第一篇：射線探傷技術在船舶制造業中的應用

射線探傷技術在船舶制造業中的應用

摘要：船舶焊接是保證船舶密性和強度的關鍵，是保證船舶質量的關鍵，是保證船舶安全航行和作業的重要條件。如果焊接存在著缺陷，就有可能造成結構斷裂、滲漏，甚至引起船舶沉沒。因此，在船舶建造中焊接質量是重點驗收工作之一，射線探傷能直接判斷船體焊縫中存在的缺陷的種類、大小、部位及分布情況，直觀可靠，重復性好，容易保存，當前船廠普遍采用X射線探傷來進行船體焊縫的內部質量檢查。關鍵詞：船舶焊接、射線探傷、X射線 1.引言

1895年德國物理學家倫琴發現X射線，1912年美國物理學家D庫利吉博士研制出新型X射線管一白熾陰極X射線管，這種X射線管可以承受高電壓、高電流，為X射線的工業應用提供了基礎。1922年美國麻薩諸塞州陸軍兵工廠安裝了庫利吉管X射線機，工作電壓為200kV，管電流達5111A，一次完成了真正的工業射線照相。

此后，射線照相檢驗技術得到了迅速的發展，1930年前后，射線照相檢驗技術正式進入工業應用。1940年前后，首次得出了射線照相檢驗底片質量問題。1962年前后，建立了完整的、至今仍在指導常規射線照相檢驗技術的基本理論。1970年以后，圖像增強器射線實時成像檢驗技術、射線層析檢測技術等發展迅速。1990年以后射線檢測技術進入了數字射線檢測技術時代，成像板及線陣列射線實時成像檢驗技術和CR技術是發展中的重要技術。對于工業應用，射線檢測技術已形成了一個完整的技術系統，一般認為可劃分為：射線照相檢驗技術、射線實時成像檢驗技術、射線層析檢測技術和輻射測量技術四類。射線照相檢驗技術主要是X射線照相檢驗技術、Y射線照相檢驗技術、中子射線照相檢驗技術和非膠片射線照相檢驗技術等。2.X射線探傷的檢驗原理

X射線是一種波長很短的電磁波，波長范圍為0.0006一80nm，具有很強的穿透力，能穿透一般可見光不能穿透的各種不同密度的物質。

X射線檢測原理是：當射線透過被檢物體時，有缺陷部位與無缺陷部位對射線吸收能力不同，因而可以通過檢測透過被檢物體后射線強度的差異，來判斷被檢測材料內部是否存在缺陷。放在適當的位置，使其在透過射線的作用下感光，經過暗室處理后就得到X射線底片。底片上各點的黑色程度取決于射線強度和照射時間的乘積，由于缺陷部位和完好部位的透過射線的強度不同，底片上相應部位就會出現黑度差異。把底片放在觀片燈上，借助透過光線觀察，可以看到由黑度差異構成的不同形狀的影像。評片人員據此判斷缺陷情況并做出評價，這樣就完成了對被檢對象的無損檢測。3.射線探傷的特點

射線檢測技術，與其他常規無損檢測技術，如超聲檢驗技術、磁粉檢驗技術、滲透檢驗技術、渦流檢驗技術比較，具有的主要特點是：(1)對被檢驗工件無特殊要求，檢驗結果顯示直觀；(2)檢驗技術和檢驗工作質量可以自我監測。4.射線探傷的應用

射線檢測技術不僅可用于金屬材料(黑色金屬和有色金屬)的檢驗，也可用于非金屬材料和復合材料的檢驗，特別是它還可能用于放射性材料的檢驗。檢驗技術對被檢工件或試件的表面和結構沒有特殊要求，所以它可以應用各種產品的檢驗。目前，射線廣泛地應用于機械、兵器、船舶、核工業、航空、航天、電子等各工業領域，其中應用最廣泛的方面是鑄件和焊接件的檢驗。射線檢測技術在工業與科學研究等方面的主要應用類型包括：

(1)探傷：鑄造、焊接工藝缺陷檢驗，復合材料構件檢驗等；(2)測厚：厚度在線實時測量；

(3)檢查：機場、車站、海關檢查，結構與尺寸測定等；

(4)研究：彈道、爆炸、核技術、鑄造工藝等動態過程研究，考古研究，反饋工程等。5.射線探傷的安全問題

在應用中，射線檢測技術需要考慮的主要問題是輻射防護問題。射線具有輻射生物效應，對人體可以產生傷害，因此在應用射線檢測技術時必須考慮輻射防護問題，必須按照國家和地方的有關標準、法規作好輻射防護工作，應力求避免輻射事故。6.X射線探傷的應用標準

焊縫的內部質量采用射線探傷、超聲波探傷。以入級中國船級社為例，具體的實施見以下規范和標準：

(1)中國船級社2001《鋼質海船入級與建造規范》；(2)中國船級社1996《鋼質內河船入級與建造規范》；(3)中國船級社1998《材料與焊接規范》；(4)原中國船舶工業總公司《中國造船質量標準CSQS(1998)》；(5)GB／T3323—87鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級；(6)CT3／T3177—94船舶鋼焊縫射線照相和超聲波檢查規則；(7)GB／T3558—94船舶鋼焊縫射線照相工藝和質量分級；(8)GB／T3559—94船舶鋼焊縫手工超聲波探傷工藝和質量分級。

以上規范和標準主要體現在船廠技術部門編制的有關焊接工藝文件中，在現場檢驗的檢驗人員主要是確定其工藝和計劃是否經船檢機構認可，在實際工作中船廠特別是中小型廠會經常疏忽，還需要注意以下內容：(1)無損探傷人員必須要有相應的資格。

