加壓的同時(shí)伴隨以加熱，則很多金屬都可以實(shí)現(xiàn)壓力焊接。

壓力焊接的加熱溫度大都低于焊件的熔點(diǎn)，正常的接頭區(qū)域內(nèi)一般也不包含熔化結(jié)晶過程，有時(shí)即使伴隨著局部或者微小的熔化，但也是從接頭中擠出的，或者被隔絕在固相金屬之中，因此壓力焊接通常不需要采用保護(hù)措施，壓力焊接的接頭冶金問題也比熔化焊簡單一些。

1-3 釬焊

釬焊是指用熔點(diǎn)低于被連接構(gòu)件材料熔點(diǎn)的熔化金屬（釬料）做連接的媒介物在連接界面上流散充填，然后冷卻結(jié)晶形成結(jié)合面的方法。在釬焊過程中，釬料需要加熱熔化，而且為了防止熔化的釬料不受空氣中氧等氣體的污染，需要使用保護(hù)氣。

第二章 材料加工方法與原理

釬焊不僅可用于同種或者異種金屬的焊接，還可以廣泛用于金屬與玻璃、陶瓷等非金屬材料的連接。

1-4．粘接

粘接是指用環(huán)氧樹脂、聚丙烯等高分子化合物做粘接劑涂在連接部位，然后在固化劑或者光、熱作用下固化而實(shí)現(xiàn)的連接。粘接已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代航空、電子工業(yè)等行業(yè)。

2．手工電弧焊接

在了解手工電弧焊接技術(shù)之前，先了解焊接電弧，焊接電弧是所有電弧焊接技術(shù)的基礎(chǔ)。

2-1 焊接電弧的構(gòu)造及其電特性 2-1-1 電弧的結(jié)構(gòu)

電弧的結(jié)構(gòu)由如圖4-1所示的三個(gè)部分組成：

1）陰極斑點(diǎn)和陰極區(qū)。陰極表面發(fā)射電子的高溫區(qū)域稱為陰極斑點(diǎn)，同時(shí)它也接受一部分來自弧柱區(qū)的正離子的轟擊。

陰極區(qū)是指陰極外緊靠陰極斑點(diǎn)的導(dǎo)電區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)電子和其它離子不會發(fā)生碰撞，因此只發(fā)生來自陰極表面的電子流和從弧柱

圖4-1 電弧構(gòu)造及其電壓分布 區(qū)向陰極運(yùn)動的離子流。電子流和離子流的相對大小可因電極材料、電流大小而不同。

2）弧柱區(qū)。弧柱區(qū)的長度約等于電弧的實(shí)際長度。在弧柱區(qū)域內(nèi)發(fā)生了氣體離子的各種電離、復(fù)合和親和過程，總體上電荷平衡。但依靠電子向陽極區(qū)和正離子向陰極區(qū)的運(yùn)動使弧柱保持著導(dǎo)電狀態(tài)，同時(shí)輻射弧光。由于正離子質(zhì)量大，定向運(yùn)動困難，一般認(rèn)為弧柱電流中電子流約占99%。

3）陽極區(qū)和陽極斑點(diǎn)。緊靠陽極的氣體導(dǎo)電區(qū)域稱為陽極區(qū)。陽極上全部接受電子流的高溫區(qū)域稱為陽極斑點(diǎn)。這個(gè)區(qū)域不再發(fā)生碰撞，電流完全是電子流。

2-1-2 電弧中的電壓分布

沿著電弧長度方向的電壓分布是不均勻的，靠近電極部分的電壓降較大，而沿著弧柱長度方向的電壓降認(rèn)為是均勻分布的。總的電弧電壓是有以下三部分組成：

Ua?UA?UL?UK

（4-1）

式中，Ua、UA、UL、UK分別是電弧電壓、陰極電壓降、弧柱電壓降和陽極電壓降。同時(shí)，陽極電壓降UA在電極材料、電氣介質(zhì)、電流大小等條件確定時(shí)基本上也是常數(shù)，而弧柱電壓降則于氣體介質(zhì)和弧柱長度有關(guān)。式（4-1）可以寫成：

Ua?a?bla

（4-2）

式中，a=UA+UK；b=UL/La，為弧柱單位長度電壓降（V/cm），又稱為弧柱電場強(qiáng)度，其大小取決于電極材料種類和氣體成分；La是弧長，焊接電弧的弧長一般為幾個(gè)厘米。

2-1-3 電弧的伏安特性

一定長度的電弧在穩(wěn)定燃燒時(shí)，電弧電壓和電弧電流之間的關(guān)系稱為電弧的靜態(tài)伏安特性，簡稱電弧的靜特性。如圖4-2是實(shí)測典型焊接電弧靜特性曲線，呈非線性狀態(tài)，這是由于：

圖4-2 電弧靜特性曲線

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1）小電流時(shí)，陰極溫度低熱發(fā)射能力很低，陰極區(qū)正離子流比例提高相當(dāng)于陰極區(qū)堆積正電荷，即提高陰極壓降才能靠電場發(fā)射維持陰極電子發(fā)射，因此，電流越小，電弧電壓必須提高。

2）陰極斑點(diǎn)面積、弧柱截面面積及其溫度和電離度都會隨著電流而變化。小電流時(shí)它們都可隨著電流增加而增大，達(dá)到一定程度后都會飽和。

不同電弧焊接方法因采用的電極材料以及所用的電流范圍不同，其電弧往往僅工作在靜特性的某一段。手工電弧焊的電弧特性就是工作在平直段的。顯然，氣體介質(zhì)的組成、電弧長度、和電極材料都會影響電弧的靜態(tài)伏安特性。

2-1-4 電弧的溫度及其溫度分布

不同電極材料的陰極、陽極的溫度可以高達(dá)2200到4200K。一般陽極溫度高于陰極溫度，且都低于電極材料沸點(diǎn)，但都足以使大多數(shù)處于電弧陰極或陽極的金屬達(dá)到熔化溫度，并可能產(chǎn)生少量金屬原子蒸氣。

弧柱的溫度受電極材料、氣體介質(zhì)、電流大小等因素的影響。常壓下當(dāng)電流在1000A范圍內(nèi)變化時(shí)，弧柱溫度可在5000~30000K之間。弧柱的溫度分布如圖4-3所示。

2-2 手工電弧焊接的基本特征

2-2-1 手工電弧焊接的過程及其應(yīng)用特點(diǎn)

手工電弧焊接是焊工手握夾持著焊條的焊鉗進(jìn)行焊接圖4-3 電弧溫度分布 的一種電弧焊接方法。在手工焊接過程中，焊條和工件之間產(chǎn)生的電弧將工件局部加熱到熔化狀態(tài)形成熔池，焊條作為一個(gè)電極，焊條的端部在電弧的作用下不斷被熔化，形成熔滴進(jìn)入熔池，隨著電弧向前移動，熔池尾部液態(tài)金屬逐步冷卻結(jié)晶，最終形成焊縫。

手工焊接技術(shù)的設(shè)備簡單，機(jī)動靈活，適用面廣，但是手工操作勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低，焊接精度不高，而且不太適合于活潑金屬、難熔金屬以及低熔點(diǎn)金屬的焊接。

2-2-2 手工電弧焊接的操作要領(lǐng)和參數(shù)

手工電弧焊接中的關(guān)鍵技術(shù)是引弧和運(yùn)條技術(shù)：

1）引?。菏止る娀『覆捎枚搪非脫艋騽澆练ㄒ茧娀。湮锢肀举|(zhì)是依靠短路電流加熱短路接觸處的金屬表面，使金屬和焊條形成熔池。當(dāng)焊條向上（敲擊時(shí)）或者側(cè)面（劃擦法）拉起時(shí)，陰極表面因熱及電場產(chǎn)生電子發(fā)射，并引起兩極間氣體分子電離而引燃電弧。

2）運(yùn)條：運(yùn)條包括沿焊條軸線的送進(jìn)、沿焊縫移動和橫向擺動三個(gè)動作。橫向擺動可增加焊縫的寬度，保證焊縫兩側(cè)的良好熔合并且延緩熔池金屬的結(jié)晶時(shí)間，有利于熔渣的浮起和氣體的逸出。

除了手工操作的技術(shù)之外，影響手工焊接技術(shù)的因素還有正確選擇電焊條及其直徑、電源種類和極性、焊接電流大小以及焊接層次等。試驗(yàn)測得，電弧電壓的經(jīng)驗(yàn)值大致為：

Ua=20+0.04Ia(V)

I<600A

Ua=44(V)

I≥600A

（4-3）

2-3 手工電弧焊接機(jī)-弧焊電源 2-3-1 對弧焊電源的基本要求

1）電源外特性。在穩(wěn)定狀態(tài)下，弧焊電源輸出的端電壓和電流之間的關(guān)系稱為弧焊電源的靜態(tài)外特性。當(dāng)一個(gè)電源供電弧焊接時(shí)，在穩(wěn)定狀態(tài)下，電弧靜特性和電源外特性的交點(diǎn)就決定了電弧的工作電壓和電流。如圖4-4所示的A0點(diǎn)就是穩(wěn)定的工作點(diǎn)，而A1點(diǎn)不是，這是因?yàn)樵陔娀」ぷ鲿r(shí)會受到外界干擾，電流會產(chǎn)生微小的波動。在A1點(diǎn)，當(dāng)電流產(chǎn)生微

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小變化時(shí)，電弧將熄滅或跳到A0點(diǎn)，而在A0點(diǎn)，盡管電弧在電流的波動下會離開A0點(diǎn)，但最后會回到A0點(diǎn)。所以A0點(diǎn)是一個(gè)穩(wěn)定的工作點(diǎn)，焊弧電源應(yīng)該工作在A0點(diǎn)。

2）電源調(diào)節(jié)特性。為使一臺弧焊電源能適用于各種焊條直徑和結(jié)構(gòu)的焊接，電源的外特性應(yīng)該是可調(diào)的。良好的焊弧電源其調(diào)節(jié)范圍是0.25~1.20A額定電流。

3）電源空載電壓和短路電流。電源得空載電壓越高越有利于引弧和穩(wěn)弧，但不利于安全和節(jié)能。目前實(shí)用數(shù)值為60~70V。為圖4-4 電弧電源便于引弧，應(yīng)具有較高的短路電流。系統(tǒng)工作狀態(tài)圖

4）電源動特性。電源的動特性是指電弧負(fù)載狀態(tài)突然發(fā)生變化時(shí)，例如焊條熔滴進(jìn)入熔池時(shí)經(jīng)常會出現(xiàn)短路，弧焊電源輸出的電壓的電流能否迅速做出響應(yīng)的性能。良好的動特性有利于獲得有規(guī)則的熔滴過渡，既能穩(wěn)定電源，又使得飛濺小和焊縫成型良好。

5）負(fù)載持續(xù)率。手工電弧焊是一種有停息的工作，焊接時(shí)，電源處于負(fù)荷狀態(tài)，溫度升高；更換焊條時(shí)，電源處于空載狀態(tài)，溫度降低，電源的這種負(fù)荷狀態(tài)以負(fù)載持續(xù)率表示為：

