快速焊接

关键词： 贴片 元件 工具 焊接

快速焊接（精选四篇）

快速焊接 篇1

第一步. 准备工具,没有得心应手的工具,将直接影响焊接电路整体功能的实现、板面整齐以及清洁等效果。

手工焊接贴片元件工具很重要,必备工具:

(1) 电烙铁

普通温控烙铁要比较尖的那一种( 尖端的半径在1mm以内),在焊接管脚密集的贴片芯片的时候,能够准确方便的对某一个或某几个管脚进行焊接,而且烙铁头要长寿的那种,使用或考试中,烙铁最好准备两把。

(2) 镊子

电子制作的都用镊子,为方便拿捏电子元器件要的是比较尖的那一种,而且必须是不锈钢的,这是因为其他的可能会带有磁性,而贴片元件比较轻,如果镊子有磁性则会被吸在上面下不来,影响焊接质量和速度。

(3) 热风枪

从取下或安装小元件到大片的集成电路都可以用到热风枪。热风枪是利用其枪芯吹出的热风来对元件进行焊接与拆卸的工具。其使用的工艺要求相对较高。焊接不同的元器件时,对热风枪的温度和风量等有不同的要求,温度过低会造成元件虚焊,温度过高会损坏元件及线路板。

(4)焊锡丝

焊锡丝尽量使用0.6mm以内的,在焊接贴片元件的时候,这样容易控制给锡量,从而不用浪费焊锡和吸锡的麻烦。

(5) 松香

松香是焊接时最常用的助焊剂了,因为它能析出焊锡中的氧化物,保护焊锡不被氧化,增加焊锡的流动性。在焊接直插元件时,如果元件生锈要先刮亮,放到松香上用烙铁烫一下,再上锡。而在焊接贴片元件时,松香除了助焊作用外还可以配合铜丝可以作为吸锡带用。

(6) 焊锡膏

在焊接贴片元件时或在焊接难上锡的铁件等物品时,可以用到焊锡膏,它可以除去金属表面的氧化物,可以利用其来 “吃”焊锡,其具有腐蚀性,也可以使焊点亮泽与牢固。

(7) 放大镜

对于一些管脚特别细小密集的贴片芯片,焊接完毕之后需要检查管脚是否焊接正常、有无短路现象,此时用人眼是很费力的,因此可以用到放大镜,从而方便可靠的查看每个管脚的焊接情况。通常采用有座和带环形灯管的那一种,手持式的不能代替,因为有时需要在放大镜下双手操作。

(8) 酒精

在使用松香、焊锡膏作为助焊剂时, 很容易在电路板上留下多余的松香。为了美观,这时可以用酒精棉球将电路板上有残留松香的地方擦干净。

还有几种选用工具:如脱脂棉、棉签、 硬毛刷、防静电腕带、吸锡带、注射器、洗板水、吹气球、胶水等,根据使用者的习惯自行准备。

第二步. 贴片元件电路板的焊接

贴片元件电路板的焊接可以分为八步完成:1. 工具处理;2. 焊接板面去氧化处理;3. 焊盘上涂抹松香焊锡膏;4. 贴片元件焊盘上锡;5. 板面清洗;6. 元件焊接;7. 元件调整;8. 板面清洗。

2工具处理

酒精中放入少许松香使其溶解,溶解液呈淡黄色;

普通温控烙铁在使用前做去氧化及上锡处理时,使其尖部约2至3毫米磨成小平面。

焊接板面去氧化处理:

用硬毛刷蘸松香酒精溶液在焊板上刷洗所有焊盘(溶液不要过多),重复刷洗2至3次,将板面晾干(一分钟左右,也可以用吹气球加速酒精蒸发),使板面焊盘光亮为止。

焊盘上涂抹松香、焊锡膏:

用棉签在所有焊盘上均匀的涂抹松香焊锡膏(包括贴片集成块),涂抹完成后从侧面观察是否均匀,保证上锡膏一次全面完成。

贴片元件焊盘上锡(关键):

