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篇(1)

關(guān)鍵詞：管道，焊接，新技術(shù)

 

當(dāng)前管道的工作參數(shù)得到了很大的改變，其使用領(lǐng)域正在逐漸擴(kuò)展,這就使得焊接技術(shù)的要求變得更加嚴(yán)格。最為常用的焊接方法、焊接工藝、焊接材料、焊接設(shè)備等方面的使用情況得到了很大的改進(jìn)，而在高效、低耗、低污染等方面的要求也有所提升。隨著技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)不斷加大，焊接工作者面臨的焊接技術(shù)難題也會(huì)越來越復(fù)雜，這就需要積極研究出新的焊接方法，運(yùn)用先進(jìn)的焊接技術(shù)投入到工業(yè)生產(chǎn)中，促進(jìn)管道的焊接技術(shù)得到顯著的改進(jìn)。

1.當(dāng)前管道焊接施工面臨的相關(guān)問題

1.1現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)焊縫的焊接

低C微合金控軋及加速冷卻后將會(huì)出現(xiàn)管線鋼，且力學(xué)性能較強(qiáng)。但焊縫是屬于電弧熔化的一種組織形式，其強(qiáng)韌性匹配程度水平較低，在使用過程中倘若與母材韌性匹配存在著很大的難度。在經(jīng)過X80管線鋼的相關(guān)檢驗(yàn)后得出,當(dāng)管線鋼強(qiáng)度級(jí)別增強(qiáng)時(shí)，其環(huán)焊接頭達(dá)到高強(qiáng)匹配的難度將逐漸增加。這就使得管線鋼強(qiáng)度的大大增強(qiáng)，給研制高強(qiáng)度、高韌性焊接材料造成了較大的麻煩,而現(xiàn)場(chǎng)環(huán)焊縫的焊接對(duì)于高強(qiáng)度管線鋼運(yùn)用有著很大的阻礙。

1.2管道建設(shè)的焊接工藝

焊接施工作業(yè)點(diǎn)對(duì)于整個(gè)管道建設(shè)而言，其能夠出現(xiàn)不同情況的變化，由于自然環(huán)境出現(xiàn)的清理復(fù)雜，使得長(zhǎng)輸管道的施工常出現(xiàn)很多不同的因素影響，如：人文環(huán)境、地質(zhì)形貌、氣候條件等。管道施工的焊接工藝要想達(dá)到各種焊接環(huán)境的需要，就必須保證管道施工的焊接工藝呈現(xiàn)多種形式。但是當(dāng)前管道環(huán)焊縫最為普遍運(yùn)用等不斷變化的同時(shí)，焊接施工勞動(dòng)強(qiáng)度也會(huì)隨之增強(qiáng)，當(dāng)前的自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝卻難以滿足今后的管道建設(shè)需要。

1.3高效率的根焊方法的不斷開發(fā)

管道焊接施工大多采用流水作業(yè)方式,根焊完成的速度決定了整條管道建設(shè)的效率。而焊部焊縫中的未熔合、未焊透、咬邊、內(nèi)凹等缺欠是影響管道安全的重要因素。因此,根焊的質(zhì)量和速度是管道建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前管道建設(shè)常采用的根焊方法有纖維素焊條電弧焊、數(shù)字電源熔化極氣保護(hù)半自動(dòng)焊和內(nèi)焊機(jī)熔化極氣保護(hù)自動(dòng)焊等,幾種方法在焊接工藝性、焊接質(zhì)量和焊接速度等方面各有所長(zhǎng)。管道技術(shù)人員仍在不斷開發(fā)新的高質(zhì)量、高效率的根焊方法。

2.管道中常用兩種焊接工藝的對(duì)比分析

2.1纖維素型焊條下向電弧焊焊接工藝

纖維素型焊條在使用過程中其電弧吹力大，且工藝效果顯著，能夠在單面焊雙面成型的根部焊接中發(fā)揮作用。自保護(hù)藥芯焊絲由于半自動(dòng)焊，其操作形式較為優(yōu)越，且位置能夠快速成型，熔敷性能好，使得焊工對(duì)于此項(xiàng)技術(shù)很好的把握。這類形式的焊接方法主要用在野外環(huán)境下的施工，在當(dāng)前的管道焊接施工中也是極為普遍的方式。伴隨著管道輸送壓力和鋼管強(qiáng)度級(jí)別的有所改善，給環(huán)焊縫的強(qiáng)韌性制定了更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，難以滿足自保護(hù)藥芯焊絲產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。

2.2熔化極氣體保護(hù)下向自動(dòng)焊工藝

熔化極氣保護(hù)焊過程中，在焊接區(qū)中的優(yōu)越性體現(xiàn)在維護(hù)邊界,生產(chǎn)快速，能夠?qū)嵤?a href="http://www.186my.com/haowen/9930.html" target="_blank">自動(dòng)化生產(chǎn)，且采取必要的全位置焊接。這使得該技術(shù)在長(zhǎng)輸管道焊接中的自動(dòng)化焊接方面得到了充分的運(yùn)用。自動(dòng)焊焊接的特點(diǎn)在于效率高、消耗低、穩(wěn)定型好，對(duì)于惡劣的環(huán)境條件中使用效果顯著。對(duì)于坡口形式的標(biāo)準(zhǔn)更加高，當(dāng)其難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)需要時(shí)，則將導(dǎo)致管口組織的精度較差，導(dǎo)致燒穿、未焊透、未熔合等問題。這就需要在焊接施工現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合配管端坡口的相關(guān)形式做好處理，以保證最終的精度達(dá)到相關(guān)的要求。但在外界因素的影響下，自動(dòng)焊接施工涉及到的范圍較大，而焊接機(jī)組需經(jīng)過一個(gè)調(diào)整時(shí)期，這對(duì)改正焊接作用的發(fā)揮有著很大的阻礙作用。

3.大直徑厚壁管的高效焊接法

當(dāng)管道的形式屬于全焊結(jié)構(gòu)時(shí)，其焊接工作的勞動(dòng)強(qiáng)度將變得更強(qiáng)，且在質(zhì)量方面的標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)大大提升。但焊接工作者在施工過程中根據(jù)自己的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行研究，取得了客觀的技術(shù)進(jìn)步。而在輸送管線工作參數(shù)積極改進(jìn)的當(dāng)前,對(duì)大直徑厚壁管的要求更為嚴(yán)格。在生產(chǎn)過程中主要是運(yùn)用把鋼板壓制成形的方式，這樣才能保證管道的使用性能不會(huì)被影響。針對(duì)厚壁管焊接工作量較大這一問題，需要使用串列電弧高速埋弧焊來增加鋼管的產(chǎn)量。對(duì)于5絲埋弧焊焊接16 mm厚壁管外縱縫而言，其最高焊接速度能夠達(dá)到156m/h，而焊接38mm厚壁管外縱縫的速度則達(dá)100m/h。

4.大直徑管對(duì)接全位置TIG焊機(jī)

對(duì)于我國的管道生產(chǎn)企業(yè)而言，很多中型企業(yè)的焊接機(jī)械化、自動(dòng)化水平已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)較高的臺(tái)階。焊接機(jī)械化主要是說焊接機(jī)頭的運(yùn)動(dòng)和焊絲的給送通過機(jī)械化的形式來實(shí)現(xiàn)，不需要人工進(jìn)行操作，這就需要在焊接過程中焊頭適當(dāng)調(diào)整接縫中心位置，并對(duì)相關(guān)的焊接操作做好觀察調(diào)整。焊接自動(dòng)化主要是說焊接過程在開始到結(jié)束后這一過程都是通過焊機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。不需要操作工人為改動(dòng)。整個(gè)調(diào)整過程都是在焊機(jī)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)下完成的。論文參考網(wǎng)。由于自適應(yīng)控制系統(tǒng)主要是受到高靈敏傳感器的作用，采用了先進(jìn)的人工智能軟件，這對(duì)于數(shù)據(jù)信息的處理能夠發(fā)揮出明顯的優(yōu)勢(shì)。

大直徑管對(duì)接的全位置TIG焊在當(dāng)前的管道焊接中屬于一項(xiàng)技術(shù)含量較高的操作。當(dāng)前企業(yè)要想培訓(xùn)出技能高度熟練的焊工則需投入較大的資金，并且在焊接質(zhì)量上難以得到保證，產(chǎn)品的焊接質(zhì)量必須靠焊工自己積累的經(jīng)驗(yàn)才能有所提升。為避免焊工技能不足帶來的問題,防止人為因素給產(chǎn)品焊接質(zhì)量造成影響，這就需要采用先進(jìn)的智能操作方式來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。這種自動(dòng)焊管機(jī)能夠在直徑165～1000mm,壁厚7.0～35.0mm的不銹鋼管環(huán)縫中得到有效的處理。焊機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)使用的是視覺和聽覺傳感器，并通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制。

自適應(yīng)控制和質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)在使用過程中的理論依據(jù)為：自適應(yīng)控制采取視覺傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)后，對(duì)不同的信息或圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，這樣能夠按照一定的邏輯規(guī)則運(yùn)行，對(duì)焊接情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。且焊縫質(zhì)量的監(jiān)控系統(tǒng)則按照激光視頻傳感器,聽覺傳感器、電流傳感器的具體情況來測(cè)定焊接熔池尺寸、焊道形狀，這樣能夠有效提高焊縫質(zhì)量。論文參考網(wǎng)。論文參考網(wǎng)。

安裝視覺傳感器對(duì)于自適應(yīng)控制系統(tǒng)的使用過程有著較大的作用，把所攝取的對(duì)接區(qū)圖像輸送給計(jì)算機(jī)后就能起到很好的顯示作用。掌握計(jì)算機(jī)軟件圖像后，能夠?qū)ζ驴谶吘壍奈恢眠M(jìn)行測(cè)量，便于以后的焊接操作。

攝像機(jī)和激光聚光燈是構(gòu)成激光視頻傳感器的主要部件，主要安裝位置是焊槍后面。其生成的圖像可以對(duì)焊道表面與坡口側(cè)壁之間的角度進(jìn)行測(cè)量估算。而控制系統(tǒng)結(jié)合相關(guān)的信息能夠?qū)崿F(xiàn)焊接參數(shù)的確定。

5.結(jié)束語

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展使得管道制造企業(yè)研制了很多先進(jìn)的焊接技術(shù)，并且運(yùn)用到了大量的現(xiàn)代化焊接設(shè)備，而焊接生產(chǎn)的工藝水平也在這種環(huán)境下得到了很好的改進(jìn)。各個(gè)管道制造企業(yè)應(yīng)該在生產(chǎn)中積極采用這些技術(shù)，并根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)不斷研發(fā)新的焊接技術(shù)，提高產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

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篇(2)

關(guān)鍵詞：雙絲焊；造船；高速列車；管道工程.

【分類號(hào)】：TF762.3

前言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國的鋼產(chǎn)量和用量均達(dá)到世界第一位，這極大地推動(dòng)了焊接技術(shù)的發(fā)展，目前中國鋼結(jié)構(gòu)的焊接工作量已達(dá)到世界焊接強(qiáng)國的水平[1]。隨著海洋裝備、航空探測(cè)器、大飛機(jī)、高速列車等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)焊接技術(shù)和焊接質(zhì)量的要求越來越高，因此提高焊接過程的生產(chǎn)效率，探尋和發(fā)展優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能的焊接方法已成為滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的重要任務(wù)[2-4]。隨著先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)單絲焊接方法的生產(chǎn)效率已趨于極限，無法滿足現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)發(fā)展的步伐。同單絲焊接技術(shù)相比，雙絲焊具有焊接速度高、熔敷效率高、焊縫質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，能夠極大地提高焊接生產(chǎn)效率，因此受到越來越多的關(guān)注[5-7]。

1. 雙絲焊的分類

根據(jù)焊接特點(diǎn)和保護(hù)方式不同，雙絲焊主要包括雙絲埋弧焊和雙絲氣體保護(hù)焊兩種[8-10]。雙絲埋弧焊因其高效、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)的特點(diǎn)，在國內(nèi)外造船、橋梁、壓力容器和管道領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。但是，雙絲埋弧焊只適于平焊長(zhǎng)的直焊縫和圓形縱、環(huán)焊縫，而且焊縫熔深大，其應(yīng)用有一定的局限性。雙絲氣體保護(hù)焊具有焊接高速快、熔敷率高的特點(diǎn)，不僅可以焊接薄板工件，也可以焊接厚板結(jié)構(gòu)，在輸氣管道、壓力窗口、鋼管、橋梁、船舶等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

根據(jù)焊接電路配置和焊絲的裝配不同，雙絲焊分為串列雙絲焊、并列雙絲焊、串聯(lián)雙絲焊、雙絲三弧焊和雙絲預(yù)熱填絲焊等[11， 12]。本文主要介紹串列雙絲焊、并列雙絲焊、串聯(lián)雙絲焊。