(2)被評定為不合格的焊縫應及時返修，并注意對返修工藝的控制和檢驗。(3)當無損探傷發現焊縫內部有不允許存在的缺陷并認為該缺陷有可能延伸時則應在其延伸方向(一端或兩端)增加探傷數量直至達到鄰近合格的焊縫為止。

(4)當所有被檢焊縫的一次合格率低于80％時，應對重要部位焊縫追加檢查，其數量大約為10％一20％，并應對全部焊接工藝引起注意。

(5)射線拍片的布片密度應按鋼材的材料級別從高到低遞減，縱橫向對接焊縫交叉處的布片方向應平行與橫向對接焊縫。

(6)對危險化學品船焊縫的無損探傷，尚應對下列部分進行無損探傷。

a)液貨艙艙壁板上所有的焊縫十字交叉處；

b)液貨艙邊界焊縫應探測裂紋，探測的長度應至少為液貨艙邊界焊縫總長度的10％；

c)當舷側和船底縱骨以及縱艙壁水平扶強材在橫艙壁處中斷時，上述構件與橫艙壁的焊縫應探測裂紋，探測的長度應至少為骨材與橫艙壁連接焊縫總長度的10％；

d)當縱向構件和縱艙壁水平扶強材連續地通過橫艙壁時，其與橫艙壁的焊縫應探測裂紋，探測的長度對舷側和船底縱向構件至少為總長度30％，對縱艙壁水平扶強材至少為總長度的20％。當橫向構件連續地穿過液貨艙縱艙壁時，該構件與邊界連接焊縫戍探測裂紋探測的焊縫長度至少為總長度的10％。7.結論

眾所周知，船舶結構件發生焊接裂紋對結構強度和航行安全危害極大，特別是一些隱性裂紋不易發現，一旦船舶出廠，這些隱性裂紋后患無窮。而射線檢測技術依據被檢工件的成分、密度、厚度等的不同，對射線產生不同的吸收和散射特性并對被檢工件的質量、尺寸、特性等做出判斷，能夠很準確的檢驗出船舶構件中的焊接缺陷，避免事故的發生。

參考文獻

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[8]周志勇．船體焊縫缺陷X射線圖像自動識別方法研究[D]．上海：上海海事大學輪機學院，2007．

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[12]姚培元．無損檢測技術[M]．北京：航天大學出版社，1983． [13]強天鵬．射線檢測[M]．昆明：云南科技出版社，1999．

焊接檢驗論文

專業：材料科學與工程

班級：材科11-1

姓名：

學號：

第二篇：超聲波探傷技術在鋼結構檢測中的應用

超聲波探傷技術在鋼結構檢測中的應用

摘 要：隨著當代建筑技術日新月異的發展，鋼結構在當代建筑中使用率越來越高。采用無損探傷的手段對焊縫進行質量檢驗是確保鋼結構工程質量的重要環節。本文從規范規定的焊縫等級、相應檢測的類別、評判標準及缺陷特性等方面對鋼結構超聲波無損探傷做了初步探討。

關鍵詞：鋼結構 檢測 焊縫 超聲波無損探傷 焊縫等級

隨著當代建筑技術日新月異的發展，建筑結構體系的種類不斷的朝輕質、高強的方向發展，鋼管混凝土結構、鋼結構在當代建筑中使用率越來越高。尤其是在廠房建設及設備安裝中更是大量使用鋼結構。而焊接作為鋼結構的主要連接方式之一，直接影響鋼結構的施工質量，采用無損探傷的手段對焊縫進行質量檢驗是確保鋼結構工程質量的重要環節。

鋼結構無損探傷包括超聲檢測（UT）、射線檢測（RT）、磁粉檢測（MT）、滲透檢測（PT）和渦流檢測（ET）等五種檢測方法。超聲檢測是目前應用最廣泛的探傷方法之一。超聲波的波長很短、穿透力強，傳播過程中遇不同介質的分界面會產生反射、折射、繞射和波形轉換。超聲波像光波一樣具有良好的方向性，可以定向發射，猶如一束手電筒燈光可以在黑暗中尋找目標一樣，能在被檢材料中發現缺陷。超聲波探傷能探測到的最小缺陷尺寸約為波長的一半。超聲波探傷又可分為反射法和穿透法。穿透法的靈敏度不如反射法，因而在實際探傷中一般采用反射法來進行鋼材缺陷探傷和焊縫探傷，即根據缺陷反射回波聲壓的高低來評價缺陷的大小。

從焊縫本身來說決定焊縫質量的因素主要有3方面，分別是焊縫內部缺陷、焊縫外觀表面缺陷以及焊縫尺寸。因此，焊縫質量等級就存在著兩重含義，其一是針對焊縫內部缺陷檢驗，其二是針對焊縫外觀表面缺陷檢驗。但目前絕大部分情況是設計者只進行籠統的規定，如“該焊縫質量等級為二級”，此時正確的理解是“焊縫內部缺陷按二級檢驗，外觀缺陷也按二級檢驗。”對于需要進行疲勞驗算的構件如吊車梁，其中某些部位的角焊縫，雖然不進行內部缺陷的超聲波探傷（三級焊縫），但其外觀表面質量等級應為二級，所以籠統地說“角焊縫都是三級焊縫”就有失全面。下面就超聲波無損探傷在鋼結構鑒定檢測中的應用，結合相關規范作以下初步探討：

一、檢測資料及檢測報告的種類

在房屋具備相關資料的情況下，我們進行鑒定檢測就應結合相關資料及檢測數據對其進行綜合評價。委托單位提供的相關資料往往包括施工單位自檢、見證檢測及第三方檢測三種。針對以上三種資料，其相應的要求通常可歸納為表一所列：