普通焊盘上锡:右手持干净的烙铁与焊盘右成45°角,左手拿焊锡丝与焊盘左成45°角,逐个给焊盘上锡,给每给焊盘上锡时间约0.5秒左右,使焊盘均匀吃锡, 吃锡后焊盘表面呈平面,上锡高度约0.5毫米左右;集成元件焊盘上锡:集成块焊盘上锡可以采用整体上锡法,在烙铁头上吃饱锡,轻轻的匀速从首个焊盘滑过即可(切记不要用烙铁用力的挤压或过长时间的接触焊盘,容易使其脱落),如果焊盘吃锡过多可将烙铁上的锡抖落,再重复以上动作,可以使用烙铁带走多余的焊锡,最终使焊盘均匀吃锡,吃锡后焊盘表面呈平面,上锡高度约0.5毫米左右。上完锡后用放大镜仔细观察有无短路、漏焊在加以补充,使板面每个焊盘的上锡工作一次到位,为后续焊接元件节省时间和经历。

板面清洗:

由于前期焊盘上涂抹松香、焊锡膏, 贴片元件焊盘上锡使板面残留有污渍,再次使用松香酒精溶液清洗板面,之后从以下三个方面观察板面:

(1) 从侧面观察上锡是否均匀;,(2) 焊盘间有无短路;,(3) 使焊接完成后的板面很干净,并一一做处理。,)(4) 元件焊接时应分类焊接(关键):

(5) 电阻、电容、电感:同一种阻值、容量、电感值的电阻、电容、电感按元件清单一次焊完。对于管脚少的元件,可左手拿焊锡,右手拿烙铁,依次点焊即可;在焊接时要用左手拿镊子夹持元件的中间部位放到安装位置并轻抵住电路板,右手拿烙铁靠近已镀锡焊盘熔化焊锡将该引脚焊好,焊好一个焊盘后元件已不会移动, 继续焊接其他的管脚,在此过程中可以用镊子调整元器件的位置,达到焊接工艺要求,直到焊完整个元器件,并且在焊接时其表面的标注字符应同一朝向,放置在两个焊盘中间,用烙铁接触焊盘与元件焊点即可有效焊接,逐个一次焊接完成,再选另一类元件进行焊接。

(6) 集成元件:对于管脚多而且多面分布的贴片集成元件,第一种方法:首先将芯片的管脚一定要判断正确,然后将集成元件的两个对角引脚固定在焊盘上,即焊接固定一个管脚后又对该管脚所对面的管脚进行焊接固定,从而达到整个芯片被固定好的目的,之后对其引脚逐一进行焊接。最后需要注意的是,管脚多且密集的贴片集成元件,精准的管脚对齐焊盘尤其重要,应仔细检查核对,因为焊接的好坏都是由这个前提决定的。第二种方法: 还可以采取拖焊,可以在贴片集成元件的一侧的管脚上留上足够多的焊锡,在烙铁头上吃饱锡,然后将烙铁头轻轻的匀速从首个引脚滑过焊接,这样可以保证每个引脚可靠的焊接在焊盘上,再重复以上动作使焊点均匀吃锡,如果焊点吃锡过多可将烙铁上的锡抖落,也可以将板子合适的倾斜,从而将多余的焊锡弄掉。值得注意的是,不论点焊还是拖焊,都很容易造成相邻的管脚被锡短路,所有的贴片元件焊接完成后,用放大镜仔细观察漏焊、虚焊、短路等情况并加以补充,一次完成板面所有贴片元件的焊接可以节省大量时间。,

(7) 元件调整:在焊接过程中时常会有个别元件焊接错误或歪斜,在焊接完成后做一次性的修正是很有必要的。

(8) 板面清洗:

焊接和清除多余的焊锡之后,贴片元件电路基本上就算焊接好了。在焊接过程中使用了松香助焊和吸锡带吸锡的缘故, 板上芯片管脚的周围残留了一些松香虽然并不影响芯片工作和正常使用,但不美观,而且有可能造成检查时不方便。常用的清理方法可以用洗板水,也可以使用松用棉签或用镊子夹着棉球蘸松香酒精溶液清洗板面残留有污渍。清洗擦除时应该注意的是酒精要适量,其浓度最好较高, 以快速溶解松香之类的残留物,擦除的力道要控制好,不能太大,以免擦伤阻焊层以及伤到芯片管脚等。