1.1 串列雙絲焊

串列雙絲焊中每根焊絲由一個(gè)電源控制，是目前最受關(guān)注的雙絲焊技術(shù)。氣體保護(hù)串聯(lián)雙絲焊一般稱為TANDEM雙絲焊。根據(jù)焊絲的相對(duì)位置不同，串列雙絲焊分為分離電弧法和共熔池法。在雙絲埋弧焊中，分離電弧法應(yīng)用較廣。分離電弧法實(shí)際上是由兩套傳統(tǒng)的單絲埋弧焊系統(tǒng)組裝而成，設(shè)備簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)。通常情況下，一根焊絲直流反接，另一根焊絲使用交流電源，從而即能夠獲得較大的熔深，也能夠保證焊縫成形美觀，目前該方法已在造船、壓力容器和管道焊接領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

共熔池法同分離電弧焊最大的區(qū)別在于焊槍部分，它同樣包括兩臺(tái)焊機(jī)和兩臺(tái)送絲機(jī)，但只有一把焊槍。共熔池法多用于氣保焊，兩根焊絲分別使用單獨(dú)的導(dǎo)電嘴，共用一個(gè)氣體噴嘴。焊接時(shí)，兩根焊絲分別引弧，在雙電弧中熔化形成一個(gè)熔池。由于雙電弧距離較近，相互干擾，一般使用脈沖電源。

1.2 并列雙絲焊

并列雙絲焊的兩根焊絲共用一個(gè)電源和一個(gè)導(dǎo)電嘴，兩根焊絲平行排列，一般垂直于母材，焊絲的直徑和成分可以更換和調(diào)整，但兩根焊絲的送進(jìn)速度相同。并列雙絲焊實(shí)質(zhì)上是利用兩個(gè)較細(xì)的焊絲來代替一根較粗的焊絲，由于存在兩個(gè)電弧，母材的熱影響區(qū)變寬，但熱輸入變小，焊縫金屬的過熱傾向減小，而且焊接速度較單絲焊有明顯提高。氣體保護(hù)并列雙絲焊一般稱為TWIN-ARC雙絲焊，兩根焊絲共用一個(gè)導(dǎo)電嘴和氣體噴嘴。

1.3 串聯(lián)雙絲焊

串聯(lián)雙絲焊的母材不通電，兩焊絲通過導(dǎo)電嘴分別接電源的正負(fù)兩極，兩焊絲串聯(lián)，電弧在兩焊絲之間產(chǎn)生。焊接時(shí)即可用直流電源也可用交流電源，兩焊絲之間的夾角一般為30-45°。這種焊接工藝熔敷速度是傳統(tǒng)單絲焊的1.5-2倍，由于母材不接電源，母材的熱輸入少，熔深淺，熔敷層金屬的稀釋率一般小于10%。

雙絲間接電弧氣體保護(hù)焊是一種比較新的串聯(lián)雙絲焊技術(shù)，該方法采用直流電源，兩套送絲機(jī)構(gòu)分別控制兩根焊絲的送進(jìn)，電弧可在距工件不同的位置引弧和燃燒，兩極性斑點(diǎn)分別在兩焊絲上，利用弧柱熱量和熔滴攜帶的熱量熔化母材形成焊縫。

2. 雙絲焊的發(fā)展及現(xiàn)狀

雙絲焊的研究基本都是從埋弧焊開始，雙絲自動(dòng)埋弧焊最早的應(yīng)用出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代，該技術(shù)的出現(xiàn)使焊接效率發(fā)生了根本性的提升[13]。雙絲自動(dòng)埋弧焊包括單電源雙絲和串列雙弧兩種，單電源雙絲焊熔透能力較差，一般僅適用于窄間隙焊接，而串列雙弧中雙絲由兩個(gè)電源單獨(dú)控制，具有熔深大、熔敷速度高、焊縫金屬稀釋率接近單絲焊的特點(diǎn)，目前已在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

氣體保護(hù)雙絲焊的研究最早出現(xiàn)在1955 年。同雙絲埋弧焊一樣，雙絲氣保焊也可以減小焊接變形，提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時(shí)節(jié)約焊接材料[14]。國外科研機(jī)構(gòu)對(duì)于雙絲氣保焊的研究較早，目前已完全掌握相關(guān)設(shè)備的成熟生產(chǎn)工藝。例如，加拿大焊接研究所研制了脈沖雙焊絲GMAW 焊接設(shè)備，用于窄間隙的高強(qiáng)鋼焊接；日本的NKK 船廠采用了雙高速旋轉(zhuǎn)電弧的焊接工藝，用于角焊縫的焊接；奧地利弗尼斯公司成功開發(fā)了單槍雙絲MIG 焊技術(shù)，焊槍尺寸小巧，適應(yīng)于焊件的任何位置焊接。為了適應(yīng)薄板高速焊和厚板高熔敷率焊接，2001 年在德國埃森展上由奧地利Fronius 公司和德國CLOOS 公司分別展出了雙絲 MIG 焊設(shè)備，該類設(shè)備是將兩根焊絲按一定角度放在同一個(gè)焊槍噴嘴內(nèi)，兩根焊線分別由各自獨(dú)立的電源供電，焊接過程穩(wěn)定，焊接效率較高，達(dá)到 3～5m/min，該類設(shè)備已在車輛制造、造船、汽車等方面得到了廣泛的應(yīng)用[15-17]。除上述公司外，德國的BENZEL公司，美國的Miller、Lincoln公司目前均可以生產(chǎn)成套的TANDEM或TWIN-ARC雙絲焊設(shè)備。

我國在雙絲焊方面的研究也比較早，在80年代便可以制造出雙絲氣體保護(hù)焊設(shè)備。但后來由于焊接人才缺乏和科研經(jīng)費(fèi)短缺，我國雙絲焊技術(shù)的研究一直遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外，目前我國的雙絲焊設(shè)備基本依賴進(jìn)口，僅德國的CLOOS公司的TANDEM雙絲焊接系統(tǒng)在國內(nèi)便有數(shù)百套。近年來，國家加大了先進(jìn)焊接技術(shù)領(lǐng)域的資助，我國在雙絲焊領(lǐng)域的研究迅速發(fā)展，上海交通大學(xué)、西南交通大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、山東大學(xué)等科研院校均開展了該方面的研究工作，部分機(jī)構(gòu)已經(jīng)具備研制雙絲焊設(shè)備的能力[18-20]。但是，由于研究基礎(chǔ)薄弱，相關(guān)理論知識(shí)缺乏，我國雙絲焊設(shè)備的整體水平同國外同類產(chǎn)品還有較大的差距。

3. 雙絲焊的應(yīng)用

3.1 雙絲焊在造船領(lǐng)域的應(yīng)用

2010年，中國造船業(yè)的三大指標(biāo)即造船完工量、新承接訂單量、手持訂單量均超越老牌造船強(qiáng)國韓國和日本，成為世界第一造船大國。雖然由于經(jīng)濟(jì)危機(jī)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的問題，近兩年我國的造船業(yè)發(fā)展進(jìn)程有所回落，但仍然保持在世界三大造船大國之列。焊接技術(shù)是船舶制造工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，船舶的焊接技術(shù)水平直接影響著我國造船業(yè)的國際競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景。

采用雙絲埋弧焊工藝焊接船用高強(qiáng)鋼DH36，焊接質(zhì)量完全滿足中國船級(jí)社《材料與焊接規(guī)范》的技術(shù)要求，焊接熔敷率較單絲埋弧焊有明顯提高，焊接道次減少，20-30mm厚度的鋼板能夠?qū)崿F(xiàn)雙面單道焊，焊接效率大大提高[21]。對(duì)于60mm厚度的DH36 鋼采用交流方波雙絲埋弧焊方法，通過優(yōu)化焊接工藝，焊接接頭的低溫?cái)嗔秧g性（0 °C）明顯改善。采用小電流、低速焊的工藝，焊縫的斷裂韌性裂紋尖端張開位移（CTOD）值比常規(guī)工藝提高約85%，熱影響區(qū)提高近4倍；采用大電流、高速焊的工藝，焊縫的斷裂韌性 CTOD 值比常規(guī)工藝提高近3倍，熱影響區(qū)提高近2倍[22]。

高強(qiáng)度船體用EH36是一種經(jīng)過細(xì)晶處理的鎮(zhèn)靜鋼，其焊接熱影響區(qū)組織與性能對(duì)焊接熱輸入較敏感，熱影響區(qū)淬硬傾向大，氫致裂紋敏感性較大。相比較傳統(tǒng)單絲CO2氣保焊，采用雙絲CO2氣保焊焊接EH36，焊接接頭的屈服強(qiáng)度、延伸率和低溫韌性（-40 °C）均顯著改善。另外，在單根焊絲具有相同電流和電壓的前提下，獲得相同的焊縫寬度時(shí)，雙絲焊的焊接速度比單絲焊提高1倍，生產(chǎn)效率大大提高[23]。

3.2 雙絲焊在高速列車領(lǐng)域的應(yīng)用

我國的高速列車技術(shù)經(jīng)過近20年的發(fā)展，通過消化吸收和自主創(chuàng)新相結(jié)合的發(fā)展道路，逐漸突破高速列車的關(guān)鍵技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了高速列車的自主制造。2010年CRH380AL新一代高速列車創(chuàng)造了486.1 km/h的世界高速鐵路最高運(yùn)營(yíng)速度，標(biāo)志著我國高速列車技術(shù)已躋身世界高速列車技術(shù)先進(jìn)行列。高速列車的高速化主要取決于車身的輕量化材料和車體結(jié)構(gòu)，因此高速列車承載結(jié)構(gòu)輕量化的研究至關(guān)重要。

鋁合金因其比強(qiáng)度高、耐蝕性好、成型工藝好等優(yōu)點(diǎn)，在高速列車車體中得到廣泛應(yīng)用。但是，鋁合金活性高，鋁與氧的親和力在，焊縫中容易形成氧化鋁夾渣。鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)和膨脹系數(shù)也較大，焊接時(shí)需要高的熱輸入，容易產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形甚至裂紋。目前鋁合金的有效焊接方法主要為鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊[24]。鎢極氬弧焊適合焊接的板厚范圍為1-20mm，熔化極氬弧焊采用高熔敷率焊接（大電流、粗焊絲，適用于厚板）時(shí)，熱輸入過大，焊縫成形較差，若采用高速焊接（高電流密度、細(xì)焊絲，適用于薄板）時(shí)，對(duì)送絲速度的要求較高。

雙絲焊接技術(shù)可以解決高速列車鋁合金焊接時(shí)存在的問題，不僅可以獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，還可以提高焊接效率。以CRH3型動(dòng)車組車體用6005A-T6鋁合金為例，采用奧地利IGM Robot RTI 330-S雙絲焊接系統(tǒng)，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，焊接接頭組織比單絲焊更為致密和均勻，抗拉強(qiáng)度和延伸率均有所提高，焊接速度顯著提高，目前該技術(shù)工藝已實(shí)際應(yīng)用于CRH3高速動(dòng)車組的生產(chǎn)中[25]。采用雙絲MIG焊焊接6082-T6鋁合金時(shí)，由于雙絲焊熱輸入較小，焊接接頭晶粒較小，熱影響區(qū)較窄，硬度及抗拉強(qiáng)度相比單絲焊接接頭略有提高，但雙絲焊焊接速度大大提高[26]。另外，雙絲焊在2219、7A52等鋁合金的焊接也被學(xué)者廣泛研究，通過調(diào)整工藝參數(shù)，雙絲焊接技術(shù)均能夠獲得良好的焊接接頭，不僅力學(xué)性能優(yōu)于單絲焊接接頭，耐蝕性也有所提高[27-30]。

3.3 雙絲焊在管道焊接領(lǐng)域的應(yīng)用

管道工程主要用于輸送各種介質(zhì)，作為一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，管道工程已廣泛地存在于石油、化工、電力、建筑和市政等行業(yè)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，東部沿海地區(qū)的能源消耗越來越多，石油、天然氣等戰(zhàn)略能源物質(zhì)的輸送變得尤為重要，逐漸得到國家的重視。近年來，隨著“西氣東輸”等大型管道工程的開展，鋼管材料的使用量大幅增加。同其他焊接結(jié)構(gòu)不同，管道即要承受一定的壓力，還要完全保證傳輸物質(zhì)不能泄露，因此鋼管的焊接質(zhì)量要求較高，焊接接頭不僅具有良好的力學(xué)性能，還要具有較好的致密性和耐蝕性，以保證管道工程的安全運(yùn)行。