Fs?t1t?100%?1?100%

（4-4）t1?t2T式中，t1、t2、T=t1+t2分別是工作時(shí)間、休止時(shí)間、工作周期。

一般手工焊接電源的負(fù)載持續(xù)率是30%。不同負(fù)載持續(xù)率下有不同的允許電流。2-3-2 手工電弧焊接機(jī)的類型

手工弧焊機(jī)的類型一般有交流弧焊電機(jī)，直流弧焊電機(jī)和交直流弧焊電機(jī)幾種。

1）交流弧焊電機(jī)。交流弧焊電機(jī)實(shí)際上是一臺降壓變壓器，具有較大的可調(diào)節(jié)的電阻或者串聯(lián)一個(gè)電阻，能獲得陡降的外特性，并使交流電弧可連續(xù)穩(wěn)定燃燒。

2）直流弧焊電機(jī)。直流弧焊電機(jī)主要是硅整流型、可控硅整流型及逆變控制型三種。硅整流型直流電機(jī)依靠交流回路中漏電阻或者磁飽和電阻器獲得可調(diào)下降外特性，磁飽和電阻器是一種用直流繞組控制其鐵芯磁飽和程度的可調(diào)電阻器。

可控硅整流是電子控制型弧焊電源，通過控制導(dǎo)通角和電流負(fù)反饋獲得可調(diào)下降外特性，它在電弧工作區(qū)呈恒流特性，使電流在弧長略有波動時(shí)十分穩(wěn)定，而一旦短路則有足夠大的短路電流，有利于電弧引燃和重燃。

逆變控制電源是通過晶閘管或大功率晶體管、場效應(yīng)管及絕緣門柵雙極晶體管，先把工頻交流電整流成高壓直流電，變成高頻交流電，然后再進(jìn)行降壓和整流。其外特性可通過改變逆變頻率或脈沖寬度來調(diào)節(jié)，下降特性也主要通過電流負(fù)反饋來獲得。其主要優(yōu)點(diǎn)是：損耗小，效率高，動態(tài)響應(yīng)快，體積小，重量輕；缺點(diǎn)是：過載能力差，故障率高。

3）交直流兩用弧焊電源

用單相交流弧焊變壓器和整流器組合而成，常用于多用途焊機(jī)。2-4 電焊條

在手工電弧焊接中要用到電焊條。電焊條是用鋼或者其它金屬絲表面涂一層適當(dāng)厚度含有多種礦物質(zhì)成分組成的藥皮后制成的。電焊條有如下一些功能：

2-4-1 焊條芯：焊條芯的主要作用一是作為電弧的一個(gè)電極導(dǎo)電；二是在電弧中熔化并形成熔滴過渡到熔池，冷卻后成為焊縫熔覆金屬。

2-4-2 藥皮：藥皮的主要作用有：

1）穩(wěn)弧作用。藥皮中所含的低電離電位元素使焊條易于引弧并且在焊接過程中保持電

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弧穩(wěn)定燃燒；2）保護(hù)作用。一方面藥皮中含有的有機(jī)物在電弧的高溫中分解，產(chǎn)生大量的CO、CO2、H2等氣體，防止周圍空氣中的氧和氮進(jìn)入焊縫熔池，起到了氣相保護(hù)作用；另一方面，藥皮熔化后形成的熔渣覆蓋著金屬熔池，隔絕了大氣，其次減輕金屬液等卻速度，改善焊縫的成型和結(jié)晶；3）脫氧作用。藥皮中含有一些還原劑（如Si、Ti、Mn、Al），在焊接過程中可以降低焊縫金屬的含氧量，減少液態(tài)金屬的氧化，提高了焊縫的力學(xué)性能。4）滲合金作用。藥皮中含有各種合金及金屬粉末作為合金劑來彌補(bǔ)焊接過程中合金元素的損失，使得焊縫合金獲得必要的合金成分。5）藥皮還可以改善焊接工藝性能。

2-5 手工電弧焊接的質(zhì)量控制

手工電弧焊接過程中，由于焊縫金屬是從熔融態(tài)金屬冷卻凝固結(jié)晶成固態(tài)金屬，在焊縫的形成過程中，由于冷卻收縮率的不同，會產(chǎn)生焊接殘余變形以及殘余應(yīng)力，以及另外的焊接缺陷。要獲得優(yōu)質(zhì)的焊接件，就要控制這些焊接缺陷。

2-5-1 焊接殘余變形和應(yīng)力及其控制

焊接殘余變形有橫向收縮，縱向收縮、彎曲和扭曲幾種。同樣的，焊接殘余應(yīng)力有橫向應(yīng)力，縱向應(yīng)力以及厚度方向的應(yīng)力。

一般通過回火、拉伸等方法來消除焊接殘余應(yīng)力。

1）回火：將焊接件整體或局部加熱到較高的溫度，保溫一定時(shí)間，使焊接件在較高的溫度下發(fā)生蠕變現(xiàn)象，屈服點(diǎn)降低，使殘余應(yīng)力消除。2）拉伸：對焊接件進(jìn)行加載，使焊縫塑性變形區(qū)得到拉伸，來減小由焊接引起的局部壓縮塑性變形量和降低內(nèi)應(yīng)力。

焊接殘余變形的控制有如下的方法：1）合理的結(jié)構(gòu)以及接頭設(shè)計(jì)，盡可能減少焊縫數(shù)量，對稱布置焊縫；2）合理的焊接工藝設(shè)計(jì)，適當(dāng)?shù)挠脛傂灾Ъ芗皧A具，利用反變形，盡可能對稱的選擇焊接次序等；3）通過機(jī)械作用力或者火焰加熱等方法來進(jìn)行焊接變形的矯正，控制殘余變形。

2-5-2 焊接缺陷

焊接缺陷有焊縫形狀缺陷、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋等缺陷。

3．埋弧自動焊接

3-1 埋弧自動焊的過程 如圖4-5所示為埋弧自動焊的過程圖。埋弧自動焊有四個(gè)主要要素：

1）顆粒狀焊劑經(jīng)漏斗口均勻的堆撒在焊絲前方的待焊接縫區(qū)；2）弧焊電源輸出兩端分別接導(dǎo)電嘴和焊件以產(chǎn)生電??；

圖4-5 埋弧焊接過程和焊縫的形成 3）焊絲由送絲機(jī)構(gòu)經(jīng)送絲滾輪

（a）焊接過程

（b）縱向剖面

（c）橫向剖面 和導(dǎo)電嘴送入焊接電弧區(qū)；4）

1-焊劑 2-焊絲 3-電弧 4-熔池金屬 5-熔渣 6-焊縫 7-焊件 送絲機(jī)構(gòu)、焊劑漏斗及控制鍵盤

8-渣殼 9-焊劑漏斗 10-送絲滾輪 11-導(dǎo)電嘴 通常裝在一臺電動小車上實(shí)現(xiàn)焊接電弧相對于工件的移動。

埋弧自動焊的電弧是在顆粒狀焊劑下產(chǎn)生的，一旦電弧形成并使焊件、焊絲、焊劑熔化以致部分蒸發(fā)，并產(chǎn)生冶金反應(yīng)，所生成的氣體會形成一個(gè)氣泡，電弧就在這個(gè)氣泡內(nèi)繼續(xù)燃燒，如圖4-5（b）、（c）所示。氣泡的頂部被一層熔化狀焊劑（熔渣）構(gòu)成的外膜所包圍，這層渣膜不僅有效的隔離空氣進(jìn)入電弧和熔池，而且使有礙于操作的弧光不再輻射干擾。5

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氣泡底后部為焊接熔池，隨著電弧前移，熔池也前進(jìn)，其尾部則冷卻結(jié)晶而形成焊縫。

3-2 埋弧自動焊的優(yōu)缺點(diǎn)

埋弧自動焊的生產(chǎn)率較高，焊縫質(zhì)量好，勞動強(qiáng)度低，具有很好的自動化潛力；但是埋弧自動焊只適用于水平焊縫的焊接，不能用來焊接氧化性極強(qiáng)的金屬，同時(shí)不適用于不規(guī)則焊縫的焊接。

3-3 埋弧自動焊的冶金特點(diǎn)

埋弧自動焊的冶金過程，包括液態(tài)金屬、液態(tài)熔渣和氣相之間的相互作用，液態(tài)熔渣和已凝固金屬之間的作用，其主要特點(diǎn)為：

1）空氣難以入侵電弧區(qū)：埋弧自動焊接是靠電弧熱作用下形成的一個(gè)熔融狀熔渣薄膜保護(hù)電弧及熔池區(qū)，可阻止空氣侵入，保護(hù)效果好；2）冶金反應(yīng)充分：埋弧自動焊時(shí)，焊接電流及熔池尺寸較大，熔池金屬處于液態(tài)時(shí)間比手工焊接要高幾倍，液態(tài)金屬與熔渣之間的反應(yīng)相當(dāng)充分，使焊縫金屬得到必要的滲合金，同時(shí)氣體、夾渣容易析出；3）焊縫金屬化學(xué)成分穩(wěn)定：埋弧自動焊接時(shí)，焊接參數(shù)、單位時(shí)間內(nèi)所熔化的金屬與焊劑之比、焊縫金屬的化學(xué)成分都比手工電弧焊要穩(wěn)定得多。

4．熔化極氣體保護(hù)焊

4-1 熔化極氣體保護(hù)焊的過程特征及分類

熔化極氣體保護(hù)焊?？s寫為GMAW（Gas Metal Arc Welding），是以專門送給的氣體作為保護(hù)熔池、焊接區(qū)金屬的保護(hù)氣體，電弧作為介質(zhì)，以連續(xù)送進(jìn)的焊絲作為電弧的一個(gè)電極，母材作為另一個(gè)電極的一類電弧焊方法的總稱。按照所用保護(hù)氣體的不同，GMAW可分為熔化極惰性氣體保護(hù)焊MIG（Metal Inert Gas）、熔化極活性氣體保護(hù)焊MAG（Metal Active Gas）和CO2氣體保護(hù)焊等。

如圖4-6所示為MIG氣體保護(hù)焊示意圖。

與埋弧自動焊接相比，GMAW的最大優(yōu)點(diǎn)是：1）可以用于各種黑色金屬的焊接，其中包括Al、Ti等及其合金，可焊材料要廣泛的多；2）可在任何位置（俯焊、立焊、橫焊、仰焊及全部位置）實(shí)現(xiàn)半自動或者全自動焊接，生產(chǎn)效率高，焊接質(zhì)量好。它的弱點(diǎn)是明弧操作，弧光干擾嚴(yán)重，保護(hù)作用也易受外界干擾。

4-2 保護(hù)氣體 圖4-6 MIG氣體保護(hù)焊接示意圖 在熔化極氣體保護(hù)焊過程中，保護(hù)氣從焊槍的噴嘴里1-工件 2-電弧 3-焊絲 4-焊絲盤 連續(xù)流出，排擠掉焊接區(qū)域的空氣，使電極（即焊絲）、5-送絲滾輪 6-導(dǎo)電嘴 7-保護(hù)罩 電弧、熔池以及靠近焊縫的高溫區(qū)與空氣隔離，免受其有8-保護(hù)氣體 9-熔池 10-焊縫金屬 害影響，從而達(dá)到保護(hù)之目的。氣體保護(hù)作用的效果受氣體種類、流動狀態(tài)、流量以及其它參數(shù)如弧長、電流、焊接速度、外界氣流、工件接頭形式等多種因素影響，要綜合考慮著多種因素的影響，才能獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫。

