学生工作页学习情境4金属焊接.docx
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学生工作页学习情境4金属焊接
学习情境4金属板材的激光焊接
任务4-1激光安全与激光焊接设备操作
学生工作页
班级光电08305班组号第1组组长祝李日期2010.10.27
组员名单：
祝李、张雄、张宇、姜辉、袁智取、陈志越、许满
指导老师：
刘勇王绍理成绩：
一、任务引导
1.简述激光焊接机组成，其作用及工作原理。
答:
激光焊接机组成:
激光器、光学系统、激光加工机、辐射参数传感器、工艺介质输送系统、工艺参数传感器、控制系统、准直用He-Ne激光器、工件。
激光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池。
它是一种新型的焊接方式，主要针对薄壁材料、精密零件的焊接，可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等，深宽比高，焊缝宽度小，热影响区小、变形小，焊接速度快，焊缝平整、美观，焊后无需处理或只需简单处理，焊缝质量高，无气孔，可精确控制，聚焦光点小，定位精度高，易实现自动化
2.简述多光纤传输激光焊接机光学系统的结构。
答：
多光纤传输激光焊接机光学系统包括：
光路系统、电源系统、控制系统、冷却系统、聚焦系统、光纤传输系统、实时监视系统、操作系统、升降机构。
3.简述使用激光焊接设备的安全事项和防护措施。
答：
1）安全防为保证安全，使用设备前要先详细月的设备使用说明书。
（2）激光器系统为水冷却方式，激光电源为风冷却方式，若冷却系统出现故障，切勿开机工作。
a清洗换水。
内循环冷却水为去离子水（蒸馏水最好），夏天2个月换1次，春天，秋天，冬天3个月换1次；
b去离子装置每6个月换1次。
每半年清洗1次水箱和过滤器。
（4）注意保证工作间的环境清洁，包括卫生、温度、湿度、定期检查光学器件。
（5）切记在激光焊接时不要用眼睛正对YAG激光器，以免造成激光伤害，工作时应戴激光、防护镜。
（6）机器工作时，电路呈高压、大电流状态，非专业人员请勿在开机时维护检修，以免发生触电事故。
电源和激光器应接地良好。
（7）机器不工作时，应及时关机、断电、断水，将机罩封好，防止灰尘进入激光器和光学系统。
（8）除调整激光器输出能量大小及整机光路外，排除故障应切断电源进行。
（9）机器出现故障，如漏水、拉电弧、保险、激光器有异常响动等，应立即切断电源。
（10）当过电压、过电流指示灯亮后，应立即关机。
4.熟悉设备操作方法，填写报告。
二、任务计划、实施及检查、评估
知识准备:
激光焊接机基本操作，激光加工安全操作规程。
设备型号及名称：
LWY200C激光焊接机
激光焊接机操作
开机步骤
关机步骤
设备主要性能参数：
激光物质Nd3+:
YAG晶体激光波长1.064um
最大激光输出功率200W
脉冲宽度0.2-20ms连续可调
重复频率0-150Hz连续可调
电压范围三相AC380V±10%
电源最大输入功率8KW最大脉冲能量50J
1打开电源空气开关
2再打开机器侧面开关，确认“急停”按钮处在弹出状态（若没有弹出，则将“急停”按钮调为弹出状态）
3再将机器面板上的钥匙顺时针旋转90度置水平位置，移动面板屏幕上的光标至“启动”处，按下中间的“ENTER”键
4拨上左侧机器开关
5打开电脑开关，运行相应软件
1退出程序，关闭电脑
2移动面板屏幕上的光标至“停止处”，按下中间的“ENTER”键
3机器停止运行，再逆时针旋转钥匙至竖直位置
4关闭机器侧面的开关
5关闭电源空气开关
设备状况：
良好
参考资料：
1.《激光加工工艺与设备》，李建新编，湖北科学技术出版社
2.《激光加工工艺手册》，关振中编，中国计量出版社
3.《现代激光制造技术》，张国顺编，化学工业出版社
4.《激光焊接机使用说明书》，华工激光
5.相应教学课件及网络资源
三、考核
考核项目
自评
互评
教评
得分
职业素养
学习工作态度（遵守时间情况、认真程度、与人沟通、团结协作）
1
3
6
环境与劳动保护（5S管理、劳动保护意识、劳动安全意识）
1
3
6
职业能力
学习工作方法（学习能力、计划能力、解决问题）
5
5
15
项目实施检查（实际操作能力）
5
5
20
完成结果分析（总结反思）
1
1
3
工作技术报告（文字表述与规范撰写工作文件能力）
2
3
15
互评学生：
指导教师：
任务得分：
备注