如果以下檢測資料審查不合格或現場抽樣檢查不達標的情況下，就應結合可靠性鑒定標準、鋼結構工程施工質量驗收規范等國家相關規范，對該項目進行進一步的檢測。

二、焊縫無損檢測的檢驗等級：

根據《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》GB11345-89規定，超聲波檢驗等級分為A、B、C三個級別： A級檢驗采用一種角度的探頭在焊縫的單面單側進行檢驗，只對允許掃查到的焊縫截面進行探測。一般不要求作橫向缺陷的檢驗。母材厚度〉50mm時，不得采用A級檢驗。

B級檢驗原則上采用一種角度探頭在焊縫的單面雙側進行檢驗，對整個焊縫截面進行探測。母材厚度〉100mm時，采用雙面雙側檢驗。受幾何條件的限制可在焊縫的雙面單側采用兩種角度探頭進行探傷。條件允許時應作橫向缺陷的檢驗。

C級檢驗至少要采用兩種角度探頭在焊縫的單面雙側進行檢驗。同時要做兩個掃查方向和兩種探頭角度的橫向缺陷檢驗。母材厚度〉100mm時，采用雙面雙側檢驗。其他附加要求是：1．對接焊縫余高要磨平，以便探頭在焊縫上作平行掃查；2．焊縫兩側斜探頭掃查經過的母材部分要用直探頭作檢查；3．焊縫母材厚度≥100mm，窄間隙焊縫母材厚度≥40mm時，一般要增加串列式掃查。

三、建筑結構焊縫無損探傷檢驗具體要求：

1．設計要求全焊透的焊縫，其內部缺陷的檢驗應符合下列要求：

1)一級焊縫應進行100%的檢驗，其合格等級應為《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》GB11345-89中B級檢驗的Ⅱ級及Ⅱ級以上；

2)二級焊縫應進行抽檢，抽檢比例20%，其合格等級應為《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》GB11345-89中B級檢驗的Ⅲ級及Ⅲ級以上；

3)全焊透的三級焊縫可不進行無損檢測。

2．焊接球節點網架焊縫的超聲探傷及缺陷分級應符合《焊接球節點鋼網架焊縫超聲波探傷及質量分級法》JG/T3034.1-1996的規定。

3．螺栓球節點網架焊縫的超聲探傷及缺陷分級應符合《螺栓球節點鋼網架焊縫超聲波探傷及質量分級法》JG/T3034.2-1996的規定。

4．圓管T、K、Y節點焊縫的超聲波探傷方法及缺陷分級應符合《建筑鋼結構焊接技術規程》JGJ81-2002的規定。

四、焊縫缺陷的評定等級

缺陷的大小確定以后，要根據缺陷的性質和指示長度結合有關標準的規定評定焊縫的質量級別。

超聲波檢驗焊縫內部缺陷的評定等級分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級，其中Ⅰ級質量最高，Ⅳ級質量最低。

根據在標準試塊上繪制的距離波幅曲線，對比焊縫中缺陷最高回波的位置、和缺陷性質判斷焊縫等級。對于最大反射波幅不超過距離波幅曲線中評定線的缺陷，均評定為Ⅰ級；最大反射波幅超過評定線的缺陷檢驗者判定為裂紋等危害性缺陷時，無論其波幅和尺寸如何，均評定為Ⅳ級；反射波幅位于Ⅰ區的非裂紋性缺陷，均評定為Ⅰ級；反射波幅位于Ⅲ區的缺陷，無論其指示長度如何，均評定為Ⅳ級。最大反射波幅位于Ⅱ區的缺陷，跟具缺陷指示長度，具體分類見表二：

五、焊縫檢測記數規則及合格評定

1．焊縫內部缺陷無損檢測記數規則 一級焊縫探傷比例100%，即全數探傷；二級焊縫探傷比例20%，對于工廠制作焊縫，應按每條焊縫長度計算比例，且探傷長度≥200mm，當焊縫長度≤200mm時，應對整條焊縫進行探傷；對于現場安裝焊縫，應按同一類型、同一施焊條件的焊縫條數計算比例，探傷長度應≥200mm，并應不少于1條焊縫；三級焊縫不要求進行內部缺陷的無損探傷。

2．焊縫處數的記數方法 工廠制作焊縫長度≤1000mm時，每條焊縫為1處，長度>1000mm時，將其劃分為每300mm為1處，現場安裝焊縫每條焊縫為1處。

3．抽樣檢驗的合格判定 抽樣檢查的焊縫數如不合格率<2%時，該批驗收應定為合格；不合格率>5%時，應加倍抽檢，且必須在原不合格部位兩側的焊縫延長線各增加1處，如在所有抽檢焊縫中不合格率≤3%時，該批驗收應定為合格，>3%時,該批驗收應定為不合格。當批量驗收不合格時，應對該批余下焊縫的全數進行檢查。

六、焊縫中常見缺陷的類型及其在超聲探傷中的識別

焊縫中常見的缺陷主要有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等幾種，他們各自的回波均有其特性。

1．氣孔

氣孔是在焊接過程中焊接熔池高溫時吸收了過量的氣體或冶金反應產生的氣體，在冷卻凝固之前來不及逸出而殘留在焊縫金屬內所形成的空穴，多呈球形或橢球形。氣孔可分為單個氣孔和密集氣孔。單個氣孔回波高度低，波形較穩定。從各個方向探測，反射波高大致相同，但稍一移動探頭就消失。密集氣孔為一簇反射波，其波高隨氣孔的大小而不同，當探頭作定點轉動時，會出現此起彼落的現象。

2．夾渣

夾渣是指焊后殘留在焊縫金屬內的熔渣或非金屬夾雜物，夾渣表面不規則。夾渣分點狀夾渣和條狀夾渣。點狀夾渣的回波信號與點狀氣孔相似。條狀夾渣回波信號多呈鋸齒狀。它的反射率低，一般波幅不高，波形常呈樹枝狀，主峰邊上有小峰。探頭平移時，波幅有變動，從各個方向探測，反射波幅不相同。