目前用作GMAW保護(hù)氣體的主要有Ar、He、N2、CO2以及它們的混合氣體。它們一般有以下的選用原則：

1）保護(hù)氣體應(yīng)該對焊接區(qū)中的電弧與金屬起到良好的保護(hù)作用；2）保護(hù)氣體作為電弧的氣體介質(zhì)，應(yīng)有利于引燃電弧和保持電弧穩(wěn)定燃燒；3）應(yīng)有助于提高對焊件的加熱效率；4）應(yīng)促使焊接過程獲得良好的熔滴過渡，減小飛濺；5）對焊接過程中的有害冶金反應(yīng)能進(jìn)行控制，以減小氣孔和裂紋等焊接缺陷；6）保護(hù)氣體應(yīng)該容易制取，來源豐富，價(jià)格低廉，以降低焊接成本。

第二章 材料加工方法與原理

5．非熔化極氣體保護(hù)焊

5-1 非熔化極氣體保護(hù)焊的過程特征

非熔化極氣體保護(hù)焊是以氬氣或者氦氣等惰性氣體作為保護(hù)介質(zhì)，以鎢棒為電極與工件之間產(chǎn)生電弧進(jìn)行焊接的另一類氣體保護(hù)電弧焊接方法。通常采用氬氣作為保護(hù)氣體，所以又稱為鎢極氬弧焊，或縮寫為TIG（Tungsten Inert Gas Welding）或者GTAW（Gas Tungsten Arc Welding）。

GTAW焊接過程如圖4-7所示。保護(hù)氣、進(jìn)出冷卻水及弧焊電源負(fù)極均與焊接控制箱相連，電源的正極接工件，焊接所需的水、電、氣由控制箱控制后通過同軸焊接電纜與焊炬相連，保護(hù)氣由焊炬噴嘴噴出，在焊接區(qū)域形成保護(hù)氣罩，焊炬內(nèi)夾持著鎢棒，電弧在鎢棒電極與工件之間引燃，根據(jù)不同的工件厚度和坡口形狀可以外加或者不加填充絲。焊炬相對于焊接縫的移動和填加焊絲均可手工操作或者機(jī)

圖4-7 GTAW的焊接過程和設(shè)備構(gòu)成 械自動完成。

5-2 GTAW的主要特點(diǎn) 5-2-1 GTAW的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：

1）GTAW是由純氬氣保護(hù)，焊縫保護(hù)效果好，焊縫金屬純凈。特別適用于焊接易氧化的有色金屬及其合金、不銹鋼、高溫合金、鈦及其合金，以及難熔的活性金屬。

2）GTAW的焊接過程穩(wěn)定。氬氣是單原子惰性氣體，穩(wěn)定性極好，不與金屬氣化學(xué)反應(yīng)，電弧的熱量損失小，電弧一旦引燃，就能夠穩(wěn)定燃燒。另外，鎢棒本身不會產(chǎn)生熔滴過渡，弧長干擾因素相對減小，也使電弧和焊接過程十分穩(wěn)定。

3）焊縫成型好。由于焊接過程穩(wěn)定，氬氣的保護(hù)效果好，氧氣不會侵入焊縫金屬，也體表件不會發(fā)生化學(xué)活性的反應(yīng)，因此表面張力較大，熔池金屬不易下淌和流失，特別適宜于薄板的焊接。

4）焊接過程易于自動化。GTAW的電弧是明弧，焊接過程參數(shù)穩(wěn)定，易于觀察或監(jiān)測，容易實(shí)現(xiàn)自動化控制。

5-2-2 GTAW的應(yīng)用不足

1）引弧比較困難。GTAW一般采用高頻引弧或者高壓脈沖引弧方式，通過強(qiáng)電場的電子發(fā)射擊穿氬氣介質(zhì)使其電離形成電弧，這種引弧方式會給自動化控制系統(tǒng)造成干擾。

2）對工件清理要求較高。GTAW無冶金脫氧或去氫措施，焊前對工件的清理工作要求較高，否則極易引起氣孔、裂紋等焊接缺陷。

3）生產(chǎn)率較低。焊接電流受鎢棒許用電流的限制不能用得很大，尤其是交流焊時(shí)的焊接許用電流更低，一次焊透的工件厚度比較小，焊接圖4-8 等離子弧的形式 生產(chǎn)率比較低。(a)非轉(zhuǎn)移型

(b)轉(zhuǎn)移型

(c)混合型

6．等離子弧焊接 1-鎢極 2-水冷噴嘴 3-轉(zhuǎn)移弧

6-1 等離子弧的形成

4-非轉(zhuǎn)移弧 5-工件

6-冷卻水 當(dāng)電弧受到外部拘束條件如水冷噴嘴等的 7

第二章 材料加工方法與原理

拘束，使電弧的弧柱面受到限制，此時(shí)電弧的溫度、能量密度、等離子電離度和它的流速都顯著增大。這種用外部拘束條件使弧柱受到壓縮的電弧就是通常所稱的等離子弧。按照電源供電方式不同，等離子弧可以分為非轉(zhuǎn)移型、轉(zhuǎn)移型兩種基本形式，如圖4-8所示，前者的電弧在電極和工件之間燃燒，水冷噴嘴不接電源，僅起冷卻作用；后者電弧直接在電極和噴嘴之間燃燒，水冷噴嘴既是電弧的電極，又起冷壁拘束作用，而工件不接電源。

焊接和噴鍍用的等離子弧可采用純氬氣或者（95%Ar+5H2）、（75%He+25%Ar）、（50%Ar+50%He）、氦氣等為等離子氣，同時(shí)還必須通入保護(hù)氣體。切割時(shí)等離子弧常用空氣、（N2+H2）、（Ar+H2）、水蒸氣作為等離子氣。

6-2 等離子弧焊接的基本控制特征 6-2-1 穿孔型等離子弧焊接

利用等離子弧能量密度和等離子流力量大的特點(diǎn)，可在適當(dāng)?shù)膮?shù)條件下實(shí)現(xiàn)熔化穿孔型焊接，這時(shí)等離子弧把工件完全熔透并在等離子流力的作用下形成一個(gè)穿透工件的小孔，熔化金屬被排擠在小孔周圍，隨著等離子弧在焊縫方向的移動，熔化金屬沿電弧周圍熔池壁向熔池后方移動，于是小孔也就跟著等離子弧向前移動。穩(wěn)定的小孔焊接過程是不采用襯墊實(shí)現(xiàn)單面焊雙面一次成型的好方法，如圖4-9所示。穿孔型等離子焊接只能在一定厚度的焊接板內(nèi)進(jìn)行。圖4-9 穿孔型等離子弧焊接

等離子弧焊接的可控參數(shù)有以下幾個(gè)：噴嘴結(jié)構(gòu)和孔徑，離子氣流量，焊接電流，焊接速度，噴嘴高度，保護(hù)氣流量等。

6-2-2 熔入型等離子弧焊接

當(dāng)?shù)入x子弧的離子氣流量減小，穿孔效應(yīng)消失時(shí)，等離子弧仍可進(jìn)行對接、角接焊，這種焊接稱為熔入型等離子弧焊接。適用于薄板、多層焊縫的蓋面以及角焊縫，可添加或不添加焊絲。優(yōu)點(diǎn)是焊速較快。

6-2-3 微束等離子弧焊接

當(dāng)焊接電流在15~30A以下時(shí)，熔入型等離子焊接通常稱為微束等離子弧焊接。由于噴嘴的拘束作用和非轉(zhuǎn)移弧的同時(shí)存在，使得小電流的等離子弧十分穩(wěn)定，主要用在金屬薄箔的焊接。為了保證焊接質(zhì)量，應(yīng)該采用精密的裝焊夾具保證裝配質(zhì)量和防止焊接變形。

6-2-4 脈沖等離子弧焊接

小孔型、熔入型以及微束等離子弧焊接均可采用脈沖電流方法，來提高焊接過程的穩(wěn)定性，控制全位置焊接焊縫成型，減小熱影響區(qū)寬度和焊接變形。脈沖電流頻率一般為15HZ以下，脈沖電源結(jié)構(gòu)主要為晶閘管、晶體管和逆變控制式。

6-3 空氣等離子切割

等離子弧切割是指利用等離子弧的高溫、高速電弧流使切割金屬在切口局部熔化并且蒸發(fā)，隨之吹離熔化基體金屬形成切口的切割方法。保護(hù)氣體主要是空氣。主要用于不銹鋼、有色金屬、鑄鐵等的切割，最近擴(kuò)展到碳鋼、低合金鋼的切割。

等離子弧切割的可控參數(shù)主要有：離子氣成分與流量；電壓和電流；切割速度等。7．電渣焊

7-1 電渣焊接過程和應(yīng)用特征

第二章 材料加工方法與原理

電渣焊是一種以電流通過熔融狀態(tài)渣池時(shí)所產(chǎn)生的電阻熱作熱源的熔化焊接方法。如圖4-10所示。由待焊工件待焊邊緣、側(cè)面成型銅滑塊等構(gòu)成容納渣池的空間，建立渣池以后從渣池頂部插入金屬（實(shí)芯或管狀焊絲、板極、管極等），并在填充圖4-10 電渣焊接過程 金屬與焊件之間提供足夠大的電流，填充金屬和焊件邊緣就會被熔渣電阻熱熔化并在渣池底部形成熔化金屬池，渣池和熔化金屬池隨填充金屬不斷熔化而上升，熔化金屬池底部冷卻結(jié)晶，形成焊縫。

與電弧焊接方法相比，電渣焊的主要特點(diǎn)是：

1）焊接過程只宜在垂直或接近垂直位置進(jìn)行；2）適合于大厚度工件的焊接，一次可焊厚度可高達(dá)300mm以上，且不需要開坡口，只要使工件邊緣之間保持適當(dāng)?shù)难b配間隙即可。

按照填充金屬的特征，電渣焊有絲極、管狀焊絲、板極、管極、熔嘴等多種形式。7-2 電渣焊過程的控制參數(shù)

電渣焊過程的控制參數(shù)主要有電流和電壓、裝配間隙、電極數(shù)目及擺動參數(shù)、渣池深度以及焊接速度和送絲速度等。

8．電子束焊接

8-1 電子束焊接的基本過程

電子束焊接是利用真空電子槍中產(chǎn)生的高能強(qiáng)流電子束轟擊焊件接縫，高速電子與焊件發(fā)生碰撞時(shí)，將其動能轉(zhuǎn)送給焊接使之加熱熔化的一種熔化焊接方法。

電子槍的原理結(jié)構(gòu)如圖4-11所示，真空中的鎢陰極被加熱到2250℃左右時(shí)會連續(xù)發(fā)射電子，這些電子在聚束極控制和陽極加速電壓作用下從陽極孔中射出，通過設(shè)置在陽極后面的電磁透鏡后，電子束的聚焦直徑可在1mm以下，電子束具有很高的能量密度。

8-2 電子束焊接的應(yīng)用特點(diǎn) 8-2-1 電子束焊接的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

1）電子束斑直徑小，能形成深而窄的焊縫，焊縫的深度比很高，而且一次焊透能力可達(dá)100~250mm以上，高于其它

圖4-11 電子槍的組成 任何焊接方法。因此電子束既可以用于厚板的深熔焊，也可以高速焊接0.05mm后的薄件。

2）電子束功率密度極高，熱量集中，熱效率高，熱影響區(qū)小，又在真空中進(jìn)行焊接，特別適合于難熔金屬、活性或高純度金屬、熱敏感性強(qiáng)的金屬焊接。