目前管道工程主要采用X系列管線鋼，代表鋼種有X60、X65、X70和 X80。管線鋼的焊接主要為環(huán)焊縫或螺旋焊縫，而且管徑較大，管壁較厚，因此主要采用埋弧焊焊接。同單絲埋弧焊相比，雙絲埋弧焊減少了咬邊焊接缺陷，焊接速度提高30-40%，滿足了鋼管的高速焊接。雙絲埋弧焊工藝特別適用于厚管的焊接，22mm厚板可單面焊雙面成型，甚至可以焊接300mm厚的焊件。埋弧焊管工藝一般采用串列雙絲焊技術(shù)，采用直流+交流的形式，前絲采用直流電，后絲采用交流電，即可以獲得足夠的熔深，以能夠得到滿意的焊縫[31，32]。大管徑X65級(jí)鋼管對(duì)接環(huán)焊縫焊接時(shí)，采用U形坡口多層焊工藝，在較小的熱輸入下，可以保證焊接接頭具有優(yōu)良的拉伸性能和斷裂韌性，焊縫效率大大提高，完全能夠應(yīng)用于陸地和海底油氣管道[33]。

4. 雙絲焊的前景及展望

“十二五”期間，“發(fā)展高效焊接”、“提高焊接機(jī)械化、自動(dòng)化水平”是焊接技術(shù)發(fā)展的方向和目標(biāo)。雙絲焊以高速、高效、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)越來越被焊接界人士認(rèn)同，在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來越多。我國每年造船用鋼量可達(dá)上千萬噸，油氣管道用鋼在200萬噸以上，若全面采用雙絲焊工藝，其能源節(jié)約將非?？捎^，而且生產(chǎn)效率大大提高，其發(fā)展前景非常廣闊。此外，中俄、中緬、中國-中亞油氣管道工程以及中國西氣東輸三線工程的建設(shè)為雙絲焊接技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了空間的機(jī)遇。隨著雙絲焊技術(shù)的不斷成熟和完善，雙絲焊工藝也同焊接機(jī)器人相整合，焊接效率和自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。同時(shí)，三絲甚至多絲焊工藝也在逐漸出現(xiàn)，新的電弧組合焊接工藝方法也被學(xué)者廣泛研究。相信在不久的將來，焊接產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入全新的發(fā)展時(shí)期，先進(jìn)的焊接技術(shù)和工藝將不斷涌現(xiàn)，從而推動(dòng)機(jī)械加工行業(yè)整體水平的提升。

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篇(3)

關(guān)鍵詞：工藝技術(shù)；工藝流程；工藝材料；SMC/SMD貼裝；ESD防護(hù)

前言

SMT（英文名Surface Mounted Technology），即表面貼裝技術(shù)，是一種直接將元器件焊接到印制板表面固定位置上的貼裝技術(shù)（不需要進(jìn)行磚孔插孔作業(yè)）貼片工藝和貼片設(shè)備對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)要求的電壓必須要穩(wěn)定，且要防止電磁干擾，操作人員要有防靜電意識(shí)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)具有良好的照明和通風(fēng)設(shè)施，在生產(chǎn)過程中的溫度、濕度、空氣清潔度等都有相應(yīng)的要求，一線的擔(dān)當(dāng)人員也必須經(jīng)過專門培訓(xùn)部門考核后，進(jìn)行上崗作業(yè)。

1 SMT工藝技術(shù)

SMT簡(jiǎn)介電子電路表面組裝技術(shù)稱為表面貼裝技術(shù)。它是一種將無引腳或短引線表面組裝元器件（簡(jiǎn)稱SMC/SMD，中文稱片狀元器件）安裝在印制電路板的表面或其它基板的表面上，通過回流焊或波峰焊等方法加以焊接組裝的電路裝連技術(shù)。

1.1 主要特點(diǎn)

（1）元器件重量輕、貼片元器件部品體積小、貼裝精密度高，貼片元器件的體積和重量也只有傳統(tǒng)插裝件的大小1/10左右，SMT生產(chǎn)之后，電子產(chǎn)品體積縮小至原有器件部品的40%～60%，重量減輕至原有器件部品的60%～80%。（2）元器件焊接不良率低，且可靠性高、抗震能力強(qiáng)。（3）高頻特性好，減少了電磁和射頻干擾。（4）對(duì)于現(xiàn)在生產(chǎn)的電子產(chǎn)品易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)效率提高。

1.2 SMT和THT的比較

SMT和THT的比較：二者的根本區(qū)別是“貼”和“插”，為什么要用SMT逐步替代傳統(tǒng)生產(chǎn)方式其原因是，隨著電子行業(yè)發(fā)展，而THT-“插”工藝技術(shù)采用的是通孔插件法，無法滿足電子產(chǎn)品小型化/超薄型，因此被SMT-“貼”工藝技術(shù)所取替。從而將表面組裝工藝技術(shù)充分與化工，材料技術(shù)、涂覆技術(shù)、精密機(jī)械加工技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、焊接技術(shù)、測(cè)試和檢驗(yàn)技術(shù)、組裝設(shè)備原理與應(yīng)用技術(shù)等諸多技術(shù)相結(jié)合。

SMT工藝流程如下：

絲?。t膠/錫膏）檢查（可選AOI光學(xué)檢查儀或者目視檢查）貼裝（優(yōu)先貼小部品后貼大部品）檢測(cè)（可選AOI光學(xué)/目視檢測(cè)）焊接（采用熱風(fēng)回流焊進(jìn)行焊接）檢測(cè)（可分AOI光學(xué)檢測(cè)外觀及功能性測(cè)試檢查）維修（使用烙鐵及熱風(fēng)槍等）分離板（手工或者cutting Jig進(jìn)行分割）

工藝流程簡(jiǎn)化為：絲印―貼片―焊接―檢查（功能性/外觀性檢查發(fā)現(xiàn)不良，需要維修）

2 SMT貼裝工藝材料

SMT貼裝工藝時(shí)，需要包含焊料、焊膏、膠黏劑等焊接和貼片器件，以及助焊劑、清洗劑、熱轉(zhuǎn)換介質(zhì)等工藝材料。

2.1 SMT貼裝材料的用途

焊料、焊膏、膠黏劑等材料在波峰焊、回流焊、手工焊三種主要焊接工藝中的作用如下。

（1）焊料和焊膏：回流焊接時(shí)采用焊膏，它是焊接材料，同時(shí)又能利用其粘性作用提前固定SMC/SMD器件。（2）焊劑：主要作用是助焊。（3）膠黏劑：對(duì)SMD器件起到加固作用，防止貼裝作業(yè)時(shí)SMD的偏移和脫落現(xiàn)象。（4）清洗劑：清洗焊接工藝后殘留（如鋼網(wǎng)焊膏殘留，PCB異物等）物。

2.2 焊料

Sn63/Pb37和Sn62/Pb36/Ag2具有最佳綜合性能，而在低熔點(diǎn)焊料中，Sn43/Pb43/Bi14具有較好的綜合性能。電子產(chǎn)品貼裝時(shí)Sn-Pb是最普遍的焊料合金物，強(qiáng)度和可潤(rùn)濕性是最合適。

2.3 焊劑

焊劑分為酸性焊劑和樹脂焊劑，焊劑的作用是去除金屬表面和焊料本身的氧化物或其它表面污染，潤(rùn)濕被焊接的金屬表面。

2.4 清洗劑

清洗劑應(yīng)滿足化學(xué)和熱穩(wěn)定性好，在貯存和使用期間不發(fā)生分解，不與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)接觸材料弱腐蝕或無腐蝕，具有不燃性和低毒性，操作安全，清洗操作過程中損耗小，必須能在設(shè)定溫度及時(shí)間內(nèi)進(jìn)行有效清洗。

3 SMC/SMD貼裝工藝技術(shù)

SMC：表面組裝元件（Surface Mounted components）主要有矩形片式元件、圓柱形片式元件、復(fù)合片式元件、異形片式元件。

SMD：它是Surface Mounted Devices的縮寫，意為：表面貼裝器件，它是SMT元器件中的一種。

（1）貼裝機(jī)的一般組成：SMT貼裝機(jī)是計(jì)算機(jī)控制，并集光、電、氣及機(jī)械為一體的高精度自動(dòng)化設(shè)備。

（2）主要的影響SMT設(shè)備貼裝率要素：貼片在選擇設(shè)備時(shí)主要考慮其貼裝精度與貼裝速度，而在SMT實(shí)際使用過程中，為了有效提高產(chǎn)品質(zhì)量、使成本降低、確保生產(chǎn)效率提高，那么如何提高和確保SMT設(shè)備貼裝率是擺在使用者面前的首要任務(wù)。

（3）貼裝機(jī)的影響因素：貼片機(jī)XY軸傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，XY坐標(biāo)軸向平移傳動(dòng)誤差，XY位移檢測(cè)裝置，真空吸嘴Z軸運(yùn)動(dòng)對(duì)器件貼裝偏差的影響等。

（4）貼裝機(jī)視覺系統(tǒng)：要準(zhǔn)確地貼裝細(xì)間距器件，最主要是攝像機(jī)的像元數(shù)和光學(xué)放大倍數(shù)。

（5）貼裝機(jī)軟件系統(tǒng)：高精度貼裝機(jī)軟件系統(tǒng)為二級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，一般采用DOS界面，也有采用Windows界面或UNIX操作系統(tǒng)，由中央控制軟件、自動(dòng)編程軟件、貼裝頭控制系統(tǒng)和視覺處理軟件組成。

4 靜電防護(hù)

4.1 電子產(chǎn)品制造中的靜電

在電中不流動(dòng)的電叫靜電，靜電是由正電荷和負(fù)電荷聚集在一起的電。靜電是一種電能，它存在于物體表面，是正負(fù)電荷在局部失衡時(shí)產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。靜電對(duì)電子產(chǎn)品所造成的危害主要表現(xiàn)為損傷，擊穿是損傷的一種。通常靜電對(duì)部品損害的特點(diǎn)是：（1）隱蔽性。（2）潛在性。（3）隨機(jī)性。（4）復(fù)雜性。

靜電防護(hù)的特殊性：第一，靜電的產(chǎn)生和積累要一定的條件和過程，因此在沒有進(jìn)行保護(hù)的產(chǎn)品也未必都會(huì)受到靜電損害，它是具有一定的隨機(jī)性；第二，靜電釋出的能量在多數(shù)情況下能量都比較小，因此受到靜電損傷的產(chǎn)品也并不會(huì)立即不良，部分產(chǎn)品表現(xiàn)為產(chǎn)品漏電，且性能不穩(wěn)定，甚至在產(chǎn)品出庫時(shí)測(cè)試中也表現(xiàn)不明顯，以后發(fā)現(xiàn)問題易歸咎為材料不良或設(shè)計(jì)不良而不自醒，因此常使人們認(rèn)識(shí)不到ESD的危害。

4.2 靜電放電的防護(hù)

基于貼片生產(chǎn)過程的ESD防護(hù)系統(tǒng)主要有：（1）生產(chǎn)車間環(huán)境靜電防護(hù)；（2）人體手環(huán)、手套等靜電防護(hù)；（3）靜電防護(hù)大地接地；（4）靜電檢測(cè)與儀表檢查；（5）生產(chǎn)車間門簾接地；（6）每日點(diǎn)檢及維護(hù)。

4.3 防靜電采用的工具和措施

（1）設(shè)備接地；（2）采用防靜電地面；（3）采用不銹鋼工作臺(tái)（或者在作業(yè)臺(tái)鋪設(shè)防靜電皮）；（4）使用離子風(fēng)機(jī)；（5）使用自動(dòng)加濕機(jī)；（6）使用鋁質(zhì)傳遞盤、傳遞架；（7）工作人員戴防靜電手環(huán)、穿防靜電服和鞋；（8）芯片及成品采用防靜電袋包裝；（9）成品擱架采用鐵質(zhì)和鋁質(zhì)材料；（10）靜電手環(huán)每日檢測(cè)一次、設(shè)備接地每月檢測(cè)一次。

5 結(jié)束語

本論文包括了基礎(chǔ)知識(shí)、發(fā)展歷程、SMT的工藝流程，重點(diǎn)介紹了SMC/SMD貼裝工藝技術(shù)及靜電防護(hù)，影響SMT技術(shù)的一些主要因素，涉及到電子元器件使用、SMT設(shè)備的了解和熟悉，操作流程的用電常識(shí)等重要電子加工領(lǐng)域，符合當(dāng)代電子電路貼裝行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)現(xiàn)在加工生產(chǎn)技術(shù)的指導(dǎo)具有一定意義。文章在內(nèi)容上面比較充實(shí)，實(shí)用性較強(qiáng)，對(duì)在今后的工作中有一定的參考價(jià)值。

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篇(4)