3结语

整体清洗结束后为快速晾干电路板, 可以用烙铁或者热风枪对酒精擦洗位置进行适当加热以让残余酒精快速挥发。

焊接贴片元件一定要有耐心,确保每个管脚和其所对应的焊盘对准精确。在焊接少管脚的元器件时难度不是很大,而对多管脚贴片集成元件时,首先很精准的对齐焊盘是关键,其次是相邻的引脚间不能短路。

贴片元件焊接方法讲起来看似简单, 但真正要掌握还需要多练习。

以上是本人将手工焊接贴片元件基本方法中的每部分处理细节一一进行了描述,微薄之见,望各位老师批评指正。

摘要：近几年各大高校、职校举办并参加各类技能大赛,电子应用专业通常设有电子产品设计、组装与调试项目。对于参赛者来说,产品设计完成后,关键的是成果展示,如何能完美的实现产品设计的功能,全在有效成功地进行对各类元器件的焊接、装配、拆卸以及调试,由于近年来贴片元件使用较广泛,本人把自己的一点焊接贴片元件实践经验拿出来和大家一起分享。

快速焊接 篇2

焊缝符号标注是机械产品图样中一个不可缺少的内容。由于一般的CAD软件，如AutoCADInteCAD等没有专门的标注焊缝符号功能或功能不完善、不实用，使得标注焊缝符号时相当费时且不方便，严重制约着设计效率。因此，结合我公司实际，开发焊缝符号标注软件意义重大。

浩辰机械焊缝标注是根据GB/T 324—1988《焊缝符号表示法》和GB/T 12212—1990《技术制图 焊缝符号的尺寸、比例及简化表示法》标准为基准的。运行【符号标注】—>【焊缝标注】或输入“ HJ”，弹出如图所示对话框。

输入： 焊接基本符号、焊缝尺寸及其他参数，

设置好有关参数后，点取图中“确定”按钮，切换到作图屏幕。

出现提示： 请选取标注引出点：

输入： 确定标注引出点

出现提示： 请选取下一点：

输入： 拖动鼠标，按左键确定折点位置

输入: 回车(或按鼠标右键)

出现提示： 请选择标注位置：

输入： 拖动鼠标，按左键确定标注位置

结果： 完成标注。

在图中的所有符号都可以进行相对应的选择，

参数可以进行设置，如下图：

参数可以设置文字的高度，样式和颜色，如果下次默认此设置的话，可以直接勾选下面的应用于全部和写入配置文件即可。

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焊接快速成形技术的发展现状 篇3

快速成型技术(Rapid prototyping,RP),也称“快速原型制造技术”,首先基于计算机辅助设计软件得到的三维离散化实体模型,并在成形机的控制下,将材料进行层层堆积,以降维手段直接生产样件或零件,与传统制造技术相反,属于增材制造技术。

快速成型技术是20世纪80年代后期发展起来的一种高新制造技术,主要用于非金属材料的成型制造,近年来,随着RP技术的逐渐成熟,该技术逐渐向快速成形技术(Rapid forming,RF)进行过渡,以达到实现功能金属零件直接成形的目的。目前,RF技术已经引起了国内外的高度重视,且各国政府也不断加大对这项技术研究 的力度和 支持,并在交通、医疗、军事、教育等许多行业中都得到了广泛应用[1]。

根据这项技术的不同特点,研究者对它的命名也不同, 如“增材制造技术”、“3D打印”、“添加层制造”、“实体自由制造”等。根据不同连接方式分类,主要有粘结、烧结、光固化和熔化堆积(焊接)这4大类,目前,研制成功的快速成形技术有光固化成型技术、分层实体制造技术、熔融沉积成型技术、选择性激光烧 结技术、激光熔覆 近成形等 技术[1,2]。其中,前3种技术一般只用于非金属材料,随着技术的不断发展,也可用于金属的制造,但是仍然存在着组织致密性、尺寸精确度、表面粗糙度、力学性能等方面的问题,需要后续一些处理来达到某些要求。经研究发现,基于焊接的快速成形技术在一定程度上能够直接达到这些要求,大大减少了后续处理的工作量,在用于直接制造实际生产中的机械零件中,体现出很大的优势。因此,基于焊接的快速成形技术引起了国内外许多科研机构的浓厚兴趣,并成为目 前的一个 研究热点。