3）焊速高，焊接變形小，適用于航空發(fā)動機(jī)、核堆堆芯控制框架等精密構(gòu)件的焊接。8-2-2 電子束焊接的應(yīng)用弱點(diǎn)

1）電子束焊槍結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備投資和運(yùn)營成本要高；2）焊接一般要在高真空中進(jìn)行，真空室尺寸限制了焊件的大??；3）由于電子束斑比較小，要求接頭間隙加工，裝配十分嚴(yán)格，從而使焊縫對準(zhǔn)十分困難；4）易激發(fā)X射線，應(yīng)該注意防護(hù)。

以上弱點(diǎn)限制了電子束焊接的廣泛應(yīng)用，目前主要應(yīng)用于鎢、鉬、鉭等難熔金屬和鋯、鈦等活性金屬的焊接，另外還主要用于航天工業(yè)中的精密焊接。

第二章 材料加工方法與原理

9．激光焊接

激光是利用輻射激發(fā)光放大原理而產(chǎn)生的一種單頻率、定向性好、干涉性優(yōu)、能量密度高的光束。激光束經(jīng)透射或反射鏡聚焦后可獲得直徑小于0.01mm、功率密度高達(dá)1013W/m2的能量束，可用作焊接、切割、鉆孔及材料表面處理的熱源。

激光焊接的基本特點(diǎn)為：

1）激光可以通過光導(dǎo)纖維、棱鏡等光學(xué)方法彎曲傳輸、偏轉(zhuǎn)、聚焦，適合于微型零部件以及其它焊接方法可達(dá)性很差的部位的焊接；2）激光在大氣中損耗不大，可通過玻璃等透明體，適用于在玻璃制成的密封容器里焊接鈹合金等劇毒材料；3）激光不受電磁場的影響，不存在X射線防護(hù)，無需真空保護(hù)，可采用電弧焊一樣的惰性氣體保護(hù)，可用于大型結(jié)構(gòu)的焊接；4）激光能量密度很高，可實(shí)現(xiàn)高速焊接，熱輸入低，熱影響區(qū)和焊接變形都比較小，焊后無需熱處理，適合于對熱輸入敏感材料、鍍層材料等的焊接。

從整體上看，激光焊接的引用范圍還比較有限，限制它擴(kuò)大應(yīng)用范圍的主要障礙是：1）激光器的價(jià)格很高；2）激光器的電光轉(zhuǎn)換以及整體效率比較低；3）對焊件接口加工、組裝、定位要求均很高。

10．氣焊

氣焊是利用乙炔等可燃?xì)怏w與高純度氧氣混合后發(fā)生快速反應(yīng)所釋放的熱量作為熱源，使母材熔化（添加焊絲或者不添加焊絲）進(jìn)行焊接的一種熔化焊接方法。

10-1 焊炬 圖4-12 焊炬結(jié)構(gòu)示意圖 焊炬是來控制氣體混合比、氣體流量以(a)射吸式1-焊嘴 2-混合氣管 3-射吸管 4-噴嘴 及火焰長短的焊接工具，按照乙炔和氧氣的混5-氧氣閥 6-氧氣導(dǎo)管 7-乙炔導(dǎo)管 8-乙炔閥 合方式的不同，焊炬可分為射吸式和等壓式兩(b)等壓式1-焊嘴 2-混合氣管 3-乙炔導(dǎo)管 類，如圖4-12所示。4-乙炔閥 5-氧氣閥 6-氧氣導(dǎo)管

射吸式是依靠噴射氧氣流的射吸作用，來調(diào)節(jié)氧氣和乙炔的流量，保證氣體能均勻的按照一定比例混合，并且以相當(dāng)高的流速噴出，使火焰穩(wěn)定燃燒。既能適用低壓乙炔又能使用中壓乙炔，是目前應(yīng)用最廣泛的一種焊炬。其主要缺點(diǎn)是由于混合氣體中乙炔的含量逐漸下降，使混合氣體成分不穩(wěn)定而影響溫度，所以應(yīng)該隨時(shí)注意調(diào)整。

等壓式是以相等或相近壓力的氧氣和乙炔氣由各自的信道進(jìn)入混合室，按一定的比例混合，再以一定的流速經(jīng)混合氣體信道從焊嘴噴出，產(chǎn)生穩(wěn)定的焊接火焰。其構(gòu)造簡單，混合氣體的流速高，不易發(fā)生回火現(xiàn)象。

10-2 焊接火焰

10-2-1 焊接火焰的種類

火焰的種類如圖4-13所示。

1）中性焰。氧氣與乙炔的混合比為1~1.2時(shí)火焰呈中性焰。此時(shí)乙炔充分燃燒，它由焰芯、內(nèi)焰和外焰組成。火

圖4-13 氧-乙炔火焰分類 焰最高溫度可達(dá)3200℃，在內(nèi)焰區(qū)域主要以一氧化碳和氫

(a)中性焰(b)碳化焰(c)氧化焰 氣為主，能對熔池起到保護(hù)作用，適用于碳鋼和有色金屬的焊接。

2）碳化焰。氧氣與乙炔混合比小于1，有過剩乙炔，并有較多的游離碳和氫。它也是

第二章 材料加工方法與原理

由焰芯、內(nèi)焰和外焰組成?；鹧孀罡邷囟瓤蛇_(dá)2700℃。采用此類火焰焊接，使被焊接件有增碳作用。適用于高碳鋼、鑄鐵以及高速鋼的焊接。

3）氧化焰。氧氣與乙炔混合比大于1.2，火焰中有過剩的氧。它由短而尖的焰芯和較短的外焰組成，火焰氧化性很強(qiáng)。其最高溫度可達(dá)3300℃。適合于黃銅和青銅的釬焊。

10-2-2 火焰的調(diào)節(jié)

剛點(diǎn)燃的火焰為碳化焰；若逐漸增加氧氣，直到內(nèi)焰與外焰沒有明顯的界限即為中性焰；如果再增加氧氣或者減少乙炔，得到氧化焰。

10-3 氣焊的應(yīng)用

與電弧相比，氣焊火焰溫度較低，加熱和冷卻速度較慢，加熱區(qū)域?qū)?，焊接變形大，已?jīng)很少應(yīng)用。主要應(yīng)用在無電源場合以及電弧焊難以焊接的薄壁件。

11．電阻焊

電阻焊是利用電流通過工件接觸面間的電阻產(chǎn)生熱量，同時(shí)對焊接處加壓進(jìn)行焊接的方法。電阻焊按照焊件接頭形式的不同，可分為點(diǎn)焊、凸焊、縫焊和對焊四大類，其中對焊根據(jù)過程不同可分為電阻對焊和閃光對焊兩類，圖4-14表示了它們的簡要過程。

圖4-14 各種電阻焊方法的簡要特征

(a)點(diǎn)焊(b)凸焊(c)縫焊(d)電阻對焊(e)閃光對焊 1-電極 2-工件 3-阻焊變壓器

點(diǎn)焊（圖4-14（a））是將工件搭接在一起后放在電極間，在焊接電流和壓力下產(chǎn)生點(diǎn)狀焊接的焊接過程，點(diǎn)焊的特點(diǎn)是工作電流很大。凸焊（圖4-14（b））是利用結(jié)合面已經(jīng)形成的一個(gè)或者幾個(gè)突出部位，使焊縫電流和壓力局限于通過這些突出部位，并將其壓潰成焊點(diǎn)或者焊道的焊接過程。縫焊（圖4-14（c））是將工件置于滾輪電極間或者滾輪電極與條狀電極之間，連續(xù)滾壓或連續(xù)的施加電流，形成線狀焊縫的焊接過程。電阻對焊（圖4-14（d））是將兩焊件裝配成對接接頭，并使其兩端面緊密接觸，在連續(xù)加壓和通電下使焊接區(qū)達(dá)到塑性狀態(tài)，然后在頂鍛力的作用下完成焊接的過程。閃光對焊（圖4-14（e））是將焊件裝配成對接接頭，先接通電源，使兩焊件端面逐漸移近達(dá)到局部接觸，接觸點(diǎn)加熱熔化產(chǎn)生金屬噴射，這一過程反復(fù)進(jìn)行形成連續(xù)閃光，直至端面達(dá)到一定溫度時(shí)迅速施加鍛力完成焊 11

第二章 材料加工方法與原理

接的過程。

電阻焊實(shí)際上是在焊接電流和壓力的共同作用下，利用工件本身電阻熱及適量的塑性變形，在其結(jié)合面產(chǎn)生共同晶粒，從而形成焊點(diǎn)、焊縫和對接接頭的壓力焊方法。其中點(diǎn)焊、縫焊接頭中包含有熔化金屬，但對焊接頭中一般不包含熔化金屬。

12．摩擦焊

摩擦焊是利用工件接觸端面相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動中互相摩擦所產(chǎn)生的熱使端部達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛而實(shí)現(xiàn)的一種固相壓焊過程。按照旋轉(zhuǎn)運(yùn)動特征，摩擦焊可分為連續(xù)驅(qū)動摩擦焊和慣性摩擦焊兩種基本方法。如圖4-15所示。

圖4-15 摩擦焊接過程(a)連續(xù)驅(qū)動摩擦焊接(b)慣性摩擦焊接

連續(xù)驅(qū)動焊接過程是主軸電動機(jī)驅(qū)動的焊件的一端在整個(gè)摩擦過程中始終是處于驅(qū)動狀態(tài)的，如圖4-15（a）所示，其焊接過程經(jīng)歷四個(gè)階段：1）焊件一端被夾緊后由主軸電動機(jī)驅(qū)動達(dá)到一定轉(zhuǎn)速；2）焊件另一端靠近旋轉(zhuǎn)端，并在壓力作用下發(fā)生摩擦，此階段時(shí)間內(nèi)，工作端面被加熱到足夠高的溫度（600~700℃），摩擦扭矩也將達(dá)到最大值；3）當(dāng)工件端面升高到600~700℃時(shí)，在壓力作用下的焊件將因塑性變形而發(fā)生軸向縮短，同時(shí)端面四周因受熱的部分金屬被擠出形成飛邊，隨著摩擦繼續(xù)進(jìn)行，溫度繼續(xù)升高；4）然后在一段時(shí)間內(nèi)，使主軸停止轉(zhuǎn)動，同時(shí)加大頂鍛壓力，并在主動軸停止轉(zhuǎn)動后繼續(xù)保持一段加壓時(shí)間，結(jié)合面就會形成焊縫，焊接過程也就完成。

慣性摩擦焊的焊件旋轉(zhuǎn)主軸帶有一個(gè)具有一定轉(zhuǎn)動慣量的飛輪。它的特點(diǎn)是先將飛輪連同焊件一側(cè)加速到預(yù)定的轉(zhuǎn)速，然后使飛輪脫開驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行摩擦、頂鍛焊接，如圖4-15（b）所示。這種慣性摩擦焊可降低主軸電極功率，節(jié)省電能，適合于焊接大斷面工件及異中合金。

13．超聲波焊接 圖4-16 超聲波焊接系統(tǒng)及過程 超聲波焊接是利用10KHz以上超聲波的1-超聲波發(fā)生器 2-換能器 3-聚能器 4-耦合桿 機(jī)械振動能量實(shí)現(xiàn)的一種固相壓力焊接方法。5-上聲極 6-下聲極 7-振幅分布 V-振動反向 其典型系統(tǒng)及過程如圖4-16所示。在壓力作F-靜壓力 用下由超聲波發(fā)生器經(jīng)換能器、聚能器、耦合桿、聲極傳輸?shù)胶讣Y(jié)合界面的超聲頻機(jī)械振動使界面兩側(cè)表面發(fā)生微位移相對滑動摩擦，第二章 材料加工方法與原理