3．未焊透

未焊透是指焊接接頭部分金屬未完全熔透的現象。一般位于焊縫中心線上，有一定的長度。探傷中探頭平移時，未焊透波形較穩定，焊縫兩側探傷時，均能得到大致相同的反射波幅。

4．未熔合

未熔合主要是指填充金屬與母材之間沒有熔合在一起或填充金屬層之間沒有熔合在一起。未熔合反射波的特征是：探頭平移時，波形較穩定。兩側探測時，反射波幅不同，有時只能從一側探到。

5．裂紋

裂紋是指在焊接過程中或焊后，在焊縫或母材的熱影響區局部破裂的縫隙。一般來說，裂紋的回波高度較大，波幅寬，會出現多峰。探頭平移時，反射波連續出現，波幅有變動；探頭轉動時，波峰有上、下錯動現象。

以上是個人在超聲波無損檢測中結合相關規范總結的一些看法，寫出來與大家共同探討，不當之處還望各位同行不吝賜教。參考文獻

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第三篇：虛擬現實技術在船舶制造中的應用

虛擬現實在船舶制造中的應用

曼恒數字為南通航運職業學院建設了一套船舶建造仿真實訓系統，通過動畫、聲音以及特有的三維模擬方式，為用戶營造一個真實的環境，把船舶建造的場景和工藝流程等逼真地呈現出來。

船舶工業是一項勞動密集型、技術密集型和資金密集型的產業。船舶產品是一個巨大的復雜系統，而且大多是少量或單件生產的產品，每艘船舶都由數以千計甚至上萬件的零部件和中間產品。

怎樣將這些復雜的船舶建造過程通過形象而逼真的方式表現出來，讓學生能輕而易舉的掌握船舶知識，并印象深刻呢？

虛擬現實船舶建造仿真實訓系統通過對船廠廠區及設施、船舶內部結構和布置、船體建造常規工藝流程進行逼真的3D可視化虛擬展示。通過人機互動形式，與虛擬環境中的船體模型進行交互操作，完成鋼材預處理、鋼材切割、鋼材彎曲成型等。同時，該系統還提供了船體裝配功能，通過模擬真實的裝配方式，幫助學生了解船體裝配流程船體構造。

該系統的建成，為虛擬教學和培訓提供了重要的教學工具，虛擬環境使他們脫離了現實培訓中的風險和制約，并能從這種培訓中獲得感性知識和實際經驗，達到提高培訓對象各種技能和學習知識的目的。

第四篇：先進制造技術在機械制造業中的應用

先進制造技術在機械制造業中的應用

摘要：中國雖是制造大國，但與工業發達國家相比，仍有很大差距。材料成型加工制造是制造業的重要組成部分，是先進制造技術的重要內容，對國民經濟的發展及國防力量的增強均有重要作用。該文認為，面對市場經濟、參與全球競爭，企業的發展要依靠先進制造技術，而先進制造技術必然促進企業的發展。未來的制造企業將是以人、管理及技術三要素組成，而以人為本。未來的制造模式將是：小批量、高質量、低成本、交貨期短、生產柔性、環境友好。快速產品與工藝開發系統、新一代制造工藝及裝備和模擬與仿真是三項關鍵先進制造技術。

關鍵詞：

材料成形加工、發展趨勢、制造業、先進制造技術

引言：隨著計算機技術的發展，計算材料科學已成為一門新興的交叉學科，是除實驗和理論外解決材料科學中實際問題的第三個重要研究方法。它可以比理論和實驗做得更深刻、更全面、更細致，可以進行一些理論和實驗暫時還做不到的研究。因此，基于知識的材料成型工藝模擬仿真是材料科學與制造科學的前沿領域及研究熱點。根據美國科學研究院工程技術委員會的測算，模擬仿真可提高產品質量5～15倍、增加材料出品率25%、降低工程技術成本13%～30%、降低人工成本5%～20%、增加投入設備的利用率30%～60%、縮短產品設計和試制周期30%～60%、增加分析問題廣度和深度的能力3～3.5倍等。

正文：先進制造技術在機械制造業中的應用 1 先進制造技術的概念與特點

一般認為：先進制造技術是指制造業(傳統制造技術)不斷吸收機械工程技術、電子信息技術(包括微電子、光電子、計算機軟硬件、現代通信技術)、自動化控制理論技術(自動化技術生產設備)、材料科學、能源技術、生命科學及現代管理科學等方面的成果;并將其綜合應用于制造業中產品設計、制造、管理(檢測)、銷售、使用、服務(售后服務)以及對報廢產品的回收處理這樣一個制造全過程，實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態多變的產品市場的適應、競爭能力，取得(具有市場競爭能力的)理想經濟技術綜合效果的制造技術的總稱。

由以上先進制造技術的概念可以看出先進制造技術有如下特點：

1)先進制造技術不是一成不變的，而是一個動態過程，要不斷吸取各種高新技術成果，并將其滲透到產品的設計、制造、生產管理及市場營銷的所有領域及全部過程，并實現優質、高效、低耗、清潔的生產。

2)先進制造技術是面向新世紀技術系統，它的目的是提高制造業的綜合效益，贏得國際市場競爭。

3)先進制造技術是不僅限于制造過程本身，它涉及到產品從市場調研、產品設計、工藝設計、加工制造、售后服務等產品壽命周期的所有內容。

4)先進制造技術是特別強調計算機技術、信息技術和現代系統管理技術，在產品設計、制造和生產管理等方面的應用。

5)先進制造技術是強調各專業學科之間的相互滲透、融合和淡化，并最終消除它們之間的界限。

6)先進制造技術是特別強調環境保護，要求產品是所謂的“綠色產品，要求生產過程是環保型的。

2.先進制造技術在機械制造業中的應用

如前所述，先進制造技術是一個龐大的技術群。在機械制造的整個過程中，無論是在產品的設計開發、還是在產品生產制造或是經營管理中都能充分利用先進制造技術。近幾年，機械制造業發生了一系列重大變化，主要表現在以下幾個方面。