1焊接快速成形技术的原理与特点

焊接快速成形技术首先通过计算机进行三维建模或三维实体扫描得到模型,并选择在模型 某一厚度 方向进行 分层,得到每一层的二维薄层面的数据文件,成形机再依据每层的数据文件,按照预设的成形轨迹,通过不同的焊接方法自下而上完成每一层的成形,最终逐层堆积成实体零件的制造技术。

焊接快速成形技术具有以下特点[3,4,5,6]:

(1)高度柔性。焊接快速成形技术最突出的特点就是柔性好,成形零部件的形状不受专用工具(或型腔)的限制;焊接成形零件几乎不受尺寸、质量及复杂程度的限制,自由成形制造;此外,并不受场所限制,如果运输不便,可以在用户现场进行。

(2)技术高度集成。焊接快速成形技术是焊接技术、数控加工技术、计算机技术与材料技术等的综合集成,实现设计制造一体化。

(3)生产成本低。焊接成形零件的废料少,焊材的利用率达到80%以上,是一种环保型制造技术;生产原型零件时, 无需制造模具,节省了生产前的大量投资,尤其在制作形状复杂且只需单件或小批量生产的零件时的优势更加明显。

(4)生产效率高。焊接快速成形技术的一个重要特点就是生产效率高。由于焊接快速成形技术建立在自动化生产柔性的基础上,从模型设计到零件加工完成时间大大缩短, 且不需要模具的加工时间;此外,成形零件只需要少量的机加工。

2焊接快速成形国内外研究现状

目前,国内外对焊接快速成形的研究结合了焊接快速成形工艺和焊接快速成形系统两个方面。根据不同零件的性能及材料的特性,选择不同的焊接方法来制造零件,主要有钨极氩弧焊(GTAW)、熔化极气体焊(GMAW)、等离子弧焊 (PAW)、激光焊(LBW)、电子束焊(EBW)为热源的焊接快速成形技术。

由于其焊接方法的不同,各成形技术的特点和适用范围也存在着一定的差异,表1简单归纳了各技术的特点并总结了当前焊接快速成形技术的研究焦点。

2.1基于GMAW/GTAW的快速成形技术

国外对基于GMAW/GTAW的快速成形技术的研究可以追溯至20世纪80年代。美国Babcock&Wilcox公司在20世纪80年代末开发出了GMAW和等离子MIG混合焊接快速成形技术[7]。1992年,英国Rolls-Royce公司联合克兰菲尔德大学开发出GMAW/GTAW焊接快速成形系统,并成功应用于Trent800、Boeing777发动机零部件的生产[8,9]。

基于GMAW的快速成形技术具有结构简单、生产效率高等优点,但是同时也有热输入大、成形精度低的缺点,针对这些缺点,研究者们做了相应的研究来解决这一问题。

Kovacevic R等[10,11,12]设计出全新的脉动送丝成形系统, 实现了送丝频率和焊接同流同步,并对成形工艺进行改进, 研究得到一种名为“一个脉冲一滴”的方法,通过该方法能够更好地控制熔滴的大小、过渡速率和热输入,以期实现分层制造。国内,杨世彦等[13]也研究了脉动送丝GMAW快速成形技术,通过多组单道单层焊的实验对比,最终选用焊丝直径1.2mm,送丝速度1.95~2.10m/min,电流35~40A的工艺参数,较好地成形了圆形壁件。