這種微摩擦既有助于表面膜破碎而實(shí)現(xiàn)界面兩側(cè)金屬間的接觸，又因?yàn)槟Σ涟l(fā)熱的溫度升高以及隨之發(fā)生的微變形而清除了界面上的微觀不平度、擴(kuò)大有效接觸面、加速兩側(cè)金屬原子通過界面進(jìn)行擴(kuò)散以及結(jié)晶，從而實(shí)現(xiàn)固相焊接。金相分析表明，其焊接區(qū)具有適度冷作變形后的細(xì)晶粒組織特征，但沒有熔化現(xiàn)象，而只是擴(kuò)散、相變、再結(jié)晶等固相冶金過程的結(jié)果。

按照焊點(diǎn)以及聲極形狀和聲波傳輸特征，超聲波焊可分為超聲波點(diǎn)焊、超聲波線焊、超聲波環(huán)焊和超聲波縫焊等幾種類型。釬焊

釬焊是指在焊接工件之間填充釬料，由于釬料的熔點(diǎn)要比母材合金的熔點(diǎn)低，釬焊過程中母材和釬料被加熱至釬料熔化溫度（釬焊溫度）上，利用液態(tài)釬料對母材的潤濕和毛細(xì)填縫作用，填滿接頭間隙，并與母材金屬發(fā)生相互作用，然后冷卻結(jié)晶而形成牢固的連接。

釬焊具有這樣一些特點(diǎn)：1）釬焊加熱溫度低，母材金屬的組織性能變化不大；2）釬焊接頭可以實(shí)現(xiàn)精密裝配，焊后變形小，易于保證結(jié)構(gòu)尺寸；3）形狀特殊或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜的焊件均可采用釬焊進(jìn)行焊接；4）壁厚不等、粗細(xì)差異很大的零件也能進(jìn)行釬焊；5）釬焊可以實(shí)現(xiàn)異種金屬和合金、非金屬之間以及金屬和非金屬之間的連接；4）釬焊生產(chǎn)高，易于實(shí)現(xiàn)自動化。

備注

1．本節(jié)主要介紹了目前連接技術(shù)中的一些基本技術(shù)以及其中的一些相應(yīng)原理； 2．本節(jié)所用參考書為：

1）焊接與連接工程學(xué)導(dǎo)論，何德孚主編，上海交通大學(xué)； 2）焊接工藝基礎(chǔ)，上海科學(xué)技術(shù)出版社；

交圖借書號：TG44/2 3）精密焊接，曾樂著，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1996；

交圖借書號：TG44/23 3．由于本節(jié)只是廣泛的介紹連接技術(shù)，對于連接技術(shù)的控制與監(jiān)測將在后面的材料加工控制章節(jié)中詳細(xì)敘述；

4．對于要了解各個(gè)連接技術(shù)的詳細(xì)過程以及控制參數(shù)等內(nèi)容，請參閱相應(yīng)參考書。

第二篇：現(xiàn)代天線技術(shù)

微帶縫隙天線的分析

班級：0413101 學(xué)號：041300425 姓名：袁振宇

摘 要

微帶縫隙天線具有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、體積小、寬頻帶等特性，在微波毫米波系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。文中計(jì)算了天線的回波損耗和方向圖，與文獻(xiàn)結(jié)果比較吻合，證明了仿真方法的正確性，可為 微帶縫隙天線的設(shè)計(jì)工作提供一定的參考。

關(guān)鍵詞 微帶縫隙天線 回波損耗 方向圖

Abstract

Slot antenna has a simple structure, easy to process, small size, broadband andother characteristics, widely used in microwave, millimeter wave systems.In this paper,Ansoft HFSS 12.0 is used to analyze the slot antennaon a 50 × 80 mm2open ground.The size of the slot is about quarterwavelength, cut in the finite ground plane edge, fed by a microstrip transmission line.The paper calculated the return loss and antennaradation pattern.Good agreement with the literature results proved the correctness ofthe simulation method can provide some reference for the design of the microstrip slot antenna.Keywordsmicrostrip slot antennaS11radiation pattern

第1章緒論

1.1研究背景及意義

天線是在無線電設(shè)備中用來發(fā)射或接收電磁波的部件。無線電通信、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進(jìn)行工作。此外，在用電磁波傳送能量方面，非信號的能量輻射也需要天線。一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發(fā)射天線，也可用作接收天線。同一天線作為發(fā)射或接收的基本特性參數(shù)是相同的。這就是天線的互易定理。

天線按工作性質(zhì)可分為發(fā)射天線和接收天線。按用途可分為通信天線、廣播天線、電視天線、雷達(dá)天線等。按工作波長可分為超長波天線、長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線等。按結(jié)構(gòu)形式和工作原理可分為線天線和面天線等。描述天線的特性參量有方向圖、方向性系數(shù)、增益、輸入阻抗、輻射效率、極化和頻

微帶天線的概念早在1953年就由G．A．DeSchamps提出，在20世紀(jì)50年代和60年代只有一些零星的研究。直到20世紀(jì)70年代初期，當(dāng)微帶傳輸線的理論模型及對敷銅的介質(zhì)基片的光刻技術(shù)發(fā)展之后，第一批具有許多設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的實(shí)用的微帶天線才被制造出來。縫隙天線最早是在1946年H．G．Booker提出的，同微帶天線一樣最初沒有引起太多的注意?？p隙天線可以借助同軸電纜很方便地饋送能量，也可用波導(dǎo)饋電來實(shí)現(xiàn)朝向大平片單側(cè)的輻射，還可以在波導(dǎo)壁上切割出縫隙的陣列?？p隙開在導(dǎo)電平片上，稱為平板縫隙天線；開在圓柱面上，稱為開縫圓柱天線。開縫圓柱導(dǎo)體面是開縫導(dǎo)體片至開縫圓柱導(dǎo)體面的進(jìn)化。波導(dǎo)縫陣天線由于其低損耗、高輻射效率和性能等一系列突出優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用；而平板縫隙天線卻因?yàn)閾p耗較大，功率容量低，效率不高，導(dǎo)致發(fā)展較為緩慢。到1972年，Y．Yoshimura明確提出微帶饋電縫隙天線的概念。

從微帶天線的概念提出以來，由于它剖面薄、重量輕、可與載體共形、易與有源器件集成等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于衛(wèi)星通信、導(dǎo)航等領(lǐng)域。但是，微帶天線頻帶較窄的突出缺點(diǎn)又限制了它的實(shí)際應(yīng)用。目前在高頻應(yīng)用上，采用更多的是微帶縫隙天線，它具有對加工精度要求低，可用標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)在敷銅電路板上進(jìn)行生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，尤其是微帶寬縫天線更是有效地拓寬了頻帶。目前縫隙天線(包括波導(dǎo)縫隙天線)已被廣泛地應(yīng)用于無線移動通信天線以及衛(wèi)星直播電視天線。

1.2天線特性的主要參數(shù)

天線的特性參數(shù)主要有方向函數(shù)或方向圖，極化特性，頻帶寬度，輸入阻抗等，為了方便對天線的方向圖進(jìn)行比較，就需要規(guī)定一些表示方向圖特性的參數(shù)。這些參數(shù)有：天線增益G（或方向性Gd）、波束寬度（或主瓣寬度）、旁瓣電平等。下面就簡單介紹一下天線特性參數(shù)。

1.極化特性

指天線在最大輻射方向上電場矢量的方向隨時(shí)間變化的規(guī)律。按天線所輻射的電場的極化形式，可將天線分為線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線。線極化又可分為水平極化和垂直極化；圓極化和橢圓極化都可分為左旋和右旋。2.輸入阻抗

天線阻抗簡單地講就是在天線部分上的電壓和電流比率。由于在天線各點(diǎn)的電壓和電流的分配不盡相同，各點(diǎn)的阻抗也不相同，其中饋電點(diǎn)的阻抗最為重要，對半波長偶極子天線來說就是中央天線。為使無線電收發(fā)器具有最佳的功率傳送，這點(diǎn)的阻抗應(yīng)該和饋線電纜的阻抗相同。

天線的輸入阻抗等于傳輸線的特性阻抗，才能使天線獲得最大功率。3.帶寬

天線的電參數(shù)都與頻率有關(guān)，當(dāng)工作頻率偏離設(shè)計(jì)頻率時(shí)，往往要引起天線參數(shù)的變化。當(dāng)工作頻率變化時(shí)，天線的有關(guān)電參數(shù)不應(yīng)超出規(guī)定的范圍，這一頻率范圍稱為頻帶寬度，簡稱為天線的帶寬。4.遠(yuǎn)區(qū)場

如果所觀測點(diǎn)離開波源很遠(yuǎn)、很遠(yuǎn)，波源可近似為點(diǎn)源。從點(diǎn)源輻射的波其波陣面是球面。因?yàn)橛^測點(diǎn)離開點(diǎn)源很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)，在觀察者所在的局部區(qū)域，其波陣面可近似為平面，當(dāng)作平面波處理。符合這一條件的場通常稱為遠(yuǎn)區(qū)場。這里所謂很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)都是以波長來計(jì)量的。

5.方向函數(shù)或方向圖

離開天線一定距離處，描述天線輻射的電磁場強(qiáng)度在空間的相對分布的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為天線的方向性函數(shù)；在離開天線一定距離處，描述天線輻射的電磁場強(qiáng)度在空間的相對分布的圖形就叫天線的方向圖。最大輻射波束通常稱為方向圖的主瓣。主瓣旁邊的幾個(gè)小的波束叫旁瓣。

天線增益是在波陣面某一給定方向天線輻射強(qiáng)度的量度。它是被研究天線在最大輻射方向的輻射強(qiáng)度與被研究天線具有同等輸入功率的各向同性天線在同一點(diǎn)所產(chǎn)生的最大輻射強(qiáng)度之比。G?單位立體角最大輻射功率(1.1天線方向性GD與天線增益G類似但與天線增饋入天線總功率4?益定義略有不同。

GD?單位立體角最大輻射功率(1.2)總的輻射功率4?因?yàn)樘炀€總有損耗，天線輻射功率比饋入功率總要小一些，所以天線增益總要比天線方向性小一些。

理想天線能把全部饋入天線的功率限制在某一立體角?B內(nèi)輻射出去，且在?B立體角內(nèi)均勻分布。這種情況下天線增益與天線方向性相等。

G?GD?4?(1.3)?B理想的天線輻射波束立體角?B及波束寬度?B

圖1.1立體角及波束寬度

實(shí)際天線的輻射功率有時(shí)并不限制在一個(gè)波束中，在一個(gè)波束內(nèi)也非均勻分布。在波束中心輻射強(qiáng)度最大，偏離波束中心，輻射強(qiáng)度減小。輻射強(qiáng)度減小到3db時(shí)的立體角即定義為?B。波束寬度?B與立體角?B關(guān)系為 : ?B??4旁瓣電平是指主瓣最近且電平最高的。第一旁瓣電平，一般以分貝表示。方2?B（1.4）