癡心報(bào)國不言悔

1982年9月，作為吉林省蛟河市偏遠(yuǎn)山區(qū)農(nóng)村中學(xué)的高中畢業(yè)生，張福成以優(yōu)異的高考成績(jī)被燕山大學(xué)的前身――東北重型機(jī)械學(xué)院金屬材料專業(yè)錄取。大學(xué)期間，私下里他曾聽到一些同學(xué)對(duì)專業(yè)前景的“描繪”：畢業(yè)后只能到輔助部門工作，不僅沒有發(fā)展前途，而且將終日在粉塵和高溫的惡劣環(huán)境中工作。張福成卻認(rèn)為，“行行出狀元”，只要是國家的發(fā)展建設(shè)需要，就不應(yīng)計(jì)較個(gè)人的得失。尤其是他從專業(yè)課上得知：全世界每年因磨損就消耗掉200萬噸以上的奧氏體錳鋼。他越發(fā)堅(jiān)定了努力學(xué)好專業(yè)知識(shí)，在金屬材料專業(yè)領(lǐng)域有所作為的堅(jiān)定信念。從此，張福成便與耐磨材料結(jié)下了不解之緣。本科畢業(yè)論文的題目，他選的是耐磨材料方面的；碩士、博士研究生的研究方向，他仍選擇了耐磨材料。1986年本科畢業(yè)時(shí)，當(dāng)時(shí)實(shí)行的是統(tǒng)招統(tǒng)分的政策，張福成在全專業(yè)四年總成績(jī)排名第一，但他毅然放棄了到北京和上海工作的機(jī)會(huì)。讀碩士和博士研究生時(shí)，他沒有選擇當(dāng)時(shí)一些人趨之若鶩的熱門專業(yè)，也經(jīng)受住了“下海經(jīng)商”大潮的巨大誘惑，始終默默地在被有些人看不上眼的耐磨材料領(lǐng)域里上下求索，潛心鉆研，一點(diǎn)一滴地打下了堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。

1986年，正在燕大讀研究生的張福成參與了碩士生導(dǎo)師鄭煬曾教授承擔(dān)的國家“七五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目“濕式中硬礦特大磨球機(jī)襯板材料的研究”的科研工作，也開始了他在耐磨材料領(lǐng)域不斷拼搏進(jìn)取的科研生涯。研究耐磨材料需要經(jīng)常做磨損試驗(yàn)，試驗(yàn)中作為磨料的石英石會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，長(zhǎng)期在這種環(huán)境中工作容易得矽肺病。從1988年至1998年，張福成教授整整與石英石粉塵打了10年的交道，經(jīng)常是每天1 O多個(gè)小時(shí)的磨損試驗(yàn)一做就是半年。從事耐磨材料的研究，還要經(jīng)常到工作環(huán)境惡劣的水泥廠、煉鋼廠和礦山做現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，有時(shí)還要冒意想不到的風(fēng)險(xiǎn)。1994年的一天，張福成教授正在山東的一個(gè)鋼廠的煉鋼爐前作現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，投入煉鋼爐的廢鋼鐵中混入了一發(fā)舊炮彈。若不是突然停電，張福成和同伴將面臨不堪設(shè)想的后果!從小在農(nóng)村艱苦的勞動(dòng)生活中磨煉出的堅(jiān)強(qiáng)意志和吃苦耐勞的品格，使張福成在科研工作中遇到的各種困難面前總是從容不迫，知難而進(jìn)。

22年來。正是憑著堅(jiān)韌不拔的意志和科學(xué)的創(chuàng)新精神，張福成在耐磨材料領(lǐng)域的科研能力和水平不斷提高，并取得了豐碩的科研成果，從而奠定了他在我國耐磨材料領(lǐng)域中舉足輕重的地位。作為課題負(fù)責(zé)人或主要完成人。他先后完成了國家“七五”、“八五”攻關(guān)項(xiàng)目，國家“973”項(xiàng)目和省部級(jí)以上的科研項(xiàng)目二十多項(xiàng)。在耐磨材料的理論研究方面，他提出了“耐磨奧氏體錳鋼中合金元素原子呈短程有序偏聚分布”的理論，圓滿地解釋了學(xué)術(shù)界近百年來在奧氏體錳鋼研究領(lǐng)域中一直有爭(zhēng)議的一些理論問題，如加工硬化機(jī)制、耐磨機(jī)理及其中的應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變機(jī)制等。根據(jù)這個(gè)理論，張福成教授又設(shè)計(jì)了新型耐磨材料――新型耐磨奧氏體錳鋼，其耐磨性比原普通高錳鋼提高1倍以上。這種新型耐磨材料已被全國的五十多家企業(yè)采用，用于制作球磨機(jī)襯板、鐵路轍叉、齒板、破碎篦、鏟齒和履帶板等各行業(yè)急需的耐磨零部件，累計(jì)為國家創(chuàng)造利稅6億元，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。這項(xiàng)成果先后獲得2002年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，2000年中國高?？萍歼M(jìn)步一等獎(jiǎng)。

隨著鐵路運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，高速、重載、跨區(qū)間無縫線路已成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。這對(duì)鐵路轍叉的使用壽命和結(jié)構(gòu)形式提出了新的更高的要求，然而，其中有許多技術(shù)問題十分棘手，它們已經(jīng)成為鐵路運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展的瓶頸和障礙。

高錳鋼轍叉和高碳鋼鋼軌的焊接是我國鐵路實(shí)現(xiàn)全面提速的關(guān)鍵技術(shù)之一，國際上只有法國和奧地利擁有該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明專利。從1997年起，始終在耐磨材料領(lǐng)域不懈地探索的張福成教授又毅然承擔(dān)了國家科委重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目――“高速鐵路用高錳鋼轍叉與碳鋼鋼軌焊接”這一長(zhǎng)期困擾著材料焊接領(lǐng)域發(fā)展和全國鐵路大提速的難題。此前，我國的幾十家科研單位曾進(jìn)行了20多年的研究，但始終沒有取得突破性的成果。高碳鋼焊接要求緩冷，以防止熱影響區(qū)出現(xiàn)馬氏體和產(chǎn)生大的熱應(yīng)力。然而，高錳鋼焊接卻要求快冷，以抑止奧氏體晶界的碳化物析出。否則會(huì)產(chǎn)生熱裂紋和韌性急劇下降的后果；同時(shí)，兩種材料的熱物理性能差異很大，直接焊接將導(dǎo)致接頭處產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，不僅降低接頭的強(qiáng)度和韌性，而且嚴(yán)重降低其疲勞壽命。因此，高錳鋼轍叉與高碳鋼鋼軌焊接技術(shù)一直是制約我國鐵路提速的難題之一。

在攻關(guān)的過程中，張福成教授查閱了國內(nèi)外關(guān)于焊接技術(shù)的最新理論，做了上百次的等離子焊、鑄焊、氬弧焊等試驗(yàn)，經(jīng)過5年的反復(fù)研究后終于提出了利用材料性質(zhì)梯度過渡的思路。并設(shè)計(jì)了一種物理性質(zhì)和組織結(jié)構(gòu)介于高錳鋼和高碳鋼之間的材料作為焊接材料，并優(yōu)化出焊接速度快、自動(dòng)化程度高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定的閃光焊接方法作為高錳鋼轍叉與碳鋼鋼軌的焊接技術(shù)；同時(shí)對(duì)高錳鋼進(jìn)行特殊的變質(zhì)處理，降低晶界碳化物析出和液化裂紋形成的傾向，從而發(fā)明了高錳鋼轍叉焊接技術(shù)。高錳鋼轍叉焊接技術(shù)使高錳鋼轍叉使用壽命進(jìn)一步提高60％以上，平均過載量從1.8億噸提高到3.0億噸以上，最高達(dá)到5億噸以上，減少了火車對(duì)鐵路路軌的沖擊。提高了鐵路路軌和火車的使用壽命。高錳鋼轍叉焊接技術(shù)的發(fā)明使我國成為世界上第三個(gè)自主擁有該項(xiàng)技術(shù)的國家，在我國鐵路全面提速中發(fā)揮了重要作用。與法國和奧地利兩個(gè)國家的技術(shù)相比，張福成教授發(fā)明的技術(shù)具有綜合成本低、工藝簡(jiǎn)單和性能優(yōu)異等特點(diǎn)。2001年，在秦嶺隧道建設(shè)項(xiàng)目驗(yàn)收會(huì)上，鐵道部科技司的一位領(lǐng)導(dǎo)對(duì)參會(huì)的近百名鐵道部所屬院校和科研單位的科研人員講話時(shí)說“鐵路轍叉焊接項(xiàng)目，鐵道部曾經(jīng)給一所大學(xué)和鐵道部研究部門800多萬元進(jìn)行開發(fā)研究。最終沒有搞成，而只給了燕山大學(xué)12萬元，項(xiàng)目就搞成了，所以，今后我們要加強(qiáng)路內(nèi)路外科研單位的項(xiàng)目合作?！辫F道部組織的成果鑒定委員會(huì)認(rèn)為：這項(xiàng)成果“是我國高錳鋼與鋼軌焊接技術(shù)的重大突破”，“填補(bǔ)了國內(nèi)空白，總體技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平”，“它為實(shí)現(xiàn)我國高速、重載、跨區(qū)間無縫線路的技術(shù)跨越創(chuàng)造了條件”。這項(xiàng)技術(shù)在近幾年的國際招標(biāo)中連續(xù)幾十次中標(biāo)，已成為我國高錳鋼轍叉焊接采用的唯一技術(shù)，并在中鐵山橋集團(tuán)有限公司投產(chǎn)，產(chǎn)品出口加拿大、澳大利亞、新西蘭、伊朗、印尼、委內(nèi)瑞拉等十幾個(gè)國家和香港地區(qū)，僅高錳鋼轍叉一項(xiàng)年產(chǎn)值就達(dá)8000余萬元，出口創(chuàng)匯450萬美元。

近幾年來，繼發(fā)明高錳鋼轍叉焊接技術(shù)之后，張福成教授在鐵路轍又用材研究領(lǐng)域又連續(xù)取得了一系列新的研究成

果：純凈高錳鋼轍叉制造新技術(shù)、高錳鋼轍叉爆炸硬化技術(shù)、鍛造高錳鋼轍叉制造技術(shù)、含氮高錳鋼轍叉用鋼、高錳鋼轍叉與碳鋼鋼軌焊接材料及其制造技術(shù)、高錳鋼轍叉專用堆焊材料及其制造技術(shù)和鐵路轍叉用貝氏體鋼及其制造技術(shù)等。目前，這些新成果中的大部分已被應(yīng)用在我國和外國的提速或高速鐵路線路中。

20多年來，張福成教授先后主持了二十幾項(xiàng)國家“七五”、“八五”攻關(guān)項(xiàng)目、國家“973”項(xiàng)目、國家自然基金項(xiàng)目、國家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目、國家中小企業(yè)創(chuàng)新基金項(xiàng)目、鐵道部重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目和河北省自然基金項(xiàng)目，并在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上100余篇，獲得國家發(fā)明專利16項(xiàng)。

嘔心瀝血培育創(chuàng)新型人才

在科研領(lǐng)域不斷勇攀高峰，取得累累碩果的同時(shí)，從1989年研究生畢業(yè)起就承擔(dān)教學(xué)任務(wù)的張福成教授也無愧于人民教師的光榮稱號(hào)。張福成教授認(rèn)為，大學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的搖籃，作為一名高校教師，在不斷地提高自身素質(zhì)的同時(shí)，還應(yīng)自覺主動(dòng)地改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。為社會(huì)培養(yǎng)出更多的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。在長(zhǎng)期的教學(xué)工作中，無論是對(duì)待本科生還是對(duì)待研究生，他都堅(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求。他以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和敢為人先的膽識(shí)，大膽地進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和方法的改革。在講授每一門專業(yè)課前，他都認(rèn)真地查閱大量文獻(xiàn)資料。并結(jié)合自己的科研工作，把國內(nèi)外最新的科研動(dòng)態(tài)和成果寫進(jìn)講義；講課時(shí)，他總是結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，毫無保留地把自己多年從事科研工作的成功經(jīng)驗(yàn)傳授給學(xué)生。為培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力，根據(jù)當(dāng)代科技發(fā)展呈現(xiàn)多學(xué)科交叉的趨勢(shì)，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，張福成教授鼓勵(lì)、引導(dǎo)學(xué)生不斷拓展自己的知識(shí)面，使自己的視野更開闊，為走上工作崗位后的科技創(chuàng)新活動(dòng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

根據(jù)自己多年從事創(chuàng)新性科研工作的切身體會(huì)，張福成教授十分重視培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。在金相實(shí)驗(yàn)技術(shù)課的教學(xué)中，他發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期以來，金相實(shí)驗(yàn)技術(shù)課的教學(xué)一直沿用傳統(tǒng)的課堂講授為主、實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔的方法，而忽略了金相實(shí)驗(yàn)技術(shù)課是讓學(xué)生掌握金屬試樣的制備及組織分析方法，了解相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的原理及應(yīng)用技術(shù)的主要目的。以致使學(xué)生在金相實(shí)驗(yàn)技術(shù)課結(jié)業(yè)時(shí)，從試樣的制備到金相組織的分析能力都達(dá)不到應(yīng)有的要求。張福成教授看在眼里，急在心上，他決心改變這種現(xiàn)狀。經(jīng)過認(rèn)真的思考和充分的準(zhǔn)備，從1996年秋季起，張福成教授在實(shí)驗(yàn)室的老師們的支持和配合下，開始了改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式的改革實(shí)踐。他把金相實(shí)驗(yàn)技術(shù)課的課堂直接搬到實(shí)驗(yàn)室，由具有豐富實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)、講解實(shí)驗(yàn)。然后他再對(duì)較深的理論進(jìn)行課堂講解。他在實(shí)驗(yàn)室講課時(shí)，堅(jiān)持以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力為主，講解為輔的原則，對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題再進(jìn)行講解，使學(xué)生既鍛煉了動(dòng)手能力，又提高了觀察問題、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力。金相實(shí)驗(yàn)技術(shù)課教學(xué)改革的實(shí)踐證明，學(xué)生的動(dòng)手能力和金相組織分析能力明顯地得到了提高。

20年來，張福成教授講授的專業(yè)課始終受到本科生和研究生的歡迎。許多本科生由此對(duì)專業(yè)產(chǎn)生了興趣，許多人畢業(yè)后考上了研究生。張福成教授指導(dǎo)培養(yǎng)的研究生知識(shí)面廣、基礎(chǔ)扎實(shí)、科技創(chuàng)新能力強(qiáng)，不少人目前已成為國內(nèi)材料科學(xué)研究領(lǐng)域的骨干。

篇(5)

關(guān)鍵詞：低壓；智能；配電柜；創(chuàng)新；發(fā)展

Abstract: In this paper, the author introduces the low voltage intelligent distribution cabinet manufacturing technology improvement, expounds the low-voltage power distribution cabinet technological innovation, and points out its future development trend.