1)企業生產方式發生重大變革。由于先進制造技術的應用，現代機械制造企業逐步改變了傳統觀念，在生產組織方式上發生了五個轉變：從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變;從金字塔式的多層次生產管理結構向扁平的網絡結構轉變;從按功能劃分部門的固定組織形式向動態、自主管理的小組工作組織形式轉變;從質量第一的競爭策略向快速響應市場的競爭策略轉變;從以技術為中心向以人為中心轉變。

2)機械制造業的先進制造工藝以及自動化技術的形成和發展。在整個機械制造的過程中，工藝過程是最主要的過程。由于機械制造業本身的需要，形成和發展了許多先進的制造工藝及自動化技術。從而充實、發展了整個先進制造技術群，帶動了其他制造業的發展。這些先進制造工藝及自動化技術主要包括以下幾個方面。(1)毛坯制造工藝。毛坯制造是機械制造工藝的基礎和前提。近幾年，出現了許多先進的制造工藝及技術。鑄造方面出現了一套精密潔凈鑄造成形工藝，例如，外熱風沖天爐熔煉、處理、保護成套技術;鋼液精煉與保護技術;高效金屬型鑄造工藝及設備;氣化模鑄造工藝與設備等。鍛壓方面出現了精確高效塑性成型技術，主要有熱精鍛生產線成套技術，冷溫成型成套技術，輥鍛和楔橫軋成形技術，精密沖裁工藝及設備等，焊接與切割方面出現了新型焊接電源及控制技術，激光焊接技術，微連接技術，數控切割技術等。(2)機械加工工藝。機械加工是機械制造工藝過程的主要組成部分，在這方面的趨勢是向高效、高精度方向發展。主要有精密加工和超精密加工，高速切削與超高速磨削，復雜型面的數控加工，游離磨料的高效加工等。(3)自動化技術。制造自動化技術是在制造過程的所有環節采用自動化技術，實現制造全過程的自動化。是研究對制造過程的規劃、運作、管理、組織、控制與協調優化等的自動化的技術，以使產品制造過程實現高效、優質、低耗、及時和潔凈的目標。在機械制造過程中，除了發展應用先進制造工藝以外，自動化技術的發展與應用是另一大特征。這些自動化技術包括CAD，CAM集成、機床數控技術、工業機器人、柔性制造技術、傳感技術、計算機集成制造技術、自動檢測及信號識別技術等。

3.我國機械工業發展先進制造技術的戰略與對策

我國是一個制造業基礎薄弱的國家，而機械制造業占的比重又較大。盡管近十年來，我國機械制造業不斷引進國外的先進制造技術，但與發達國家相比仍有較大的差距。主要表現為：技改投入相對不足。技術裝備、生產工藝、生產管理、市場觀念、人員素質相對落后。面對新世紀國際機械制造業的競爭和高新技術發展的挑戰，我國機械制造業應采取以下對策。

1)提高認識，全面規劃，將裝備制造業置于重要的戰略地位。

2)加強先進制造技術的應用與自身制造技術的開發相結合。據前論述可知，加強先進制造技術在機械制造業的應用，對發展機械制造業、增強機械制造業的生命力十分必要。但同時，我們也應注重機械制造技術自身的開發，著重提高自主創新能力。高度重視制造產業共性技術的研究開發，全力實施標準戰略、專利戰略。切實提高企業的技術開發和集成創新能力，這對于豐富先進制造技術、促進其他制造業的發展至關重要。將引進、消化吸收國外先進制造技術與自主開發創新相結合，深化科技體制改革，推進技術創新體系的建設。

3)大力發展先進高新制造技術及其產業。

4)人才是技術發展的關鍵。要加強先進制造技術的應用和開發，必須提高人員素質，加強人才培訓。應培養一批既懂科學技術，又懂管理的優秀企業家，還要造就一支具有較高職業素質的技術工人隊伍。

5)加強國際交流與合作。世界各國的機械制造技術的發展都有自己的特色和側重點。通過加強國際交流與合作，可迅速吸收應用先進制造技術，并結合本國國情來發展機械制造技術。

現代的產品與工藝開發系統的特點是：在設計全過程采用信息技術，產品有創新，采用新材料與新制造工藝，使產品開發周期短、返工少、成本低，因而產品在國際市場上有競爭能力。輕量化、精確化、高效化將是成形制造技術的重要發展方向，材料成形制造向更輕、更薄、更精、更強、更韌、成本低、周期短、質量高的方向發展。制造過程的計算機模擬仿真是先進制造技術的重要內容，已在鑄造及塑形加工等領域中得到廣泛應用。高性能、高精度、高效率、多學科及多尺度是模擬仿真技術的努力目標，而微觀組織模擬從微米到納米尺度則是近年來新的研究熱點。綠色制造是制造技術的進一步發展趨勢。

制造業及材料成型加工技術的作用及地位

我國已是制造大國，僅次于美、日、德，位居世界第4。我國雖是制造大國，但與工業發達國家相比，仍有很大差距，表現在：1勞動生產率低，人均產值不到美國的k/20；2技術含量低，以CAD為例，仍停留在繪圖功能：3重要關鍵復雜產品基本上沒有自主產品創新開發能力。

材料成形加工行業是制造業的重要組成部分，材料成形加工是汽車、電力、石化、造船、機械等支柱產業的基礎制造技術，新一代材料加工技術也是先進制造技術的重要內容。鑄造、鍛造及焊接等材料加工技術是國民經濟可持續發展的主體技術。據統計，全世界75%的鋼材經塑性加工，45%的金屬結構用焊接得以成型。汽車重量的65%以上仍由鋼材、鋁合金、鑄鐵等材料通過鑄造、鍛壓、焊接等加工方法而成形。

