原创气体流量计的技术实现

 2010-1-7 17:04  1226 3 3 分类: 工程师职场

气体流量计的技术实现

　　大约半个世纪前，研究人员在混合工艺中首次把传统焊接电弧与激光束结合起来。但直到最近，气体流量计电弧混合焊(GMA)才开始应用于工业中。现在，混合激光-熔化极气体保护焊迅速实现从实验室到生产的过渡，广泛运用于工业中，从造船业到汽车制造都有所涉及。气体流量计近来对把这项技术应用于造船厂管道车间可以极大地节省成本。本文就混合焊的性能，以及在造船业利用该技术实现生产成本节约的效果进行评估。

可见，多弧镀膜与磁控溅射法镀膜各有优劣，为了尽可能地发挥它们各自的优越性，实现互补，将多弧技术与磁控技术合而为一的涂层机应运而生。在工艺上出现了多弧镀打底，然后利用磁控溅射法增厚涂层，最后再利用多弧镀达到最终稳定的表面涂层颜色的新方法。

　　与传统的电弧连接工艺相比，激光焊(LBW)焊接速度快，熔深大。和前些年相比，凭着近来在商业激光技术中出现的优势，激光供应商可用更小的成套设备传递更高的功率，效率也提高十倍，也极大地降低了成本。不幸的是，由于在激光的光斑直径小，对工件的装配间隙要求很高，所以限制了它在某些领域使用。因此，激光焊在对接准备和设置过程中需要很高的精确性，气体流量计在制造操作中成本增加。此外，激光束集中的能量形成狭窄的热影响区(HAZ)，这一区域冷却得很快，致使某些特殊材料的延展性流失。

　　相比之下，由于热源比较分散和填充金属的介入，传统的熔化极气体保护焊很轻易能把接头连接起来。填充金属的成分可根据材料的不同而定，以改良材料特性。焊接过程中工件冷却得慢，从而提高了延展性。但是，工艺的本质决定了焊缝的熔深不会很深。因此，连接厚板时通常需要多焊道。

　　在某些应用中，通过把LBW(激光焊)和GMAW(熔化极极气体保护焊)工艺结合在一起，可以克服这些缺点。这种做法不仅在保持大熔深的同时对装配间隙适应性强和降低了操作机构定位公差标准的要求，而且能让操作时焊接速度更快，在冷却时提供更好的焊缝微观结构。此外，LBW(激光焊)和GMAW(熔化极极气体保护焊)工艺的结合能很大程度上缩短了使用传统技术在一条焊缝中要采用多焊道方法总的焊接时间，这样就减少了热机械变形。由于这些原因，气体流量计美国造船厂对混合Laser-GMAW(激光-熔化极气体保护焊)工艺正表现出越来越浓厚的兴趣。

　　当间距很小时，激光束必须熔透母材金属以及焊丝。在这种情况下，当焊接速度缓慢，尽管焊缝背面熔透，但是质量不高，但混合工艺提供了足够的热以让接头焊透。当间距增至10mm (0.39in.),激光在前面足够远的距离，而熔池则由惰性气体保护，以让激光束直接辐射到母材上，也就是说，激光束不再穿透熔化焊的熔池(由熔化极气体保护焊机送丝)，如图8所示。由于运行条件的不同和工件厚度增加大功率的激光系统已经得到了应用。
　　基于这一数据，单焊道混合焊成功的实施可节约很多时间和金钱，也可减少焊丝消耗和有害烟雾，并降低总线能量，减少变形。此外，减少焊缝起始和结束的次数，气体流量计缩短总的焊缝长度，可减少缺陷。比较混合焊和传统焊的熔化区，fmlsm107，可更清楚地看出节约了成本。

　　为了评测混合激光-熔化极气体保护焊工艺的成本效果，用数据来计算出它在焊接时间和材料方面的节省额。分析显示，对同样数量的管道焊缝来说，混合焊每年需要少于600工时，而用传统多焊道法则要用将近8500工时。根据工业标准，最终每年节省额估计为＄286,000。另外一项节省成本的是填充材料消耗的减少。与这些非最优化混合焊缝接头设计相比，GMAW/FCAW对接接头焊缝设计中焊缝体积的变化把焊丝消耗从46,000lb减少到7000lb，估计每年节省＄218,000。另一个考虑的因素是像保护气体流量计和导电嘴这些物品的每日消耗成本。气体流量计其它耗材估计占年材料成本的10%。降低对人体和环境有害的焊接废气并没有计算在内，此数字可能会很庞大。

　　实验展示了目前市场现有混合焊技术能焊接超过0.5英寸( fmlsm107 12.7mm)厚的板材。一些焊缝被用来进行非破坏性X光测试(RT)，拉伸测试，以及弯曲测试。由于焊缝前端和尾端的气孔，不是所有的焊缝都通过了RT测试；然而，人们认为对工艺进一步的优化改进能够消除焊接气孔。所有的焊缝都通过了拉伸和弯曲测试，其余所有拉伸测试的失败都发生在母材上。对激光——气体熔化弧焊的深入开发，让我们可以了解到如何加速这项技术过渡到工业实用阶段。

　　虽然这当然不是薄板混合焊应用的全部，气体流量计目前他们的研究成果让企业和政府看到这项科技能带来的潜在经济效益。对高能激光不断快速的研究，使其体积尺寸减少和成本降低，会加速工业领域对高能混合激光—气体熔化极弧焊技术的接受和应用。

国家标准实施一年来，武钢、武汉石化、长航青山船厂等一批重点能耗企业积极贯彻落实，其综合能耗大幅度下降，步入节能标准化的轨道。

　　结合“资源节约型和环境友好型社会”的建设，2009年武汉市质监局对年综合能耗5000吨标煤以上的65户大型企业，开展了节能标准化工作。气体流量计他们制定了“参与、引导、支持、服务”方案，在与企业签订《共同推进节能降耗服务协议》的基础上，把能源计量工作引向节能标准化。

　　根据现有的数百项国家和行业的节能标准，武汉市质监局将节能标准与企业的能源管理联系起来，帮助企业建立完善切实可行的节能标准体系。企业节能标准体系包括了能源的运输、转换、消耗和回收利用的全过程，贯穿于节能减排的目标管理和能源计量控制。

　　汽车衡、轨道衡、电能表、水表、油流量计、气体流量计、污染物排放检测等，都是企业能耗的“指示器”。近两年，随着企业对计量器具配备和计量数据管理的提高完善，武汉市质监局引导企业进一步走向节能标准化。他们对重点能耗企业进行《企业节能标准体系编制通则》国家标准的培训，气体流量计指导企业制定节能标准。