Key words: low pressure; intelligent; distribution cabinet; innovation; development

中圖分類號(hào)：TU7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2012）

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)隨之越來越激烈，這種競(jìng)爭(zhēng)也逐漸由區(qū)域性競(jìng)爭(zhēng)擴(kuò)大為國際性競(jìng)爭(zhēng)，基于這一現(xiàn)狀，給低壓配電柜的使用和維護(hù)提出了更高的要求。企業(yè)的發(fā)展離不開技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，為了能夠生產(chǎn)制造出更好的低壓變電柜，企業(yè)應(yīng)不斷引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，自主研發(fā)出新型產(chǎn)品，并以此為企業(yè)創(chuàng)造有利的競(jìng)爭(zhēng)條件，進(jìn)而在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一席之地。

1 低壓智能配電柜制造技術(shù)的提升

在以往傳統(tǒng)低壓配電柜的制造過程中，會(huì)涉及諸多較為專業(yè)的工藝，如焊接技術(shù)、冷沖壓技術(shù)、模具加工以及塑料成型等，可以說配電柜制造技術(shù)水平的提升與這些專業(yè)技術(shù)的提高有著密不可分的關(guān)系。很多生產(chǎn)商家為了提高配電柜的制造技術(shù)，都不斷加大了研發(fā)力度，各種新型產(chǎn)品也隨之不斷涌現(xiàn)。如ABB公司在低壓配電柜的制造上，本著創(chuàng)新的精神，研發(fā)并推出了一系列新型的終端配電箱。該配電箱以手折式為主，底箱采用的是特殊工藝直接在鍍鋅鋼板上沖孔成型，并未采用傳統(tǒng)的焊接成型技術(shù)，用戶能夠通過手動(dòng)將底箱快速折疊成型。此外，該箱體在未經(jīng)折疊前為平板形狀，便于存放和運(yùn)輸。

1.1 標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)

目前供電企業(yè)要求全面推進(jìn)電網(wǎng)需求管理，對(duì)線損管理、提高供電質(zhì)量、保證供電的可靠性和安全性提出了新的要求。低壓配電柜的模塊化設(shè)計(jì)是指安裝方式多樣化、安裝尺寸模數(shù)化、組裝結(jié)構(gòu)積木化、系統(tǒng)功能模塊化等，此類設(shè)計(jì)具有較高的標(biāo)準(zhǔn)化及流程化程度，設(shè)計(jì)過程方便快捷，結(jié)構(gòu)形式多元化等特點(diǎn)，可滿足不同使用環(huán)境及防護(hù)等級(jí)的需要，極大地提高了運(yùn)行的安全性和可靠性。

電網(wǎng)配電變壓器由于其安裝位置分布、安裝地點(diǎn)等問題，使其無法為配變管理和決策分析提供有效數(shù)據(jù)。而GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

在GPRS無線電網(wǎng)配電變壓器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中，GPRS覆蓋范圍廣，GPRS電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)一般位于電力公司的配電中心，或者位于居民小區(qū)的電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，利用中國移動(dòng)現(xiàn)有的GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)，電表數(shù)據(jù)通過中國移動(dòng)的GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。

1.2 低壓配智能電柜的可靠性

低壓配電柜一個(gè)最重要的技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)屬高可靠性。為了使低壓配電柜能夠具有較高的可靠性，這就要求供電企業(yè)在使用過程中進(jìn)行嚴(yán)格地可靠性控制和可靠性檢驗(yàn)維護(hù)。國外大部分電氣公司對(duì)于低壓配智能電柜的可靠性重視程度都相當(dāng)高，并頒布了一系列可靠性檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，如IEC605等。

2 低壓配電柜的技術(shù)創(chuàng)新

低壓配電智能終端柜可單獨(dú)使用，也可組成終端柜配套使用。安裝低壓配電智能終端后，終端能夠全面地、準(zhǔn)確地、實(shí)時(shí)地采集配變各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，如三相電壓電流、N線電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、諧波等，同時(shí)該終端可同時(shí)完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀、無功補(bǔ)償裝置、諧波監(jiān)測(cè)儀、電壓監(jiān)測(cè)儀、電能計(jì)量表等的功能。隨著工業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的快速發(fā)展，為低壓開關(guān)柜的智能化提供了良好發(fā)展平臺(tái)，使其從各個(gè)電器元件到成套設(shè)備均實(shí)現(xiàn)了通訊化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。

2.1 配電系統(tǒng)的智能化控制

由于開關(guān)柜中的各種電器元件均采用了智能化元件，并將微電子、計(jì)算機(jī)控制、工業(yè)以太網(wǎng)和電力電子等技術(shù)與傳統(tǒng)配電柜技術(shù)相結(jié)合，從而極大程度地提高了設(shè)備的可靠性。智能型低壓開關(guān)柜利用通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了智能低壓配電系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有“四遙”功能，即遙測(cè)、遙控、遙調(diào)和遙訊。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，提高了低壓配電柜的總體配電質(zhì)量，大幅度降低了能耗，并且實(shí)現(xiàn)了配電保護(hù)自動(dòng)化以及局域網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)連接，進(jìn)一步提高了配電系統(tǒng)的可靠性。工業(yè)以太網(wǎng)、通信技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用，給用戶提供了一個(gè)智能快捷、安全可靠的人機(jī)界面，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)化配電系統(tǒng)的智能化控制。智能化低壓配電系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成。

低壓配電智能終端既可單獨(dú)使用，也可組成終端柜配套使用。低壓配電智能終端柜主要由低壓配電智能終端、無功補(bǔ)償電力電容器、復(fù)合開關(guān)和保護(hù)器件等組成，并且可以根據(jù)用戶的自身需要，選配電能表計(jì)和負(fù)荷開關(guān)等

2.2 新型環(huán)保材料在配電柜的應(yīng)用

現(xiàn)階段，我國大力提倡的方針政策是節(jié)能減排、低碳環(huán)保。各大低壓配電柜的生產(chǎn)廠家也順應(yīng)這一趨勢(shì)大量采用低碳環(huán)保的新型材料。如在電力及自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域中都首屈一指的ABB公司生產(chǎn)的MNS低壓配電柜除采用了覆鋁鋅柜架外，還采用了高導(dǎo)電率的銅母排，并配以熱縮套管，極大地提高了安全性能。另外，由于氟利昂和鹵素在燃燒過程中，前者會(huì)破壞臭氧層，后者則會(huì)產(chǎn)生有毒煙氣，影響人體健康，而該配電柜中采用的塑膠材料不含鹵素和氟利昂，并且還具有自熄和阻燃功效，因此，不僅保障了安全，而且還實(shí)現(xiàn)了環(huán)保。

3 低壓配電柜的未來發(fā)展趨勢(shì)

隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，第四代智能化低壓配電柜的研發(fā)必將成為我國未來一段時(shí)期內(nèi)低壓配電柜的主要發(fā)展趨勢(shì)。利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與具有網(wǎng)絡(luò)化、智能化和通訊化的各類新型低壓配電設(shè)備相結(jié)合的方式肯定會(huì)研制出新型的產(chǎn)品。由于我國大規(guī)模工程項(xiàng)目以及智能化高層建筑的不斷增多，對(duì)低壓配電柜的容量提出了更高的要求，雖然目前單個(gè)變壓器的最大容量已經(jīng)達(dá)到2000kVA以上，但是為了不斷適應(yīng)未來發(fā)展的需要，還應(yīng)不斷研發(fā)容量更大的低壓配電柜來滿足供電需求。低壓配電柜未來技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展將越來越傾向于模塊化和系統(tǒng)化，側(cè)重于元件的研究和開發(fā)，力求使元件面向體積小型化、性能強(qiáng)大化方向發(fā)展，同時(shí)也將會(huì)被越來越廣泛地使用在新材料上。低壓配電柜會(huì)以自動(dòng)化操作系統(tǒng)為發(fā)展趨勢(shì)，在機(jī)械制造與安裝方面，表現(xiàn)為日趨模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化，通過接口終端實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化配電系統(tǒng)組件相通信，使整個(gè)配電柜系統(tǒng)處于智能化控制狀況。隨著低壓配電柜技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，其必將廣泛應(yīng)用于各大企業(yè)、工程項(xiàng)目和重要技術(shù)領(lǐng)域之中，并且在機(jī)電自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)揮著不可忽視的作用，不僅可以確保電網(wǎng)安全運(yùn)行，提高電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量，還可以自動(dòng)化控制用電量，從而有助于電力企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)電力企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

4 結(jié)束語

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技水平的不斷進(jìn)步，為低壓配電柜的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。與此同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也為低壓配電柜向智能化方向發(fā)展提供了有利的平臺(tái)。在我國，低壓配電柜經(jīng)歷了50年左右的發(fā)展歷程，目前已經(jīng)形成一個(gè)較為完善的體系。現(xiàn)階段，低壓配電柜也從最初的容量小、性能指標(biāo)低、功能單一、體積大、種類少，發(fā)展為具有高性能、小體積、智能化等特點(diǎn)的產(chǎn)品。低壓配電柜的主要功能是分配電能和控制電能使用，隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)供電質(zhì)量也提出了更高的要求。而低壓配電柜各方面性能的優(yōu)劣直接影響整個(gè)電網(wǎng)的供電質(zhì)量。因此，必須從技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新來不斷提高低壓配電柜各方面的性能，以此來確保供電質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李鏗.低壓配電柜的發(fā)展及其對(duì)低壓電器主要元件的要求[J].科技資訊.2007(35).

篇(6)

關(guān)鍵詞： 熔敷金屬；擴(kuò)散氫；方法比較

中圖分類號(hào)： TG-457.11

Abstract： This paper introduced the source of hydrogen during welding， the type of diffusible hydrogen in welding metal and its harm. The mercury method、gas chromatography method、hot-extraction method and glycerol method for diffusing hydrogen measurements were presented and the advantage and shortcoming of those four methods were summarized. Also the effects of heat input、passes、cooling way of the test assembly and welding environment on diffusible hydrogen were summed up.