向圖的旁瓣區(qū)一般是不需要輻射的區(qū)域，其電平應(yīng)盡可能的低。

天線效率?A定義為：

?A?P?P??(1.5）PiP??P11為歐姆損耗；P?為輻射功率。式中，Pi為輸入功率；P天線的輻射電阻R?用來度量天線輻射功率的能力，它是一個(gè)虛擬的量，定義如下：設(shè)有一個(gè)電阻R?，當(dāng)通過它的電流等于天線上的最大電流時(shí)，其損耗的功率就等于輻射功率。顯然，輻射電阻越大，天線的輻射能力越強(qiáng)。由上述定義得輻射電阻與輻射功率的關(guān)系為

12P??ImR?（1.6）

2即輻射電阻為

R??2P?（1.7）2Im仿照引入輻射電阻的辦法，損耗電阻R1為

R1?2P1（1.8）2Im將上述兩式代入效率公式，得天線效率為

?A?R?1?（1.9）

R??R11?R1/R?可見，要提高天線效率，應(yīng)盡可能提高R?，降低R1。6.駐波系數(shù)和行波系數(shù)

為了定量描述傳輸線上的行波分量和駐波分量，引入駐波系數(shù)和行波系數(shù)。傳輸線上最大電壓(或電流)與最小電壓(或電流)的比值，定義為駐波系數(shù)或駐波比，表示為

UUII??maxmin?maxmin（1.10）

駐波系數(shù)和反射系數(shù)的關(guān)系可導(dǎo)出如下

U?z???U??z???U??z???U??z???1???z???（1.11）

故得

Umax??1??2?U?U2min??1??2?（1.12）?U2??UUmaxmin?1??21??2（1.13）行波系數(shù)定義為傳輸線上最小電壓(或電流)與最大電壓(或電流)的比值，即

K?UUminmax?IIminmax（1.14）

顯然：

K?1??1??21??2（1.15）

7.效率

效率有輻射效率與天線效率之分。由于入射波反射的存在，天線不可能把入射功率全部提供到天線的輸入端口作為天線的輸入功率。同時(shí)，天線也不可能把從饋線輸入給他的輸入功率全部輻射出去，總有一部分要損耗掉，如天線導(dǎo)線中的熱損耗、介質(zhì)中的介質(zhì)損耗、地電流的損耗以及天線近旁物體吸收電磁波一起的損耗等等。

為了便于對概念的理解，先將天線的有關(guān)的基本功率定義如下： 入射功率P入：指發(fā)射機(jī)等提供給天線的功率。反射功率P反：指天線反射回來的功率。輸入功率Pin：指收發(fā)機(jī)等提供給天線的功率。

損耗功率Pd：指由于導(dǎo)線、介質(zhì)或者地電流等存在而損耗的功率。輻射功率P?：指天線把發(fā)射機(jī)提供的功率扣除損耗輻射出去的功率。根據(jù)以上定義，很容易得到：

Pin?P入?P反?P??Pd（1.16）

1.3微帶縫隙天線的應(yīng)用

微帶縫隙天線在航天器飛行、衛(wèi)星直播電視以及醫(yī)學(xué)診斷中得到了應(yīng)用。在衛(wèi)星直播電視接受中，11.17~12.5GHz頻帶內(nèi)的寬縫微帶天線陣得到了應(yīng)用。人們以矩形寬縫微帶天線作為作為陣元，作出了2，4，16，64以及512單元平面陣。在H面內(nèi)，單元縫隙間距為λ，E面縫隙間距為λ/2?？p隙是由微帶分路器饋電。圖1.2表示512單元寬縫隙組成的陣方向圖和增益。這種天線的缺點(diǎn)是單元多，饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜。

(a)方向圖(b)增益與頻率的關(guān)系

圖1.2512單元縫陣的方向圖和增益

近來，人們制作了一種寬帶高增益圓縫陣。陣元圓縫結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。

圖1.3 圓縫的結(jié)構(gòu)

圓縫直徑與波長可比，因此它也屬于寬縫。他是由兩介質(zhì)板之間帶線激勵的，下面有一段圓波導(dǎo)狀金屬導(dǎo)體。調(diào)整帶線寬度和深入縫中的長度可以獲得帶寬匹配。為了提到增益，在圓縫上金屬表面加一層直徑大一些的厚金屬板，形成短圓喇叭狀。

一個(gè)4×4圓縫陣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是：基板厚度1.75mm；相對介電常數(shù)2.32；用50歐姆帶線饋電?？p隙的工作模式為TEM，中心頻率為12GHz，駐波系數(shù)為2：1的帶寬可達(dá)2GHz；單縫增益為10dB。陣的增益為20.6dB。在11.17~12.5GHz頻率范圍內(nèi)，天線效率可達(dá)到57%~67%。交叉極化低于最大增益25 dB。上述數(shù)據(jù)表明，在同樣指標(biāo)要求下，圓縫隙陣優(yōu)于矩形寬縫隙陣。

圖1.4為醫(yī)用寬縫隙微帶天線結(jié)構(gòu)示意圖。單縫的增益可達(dá)到6dB。工作頻率為S波段。

圖1.4醫(yī)用寬縫微帶天線結(jié)構(gòu)示意圖

這種天線放在人體組織附近進(jìn)行診斷。因此，場強(qiáng)隨縫隙表面與人體組織間距離變化的數(shù)據(jù)是重要的。圖表示場強(qiáng)隨縫隙表面與水平面距離的變化。在醫(yī)療診斷和治療中，把微帶縫隙天線表面貼在人體有關(guān)部位或與有關(guān)部委保持一定距離，目的是在人體有關(guān)部位上產(chǎn)生一定形狀和強(qiáng)度的熱區(qū)。

第2章縫隙天線的理論分析

如果在同軸線、波導(dǎo)管或空腔諧振器的導(dǎo)體壁上開一條或數(shù)條窄縫，可使電磁波通過縫隙向外空間輻射，而形成一種天線，這種天線稱為縫隙天線。這種天線可以單獨(dú)使用，也可以作天線陣的輻射單元。

2.1理想縫隙天線

實(shí)際上理想縫隙天線是有外加電壓或場激勵的。不論激勵方式如何，縫隙中的電場垂直于縫的長邊，并在縫的中點(diǎn)呈上下對稱分布，如圖2.1（a）所示。不???過，由于Jm??n?E，縫隙內(nèi)外兩表面的等效磁流反向，理想縫隙天線的場與前述磁流源激勵時(shí)的場若在y>0的半空間相同，則在y<0的半空間相差一個(gè)負(fù)號。由于在同一表面上，等效磁流亦對縫中點(diǎn)呈上下對稱分布，理想縫隙天線可等效為由磁流源激勵的對稱縫隙，如圖2.1(b)所示。當(dāng)然，這個(gè)磁流源的方向在內(nèi)外兩表面上也應(yīng)當(dāng)相反。與之互補(bǔ)對稱的顯然是尺寸相同的板狀對稱振子。

圖2.1 理想縫隙天線與板狀對稱陣子

2.2微帶縫隙天線

2.2.1 微帶縫隙天線的結(jié)構(gòu)

在50年代，人們在三板線的一個(gè)接地板上開縫構(gòu)成輻射器，這就是微帶縫隙天線，并且以此為陣元構(gòu)成縫陣。許多人對這種天線進(jìn)行了研究。隨著微波集成電路工藝的發(fā)展，人們在微帶線接地板上光刻成縫隙構(gòu)成微帶縫隙天線。圖2.5表示出了微帶縫隙天線的結(jié)構(gòu)。

圖2.5 微帶縫隙天線

微帶縫隙天線產(chǎn)生雙向輻射；對制作公差要求低；與微帶振子天線組合起來可以構(gòu)成圓極化天線。他也是一種比較常見的天線。微帶縫隙天線常見的的縫隙形狀有矩形，圓形，或者環(huán)形

(a)窄縫(b)圓環(huán)縫(c)寬縫(d)圓貼縫

圖2.6 縫隙形狀

2.2.2微帶模型

微帶饋電縫隙天線的基本模型，是在微帶線的接地平面上蝕刻單個(gè)縫隙或縫隙陣列作為輻射單元，該縫隙與微帶線的帶狀導(dǎo)體成直角，微帶線的電場經(jīng)微帶傳播到達(dá)縫隙處通過耦合激勵該縫隙，向外輻射能量。為了能有效激勵縫隙，可采用兩種激勵方式：帶狀導(dǎo)體或者穿過介質(zhì)基板到縫隙邊緣并短路，如圖2.7所示，或者該帶狀導(dǎo)體終止于～個(gè)遠(yuǎn)離縫隙邊緣的開路短線，如圖2.7所示，在縫隙外邊緣實(shí)現(xiàn)了一個(gè)有效短路。

（a）（b）

圖2.7 微帶模型、參考文獻(xiàn)

1.王新穩(wěn)、李萍，微波技術(shù)與天線，北京，電子工業(yè)出版社，2003 2.萬偉，微波技術(shù)與天線，高等教育出版社，1986.6 3．盧萬錚，天線理論與技術(shù)，西安電子科技大學(xué)出版社，2004 4．周朝棟、王元坤，天線與電波，西安電子科技大學(xué)出版社，1994 5．馬漢炎，天線技術(shù)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997 6．王樸中、石長生，天線原理，清華大學(xué)出版社，1993 7．謝宗浩、劉雪樵，天線，北京郵電學(xué)院出版社，1992

8．魏文元等，天線原理，第一版，北京，國防工業(yè)出版社，1985年 9．王新穩(wěn)等，微波技術(shù)與天線，第一版，北京，電子工業(yè)出版社，2003年

10．JhoneD.Kraus等著，章文勛譯，天線，第三版，北京，電子工業(yè)出版社，2004年 11．張肅文等，高頻電子線路，第三版，北京，高等教育出版社，1993年 12．劉學(xué)觀等，微波技術(shù)與天線，西安，西安電子科技大學(xué)出版社，2001年 13．閆潤卿等，微波技術(shù)基礎(chǔ)，北京，北京理工大學(xué)出版社，2004年

第三篇：現(xiàn)代測試技術(shù)

《現(xiàn)代測試技術(shù)》

課程考核論文

學(xué)院：xxxxxxxxxxxxxxxxx

姓名：XXX班級：xxxx 學(xué)號：xxxxxxxxxxxxxx

摘要：CCD，英文全稱：Charge-coupled Device，中文全稱：電荷耦合元件。可以稱為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel）。一塊CCD上包含的像素?cái)?shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它是把光信號轉(zhuǎn)換成電荷信號。CCD上有許多排列整齊的光電二極管，能感應(yīng)光線，并將光信號轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)外部采樣放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號。關(guān)鍵字：電信號、圖像信號、相機(jī)、攝像機(jī)。

該傳感器的工作原理

構(gòu)成CCD的基本單元是MOS（金屬－氧化物－半導(dǎo)體）結(jié)構(gòu)。CCD的基本功能是電荷的存儲和電荷的轉(zhuǎn)移。工作時(shí)，需要在金屬柵極上加一定的偏壓，形成勢阱以容納電荷，電荷的多少與光強(qiáng)成線性關(guān)系。電荷讀出時(shí)，在一定相位關(guān)系的移位脈沖作用下，從一個(gè)位置移動到下一個(gè)位置，直到移出CCD，經(jīng)過電荷ˉ電壓變換，轉(zhuǎn)換為模擬信號。由于在CCD中每個(gè)像元的勢阱所容納電荷的能力是有一定限制的，所以如果光照太強(qiáng)，一旦電荷填滿勢阱，電子將產(chǎn)生“溢出”現(xiàn)象。另外，在電荷讀出時(shí)，由于它是從一個(gè)位置到下一個(gè)位置的電荷轉(zhuǎn)移過程，所以存在電荷的轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移損失問題