本任务得分在学习情境中占比：
40%
任务4-2金属板材的激光焊接
学生工作页
班级光电08305班组号第1组组长祝李日期2010.11.3
组员名单：
祝李、张雄、张宇、姜辉、袁智取、陈志越、许满
指导老师：
刘勇王绍理成绩：
一、任务引导
1.简述激光焊接中，深熔焊与热传导焊的工作原理。
答：
激光深熔焊接的原理。
激光光束是由单色的、相位相干的电磁波组成，正因为它的单色性和相关性，激光束的能量才可以汇聚到一个相对较小的点上，使得工作上的功率密度能达到107W/cm2以上。
这个数量级的入射功率密度可以在极短的时间内使加热区的金属汽化，从而在液体熔池中形成一个小孔，称之为钥孔。
光束可以直接进入钥孔内部，通过钥孔的传热，获得较大的焊接熔深。
质量极好的光束甚至可以在4x106W/cm2的功率密度下就形成钥孔，这主要取决于激光的功率密度分布情况。
热传导焊接的原理。
热传导型激光焊接的过程：
焊接结合部位被激光照射，金属表面吸收光能而使温度升高，热量按照固体材料的热传导理论向金属内部扩散。
激光光脉冲宽度、脉冲能量、重复频率等参数不同，使扩散时间、深度也不相同。
2.简述激光焊接的优缺点。
答：
激光焊接优点：
（1）热输入量小，深度比大，因此热影响区小，工件收缩和变形较小。
（2）焊接具有连续性和可重复性。
（3）焊道窄并表面质量好，焊缝强度高。
（4）对于准确定位的焊缝易于实现自动化。
（5）可实现异种材料的焊接。
（6）激光束控制比较灵活，柔性大，能够焊接其他焊接方法难以达到的位置。
（7）焊接速度通常比其他焊接工艺快。
（8）某些情况下可减少后处理工序。
缺点：
（1）焊接淬硬材料时已形成硬脆接头。
（2）合金元素的蒸发会导致焊缝出现气孔和咬边。
（3）相对于其他焊接工艺成本较高。
（4）对工件的装配、夹持及激光束的精确调整要求相对较高。
3.列举出影响激光焊接质量的参数。
答：
光束特性:
激光能量（脉冲或连续）、光斑尺寸和模式、偏振、波长。
焊接特性：
焊接速度、聚焦位置、接头几何尺寸、间隙。
保护特性：
保护气成分、保护方式、压力、流速。
材料特性：
材料成分、表面状态。
4.激光焊接在工业中的应用。
答：
激光焊接在工业中的主要应用激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。
20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。
由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。
高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。
获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。
与其它焊接技术相比，激光焊接的主要优点是：
1、速度快、深度大、变形小。
2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。
例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。
3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。
4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：
1，最高可达10：
1。
5、可进行微型焊接。
激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。
6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。
尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。
7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。
但是，激光焊接也存在着一定的局限性：
1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。
这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。
若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。