Key words： deposited metal； diffusible hydrogen； comparison method

0 前言

在鋼焊縫中，氫大部分是以氫原子或離子的形式存在的，它們與焊縫金屬形成間隙固溶體。由于氫原子和離子的半徑很小，可以在焊縫金屬的晶格中自由擴(kuò)散，故稱之為擴(kuò)散氫。還有一部分氫擴(kuò)散聚集到晶格缺陷、顯微裂紋和非金屬夾雜物邊緣的空隙中，結(jié)合為氫分子，因其半徑增大，不能自由擴(kuò)散，故稱之為殘余氫。因?yàn)閿U(kuò)散氫能夠自由擴(kuò)散，并占總含氫量的比例較大，因此它對(duì)焊接接頭的影響比殘余氫大。

由于焊接方法不同，導(dǎo)致氫向金屬中溶解的途徑也不相同。氣體保護(hù)焊時(shí)，氫是通過氣相與液態(tài)金屬的界面以原子或質(zhì)子的形式溶入金屬的；電渣焊和電渣熔煉時(shí)，氫是通過渣層溶入金屬的；而焊條電弧焊和埋弧焊時(shí)，上述兩種途徑兼而有之。焊接過程中，氫主要來源于焊接材料中的水分、含氫物質(zhì)、電弧周圍空氣中的水蒸氣和母材坡口表面上的鐵銹油污等雜質(zhì)。

大部分體心立方金屬與合金焊接時(shí)，進(jìn)入焊縫和熱影響區(qū)中的氫將會(huì)對(duì)接頭產(chǎn)生極大危害，如在焊縫中形成氫脆和白點(diǎn)，這種危害是暫態(tài)性的，經(jīng)過時(shí)效處理或熱處理之后，可以消除；而如果產(chǎn)生氣孔和冷裂紋，這種危害則是永久性的，這類現(xiàn)象一旦產(chǎn)生，是不能消除的，且危害相當(dāng)嚴(yán)重。焊接材料的擴(kuò)散氫含量高是焊接接頭形成冷裂紋的三大因素之一。單位熔敷金屬中測(cè)出的擴(kuò)散氫越多，其產(chǎn)生冷裂紋的可能性就越大。為了測(cè)定焊縫中的氫含量，國際上都制定了相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 3965―1995《熔敷金屬中擴(kuò)散氫測(cè)定方法》、美國AWS A4.3―1993《測(cè)定馬氏體、貝氏體、鐵素體鋼電弧焊焊縫金屬中擴(kuò)散氫含量的標(biāo)準(zhǔn)方法》和JIS Z3118―2007《鋼質(zhì)焊縫擴(kuò)散氫含量測(cè)量方法》等。

1 擴(kuò)散氫的檢測(cè)方法

熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量是指焊后立即按標(biāo)準(zhǔn)方法檢測(cè)并換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氫含量。熔敷金屬擴(kuò)散氫含量是判斷焊接質(zhì)量和焊條質(zhì)量的重要依據(jù)之一[1-4] 。為了使測(cè)氫準(zhǔn)確和便于比較試驗(yàn)結(jié)果，從20世紀(jì)初開始，產(chǎn)生了許多測(cè)定熔敷金屬中擴(kuò)散氫的方法。目前，最為廣泛的擴(kuò)散氫的測(cè)定方法有4種，即甘油法，水銀法、氣相色譜法和載氣熱提取法。

1.1 甘油法

甘油法是以甘油為介質(zhì)，用氣體排液法把擴(kuò)散氫收集到一個(gè)密閉的集氣管內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。甘油法主要的優(yōu)點(diǎn)是，具有低的蒸汽壓力，化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)人體無害，并且價(jià)格便宜。但是甘油因其粘度大，使氫氣泡往往附著在試樣以及測(cè)量管壁上或浮在甘油中而不能浮升到集氣管頂部，而且甘油能溶解部分氫，故甘油法測(cè)量準(zhǔn)確性差，因而不適用測(cè)量低氫和超低氫焊接材料的擴(kuò)散氫含量。

1.2 水銀法

水銀法是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散氫測(cè)定方法。水銀法與甘油法相似，是以水銀作為介質(zhì)收集擴(kuò)散氫。水銀法測(cè)氫的主要優(yōu)點(diǎn)是水銀不吸收氫，測(cè)試精度非常高（可達(dá)0.05 mL），它是一種基準(zhǔn)方法，可用于校驗(yàn)其它測(cè)氫方法的可靠性。但水銀對(duì)人體有害，而且會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，加之水銀的價(jià)格比較貴，限制了它的實(shí)際應(yīng)用范圍。

1.3 氣相色譜法

氣相色譜法測(cè)定擴(kuò)散氫，正被日漸推廣。氣相色譜的原理就是利用氫敏色譜元件轉(zhuǎn)為電信號(hào)并用數(shù)字顯示[5]。該方法既克服了水銀法的毒害和污染問題，又解決了甘油法測(cè)氫精度低的缺點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化，快速、靈活、精度高，測(cè)定范圍寬，而且可排除由于各種原因混入的空氣的干擾，測(cè)定結(jié)果精確可靠。在高氫測(cè)定范圍和超低氫測(cè)定范圍都具有良好的精度和準(zhǔn)確度。但氣相色譜法也存在一些缺點(diǎn)，如儀器價(jià)格高，操作復(fù)雜等。

1.4 載氣熱提取法

傳統(tǒng)的方法集氣時(shí)間長(zhǎng)，制約了擴(kuò)散氫測(cè)量的效率。近些年，更高效的測(cè)量方法被陸續(xù)發(fā)明出來。載氣熱提取法就是其中之一。載氣熱提取法是采用熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）通過測(cè)量不同組分的熱導(dǎo)率將濃度變成電信號(hào)來測(cè)定氫氣體積。與其他的擴(kuò)散氫檢測(cè)方法相比，載氣熱提取法一個(gè)非常顯著的特點(diǎn)是可以加溫促進(jìn)氫快速擴(kuò)散出來，從而實(shí)現(xiàn)邊擴(kuò)散邊收集邊測(cè)定。樣品在可進(jìn)行程序升溫的紅外加熱石英式爐內(nèi)（最高達(dá)900 ℃）或采用電阻絲加熱的樣品爐內(nèi)（溫度最高可達(dá)1 100 ℃）進(jìn)行熱提取。當(dāng)溫度加熱在300～400 ℃時(shí)，可最短在幾十分鐘內(nèi)快速測(cè)定擴(kuò)散氫的含量，但應(yīng)控制不超過400 ℃，以免釋放殘余氫。

載氣熱提取法收集樣品中擴(kuò)散氫，是通過載氣（N2）攜帶擴(kuò)散出的氫氣至熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）進(jìn)行檢測(cè)。N2純度要求不小于99.999 %，所以選擇氮?dú)庾鳛檩d氣的原因是氮?dú)夂蜌錃獾臒釋?dǎo)率差別較大。然而，載氣中的其他氣體雜質(zhì)，如CO， H2O也會(huì)影響熱導(dǎo)。因此，在到達(dá)檢測(cè)器之前這些雜質(zhì)必須從氣路中除去。分析氣流經(jīng)過的第一個(gè)試劑管是蘇氏試劑，它可將CO選擇性的定量轉(zhuǎn)化為CO2，然后通過裝有分子篩的試劑管去除，其他雜質(zhì)也可通過分子篩去除。

載氣熱提取法的優(yōu)點(diǎn)是快速、準(zhǔn)確、可靠，大大提高了效率。但也存在儀器價(jià)格高，操作復(fù)雜等問題。

2 4種測(cè)氫方法的比較

國內(nèi)外已有許多研究將不同的測(cè)定擴(kuò)散氫的方法進(jìn)行比較。研究表明，甘油法的測(cè)氫值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氣相色譜法，而且當(dāng)擴(kuò)散氫的含量越低時(shí)，它們相差倍數(shù)差越大。因?yàn)槭占橘|(zhì)甘油對(duì)擴(kuò)散氫具有一定的濃解度，且甘油粘度大，導(dǎo)致擴(kuò)散氫不易上浮，因此會(huì)帶來較大誤差。而氣相色譜法對(duì)超低氫含量的分析有著很大的優(yōu)越性。氣相色譜法與水銀法相比，水銀法和氣相色譜法的測(cè)定結(jié)果基本相當(dāng)。兩種方法具有相似的準(zhǔn)確度。而甘油法與水銀法相比較，一般情況下，甘油法測(cè)定擴(kuò)散氫的含量只有水銀法的50%～75%[6]。還有研究表明，載氣熱提取法與水銀法相比，當(dāng)氫氣含量大于3×10-2 mL/g時(shí)，載氣熱提取法測(cè)定擴(kuò)散氫含量會(huì)大于水銀法測(cè)得的結(jié)果；當(dāng)擴(kuò)散氫濃度較低（小于3×10-2 mL/g）時(shí)，兩種方法得到的結(jié)果基本一致。同時(shí)研究還表明，焊接樣品在150～400 ℃進(jìn)行脫氣與室溫（20 ℃）時(shí)相比并不會(huì)導(dǎo)致收集到的擴(kuò)散氫量有所增加，而進(jìn)行較高溫度的氫提取可以大大縮短試驗(yàn)時(shí)間。

在測(cè)試時(shí)間及溫度方面，甘油法、水銀法、氣相色譜法的擴(kuò)散氫收集溫度均為45 ℃，收集時(shí)間均為72 h。載氣熱提取法溫度為400 ℃，收集時(shí)間為21min，相比之下，載氣熱提取法更加的快速，便捷。

3 擴(kuò)散氫含量的影響因素

根據(jù)對(duì)焊接過程進(jìn)行分析，結(jié)合國內(nèi)外資料，影響擴(kuò)散氫結(jié)果的原因很多，在其它過程符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下，主要有以下因素。

3.1 焊接參數(shù)

焊接熱輸入對(duì)擴(kuò)散氫含量的影響分為兩方面。一方面，隨熱輸入的增加，熔池在液態(tài)中存在的時(shí)間增長(zhǎng)，有利于擴(kuò)散氫的溢出，減少熔敷金屬中擴(kuò)散氫的含量。其次，從焊接條件看，熱輸入的增加主要是電流的增長(zhǎng)幅度較大，而電流的增加對(duì)熔池的作用力如電磁力、熔滴沖擊力有所加強(qiáng)，使熔池金屬中液態(tài)金屬的流動(dòng)速度和攪拌作用加強(qiáng)，也有利于氫的溢出，使擴(kuò)散氫含量減少。另一方面，隨著熱輸入的增加，氫在熔池中存在的時(shí)間較長(zhǎng)，溶解度增大，使得含氫量增大，所以它們之間存在一個(gè)平衡點(diǎn)[7]。焊接電壓的高低，對(duì)擴(kuò)散氫的含量也有一定的影響，但是在實(shí)際操作中，低氫焊條都盡量采用短弧施焊，其影響可以不考慮。

3.2 焊接道數(shù)

通常都是利用單道堆焊方法測(cè)氫，但實(shí)際焊接結(jié)構(gòu)，有單道焊與多道焊，快速與冷慢速之分。多道焊接時(shí)，不論是水冷還是空冷，焊縫中擴(kuò)散氫的含量基本上與單道焊是處于同一水平的。多道焊接時(shí)，焊縫中的氫不但有向外溢出的過程，也存在一個(gè)向內(nèi)溶解的過程，即后續(xù)焊道中過飽和的氫向前一道擴(kuò)散，形成一個(gè)所謂的積累過程。但隨著焊道數(shù)的增加，擴(kuò)散氫溢出的路程增長(zhǎng)，溢出需要的時(shí)間增加，因而增加了產(chǎn)生延遲裂紋的危險(xiǎn)性。

3.3 冷卻方式

不同的冷卻方式對(duì)擴(kuò)散氫的含量影響也是不同的。目前研究了兩種冷卻方式，即在冰水中冷卻后再放入液氮中冷卻，和直接放入液氮中冷卻。研究對(duì)比了兩種冷卻方式，相比之下直接放入液氮中冷卻的冷卻方式擴(kuò)散氫含量較低，這是因?yàn)樵谕瓿珊附雍?，迅速的在液氮中冷卻首先隔熱氣體保護(hù)膜包圍住了試件，這就大大降低了冷卻率。

3.4 焊接環(huán)境

影響焊接接頭中擴(kuò)散氫含量的因素很多，其中焊接環(huán)境的溫度和濕度對(duì)焊縫中擴(kuò)散氫含量有很大的影響。有研究表明，當(dāng)環(huán)境空氣中相對(duì)濕度一定而溫度不同時(shí)，熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量隨著環(huán)境溫度的升高而升高。當(dāng)環(huán)境溫度相同而相對(duì)濕度不同時(shí)，熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量隨著相對(duì)濕度的升高而升高。熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量隨著空氣中的水蒸氣分壓，即絕對(duì)濕度的增加而明顯增加。

4 結(jié)束語

近年來，隨著焊接行業(yè)的不斷發(fā)展，擴(kuò)散氫的測(cè)定方法越來越被人們重視。文中所述的測(cè)氫方法都有一定的局限性，隨著超低氫焊接材料的研制不斷取得重大進(jìn)展，研制更精確、可靠、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)及沒有公害的新型測(cè)氫方法顯得尤為重要。

在對(duì)于影響擴(kuò)散氫含量的因素方面，由于焊接熱循環(huán)本身是一個(gè)非平衡過程，因而焊接熱循環(huán)各參數(shù)對(duì)擴(kuò)散氫的影響非常復(fù)雜，有待于進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)

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[3] 王曉東， 文九巴， 魏金山. 低合金高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼擴(kuò)散氫的研究進(jìn)展[J]. 洛陽工學(xué)院學(xué)報(bào)， 2002， 23（2）： 16-20.