電荷耦合攝像器件（CCD）的突出特點(diǎn)是以電荷為信號載體。它的功能是接受存儲模擬電荷信號，并將它逐級轉(zhuǎn)移（并存儲）輸送到輸出端。其基本工作過程主要是信號電荷的產(chǎn)生、存儲、轉(zhuǎn)移和檢測，因此實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)模擬移位存儲器。主要有信息處理用延遲線、存儲器和光電攝像器件三個(gè)方向應(yīng)用

CCD有表面（溝道）CCD（SCCD）和埋溝CCD（BCCD）兩種基本類型。作為圖像傳感器用攝像器件還另外具有光敏元陣列和轉(zhuǎn)移柵，以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)移，并將光電轉(zhuǎn)換的信號電荷轉(zhuǎn)移到CCD轉(zhuǎn)移電極下。

該傳感器的的測量的物理量及范圍

線型CCD即CCD的感光元件排列在一條直線上。它成像方式是CCD在光學(xué)系統(tǒng)成像所在的焦平面上垂直掃過，地到一幅完整的影像。傳統(tǒng)的掃描儀都使用這種類型的CCD，因此我們又稱它為掃描型CCD。線性CCD的這種工作方式?jīng)Q定了

2它得到一幅完整的影像需要很長的時(shí)間，即嚗光時(shí)間很長。自然它就無法用于拍攝動態(tài)的物體，另外在嚗光過程中需要一致的光線環(huán)境，它也不支持閃光拍攝。雖然有如此重大的缺陷，但線性CCD的感光元件可以做到很高的線密度，這樣用線性CCD可以得到極高像素?cái)?shù)量的影像，因此它仍然被用于數(shù)碼相機(jī)，拍攝需要超高分辨率的靜物影像。典型的例子是Agfa的StudioCam相機(jī)，它用三條線性CCD分別感應(yīng)紅藍(lán)綠三色光，每條3648像素，色彩灰度為12位，可得到1640萬像素分辨率高達(dá)4500*3648的圖象，最終的影像容量高達(dá)50-100MB。其預(yù)掃描時(shí)間需要12秒，每一線依精度需要1/15-1/200秒。

面型CCD 又稱全幅式CCD,陣列型CCD。面型CCD的嚗光方式有以下三種。1．單CCD芯片三次嚗光：即通過三色濾鏡輪盤分別將紅藍(lán)綠三色光投射在CCD上，三次采集后合成得到影像。這種方式得到的影像質(zhì)量很高，但三次嚗光，不能用于拍攝動態(tài)影像。

2．三CCD一次嚗光：三個(gè)CCD芯片，分別感應(yīng)紅綠藍(lán)三色光（或其中兩片感應(yīng)綠色光，另一片感應(yīng)紅藍(lán)光），自然光通過分光棱鏡系統(tǒng)將三色光分別投影在CCD上，一次嚗光得到完整影像。這種方式得到的影像質(zhì)量和單芯片三次嚗光一樣，而一次嚗光可拍攝動態(tài)影像.缺點(diǎn)是三CCD的成本很高，分光棱鏡的制作技術(shù)難度也很大。

3.單CCD芯片一次嚗光：CCD上組合排列感應(yīng)三種色光的像素，一次嚗光后得到影像，由于人眼對綠色最為敏感，通常CCD上的感綠色像素最多。這種方式的影像質(zhì)量最低，但受成本的限制和對動態(tài)影像的拍攝要求，市面上主流產(chǎn)品大都采用單CCD芯片一次嚗光。

CCD-CCD原理

說到CCD的尺寸，其實(shí)是說感光器件的面積大小，這里就包括了CCD和CMOS。感光器件的面積大小，CCD/CMOS面積越大，捕獲的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。CCD/CMOS是數(shù)碼相機(jī)用來感光成像的部件，相當(dāng)于光學(xué)傳統(tǒng)相機(jī)中的膠卷。

CCD上感光組件的表面具有儲存電荷的能力，并以矩陣的方式排列。當(dāng)其表面感受到光線時(shí)，會將電荷反應(yīng)在組件上，整個(gè)CCD上的所有感光組件所產(chǎn)生的信號，就構(gòu)成了一個(gè)完整的畫面

該傳感器的對測量某一物理量的具體應(yīng)用

CCD圖像傳感器可直接將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為模擬電流信號，電流信號經(jīng)過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)。CCD一般可分為線陣CCD和面陣CCD兩大類。線陣CCD將CCD內(nèi)部電極分成數(shù)組，并施加同樣的時(shí)鐘脈沖，以滿足不同場合的應(yīng)用。面陣CCD較線陣CCD結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，由很多光敏區(qū)排列成一個(gè)方陣并以一定的形式連接成一個(gè)器件，以獲取大量信息，完成復(fù)雜圖像的處理。

一般考察CCD質(zhì)量性能，可以對其不同參數(shù)進(jìn)行考慮。包括CCD的光譜靈敏度、暗電流與噪聲、轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移損失率、時(shí)鐘頻率的上、下限、動態(tài)范圍、非均勻性、非線性度、時(shí)間常數(shù)、CCD芯片像素缺陷等。

CCD圖像傳感器一般體積較小，功耗也較低，因此適應(yīng)于各類電子產(chǎn)品而不會占用太大空間。同時(shí)CCD靈敏度高、噪聲低、動態(tài)范圍大、響應(yīng)速度快、像素集成度高、尺寸精確等，都讓它的應(yīng)用得到普及。

含格狀排列像素的CCD應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、光學(xué)掃瞄儀與攝影機(jī)的感光元件。經(jīng)冷凍的CCD亦廣泛應(yīng)用于天文攝影與各種夜視裝置，而各大型天文臺亦不斷研發(fā)高像數(shù)CCD以拍攝極高解像之天體照片。CCD能使固定式的望遠(yuǎn)鏡發(fā)揮有如帶追蹤望遠(yuǎn)鏡的功能，讓CCD上電荷讀取和移動的方向與天體運(yùn)行方向一致，速度也同步，以CCD導(dǎo)星不僅能使望遠(yuǎn)鏡有效糾正追蹤誤差，還能使望遠(yuǎn)鏡記錄到比原來更大的視場。一般的CCD大多能感應(yīng)紅外線，所以衍生出紅外線影像、夜視裝置、零照度（或趨近零照度）攝影機(jī)/照相機(jī)等

該傳感器的技術(shù)指標(biāo)及參考價(jià)格、可能的生產(chǎn)廠家 1.光譜靈敏度

CCD的光譜靈敏度取決于量子效率、波長、積分時(shí)間等參數(shù)。量子效率表征CCD芯片對不同波長光信號的光電轉(zhuǎn)換本領(lǐng)。不同工藝制成的CCD芯片，其量子效率不同。靈敏度還與光照方式有關(guān)，背照CCD的量子效率高，光譜響應(yīng)曲線無起伏，正照CCD由于反射和吸收損失，光譜響應(yīng)曲線上存在若干個(gè)峰和谷。

2.CCD的暗電流與噪聲

CCD暗電流是內(nèi)部熱激勵載流子造成的。CCD在低幀頻工作時(shí)，可以幾秒或幾千秒的累積（曝光）時(shí)間來采集低亮度圖像，如果曝光時(shí)間較長，暗電流會在

4光電子形成之前將勢阱填滿熱電子。由于晶格點(diǎn)陣的缺陷，不同像素的暗電流可能差別很大。在曝光時(shí)間較長的圖像上，會產(chǎn)生一個(gè)星空狀的固定噪聲圖案。這種效應(yīng)是因?yàn)樯贁?shù)像素具有反常的較大暗電流，一般可在記錄后從圖像中減去，除非暗電流已使勢阱中的電子達(dá)到飽和。

晶格點(diǎn)陣的缺陷產(chǎn)生不能收集光電子的死像素。由于電荷在移出芯片的途中要穿過像素，一個(gè)死像素就會導(dǎo)致一整列中的全部或部分像素?zé)o效；過渡曝光會使過剩的光電子蔓延到相鄰像素，導(dǎo)致圖像擴(kuò)散性模糊。

3.轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移損失率

電荷包從一個(gè)勢阱向另一個(gè)勢阱轉(zhuǎn)移時(shí)，需要一個(gè)過程。像素中的電荷在離開芯片之前要在勢阱間移動上千次或更多，這要求電荷轉(zhuǎn)移效率極其高，否則光電子的有效數(shù)目會在讀出過程中損失嚴(yán)重。

引起電荷轉(zhuǎn)移不完全的主要原因是表面態(tài)對電子的俘獲，轉(zhuǎn)移損失造成信號退化。采用“胖零”技術(shù)可減少這種損耗。

4.時(shí)鐘頻率的上、下限

下限取決于非平衡載流子的平均壽命，上限取決于電荷包轉(zhuǎn)移的損失率，即電荷包的轉(zhuǎn)移要有足夠的時(shí)間。

5.動態(tài)范圍

表征同一幅圖像中最強(qiáng)但未飽和點(diǎn)與最弱點(diǎn)強(qiáng)度的比值。數(shù)字圖像一般用DN表示。

6.非均勻性

表征CCD芯片全部像素對同一波長、同一強(qiáng)度信號響應(yīng)能力的不一致性。

7.非線性度

表征CCD芯片對于同一波長的輸入信號，其輸出信號強(qiáng)度與輸入信號強(qiáng)度比例變化的不一致性。

8.時(shí)間常數(shù)

表征探測器響應(yīng)速度，也表示探測器響應(yīng)的調(diào)制輻射能力。時(shí)間常數(shù)與光導(dǎo)和光伏探測器中的自由載流子壽命有關(guān)。

9.CCD芯片像素缺陷

a.像素缺陷：對于在50%線性范圍的照明，若像素響應(yīng)與其相鄰像素偏差超過30%，則為像素缺陷。

b.簇缺陷：在3*3像素的范圍內(nèi)，缺陷數(shù)超過5個(gè)像素。

c.列缺陷：在1*12的范圍內(nèi)，列的缺陷超過8個(gè)像素。

d.行缺陷：在一組水平像素內(nèi)，行的缺陷超過8個(gè)像素

價(jià)格：600~800元之間

生產(chǎn)廠家：索尼、尼康

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：CCD制造工藝較復(fù)雜，成像通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確一般是顏色好，缺點(diǎn)：費(fèi)電，曝光時(shí)間長的時(shí)候溫升大，噪點(diǎn)相對嚴(yán)重，最重要的是大規(guī)格的成品率低，成本高

針對缺點(diǎn)有何改進(jìn)措施

1)圍繞空間CCD相機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)要求,本文在相機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中完成了以下工作:(a)通過對星載空間相機(jī)常用材料的性能分析比較,合理地完成部件結(jié)構(gòu)的材料選擇,為達(dá)到輕量化的設(shè)計(jì)要求奠定基礎(chǔ);(b)應(yīng)用有限元分析方法,對相機(jī)關(guān)鍵部件——主鏡筒和支架進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì);2)在該相機(jī)精確CAD模型的基礎(chǔ)上,對CCD相機(jī)進(jìn)行了簡化造型。利用簡化后的模型建立了整機(jī)的有限元模型,完成了該相機(jī)結(jié)構(gòu)動態(tài)特性分析計(jì)算