1996年,Ribeiro等[14]设计出一 套基于机 器人GMAW的焊接快速 成形系统,并成功制 造出精度 较好的成 形件。 1998年,英国诺丁汉大学的J.D.Spencer等[15]提出了基于机器人GMAW三维焊接成形的方法,并对单层多道焊成形件层间粘结强度进行了分析,提出凹凸结合的“两次螺旋堆积”这种有效增强粘结强度的连接方法。国内,华中科技大学的周龙早、刘顺洪等[16,17]也对基于焊接机器人的快速成形工艺的前期模型切片处理以及扫描路径规划算法进行了研究,发现复杂零件选用轮廓偏移和分区扫描相结合的规划方式得到的实体更精确,并完成了用于焊接机器人快速成形软件的编写,这种集成机器人系统之后的快速成形技术能够较灵活且精确地控制成形路径,进而提高了其成形的精度。

同时,不少研究者们也将研究方向转至热输入小、稀释率低的基于GTAW的快速成形技术。如新加坡制造技术学院的Sun Zheng等[18]就对基于GTAW的快速成形技术的成形工艺进行了研究。Kovacevic R、Wang Huijun等[19,20]也对基于GTAW的金属零件直接成形系统进行了研究,该研究小组采用变极性GTAW工艺成形了4043铝合金零件,完成了基于VP-GTAW的Al合金零件快速成形系统的设计,该系统中实现了对过程的实时监测,通过弧长信号实时调节焊接参数,从而使得成形件精度提高。

南昌大学的罗勇等[21]也对TIG熔覆堆焊快速成形技术进行了研究,对CCD视觉传感系统的成像和标定方法进行了分析,这种技术能够直观反映焊接轨迹和熔池图像,有利于观察和控制成形过程,对成形过程进行研究分析。哈尔滨工业大学的刘一博等[22]采用冷金属过渡焊接快速成形,并建立焊接机器人快速成形系统,研究了焊接电流、提升高度和焊接方法对多层柱体快速成形件的影响,结果表明,较大的焊缝宽高比的焊接参数下,快速成形试样的表面平整,尺寸精度较高。

2.2基于PAW的快速成形技术

为了进一步提高成形件的精度,研究者们对基于热输入小的等离子弧焊的快速成形技术进行了研究。

哈尔滨工业大学的徐家富等[23]在焊接机器人等离子弧快速成形系统的基础上,结合红外测温和有限元分析,研究了沉积时间间隔对温度场和组织的影响,并建立不同沉积路径的生长模型,得出正反交替路径下成形质量和力学性能最佳。他们还研究了 固溶温度 对等离子 弧快速成 形Inconel 625合金组织的影响,最终得到980 ℃为最佳的固溶处理温度[24,25]。

此外,不少学者对等离子弧焊快速成形技术的有限元分析进行了研究。Mirahmadi A等[26]对等离子弧焊接快速成形的传热进行了数值分析,选用粉末型模型,研究了粉末涂层外表面的能量分布情况,结果表明,粉末层顶部半球的温度要高于顶部半球,具有一定的温度梯度,其在颈部的生长深度要大于粉末床的生长深度。华中科技大学的张珩[27]对等离子熔积快速制造的温度场与应力场进行了研究,以镍基合金为材料,选择不同的工艺参数对熔 积过程进 行模拟分 析,其较为新颖的地方是选择了自然对流和水急冷两种条件进行了分析,结果表明,水急冷条件下能够减少裂纹产生的倾向。

西安交通大学的乌日开西·艾依提等[28,29,30,31]对等离子弧焊接快速成形的温度场进行有限元分析,研究了脉冲电流和送丝速度对它的影响,同时对微束等离子弧焊快速成形技术的搭接即轨迹截面形状进行了分析,结果表明,成形轨迹宽高比R越小,能够减小台阶效应,成形表面越平整,并采用正交试验方法进一步优化工艺参数,最终得到脉冲电流45A、 脉冲频率4Hz,送丝速度80mm/min、扫描速度3mm/s、喷嘴高度3.1mm时,其成形轨迹R=8,成形件的质量性能较好。此后,利用该方法制造Ti-6Al-4V零件,得到其抗拉强度和致密度与激光熔覆成形件性能相当。

综上,等离子弧焊的热输入与GTAW/GMAW相比较小,现今在该技术基础上,发展研究脉冲等离子弧快速成形工艺以及热输入量更小的微束等离子弧快速成形工艺已经成为一种趋势。