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篇(7)

關(guān)鍵詞： 柔性顯示；組裝；引線鍵合；覆晶；異向?qū)щ娔z

中圖分類號(hào)：TN141 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 柔性顯示背景分析與發(fā)展前景

1.1 背景分析

近半個(gè)世紀(jì)來，電子信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)日常生活的影響有諸多案例，但其中顯示技術(shù)的發(fā)展帶來的日常生活的變革是最顯而易見的。

從首臺(tái)基于動(dòng)態(tài)散射模式的液晶顯示器（liquid crystal display，LCD）（約為上世紀(jì)70年代），到目前LCD電視的普及、3D電視的熱潮，顯示技術(shù)的發(fā)展顛覆了我們對(duì)傳統(tǒng)陰極射線管（cathode ray tube，CRT）顯示器的認(rèn)知。2012年1～5月，液晶電視銷售額為1，331.9萬臺(tái)，占彩電銷售總額（1，470萬臺(tái)）的90.6%（數(shù)據(jù)來源：視像協(xié)會(huì)與AVC），可以毫不夸張地說，目前已經(jīng)是液晶電視的天下。與傳統(tǒng)的CRT顯示技術(shù)相對(duì)比，液晶顯示技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)已廣為人知，不用贅述。

隨著電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，電子產(chǎn)品已經(jīng)逐步成為日常生活的必須品，而將更多顯示元素引入家庭和個(gè)人環(huán)境是未來顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，目前基于此類的研究正在逐步進(jìn)行（如飛利浦、索尼、通用已經(jīng)開始相關(guān)技術(shù)的研發(fā)）。但是剛性、矩形、基于玻璃基板的顯示器件已經(jīng)顯示出不能滿足設(shè)計(jì)者對(duì)外形的需求，設(shè)計(jì)人員更趨向于選擇一種可彎曲、可折疊，甚至可以卷曲的顯示器件。

與此同時(shí)，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的要求不斷提升，電子產(chǎn)品被要求能承受更多次的“隨機(jī)跌落試驗(yàn)”。而實(shí)驗(yàn)證明基于剛性玻璃基板的顯示器件在試驗(yàn)中極易損壞，所以在引入全新設(shè)計(jì)理念的過程中，具有輕薄、不易碎、非矩形等特性的“概念產(chǎn)品”被普遍認(rèn)為“具有不一般的對(duì)市場(chǎng)的高度適應(yīng)性”。

在產(chǎn)品外形方面，與傳統(tǒng)顯示器相比，柔性顯示器具有更結(jié)實(shí)、更輕薄、樣式新穎的特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)師和最終用戶都極具吸引力。

在制造商方面，柔性顯示器生產(chǎn)時(shí)，可以采用新型印刷或者卷繞式工藝進(jìn)行生產(chǎn)，運(yùn)輸成本相對(duì)低廉，使得制造商具有進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本的潛力。

在潛在安全性方面，當(dāng)柔性顯示器破裂時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生可能導(dǎo)致人員受傷的鋒利邊緣，因此相對(duì)剛性顯示器而言，柔性顯示器無疑更加安全。

1.2 柔性顯示的發(fā)展前景

由于柔性顯示技術(shù)具有獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)，與現(xiàn)有顯示技術(shù)相比具有一定的先進(jìn)性，所以普遍認(rèn)為，在某些市場(chǎng)中，柔性顯示具有潛在的替代優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，柔性顯示技術(shù)更具開拓全新應(yīng)用領(lǐng)域的潛力（如軍方將柔性顯示應(yīng)用于新式迷彩服，而這個(gè)領(lǐng)域傳統(tǒng)剛性顯示器件是很難涉及的）。柔性顯示器是一種具備良好的市場(chǎng)前景的新技術(shù)，目前用于生產(chǎn)柔性顯示器的顯示技術(shù)有十多種，包括傳統(tǒng)的液晶、有機(jī)發(fā)光顯示（organic light-emitting diode，OLED）、電致變色、電泳技術(shù)等等，據(jù)估計(jì)全球約有數(shù)百家公司正在或即將開始柔性顯示的研發(fā)。

可以認(rèn)為，柔性顯示技術(shù)的發(fā)展將為顯示技術(shù)領(lǐng)域注入革命性的創(chuàng)新動(dòng)力。

2 現(xiàn)有組裝技術(shù)的分析

2.1 組裝技術(shù)概述

作為柔性顯示重要部件之一的驅(qū)動(dòng)芯片，如何與柔性顯示器件相連接是一個(gè)值得研究的課題。無論何種顯示技術(shù)，最終的顯示畫面依賴于驅(qū)動(dòng)芯片給顯示介質(zhì)（例如液晶，發(fā)光二極管等）提供其所需的信號(hào)（電壓信號(hào)或電流信號(hào)）。已有的芯片組裝和封裝方式有很多種成熟的方案，但在柔性顯示器芯片組裝時(shí)，最主要考慮的因素有以下幾點(diǎn)：

（1）組裝制程中的壓力和溫度；

（2）組裝方式的可靠度（包括物理連接可靠度和電性能的可靠度）；

（3）組裝中能達(dá)到的最小管腳距離（Pin pitch）和最高管腳數(shù)量。

就目前主流的芯片與目標(biāo)介質(zhì)的組裝技術(shù)宏觀上可以分為如下4類（由于TFT-LCD的驅(qū)動(dòng)芯片與目標(biāo)介質(zhì)組裝技術(shù)比較特殊，所以單獨(dú)歸為一類）：

第一類，微電子封裝技術(shù)，是指將晶圓（Wafer）切割后的Chip做成一種標(biāo)準(zhǔn)的封裝形式的技術(shù)。

第二類，微電子表面組裝技術(shù)（Surface Mount Technology，簡(jiǎn)稱SMTc），是指將封裝后的芯片（IC）成品組裝到目標(biāo)介質(zhì)上的技術(shù)。

第三類，裸芯片組裝（Bare Chip Assembly），是指將晶圓切割后的Chip直接組裝到目標(biāo)介質(zhì)上的技術(shù)。

第四類，液晶顯示器（TFT-LCD）領(lǐng)域特有的芯片封裝和組裝技術(shù)（COF/TCP封裝和ACF bonding技術(shù)）。

下面將逐一介紹各類組裝技術(shù)。

2.2 微電子封裝技術(shù)

對(duì)于電子設(shè)備體積、重量、性能的期盼長(zhǎng)久以來一直是促進(jìn)電子技術(shù)發(fā)展的源動(dòng)力，而在微電子領(lǐng)域，對(duì)芯片面積減小的期望從未停歇（從某種程度上講，芯片的面積決定芯片的成本價(jià)格），在莫爾斯定律的效應(yīng)下，芯片電路的集成度以10個(gè)月為單位成倍提高，因此也對(duì)高密度的封裝技術(shù)不斷提出新的挑戰(zhàn)。

從早期的DIP封裝，到最新的CSP（Chip scale package）封裝，封裝技術(shù)水平不斷提高。芯片與封裝的面積比可達(dá)1：1.14，已經(jīng)十分接近1：1的理想值。然而，不論封裝技術(shù)如何發(fā)展，歸根到底，都是采用某種連接方式把Chip上的接點(diǎn)（Pad）與封裝殼上的管腳（Pin）相連。而封裝的本質(zhì)就是規(guī)避外界負(fù)面因素對(duì)芯片電路的影響，當(dāng)然，也為了使芯片易于使用和運(yùn)輸。

以BGA封裝形式為例，通常的工藝流程如圖3所示。

通常的工藝流程是首先使用充銀環(huán)氧粘結(jié)劑將Chip粘附于封裝殼上，然后使用金屬線將Chip的接點(diǎn)與封裝殼上相應(yīng)的管腳連接，然后使用模塑包封或者液態(tài)膠灌封，以保護(hù)Chip、連接線（Wire bonding）和接點(diǎn)不受外部因素的影響。

另外隨著芯片尺寸的不斷縮小，I/O數(shù)量的不斷增加，有時(shí)也會(huì)使用覆晶方式（Flip Chip）將芯片與封裝殼連接。覆晶方式是采用回焊技術(shù)，使芯片和封裝殼的電性連接和物理連接一次性完成，目前也有在裸芯片與目標(biāo)介質(zhì)的組裝中使用覆晶方式。

2.3 微電子表面組裝技術(shù)

微電子表面組裝技術(shù)（surface mount technolo gy，SMTc，又稱表面貼片技術(shù)），一般是指用自動(dòng)化方式將微型化的片式短引腳或無引腳表面組裝器件焊接到目標(biāo)介質(zhì)上的一種電子組裝技術(shù)。

表面組裝焊接一般采用浸焊或再流焊，插裝元器件多采用浸焊方式。

浸焊一般采用波峰焊技術(shù)，它首先將焊錫高溫熔化成液態(tài)，然后用外力使其形成類似水波的液態(tài)焊錫波，插裝了元器件的印刷電路板以特定角度和浸入深度穿過焊錫波峰，實(shí)現(xiàn)浸焊，不需要焊接的地方用鋼網(wǎng)保護(hù)。波峰焊最早起源于20世紀(jì)50年代，由英國Metal公司首創(chuàng)，是20世紀(jì)電子產(chǎn)品組裝技術(shù)中工藝最成熟、影響最廣、效率最明顯的技術(shù)之一。

表面貼片元器件多使用再流焊技術(shù)，它首先在PCB上采用“點(diǎn)涂”方式涂布焊錫膏，然后通過再流焊設(shè)備熔化焊錫膏進(jìn)行焊接。再流焊的方法主要以其加熱方式不同來區(qū)別，最早使用的是氣相再流焊，目前在表面組裝工藝中使用最為廣泛的是紅外再流焊，而激光再流焊在大規(guī)模生產(chǎn)中暫時(shí)無法應(yīng)用。再流焊中最關(guān)鍵的技術(shù)是設(shè)定再流曲線，再流曲線是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，調(diào)整獲得一條高質(zhì)量的再流焊曲線是一件極其重要但是又是極其繁瑣的工作。

2.4 裸芯片組裝技術(shù)

裸芯片組裝是指在芯片與目標(biāo)介質(zhì)的連接過程中，芯片為原始的晶圓切片形式（Chip），芯片沒有經(jīng)過預(yù)先的封裝而直接與目標(biāo)介質(zhì)連接。常用的封裝形式為COB（Chip On Board）形式。

COB方式一般是將Chip先粘貼在目標(biāo)介質(zhì)表面，然后采用金屬線鍵接的方式將Chip的接點(diǎn)與目標(biāo)介質(zhì)上相應(yīng)的連接點(diǎn)相連接。完成后Chip、金屬連接線、目標(biāo)介質(zhì)上的連接點(diǎn)均用液態(tài)膠覆蓋，用以隔離外界污染和保護(hù)線路。

裸芯片組裝還有另一種方式，即覆晶方式。覆晶方式是指在Chip接點(diǎn)上預(yù)先做出一定高度的引腳，然后使用高溫熔接的方式，使引腳與目標(biāo)介質(zhì)相應(yīng)位置結(jié)合，形成電性的連接。與傳統(tǒng)方式相比，覆晶方式不需要使用金屬線進(jìn)行連接。TFT-LCD驅(qū)動(dòng)芯片常用的TCP/COF封裝使用的即是覆晶方式，但是由于TCP/COF封裝應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，所以沒有將其歸入裸芯片封裝技術(shù)中，而是單獨(dú)劃為一類。

2.5 液晶顯示器領(lǐng)域特有的芯片封裝和組裝形式

由于TFT-LCD顯示電路的特殊性，要求驅(qū)動(dòng)芯片提供更多的I/O端口，所以一般情況下TFT-LCD驅(qū)動(dòng)芯片封裝多采用TCP（Tape Carrier Package）方式，或者COF（Chip On Film）方式，芯片與TFT-LCD顯示面板連接多采用ACF（Anisotropic Conductive Film）壓合粘接的方式。

TCP/COF多使用高分子聚合材料（PI ，polyimide）為基材，在基材上采用粘接或者濺鍍（Spatter）方式使之附著或形成銅箔，然后使用蝕刻方式（Etching）在銅箔上制作出所需要的線路、與Chip連接的內(nèi)引腳（ILB Lead，ILB：Inner Lead Bonding）、與TFT-LCD顯示電路連接的外引腳C（OLB Lead-C，OLB：Outer Lead Bonding）、和外部目標(biāo)介質(zhì)（多為PCB板）連接的外引腳P（OLB Lead-P，OLB：Outer Lead Bonding），最后在所有引腳表面附著一層焊錫。

Chip的接點(diǎn)為具有一定高度的金突塊（Au Bump），在與Chip連接（Assembly）時(shí)，Chip的接點(diǎn)與TCP/COF上的內(nèi)引腳通過高溫高壓形成金-錫-銅合金，從而達(dá)到電性導(dǎo)通的目的，然后使用液態(tài)膠灌封。而在與外部目標(biāo)介質(zhì)——TFT-LCD顯示電路連接時(shí)，則采用另一種組裝方式——ACF壓合粘接方式（AFC bonding）。