參考文獻(xiàn)

[1].曾光奇.工程測試技術(shù)基礎(chǔ).武漢：華中科技大學(xué)出版社.2002.36

第四篇：現(xiàn)代直銷技術(shù)

測試成績：93.33分。恭喜您順利通過考試！單選題

1.十年前中國進(jìn)行直銷的方式是： √

A 以廠家的方式 B 以個(gè)人的方式 C 以團(tuán)購的方式 D 以郵購的方式 正確答案： D

2.催眠式銷售當(dāng)中常用的是： √

A 迂回式問句 B 連續(xù)式問句 C 開放式問句 D 封閉式問句 正確答案： D

3.下列提問屬于開放式問句的是： √

A 您需要我?guī)兔γ矗?B 如何與你聯(lián)絡(luò)會比較方便呢？ C 您是時(shí)代光華的伙伴嗎？ D 您現(xiàn)在有時(shí)間嗎？ 正確答案： B

4.下列不屬于“戴爾黃金三原則”的一項(xiàng)是： √ A “客戶定制” B “堅(jiān)持直銷” C “摒棄庫存” D “與客戶結(jié)盟” 正確答案： A

5.下列不屬于“商品直接銷售的八個(gè)流程”的一項(xiàng)是： √ A 銷售過程安排 B 明確顧客的需求與目的 C 顧客異議處理 D 跟客戶建立同盟關(guān)系 正確答案： A

6.建立更好的信賴感首先要做到的是： √ A 和氣 B 簡潔 C 會說 D 誠實(shí) 正確答案： D

7.開放式問句最主要是： √ A 了解產(chǎn)品的質(zhì)量 B 了解市場的發(fā)展 C 了解服務(wù)的質(zhì)量 D 了解顧客的需求 正確答案： D

8.下列提問屬于封閉式問句的是： √ A 請問你覺得選擇直銷商品重點(diǎn)在哪里呢？ B 請問我該如何處理你的意見，你會比較滿意呢？ C 請問您認(rèn)為多少錢合理呢？ D 您是時(shí)代光華的伙伴嗎？ 正確答案： D

9.無法否定的事實(shí)是指： × A 對方無法否認(rèn)你銷售的產(chǎn)品 B 對方無法否定你的服務(wù) C 對方是無法否定你的建議方案 D 以上都是 正確答案： C

10.“您需要一個(gè)雞蛋還是兩個(gè)雞蛋？”這種提問方式屬于： √ A 開放式提問 B 二擇一提問 C 導(dǎo)向性提問 D 嵌入式提問 正確答案： B

11.商品介紹的.A.B.E法則中B.指的是： √ A 利益 B 特征特色 C 優(yōu)點(diǎn) D 證明 正確答案： A

12.處理顧客異議的幾個(gè)原則不包括： √ A 當(dāng)顧客提出異議時(shí)，立即回答

B 當(dāng)感覺是假問題的時(shí)候，可以暫時(shí)保持沉默，等他第二次提，第三次提的時(shí)候再來回答 C 對于不是很重要的問題，可以不予回答 D 與顧客進(jìn)行爭辯 正確答案： D

13.處理顧客意義的方式不包括： √ A 叫直接反駁法 B 忽視法 C 借力打力法 D 尋找自身問題 正確答案： D

14.當(dāng)顧客抱怨產(chǎn)品太貴時(shí)，首先要： √ A 介紹產(chǎn)品優(yōu)勢 B 提供產(chǎn)品性能 C 表達(dá)個(gè)人意見 D 認(rèn)同顧客觀點(diǎn) 正確答案： D

15.與顧客建立良好關(guān)系的方法不包括： √ A 用利益籠絡(luò)顧客

B 建立一個(gè)網(wǎng)站，設(shè)置一個(gè)論壇，拉近跟顧客間的互動 C 主動出擊，回訪顧客，或定期打電話給顧客 D 跟顧客成為股東的方式，讓未來可以更好 正確答案： A

第五篇：現(xiàn)代鉆井技術(shù)

中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育2012年春季學(xué)期課程補(bǔ)考《現(xiàn)代鉆井技術(shù)》大作業(yè)

《現(xiàn)代鉆井技術(shù)》大作業(yè)

注意事項(xiàng)：題目是在某一個(gè)學(xué)生工作室下載的，不知道題目是否一樣。另外，答案是本人在網(wǎng)上找的，不知道是不是準(zhǔn)確，僅供參考。

1、正考學(xué)員、08秋及以后重修學(xué)員要通過網(wǎng)絡(luò)在線提交的方式上交大作業(yè)，不接收和批閱書面材料；

2、08春及以前重修學(xué)員要以書面（紙張大小為A4紙）形式上交大作業(yè)；

3、抄襲、雷同作業(yè)一律按零分處理。

一、回答下列問題（每小題12分，共60分）

1、欠平衡壓力鉆井的優(yōu)越性？為什么？

答：優(yōu)越性：欠平衡鉆井的主要優(yōu)點(diǎn)是對油層表皮的損害小。在枯竭油層鉆加密井對產(chǎn)量的影響很小或沒有影響；在高滲地層和裂縫性地層采用欠平衡鉆井，可以限制鉆井液侵入地層，防止?jié)B透率下降；在硬地層采用欠平衡鉆井可以大幅度提高機(jī)械鉆速，降低鉆井風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約鉆井成本。

原因：

1、由于井筒內(nèi)鉆井液液柱壓力低于地層壓力可以減輕鉆井液向地層中的滲透；鉆井過程中地層流體可以進(jìn)入井眼，在井口監(jiān)測返出液可以及時(shí)提供良好的產(chǎn)層信息；欠平衡鉆井是在關(guān)井導(dǎo)流狀態(tài)下進(jìn)行，從而降低井噴失控的危險(xiǎn)；采用負(fù)壓鉆進(jìn)，有利于鉆頭對巖石的破碎，提高鉆速，降低綜合鉆井成本。

2、欠平衡壓力鉆井確定負(fù)壓差的依據(jù)？

答：欠平衡壓力鉆井主要根據(jù)以下幾個(gè)方面確定負(fù)壓差：

（1）地層孔隙壓力；

（2）井壁穩(wěn)定性；

（3）地層流體流動性；

（4）底層流體的地面處理及控制能力。

3、鉆井過程中地層傷害的主要形式？

答：鉆井過程中地層傷害的主要形式有：

（1）固相顆粒及泥餅杜塞油氣通道；

（2）濾失液是地層中粘土礦物膨脹而杜塞地層孔隙；

（3）鉆井液濾液中離子與地層離子作用產(chǎn)生沉淀杜塞通道；

（4）產(chǎn)生水鎖效應(yīng)，增加油氣流動阻力。

4、大位移井的特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)？

答：特點(diǎn)：與常規(guī)中半徑相比，大位移井具有高難度、高投入、高風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，但是一口成功的大位移井，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的開發(fā)目的，既節(jié)約投資，又能獲得好的效益。

關(guān)鍵技術(shù)：（1）管柱的摩阻和扭矩；（2）管柱設(shè)計(jì)技術(shù)；（3）軌道設(shè)計(jì)技術(shù)；

（4）井壁穩(wěn)定技術(shù)；（5）井眼清洗技術(shù)；（6）固井完井技術(shù)；（7）軌道控制技術(shù)。

5、試述特殊工藝井在油氣開發(fā)中的作用。

答：隨著老油田后期開發(fā)難度的增加，提高油藏采收率成為油田進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。因此，利用分支井、側(cè)鉆水平井、徑向水平井、大位移水平井等特殊工藝井技術(shù)，可以有效地開發(fā)傳統(tǒng)鉆井工藝“束手無策”的小油藏、低滲透油藏、枯竭油藏以及剩余油資源。同時(shí)，可以減少布井?dāng)?shù)量，降低開發(fā)成本；少占土地，減小環(huán)保壓力。

二、論述題（每題20分，共40分）

1、科學(xué)化鉆井的總體目標(biāo)是什么？如何達(dá)到？

答：總體目標(biāo)：

（1）向信息化、智能化方向發(fā)展；

（2）向多學(xué)科緊密結(jié)合、提高油井產(chǎn)量和油田采收率方向發(fā)展；

（3）向有效開采特殊油氣藏方向發(fā)展。

如何達(dá)到：

（1）能引進(jìn)的采取引進(jìn)一消化一創(chuàng)新的技術(shù)路線來跟蹤前沿，不能引進(jìn)的國內(nèi)自主開發(fā)；

（2）在水平井鉆井技術(shù)、多分支鉆井技術(shù)和欠平衡壓力鉆井技術(shù)三大新鉆井技術(shù)方面，我國目前還有許多基礎(chǔ)工作要做，建議有計(jì)劃地組織攻關(guān)；

（3）鉆井科研工作者在觀念上應(yīng)有新的轉(zhuǎn)變。目前石油工程技術(shù)的發(fā)展要求鉆井工程不僅要建油流通道，而且要擔(dān)負(fù)提高單井產(chǎn)量和油田采收率部分任務(wù)以及

開發(fā)開采特殊油氣藏的任務(wù)，因此鉆井科技人員應(yīng)熟悉和了解采油工程和油藏工程有關(guān)理論和技術(shù)。

2、結(jié)合本油田油氣藏的特點(diǎn)，談?wù)勅绾斡勉@井的手段提高采收率。

答：大港油田所在的黃驊坳陷在構(gòu)造性質(zhì)上為一中新生代的斷陷盆地，二、三級斷層十分發(fā)育，油氣藏總體上是以復(fù)雜的斷塊型油氣藏為主要特征，單個(gè)儲油構(gòu)造規(guī)模小，油藏之間相互獨(dú)立、連通性差，給油田開發(fā)、特別是后期開發(fā)帶來很大難度，大港油田充分利用鉆井新技術(shù)，以定向鉆井、水平井、側(cè)鉆井等技術(shù)手段來提高老油田的采收率。例如：

大港油田作業(yè)一區(qū)已投產(chǎn)側(cè)鉆井２１口，初期日產(chǎn)油量４２４．４３噸，平均單井日產(chǎn)油達(dá)到２０．２噸，大于１０噸的井?dāng)?shù)占５２．４％，目前日產(chǎn)油穩(wěn)定在７噸左右，已累計(jì)采油２．７萬噸。

該區(qū)在總結(jié)歷年側(cè)鉆井實(shí)施效果的基礎(chǔ)上，將側(cè)鉆井選井目標(biāo)鎖定在油藏構(gòu)造清楚、油砂體分布落實(shí)、能量充足、單層厚度大、剩余油密集的井區(qū)，并選擇構(gòu)造砂體有利的部位定向側(cè)鉆，以提高側(cè)鉆井的成功率。

側(cè)鉆井技術(shù)的應(yīng)用，是大港油田作業(yè)一區(qū)研究思路、研究方法和地質(zhì)認(rèn)識上的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)年投產(chǎn)側(cè)鉆井、當(dāng)年收回全部投資，當(dāng)年創(chuàng)效９８１．６萬元。同時(shí)，也對大港油田公司開拓應(yīng)用側(cè)鉆井技術(shù)，實(shí)施復(fù)雜結(jié)構(gòu)井挖潛技術(shù)提供了很好的借鑒，為作業(yè)一區(qū)的原油增產(chǎn)找到了新的亮點(diǎn)。