2、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。
5．按照要求焊接金属板材，出具报告。
二、任务计划、实施及检查、评估
激光焊接知识准备:
金属板材的激光焊接原理、激光焊接机基本操作、激光焊接的安全操作规程、焊接程序的编程/录入/调试方法、工艺参数选择/更改方法、激光焊接质量分析评估方法；了解激光焊接机工作性能和金属板材激光加工特性，分析评估加工的可行性。
1.任务计划及决策
（1）小组讨论、确定工作（学习）计划；
（2）焊接图案内容的讨论、确定；
（3）激光焊接工艺方案的讨论和初步确立。
2.任务实施准备
（1）焊接程序的编程、录入及调试；
（2）按初步确立的工艺方案选择焊接参数；
（3）用边角余料进行试焊，评估焊接质量，调节焊接参数相应调试加工程，往复进行直至达到符合要求的加工效果。
（4）领用工具及材料。
3.任务实施及检查
（1）金属板材工件的装夹；
（2）激光器准备；
（3）完成金属板材工件的焊接加工；
（4）观察加工结果；
（5）调节工艺参数，提高加工质量；
（6）文明生产。
工作完毕，清理机床，检查整理工具、设备，是否遗落或损坏，如有遗失或损坏应向指导教师说明原因。
金属板材激光焊接加工报告
1.加工样品材料：
不锈钢
2.加工类型：
焊接
3.加工要求：
将从中缝切割开不锈钢板材焊接起来，并记录参数。
4.加工详细记录
使用机型以及配置：
LWY200C激光焊接机
激光物质Nd3+:
YAG晶体激光波长1.064um
最大激光输出功率200W
脉冲宽度0.2-20ms连续可调
重复频率0-150Hz连续可调
电压范围三相AC380V±10%
电源最大输入功率8KW最大脉冲能量50J
焊接图案编辑（图片）：
激光波形：
材料参数（温度20℃）：
材料
代号
材料
名称
材料属性
材料
类别
热传导率
1000C（W/m.0C）
材料
熔点
材料
厚度
反射率
易氧化
程度
01
304钢
不锈钢
16.3
1400~14200C
0.8cm
126%
易
焊接参数设置：
参数
记录1
记录2
记录3
举例：
记录4
激光模式
脉冲
功率（W）
200
速度（m/min）
1.0
焦长（mm）
-1.0
喷嘴高度（mm）
2
喷嘴直径（mm）
0.8
辅助气体
N2
气压（Pa）
1.5
电流（mA）
195
脉宽（ms）
0.4
频率（KHZ）
110
时间（s）
31.4
6.焊接效果图片
7．任务评估与讨论：
（1）影响金属板材激光焊接的加工质量主要工艺因素有哪些，有些什么影响?
答：
激光能量（脉冲或连续）、光斑尺寸和模式、偏振、波长。
焊接速度、聚焦位置、接头几何尺寸、间隙。
保护气成分、保护方式、压力、流速，材料成分、表面状态。
（2）评价一下你所在小组及你在小组中的表现。
如果这是你在本学习领域的第一个工作（学习）任务，请你谈谈对这种学习方式的感想。
如果这是你的第四个工作（学习）任务，请你再次谈谈对这种学习方式的感想，与刚开始时比较有何变化。
整体上来说，我们小组每个成员对金属焊接的操作流程都很熟悉，大家的任务都能按时完成，并且焊接效果还不错。
在小组中，我按照老师的要求，把两块切割过的金属材料板焊接上，并协助我们小组的成员一起完成两块切割过的金属材料板焊接，任务完成得还比较让我满意。
如果这是我在本学习领域的第一个工作（学习）任务，我认为这种方式能够充分调动大家的积极性和主动性，而且能够提高自己的实际动手操作能力。
在学习操作过程中有不明白的，小组成员之间可以相互交流把问题搞明白，这样更能提升团队的合作及解决问题的能力。
如果这是我的第四个工作（学习）任务，对于这种学习方式，我体会到它锻炼了个人与其它团队成员之间的沟通及合作能力，培养了成员在一个团队里共同解决问题，完成任务的思想意识。
与刚开始比较变化最明显的是每个人在团队里显得更加亲切，组员与组员之间合作的意识和想法更加突显。
（3）说明一下你在实施项目中执行“5S”情况。
如果这是你的第一个任务，请说明“5S”的具体含义。
在金属板材料的焊接项目实施中，我将焊接后的物料及完成好的工件等立即清理出操作作台，确保无杂物，行道通畅，提高其它小组成员完成任务的工作效率，减少磕碰的机会，提高了组员们的学习工作效率。
任务完成后，我和几位组员按要求对设备操作平台进行了清理与整理，对设备周围的地面进行清扫，把学习工作场所打扫干净，营造一个良好的环境。