ACF膠結(jié)構(gòu)類似于雙面膠，膠體內(nèi)富含一定密度的導(dǎo)電粒子（Conductive Particle），導(dǎo)電粒子為球狀，外部為絕緣材料，內(nèi)部為導(dǎo)電材料。當(dāng)導(dǎo)電粒子受到外部壓力破裂時(shí)，內(nèi)部導(dǎo)電材料露出，多個(gè)破裂的導(dǎo)電粒子連接，可形成電性通路。由于導(dǎo)電粒子破裂時(shí)僅受到垂直方向的壓力，加之芯片相鄰接點(diǎn)距離遠(yuǎn)大于導(dǎo)電粒子直徑，因此，破裂的導(dǎo)電粒子產(chǎn)生的電性鏈路具有垂直方向?qū)щ?，水平方向不?dǎo)電的特性。基于該種特性，ACF膠能使TCP/COF封裝形式的芯片每根外引腳在水平方向上互相絕緣，不致形成短路，而在垂直方向又能與目標(biāo)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)電性導(dǎo)通。由于ACF膠加熱固化后具有很強(qiáng)的粘合力，所以形成電性導(dǎo)通的同時(shí)，可以使COF/TCP與目標(biāo)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)物理連接。

TCP/COF封裝形式能支持高達(dá)數(shù)千的I/O引腳數(shù)，因此在TFT-LCD驅(qū)動(dòng)芯片領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

當(dāng)然，隨著成本因素的影響日漸增加，另一種方式COG（Chip On Glass）也應(yīng)運(yùn)而生。與TCP/COF方式唯一的不同點(diǎn)在于，COG方式不需要PI基材，而是使用ACF壓合粘接方式，直接將Chip與TFT-LCD顯示電路連接，因此會(huì)更加節(jié)省成本。由于在組裝中芯片是晶圓切片形式，所以COG技術(shù)也可以認(rèn)為是一種裸芯片組裝技術(shù)。

3 柔性顯示驅(qū)動(dòng)芯片組裝方安提出

3.1 柔性顯示動(dòng)芯片組裝方案概述

基于上述介紹，可將芯片與目標(biāo)介質(zhì)連接的技術(shù)做如下歸類：

第一類為使用金屬線形成電性連接，該種形式多用在常規(guī)的芯片和封裝殼組裝、裸芯片COB封裝，可將其歸納為Wire bonding方式。

第二類為芯片和目標(biāo)介質(zhì)采用焊接的方式形成電性連接，電子表面組裝技術(shù)，裸芯片覆晶方式多使用該種技術(shù)形式，可將其歸納為焊接方式。

第三類為TFT-LCD芯片組裝中經(jīng)常使用的ACF膠壓合連接方式，可將其歸納為ACF bonding方式。

按照上述分類，擬依照不同技術(shù)背景，制定不同的芯片與目標(biāo)介質(zhì)連接方案，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)芯片與柔性顯示基材的電性連接。

具體方案如下：

方案1：采用Wire bonding方式。

方案2：采用Flip Chip方式。

方案3：采用ACF bonding方式。

需要指出，提出方案時(shí)，只討論理論上該方案的可行性，并沒有對(duì)該種方案是否具有投入實(shí)際生產(chǎn)的可行性做出判斷和論述。

下面將具體討論三種方案的優(yōu)劣。

3.2 Wire bonding方案

目前Wire bonding技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

首先，在晶圓制程后期使用電鍍方式將Chip的連接點(diǎn)做成金突塊；同時(shí)，目標(biāo)介質(zhì)上的引線（Lead）上也使用鍍金技術(shù)使其附著一定厚度的金；然后使用Wire bonding設(shè)備將金屬線的一端熔接（采用超聲波或高溫熔接方式）在金突塊上，另一端采用相同的方式熔接在目標(biāo)介質(zhì)的Lead上，從而實(shí)現(xiàn)電性的導(dǎo)通。由于金具有良好的延展性和良好的導(dǎo)電性，所以，在Wire bonding的過程中，一般使用高純度金線（99.99%）。當(dāng)然，目前在一些極低端應(yīng)用中出于成本的考慮，或者在SOC（System On Chip）/SOP（System On Package）封裝中出于保密的需求，會(huì)在某些沒有高頻信號(hào)和大電流信號(hào)的連接管腳上使用鋁線或者銅線進(jìn)行Wire bonding。

在柔性顯示中使用Wire bonding方案的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)同樣明顯。

首先，金是良好的導(dǎo)體，所以在使用金線鍵接時(shí)無需擔(dān)心傳輸線RC/RH效應(yīng)對(duì)高頻率信號(hào)傳輸造成的影響；同時(shí)，也不需過多考慮大電流信號(hào)在傳輸過程中由于傳輸線本身電阻造成的電壓降效應(yīng)和熱效應(yīng)；其次，采用COB方式可以將芯片直接固定在柔性基材上，省去芯片封裝的成本。

但是，Wire bonding的劣勢(shì)也同樣明顯，第一，一般只有在金含量較高的連接點(diǎn)上才能實(shí)現(xiàn)金線和Lead/Pad的熔接；第二，Wire Bonding要求目標(biāo)介質(zhì)能承受一定壓力且不能有太大形變；第三，Wire Bonding要求目標(biāo)介質(zhì)能承受較高溫度；第四，Wire bonding受Wire bonding設(shè)備精度的限制，以BGA封裝為例，一般I/O數(shù)量為500以內(nèi)的芯片使用Wire bonding的方式，I/O數(shù)量增高，勢(shì)必會(huì)使單個(gè)芯片連接點(diǎn)的尺寸減小，而在I/O數(shù)超過500以上時(shí)，芯片接點(diǎn)的尺寸會(huì)使Wire bonding的成功率大幅下降，而目前的顯示技術(shù)恰恰又要求驅(qū)動(dòng)芯片提供更多的I/O數(shù)目。

所以，綜合分析上述各種因素，只有在低分辨率金屬材質(zhì)（如用金屬箔為基材的柔性顯示）的柔性顯示方案中才有可能采用Wire bonding的方式進(jìn)行芯片和柔性基材的鍵接。因此，作為一種連接技術(shù)，Wire bonding技術(shù)可以使用在柔性顯示中，但是受到Wire bonding技術(shù)自身的制約，它在柔性顯示中的應(yīng)用會(huì)受到不小的限制。

3.3 覆晶方式

覆晶封裝方式的應(yīng)用十分廣泛，由于覆晶方式可以節(jié)省Wire bonding的金線成本，同時(shí)芯片與封裝殼的距離更近，可以保證高頻信號(hào)具有良好的信號(hào)品質(zhì)，所以被大量使用在對(duì)信號(hào)品質(zhì)要求較高的CPU芯片封裝中。傳統(tǒng)封裝形式，芯片的最高工作頻率為2～3GHz，而采用覆晶方式封裝，依照不同的基材，芯片的最高工作頻率可達(dá)10～40GHz。

覆晶方式的基本做法是在芯片上沉積錫球，然后采用加溫的方式使得錫球和基板上預(yù)先制作的Lead連接，從而實(shí)現(xiàn)電性連接。可以這樣認(rèn)為，覆晶方式是焊接方式的提升。

應(yīng)用覆晶方式實(shí)現(xiàn)柔性基材和驅(qū)動(dòng)芯片的連接有其獨(dú)特之處。首先，芯片與柔性基材直接連接，從電性上考慮，該方式由于省略了封裝中的信號(hào)傳輸線，所以可以降低芯片管腳上雜訊的干擾，而從成本角度考慮，由于使用裸芯片，該方式可以節(jié)約芯片的封裝成本；其次，當(dāng)芯片晶背（Chip backside）減薄到一定程度后（例如將Chip晶背研磨至13μm時(shí)，Chip可以彎折，如圖6所示），Chip會(huì)呈現(xiàn)一定程度的柔性，可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)與顯示基材同步的柔性彎曲。

與Wire bonding方式相比，覆晶方式會(huì)有其成本上的先天優(yōu)勢(shì)（不需使用金屬線鍵接），但是覆晶方式也存在一些問題。

覆晶方式中會(huì)使用錫球工藝，目前出于綠色環(huán)?？紤]，微電子表面焊接技術(shù)中大量使用無鉛焊錫，無鉛焊錫的熔點(diǎn)約在200℃以上。而在柔性顯示基材的各種方案中，一般具有良好彎折特性的柔性基材多為有機(jī)材料，有機(jī)柔性基材所要求的制程溫度范圍一般在150℃以內(nèi)，超過200℃的高溫會(huì)對(duì)柔性顯示基材造成不可逆的損傷。所以，柔性基材不耐高溫的特性與覆晶技術(shù)中需要使用的高溫制程存在一定的矛盾。因此，我們可以推測(cè)，覆晶方式在柔性顯示的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)受到其制程溫度的限制。

綜上所述，覆晶方式多應(yīng)用于柔性電路板（Flexible Print circuit）與芯片連接或者PCB板直接與芯片連接。當(dāng)然，在能夠耐受高溫的柔性基材上使用覆晶方式實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)芯片與柔性基材的連接也極為可行。

3.4 ACF bonding方式

ACF bonding是目前TFT-LCD領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)芯片和顯示基板連接最常用的方式，可以將裸芯片或者TCP/COF封裝形式的芯片通過ACF膠與目標(biāo)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)電性連接以及物理連接。

ACF膠連接方式中，ACF膠電阻率變化曲線依賴于導(dǎo)電粒子密度、導(dǎo)電膠厚度、寬度以及導(dǎo)電膠的固化溫度。本文沒有設(shè)計(jì)具體實(shí)驗(yàn)測(cè)量導(dǎo)電膠電阻率的實(shí)際曲線，參考相關(guān)文獻(xiàn)，導(dǎo)電膠的電阻率約為5×10-4Ω×cm。而基于TFT-LCD Array線路本身帶給驅(qū)動(dòng)芯片的負(fù)載遠(yuǎn)大于導(dǎo)電膠引入負(fù)載的事實(shí)，以及驅(qū)動(dòng)芯片輸出信號(hào)對(duì)電容類負(fù)載比電阻類負(fù)載更為敏感的特性，可以認(rèn)為，ACF bonding方式的電阻率的非線性變化不會(huì)為顯示電路引入太多負(fù)面因素。而在TFT-LCD中大量使用ACF bonding方式的事實(shí)更能說明ACF bonding方式的電性能和可靠度是可以接受的。

其次，由于TFT-LCD分辨率的增加，驅(qū)動(dòng)芯片所需的I/O數(shù)量也隨之增加。目前主流的Driver IC已可以提供多于1，000 channel的輸出I/O。I/O數(shù)量的增加直接導(dǎo)致Chip中接點(diǎn)尺寸和管腳間距（Pitch）的減小，而導(dǎo)電膠中導(dǎo)電粒子的直徑遠(yuǎn)小于Chip接點(diǎn)的尺寸，同時(shí)，ACF膠能提供的最小Bonding pitch約為10μm，足以滿足驅(qū)動(dòng)芯片的需求。所以在支持I/O數(shù)量和小管腳間距方面，ACF bonding具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

再次，由于使用金屬箔和薄化玻璃為基材制成的柔性顯示器只能實(shí)現(xiàn)有限的“柔性”，所以目前柔性顯示器基材更傾向于使用柔性更佳的有機(jī)材料。以PET/PEN為例，其耐溫性與傳統(tǒng)剛性顯示基材相比較差，僅為120℃左右。而傳統(tǒng)的Wire bonding和覆晶方式在組裝過程中需要較高的溫度，故該兩項(xiàng)技術(shù)在柔性基材上的應(yīng)用受到制程溫度的極大限制。而ACF bonding方式的組裝溫度取決于ACF膠本壓過程中使用的ACF膠固化溫度，固化溫度會(huì)影響最終成品的物理特性，但對(duì)電性的影響較為有限（圖7 所示為ACF膠在不同溫度/壓力下的電阻變化曲線）。

目前，索尼和3M已經(jīng)有低于150℃的ACF膠出售（約為140℃），而PET/PEN可以短時(shí)間耐受150℃的高溫，所以，使用低溫ACF膠連接驅(qū)動(dòng)芯片和顯示基材成為可能。相比上述前兩種方式，ACF bonding方式具有工藝簡(jiǎn)單、適用范圍廣的特點(diǎn)，所以就目前而言，ACF bonding應(yīng)該是柔性顯示驅(qū)動(dòng)芯片與顯示基材連接的最佳方式。

4 結(jié) 論

通過比較基于不同技術(shù)背景的各種組裝技術(shù)方案，綜合考慮柔性顯示基材的物理特性，ACF bonding方式以其在制程溫度上的低溫特性相比其它兩種方案更具優(yōu)勢(shì)。客觀的說，各種組裝技術(shù)均有其各自的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，而目前柔性顯示基材的物理特性限制了組裝技術(shù)的選擇。我們期待新型柔性顯示基材的面世，能給柔性顯示組裝方式帶來更大的選擇空間。

本文僅在理論層面探討用于柔性顯示屏的驅(qū)動(dòng)芯片連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)，未對(duì)用于柔性顯示屏的驅(qū)動(dòng)芯片連接技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的可行性進(jìn)行討論。

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