但是，我國的材料成形加工技術與國外工業發達國家相比，仍有很大差距。例如：重大工程的關鍵鑄鍛件如長江三峽水輪機的第一個葉輪仍從國外進口；航空工業發動機及其它重要的動力機械的核心成形制造技術尚有待突破。因此，在振興我國制造業的同時，要加強和重視材料成形加工制造技術的發展。

制造業在過去的二十年中發生了巨大變化，這種變化還會延續。高速發展的工業技術要求加工制造的產品精密化、輕量化、集成化；國際競爭更加激烈的市場要求產品性能高、成本低、周期短；日益惡化的環境要求材料加工原料與能源消耗低、污染少。為了生產高精度、高質量、高效率的產品，材料正由單一的傳統型向復合型、多功能型發展；材料成形加工制造技術逐漸綜合化、多樣化、柔性化、多學科化。

面對市場經濟、參與全球競爭，必須十分重視制造業、先進制造技術及成形加工制造技術的技術進步。

先進制造技術的發展趨勢

美國在“新一代制造計劃”中指出未來的制造模式將是：批量小、質量高、成本低、交貨期短、生產柔性、環境友好。未來的制造企業將是：以人、管理及技術三要素組成，而以人為本。未來的制造企業要掌握十大關鍵技術，包括了“快速產品與工藝開發系統”，“新一代制造工藝及裝備”及“模擬與仿真”三項關鍵技術。其中新一代制造工藝包括精確成型制造或稱凈成型制造工藝。凈成型制造工藝要求材料成型制造向更輕、更薄、更精、更強、更韌、成本低、周期短、質量高方向發展。

輕量化、精確化、高效化將是未來制造技術的重要發展方向。以汽車制造為例，美國新一代汽車研究計劃的目標是在2003年每100公里油耗要減少到3升。汽車重量減輕10%可使燃燒效率提高7%，并減少10%的污染。為了達到這一目標，要求整車重量要減輕40～50%，其中車體和車架的重量要求減輕50%，動力及傳動系統必須減輕10%。例如，美國福特汽車公司新車型中使用的主要材料可以看出新一代汽車中鋼鐵黑色金屬用量將大幅度減少，而鋁及鎂合金用量將顯著增加，鋁合金將從284磅增加到733磅，鎂合金將從10磅增加到86磅。

近年來，隨著汽車工業和電子工業的迅速發展，對通過降低產品的自重以降低能源消耗和減少污染包括汽車尾氣和廢舊塑料，提出了更迫切的要求，輕量化的綠色環保材料將作為人們的首選。鎂合金就是被世界各國材料界看好的最具有開發和應用發展前途的金屬材料。

鎂合金產品具有以下優勢：1輕量化：密度1.8g/cm3左右，是鐵的1/4，鋁的2/3，與塑料相近。2比強度高、剛性佳，優于鋼、鋁。3極佳的防震性，耐沖擊、耐磨性良好。4優良的熱傳導性，改善電子產品散熱問題。5非磁性金屬，抗電磁波干擾，電磁屏蔽性佳。6加工成型性能好，成品外觀美麗，質感佳，無可燃性相對于塑料。7材料可100%回收，回收率高，符合環保法。8尺寸穩定，收縮率小，不易因環境溫度變化而改變相對于塑料。

鎂合金壓鑄件廣泛應用于交通工具如汽車、摩托車及飛機零件等、IT行業如手機、手提電腦等3C產品、小型家電攝像機、照相機及其他電子產品外殼等行業。同時，壓鑄鎂合金產品在國防建設等領域也有十分廣闊的應用前景。

快速產品/工藝開發系統

我國制造業的主要問題之一是缺乏創新產品的開發能力，因而缺乏國際市場競爭能力。

傳統產品開發的特點：一是照貓畫虎、知識老化、缺乏創新，二是周期長、返工多、成本高。例如，日本豐田汽車公司沿用傳統的產品設計開發方法造成了大量的返工。又例如，美國空軍研究所從1981—1991年研發武器共發布圖紙20，000張，但共有90，000張圖紙進行了更改，平均每張圖紙改動了4.5次，多化費了16億美元。

現代的產品開發系統的特點是：1采用現代設計理論與方法，2進行全生命周期設計，3設計全過程采用信息技術，4加快采用新材料、新工藝，5產品開發周期短、返工少、成本低，努力做到一次成功，6產品有創新，在國際市場上有競爭能力。

應該指出：產品設計及制造開發系統是以設計與制造過程的建模為核心內容。1992年，美國先進金屬材料加工工程研究中心提出了產品設計/制造工藝集成系統。在產品零部件的設計過程中同時要進行影響產品及零部件性能的成型制造過程的建模，它不僅可以提供產品零部件的可制造性評估，而且可以提供產品零部件的性能預測。2001年，美國又提出了集成制造技術建議，并提出“可靠制造的建模與仿真”新構思，對產品設計制造等全生命周期過程全部進行模擬仿真。

波音公司采用的現代產品開發系統，將新產品研制周期從8年縮短到5年，工程返工量減少了50%。日本豐田汽車公司在研制2002年嘉美新車型時縮短了研發周期10個月，減少了試驗樣車數量65%。美國底特律柴油機公司研發一臺V6型柴油機的研發周期只用了7.5個月。美國汽車工業希望汽車的研發周期縮短為15—25個月，而20世紀90年代汽車的研發周期為5年。