5S”是整理（Seiri）、整顿（Seiton）、清扫（Seiso）、清洁（Seiketsu）和素养（Shitsuke）
（一）整理
把要与不要的人、事、物分开，再将不需要的人、事、物加以处理，这是开始改善生产现场的第一步。
要点是对生产现场的现实摆放和停滞的各种物品进行分类，区分什么是现场需要的，什么是现场不需要的；其次，对于现场不需要的物品，诸如用剩的材料、多余的半成品、切下的料头、切屑、垃圾、废品、多余的工具、报废的设备、工人的个人生活用品等，要坚决清理出生产现场，这项工作的重点在于坚决把现场不需要的东西清理掉。
对于车间里各个工位或设备的前后、通道左右、厂房上下、工具箱内外，以及车间的各个死角，都要彻底搜寻和清理，达到现场无不用之物。
坚决做好这一步，是树立好作风的开始。
日本有的公司提出口号：
效率和安全始于整理！
整理的目的是：
①改善和增加作业面积；②现场无杂物，行道通畅，提高工作效率；③减少磕碰的机会，保障安全，提高质量；④消除管理上的混放、混料等差错事故；⑤有利于减少库存量，节约资金；③改变作风，提高工作情绪。
（二）整顿
把需要的人、事、物加以定量、定位。
通过前一步整理后，对生产现场需要留下的物品进行科学合理的布置和摆放，以便用最快的速度取得所需之物，在最有效的规章、制度和最简捷的流程下完成作业。
整顿活动的要点是：
①物品摆放要有固定的地点和区域，以便于寻找，消除因混放而造成的差错；②物品摆放地点要科学合理。
例如，根据物品使用的频率，经常使用的东西应放得近些（如放在作业区内），偶而使用或不常使用的东西则应放得远些（如集中放在车间某处）；③物品摆放目视化，使定量装载的物品做到过目知数，摆放不同物品的区域采用不同的色彩和标记加以区别。
生产现场物品的合理摆放有利于提高工作效率和产品质量，保障生产安全。
这项工作已发展成一项专门的现场管理方法——定置管理（其内容将在第三节中进一步介绍）。
（三）清扫
把工作场所打扫干净，设备异常时马上修理，使之恢复正常。
生产现场在生产过程中会产生灰尘、油污、铁屑、垃圾等，从而使现场变脏。
脏的现场会使设备精度降低，故障多发，影响产品质量，使安全事故防不胜防；脏的现场更会影响人们的工作情绪，使人不愿久留。
因此，必须通过清扫活动来清除那些脏物，创建一个明快、舒畅的工作环境。
清扫活动的要点是：
①自己使用的物品，如设备、工具等，要自己清扫，而不要依赖他人，不增加专门的清扫工；②对设备的清扫，着眼于对设备的维护保养。
清扫设备要同设备的点检结合起来，清扫即点检；清扫设备要同时做设备的润滑工作，清扫也是保养；③清扫也是为了改善。
当清扫地面发现有飞屑和油水泄漏时，要查明原因，并采取措施加以改进。
（四）清洁
整理、整顿、清扫之后要认真维护，使现场保持完美和最佳状态。
清洁，是对前三项活动的坚持与深入，从而消除发生安全事故的根源。
创造一个良好的工作环境，使职工能愉快地工作。
清洁活动的要点是：
（1）车间环境不仅要整齐，而且要做到清洁卫生，保证工人身体健康，提高工人劳动热情；
（2）不仅物品要清洁，而且工人本身也要做到清洁，如工作服要清洁，仪表要整洁，及时理发、刮须、修指甲、洗澡等；（3）工人不仅要做到形体上的清洁，而且要做到精神上的“清洁”，待人要讲礼貌、要尊重别人；（4）要使环境不受污染，进一步消除混浊的空气、粉尘、噪音和污染源，消灭职业病。
（五）素养
素养即努力提高人员的修身，养成严格遵守规章制度的习惯和作风，这是“5S”活动的核心。
没有人员素质的提高，各项活动就不能顺利开展，开展了也坚持不了。
所以，抓“5S”活动，要始终着眼于提高人的素质。
（4）加工后设备状况：
在金属板材料的焊接任务完成后，组员按正确的关机顺序关闭设备，并积极清扫操作作平台及周围遗留下的废弃物料，整个设备状况良好。
三、考核
考核项目
自评
互评
教评
得分
职业素养
学习工作态度（遵守时间情况、认真程度、与人沟通、团结协作）
1
3
6
环境与劳动保护（5S管理、劳动保护意识、劳动安全意识）
1
3
6
职业能力
学习工作方法（学习能力、计划能力、解决问题）
5
5
15
项目实施检查（实际操作能力）
5
5
20
完成结果分析（总结反思）
1
1
3
工作技术报告（文字表述与规范撰写工作文件能力）
2
3
15
互评学生：
指导教师：
任务得分：
备注
本任务得分在学习情境中占比：
60%
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