2.3基于LBW的快速成形技术

激光快速成形技术国内也称作激光工程化近净成形技术,于20世纪90年代中期,由美国联合技术公司和美国桑地亚国际实验室联合开发[32]。这项技术是在激光熔覆的基础上发展起来的,选用类似于研究弧焊快速成形技术的工艺参数优化的方法(包括控制扫描速度、扫描路径、电流、电压等)来进行研究,如Koch[33]、McLean[34]、Kreutz等[35]研究了激光快速成形技术的工艺参数对零件性能的影响。国外一些公司、实验室、院校等对于这项技术的研究都在不断进行, 且研究开发出新的系统,如美国AeroMet公司针对航空钛合金结构件的制造开发了激光快速成形制造系统,其钛合金构件达到近终形,且制造效 率明显提 高,单道堆积 宽度达13 mm,单层堆积厚度 达4 mm;加拿大渥 太华大学 的Ehsan Toyserkani等建立带有熔覆厚度检测系统的激光快速成形系统,集成了激光器、检测系统、执行机构和闭环控制系统; 英国Stork-gears公司开发了基于光纤激光器的激光快速成形系统,集成了光纤激光器、CCD检测系统、同轴送粉系统及机器人系统[36]。

国内对于这项技术的研究虽然起步较晚,但随着激光加工技术的普及,越来越多的研究者对这项技术纷纷开展了一些有意义的研究。

王福雨等[37]研究了激光快速成形过程中温度场与应力场的关系,鉴于对复杂零件的热-力耦合场的分析还比较少, 该研究针对钛合金空心叶片不同曲率半径下的温度场与应力场的规律具有一定的重要意义,结果表明曲率半径小的地方热应力减小的少,容易产生应力累积。

苏州大学的何正东[38]对Fe313合金粉末在45#钢的基板上激光熔覆快速成形尖点过渡特征薄壁件分别进行了温度场模拟和实体成形研究,确定了最佳过渡曲线,根据数值模拟,对工艺参数进行优化,并结合CCD控制层高,熔覆成形尖点过渡薄壁件,得到的成形件表面光滑,精度高,组织致密,显微硬度波动小。

贵州黎阳航空动力有限公司[39]对某型涡轮发动机TC11钛合金整体叶盘3D激光快速成形技术进行了研究,并研究了成形后的加工技术,发现带锥度球头铣刀能够最大程度改善刀具干涉和振颤问题,并通过给五坐标机床上加载数字测量装置及相配套的软件,实现了在线检测加工,大大提高制造的效率。

席明哲等[40]对激光快速成形TA15钛合金厚壁零件在不同扫描方式和退火热处理条件下进行了研究,结果表明, 编织扫描方式可以得到显著细化的TA15钛合金的金相组织,且编织扫描方式下的力学性能比 单向扫描 方式下的 要高,两种扫描方式下的拉伸力学性能均要高于TA15退火锻件的力学性能标准。

2.4基于EBW的快速成形技术

相对于其他焊接热源形式的快速成形技术,电子束快速成形技术出现最晚。国外对这项技术的研究始于20世纪90年代,2000年以后,该技术在航空航天飞行器结构制造应用方面得到了快速发展,美国航空航天局及多家航空公司均参与了相关技术的测试[41]。国内,中航工业制造所率先开展了该技术的研究工作,并实现了国内电子束快速成形技术在飞机型号上的首次应用,而国内各大院校、研究所等对这项技术的研究也在不断深入。

上海交通大学的陈云霞等[42]研究了不同扫描路径对电子束快速成形工艺的效率和质量的影响,并利用ANSYS有限元软件对其中两种不同扫描路径下的成形区域温度场的变化进行了模拟,研究了扫描路径、扫描间距对成形件质量的影响。结果表明,采用轮廓线偏置扫描路径时,所需电子束电流小,成形件表面质量比较平整,成形效果优于投影扫描。

华中科技大学的锁红波等[43]对Ti-6Al-4V合金的电子束快速成形样的显微组织进行了研究,并与该合金的退火样和热等静压下的试样的力学性能作了对比。研究结果显示,快速成形样的显微组织为粗大的柱状晶,沿着堆积高度方向生长且贯穿多层沉积层;各种状态下的试样在室温下的拉伸性能均具有明显的方向性。