新一代制造技術材料成型制造技術

制造技術可分為加工制造及成型制造以液態鑄造成型、固態塑性成型及連接成型等為代表技術，其中成型制造不僅賦予零件以形狀，而且決定了零件的組織結構與性能。

精確成型制造技術

近年來出現了很多新的精確成型制造技術。例如，在精確鑄造成型加工方面，在汽車工業中Cosworth鑄造采用鋯砂砂芯組合并用電磁泵控制澆鑄)、消失模鑄造及壓力鑄造已成為新一代汽車薄壁、高質鋁合金缸體鑄件的三種主要精確鑄造成型方法。許多研究預測消失模鑄造將是“明天的鑄造新技術”。另外，用定向凝固熔模鑄造生產的高溫合金單晶體燃汽輪機葉片也是精確成型鑄造技術在航空、航天工業中應用的杰出體現。

在轎車工業中還有很多材料精確成型新工藝，如用精確鍛造成型技術生產凸輪軸等零件液壓脹型技術、半固態成型、三維擠壓法等。摩擦壓力焊新技術近來備受人們關注。

以擠壓鑄造及半固態鑄造為代表的精確成型技術由于熔體在壓力下充型、凝固，從而使鑄件具有好的表面及內部質量。材料在壓力作用下凝固可形成細小的球狀晶粒組織。半固態鑄造是一種生產結構復雜、近凈成型、高品質鑄件的材料半固態加工工藝技術。其區別于壓力鑄造和鍛壓的主要特征是材料處于半固態時在較高壓力下充型和凝固。半固態鑄造技術最早在上世紀70年代由美國MIT凝固實驗室研究開發，并在90年代中期因汽車的輕量化得到了快速發展，可分為流變鑄造和觸變鑄造。

快速及自由成型制造技術

隨著全球化及市場的激烈競爭，加快產品開發速度已成為競爭的重要手段之一。制造業要滿足日益變化的用戶需求，制造技術必須有較強的靈活性，能夠以小批量甚至單件生產迎合市場。快速原型制造技術就是在這樣的社會背景下產生的。快速原型制造技術以離散/堆積原理為基礎和特征，將零件的電子模型按一定方式離散成為可加工的離散面、離散線和離散點，而后采用多種手段，將這些離散的面、線段和點堆積形成零件的整體形狀。有人因該技術高度的柔性而稱之為“自由成型制造”。近年來，快速原型制造已發展為快速模具制造及快速制造。它能大大縮短產品的設計開發周期，解決單件或小批零件的制造問題。

激光加工技術多種多樣，包括電子元件的精密微焊接、汽車和船舶制造中的焊接、坯料制造中的切割、雕刻與成型等，其中激光加工自由成型制造技術也是重要的發展動向。

參考文獻

1.盛曉敏、梁朝暉，等.先進制造技術 [M].機械工業出版社，2000.09.2.魏鐵華.論現代制造系統模式的共性 [J].工廠建設與設計，1996.06.

第五篇：先進制造技術在模具制造業中的應用

先進制造技術在模具制造業中的應用

隨著全球經濟一體化發展，模具企業間的競爭日益激烈，為了能在激烈的市場競爭中立穩腳跟謀求發展，企業必須以最新的產品、最短的開發時間、最優的質量、最低的成本、最佳的服務、最好的環保效果和最快的市場響應速度來贏得市場和用戶。為實現這一目標，模具制造業必須改變傳統觀念，不斷對各單項技術進行集成融合，并與現代信息技術、現代管理技術相結合，從而推動先進制造技術的發展。

從20世紀80年代以來，一些工業發達國家提出了許多不同的先進制造技術新模式、新技術、新思想、新方法，這其中包括計算機輔助設計、制造、工程(CAD／CAM／CAE)，逆向工程技術，并行工程，快速成形技術，虛擬制造技術，敏捷制造、精良生產、制造資源計劃等新技術。這些新技術的使用，對提高制造業企業的競爭力起到了巨大的作用。本文將對高速加工技術、逆向工程技術、快速成形技術和虛擬制造技術等進行簡單的介紹。

1、模具設計，加工中的幾種先進制造技術 1．1 高速加工技術(HSM)1．1．1 何謂高速加工

高速加工概念起源于德國切削物理學家Carl Salomon，他認為在常規切削范圍內切削溫度隨著切削速度的增大而升高，當切削速度達到臨界切削速度后，切削速度再增大，切削溫度反而下降，從而大大地減少加工時間，成倍地提高機床的生產率。這一理論的發現為人們提供了一種在低溫低能耗條件下實現高效率切削金屬的方法。目前通常把切削速度比常規切削速度高5-l0倍以上的切削稱為高速加工。

1．1．2 高速加工的特點及在模具工業中的應用

a、加工效率高，由于切削速度高，進給速度一般也提高5-l0倍，這樣，單位時間材料切除率可提高3-6倍，因此加工效率大大提高。

b、切削力小，高速加工由于切削速度高，切屑流出的速度快，減少了切屑與刀具前面的摩擦，從而使切削力大大降低。

c、熱變形小，高速加工過程中，由于極高的進給速度，95％的切削熱被切屑帶走，工件基本保持冷態，這樣零件不會由于溫升而導致變形。

d、加工精度高，高速加工機床激振頻率很高，已遠遠超出“機床-刀具-工件”工藝系統的固有頻率范圍，這使得零件幾乎處于“無振動”狀態加工，同時在高速加工速度下，積 1 屑瘤、表面殘余應力和加工硬化均受到抑制，因此用高速加工的表面幾乎可與磨削相比。

e、簡化工藝流程，由于高速銑削的表面質量可達磨削加工的效果，因此有些場合高速加工可作為零件的精加工工序，從而簡化了工藝流程，縮短了零件加工時間。綜上所述，高速加工是以高切削速度、高進給速度和高加工精度為主要特征的加工技術。其工件熱變形小，加工精度高，表面質量好；非常適合模具加工中的薄壁、剛性較差、容易產生熱變形的零件，可以直接加工模具中使用的淬硬材料，特別是硬度在HRC46～60范圍內的材料。