综合上述几种基于不同焊接方法的快速成形技术,其研究的主要内容基本包括焊接过程的焊接电流、扫描速度、扫描轨迹、单层宽高比等对焊接快速成形样的微观组织、力学性能、表面形貌等的影响,此外借助于数值分析来优化焊接工艺参数也已成为该技术的一个重点方向。随着技术的不断发展,该技术趋于集成化,系统集成了机器人、CCD视觉检测跟踪系统、CNC系统、扫描工作台、冷却系统等技术,实现并不断改进对成形过程进行实时监测及控制,焊后在线无损检测及铣削加工,大大提高了成形件的精度和成形效率。

3焊接快速成形存在的问题及分析

焊接快速成形技术是一种重要的金属零件快速成形技术,具有生产效率高、材料成本低、易于实现自动化等优势, 但是在一些技术问题上仍存在巨大的挑战。

3.1成形件精度控制

焊接快速成形技术是一种涉及CAD/CAM模型处理、 成形工艺的设置、过程监测及后处理等环节的制造过程,这些环节中都会存在一定的误差,从而影响成形件的精度。

(1)在CAD/CAM模型处理中,主要误差来自于模型的切片分层处理,系统中所用的切片算法本身就是近似拟合逼近CAD模型,同时其分层厚度方向上还会产生阶梯误差,这都将降低成形件的精度,尤其是对精度要求高、结构复杂的零件;(2)根据焊接快速成形的机理可以得出,切片扫描路径的规划及每层的成形工艺对成形件的质量和精度同样也有很大影响;(3)填充过程中,每层堆积层的成形情况都直接影响下一层的堆积,而焊接本身就是一种复杂的冶金过程,在堆积过程中伴随着 组织转变、焊接变形、参与应力 等问题; (4)由于焊接的每次起弧、灭弧都会产生结瘤,从而影响焊接外观,这都使得精度降低。因此,切片方式、扫描路径等成形工艺及系统算法等都有待深入研究。

3.2成形件性能控制

焊接快速成形技术中,由于焊接堆积过程复杂,过程中存在动态的、分布式的温度场,为多个峰值的热循环过程,成形件的组织及性能变化也更加复杂,从而增加了成形件的性能控制的难度。成形过程 中,熔覆层金 属不仅受 基板的约 束,同时熔覆金属还相互约束,在层间存在着应力释放现象, 这就使得成形件的残余应力分布变得复杂,变形不易控制, 这严重影响了成形件性能。此外,成形过程中易受其他因素影响,从而产生融合不良等缺陷,这也是成形过程中需要解决的问题。因此,对成形过程的实时监测,研究成形过程的影响因素,分析参与应力松弛机理,降低残余应力,实时准确识别控制缺陷等都有待进一步研究。

3.3成形材料

焊接快速成形技术主要以研究制造出高性能金属零件为目的,其所用金属原材料分为粉材和丝材两种形式。

对于粉末类原材料来说,其粉末的粒度、形状及粉末中氧的质量分数等都对成形件的质量有很大影响;对于丝材来说,丝材的直径均匀度及其中元素含量的波动度都对其有影响,同时受成形系统的影响,目前适用的焊丝直径在0.8~ 1.6mm之间;同时,成形材料的种类不多,主要集中于不锈钢、钛基合金、镍基合金等。因此,开发专门适用的成形材 料,制定相应的成形标准也是有待解决的问题。

4结束语

快速焊接 篇4

随着中国工业的崛起, 对工业设备的生产效率和焊接质量, 以及焊接设备的可靠性、稳定性提出了更高的要求。装配焊接线是生产线上最重要的一部分, 焊接分为人工焊接和机器人焊接两种方式。为了提高焊接效率和产品质量, 设备的关键部位通常采用焊接机器人操作, 机器人定位准确、焊接和冲孔精度高、质量稳定, 而且可在人工难以操作的部位出色地完成焊接。