1．2 逆向工程技術(RE)1．2．1 何謂逆向工程技術

按照傳統的產品開發流程，開發過程是市場調研—概念設計—總體設計—詳細設計—制定工藝流程—設計工裝夾具—加工、檢驗、裝配及性能測試—完成產品。即從“設計思路—產品”的產品設計過程，這被稱為正向工程或順向工程(FE)。然而，當我們掌握是的物理模型或實物樣件時，我們必須尋求某種方法將這些實物(樣件)轉化為CAD模型，使之能應用CAD／CAM／CAE等先進技術完成有關任務。這種產品開發方式的設計流程是從實物到設計，我們將這種由“產品—設計思路”的產品開發過程稱為逆向工程或反求工程(RE)。

1．2．2 逆向技術在模具工業中的應用

模具工業中的逆向工程應用大致可分為以下幾種情況：

a、在沒有設計圖樣以及設計圖樣不完整或沒有CAD模型的情況下，在對零件原型進行測量的基礎上形成零件的設計圖樣或CAD模型。

b、某些難以直接用計算機進行三維幾何設計的物體(如復雜的藝術造型、人體、動植物外形)，目前常用黏土、木材或泡沫塑料進行初始外形設計，再通過逆向工程將實物模型轉化為三維CAD模型。

c、人們經常需要對已有的產品進行局部修改。原始設計沒有三維CAD模型的情況下，應用逆向工程技術建立C A D 模型，再對CAD模型進行修改，這將大大縮短產品改型周期，提高生產效率。

d、利用逆向工程技術可以充分吸收國外先進的設計制造成果，使我國的模具產品設計立于更高的起點，同時加速某些產品的國產化速度，在這方面逆向工程技術均起到不可替代的作用。

1．3 快速成形技術(RP)1．3．1 何謂快速成形技術

快速成形技術，是20世紀80年代末90年代初發展起來的一種先進制造技術，它結合 了數控技術、CAD技術、激光技術、材料科學技術、自動控制技術等多門學科的先進成果，利用光能、熱能等能量形式，對材料進行燒結、固化、粘結或熔融，最終成形出零件的二維實物模型。

1．3．2 快速成形技術在模具工業中的應用

a、產品開發對于新產品，通過快速成形技術，方便快速地試制出產品的實物模型，根據實物模型可以及時地發現產品設計中所存在的不足或錯誤之處，從而既縮短了新產品開發的研制周期，又避免了設計錯誤可能帶來的損失。

b、產品性能測試快速成形制造在一般場合可以代替實際零件，對產品的有關性能進行綜合測評或工程測試，優化產品設計，這樣可以大大提高產品投產的一次成功率。

c、樣件展示由于應用快速成形技術很容易制造出新產品的樣件，因此，快速成形技術已成為開發商與客戶之間進行交流溝通的重要手段。

d、快速制模將快速成形技術與真空注型、熔模鑄造、金屬電鍍等技術相結合，快速制造出模具，用于零件的數件或小批量生產。

1．4 虛擬制造技術(VM)1．4．1 何謂虛擬制造

虛擬制造是新產品及其制造系統開發的一種哲理和方法論，它強調在實際投入原材料與產品實現過程之前，完成產品設計與制造過程的相關分析，以保證制造實施的可行性。虛擬制造技術是基于產品模型、計算機仿真技術、可視化技術及虛擬現實技術，在計算機內完成產品的制造、裝配等制造活動的制造技術。

1．4．2 虛擬制造技術在模具工業中的應用

a、在模具設計階段，應用虛擬設計技術，在計算機中完成整體及零部件的概念設計、造型設計、總體布局設計和結構設計等，同時對其剛度、強度、固有頻率、動態響應及疲勞使用壽命等性能進行模擬分析，以便在設計階段就發現問題并有針對性地解決有關問題。

b、使用虛擬裝配技術，能避免傳統裝配方式常存在的裝配干涉或裝配不到位現象，可以方便地修改并首先生成零部件模型，從而大大降低了模具零件的返工率。

c、虛擬實驗技術可對整個模具在真實實驗環境、實驗條件、實驗負荷下進行模擬實驗，通過機構運動虛擬軟件仿真其運動軌跡，預測產品的安全性、可靠性、經濟性。

2、其他先進制造技術 2．1． 敏捷制造技術(AM)敏捷制造的基本思想是通過將高素質的員工、動態靈活的組織機構、企業內部及企業之 間的靈活管理以及柔性的先進生產技術進行全面集成，使企業能夠對快速變化、難以預測的市場要求做出快速反應，并由此獲得長期的經濟效益。

2．2 并行工程(CE)并行工程是一個集成的、并行的方式設計產品及其相關過程的系統方法，它要求開發人員在設計開始就需考慮產品整個生命周期中的所有因素，包括產品質量、成本、進度計劃、用戶要求等。為達到并行的目的，需要建立高度集成的模型，應用仿真技術，實現異地人員的協同工作。

2．3 精良生產(LP)精良生產的目的是簡化生產過程、減少信息量、消除過分臃腫的生產組織，使產品及其生產過程盡可能簡化和標準化。精良生產的核心是準時生產和成組技術。

3、結束語

隨著信息時代的到來，模具制造業全球化是發展的必然趨勢；其競爭不斷加劇，使當前模具制造業面臨極大的挑戰，這一挑戰主要來源于市場和技術兩大方面。每個技術單元同時面向市場和合作伙伴，必須靈活地進行重組和集成，達到優勢互補。高速切削、逆向工程、快速成形技術與CAD／CAE／CAM／RP虛擬環境的集成可使設計概念轉換為產品的時間縮短幾倍乃至幾十倍，構成一個快速產品開發及其模具制造的綜合系統，可以實現從產品的設計、分析、加工到管理的靈活經濟的組織方式，從而推動模具制造技術的發展。