焊接机器人生产线早期只是把多台工作站 (单元) 用工件输送线连接起来组成一条生产线。这种生产线仍然保持单站的特点, 即每个站只能用焊接机器人的程序来焊接预定的工件, 在更改程序的一段时间内, 这条线是不能焊其他工件的, 从而导致整个系统复用率低、布线复杂、调试和维护系统的成本高等缺点。CAN总线的推出使得系统布线得到最大程度的改善, 基于CAN总线应用层的DeviceNet协议更是改变了设备与控制系统之间的通信方式, 提高生产线的复用率、减少设备维护成本。

本期文章将介绍如何利用XGate-DVN10模块设计一款基于DeviceNet从站协议的焊接机器人通信模块。

2 XGate-DVN10简介

广州致远电子有限公司长期致力于DeviceNet产品的研发, 推出了一款非常易于使用、稳定可靠的DeviceNet从站协议转换模块———XGate-DVN10。图1所示为XGateDVN10应用简图和内部结构示意图。作为通用DeviceNet从站设备, 其内部已经集成了从站协议栈代码, 且所有功能均通过ODVA的一致性测试软件 (A21) 的测试, 保证了与其他DeviceNet设备的良好兼容性。

XGate-DVN10为DIP24封装, 拥有较小的占位面积 (6 cm2) , 使其更容易集成到用户设备中。其硬件设计比较简单, 用户只需要将模块嵌入到焊接机器人中, 与CPU的串口连接即可完成设计。

3 使焊接机器人具有DeviceNet功能

现阶段国内生产的焊接机器人绝大部分不具有现场总线接口 (DeviceNet) , 有些设备虽然在性能及价格上都优于国外的同类产品, 但是都无法替代它们, 归根结底就是在设备的通信方式上未跟上国外的步伐。以下提供一种在现有焊接机器人控制部分不变的情况下, 使焊接机器人快速实现先进的DeviceNet从站通信能力的方法。

3.1 焊接机器人DeviceNet通信接口硬件设计

在机器人的控制系统中, 用户只需提供一路串口和XGate-DVN10进行通信, 实现总线上机器人的I/O数据与控制系统的数据交互, 其硬件设计框图如图2所示。

下文主要介绍如何为焊接机器人添加总线接口, 控制器选用经典的51系列单片机P89V51RD2。

图3所示为XGate-DVN10与MCU之间的连接原理图, 通常情况下只需要连接通信接口 (UART) 和XGate-DVN10的中断输出信号, 就可与模块进行正常的通信。在特殊情况下, 可连接模块的复位线至控制器的I/O端口, 以方便控制XGate-DVN10复位。

图4所示为XGate-DVN10的CAN总线连接原理图。为了使设计更加简单, CAN收发器使用了CTM8251T模块, 该模块集成了CAN收发器、电气隔离、TVS总线保护等措施, 从而使CAN总线通信更加稳定可靠。

3.2 焊接机器人DeviceNet通信接口软件设计

XGate-DVN10支持DeviceNet规范的4种连接类型 (位选通、轮询、状态改变/循环) , 并为每种连接方式分配了最大I/O报文为128 B的内存。内存视图如图5所示。XGateDVN10协议转换模块的内存区大小可由用户自定义, 用户可以根据不同的应用场合, 选择合适的连接类型和支持的I/O报文长度。

以轮询连接方式为例, I/O数据生产消费长度都为8 B, I/O信息可包含电流值、电压值、焊接时间、焊接坐标等等, 结构定义如表1所示。用户只需要把控制数据写入到XGate-DVN10轮询数据输入存储区, XGate-DVN10就会按照DeviceNet协议的定义对数据进行解析处理。同样来自DeviceNet网络中控制信息也会经过解析之后存放于轮询数据输出区, 用户只需要读出即可。

为了方便用户快速可靠地实现通信, 广州致远电子有限公司提供了XGate-DVN10串口协议的驱动源码。用户程序软件流程如图6所示。当XGate-DVN10的输出内存区接收到DeviceNet网络中的实时数据之后就会立即向用户MCU产生一个中断, 此时用户可以通过UART发送相关命令字读取轮询连接的数据内容。

4 结语