氣體保護電弧焊

[拼音]：dianjiagong

[英文]：electromachining

利用電能產生的物理和化學效應直接對材料、工件等進行加工、成型的各種工藝方法的統稱。電加工可加工難切削材料以及精密細小、形狀複雜和結構特殊的零件，並且改善生產條件和勞動環境，易於實現加工生產的自動化。

簡史

最早出現的電加工方法是電火花加工。20世紀40年代初，美國ELOX公司製成使用直流電源、通過工具電極的振動控制火花發生和中止的絲錐粉碎機。1947年，蘇聯科學家Б.Ρ.拉扎連柯夫婦公佈了他們發明的電火花加工方法和三種電火花加工機的圖樣。1956年，蘇聯又首先研製出以沿著自身軸線運動的金屬絲作工具電極、利用電氣靠模控制切割軌跡的電火花線切割機。此後，世界其他國家又相繼開發出光電跟蹤電火花線切割機和數字控制電火花線切割機。現代許多數字控制電火花線切割機已能切割出空間曲面。日本和其他國家現已在研究用電解液作為工作介質的電火花加工方法，用以加工陶瓷等電阻率高的材料，可提高加工精度和加工速度。

中國自50年代初從蘇聯引進電火花成形加工技術後，1966年創制出採用乳化液和高速走絲的電火花線切割機。1969年，中國與瑞士阿奇工業電子裝置有限公司同時研製出數字控制電火花線切割機。1970年，中國又開發了同步迴轉式電火花加工方法。

電火花加工機需用脈衝電源，早期採用RC弛張式脈衝電源。50年代初，RC脈衝電源被改進為RLC脈衝電源，提高了電火花加工的速度，同時降低了電極的相對損耗。50年代後期，出現了使用大功率電子管和閘流管等的高頻脈衝電源。60年代中期出現的電晶體脈衝電源和閘流體脈衝電源，除提高了能源利用率並進一步降低了電極的相對損耗外，還擴大了精加工的可調範圍。70年代，出現了高低壓複合脈衝電源、多回路脈衝電源、等脈寬脈衝電源和波形可調脈衝電源。80年代又出現了前沿斜率可控脈衝電源。

隨著高硬度、高韌性、高強度、高脆性等難加工材料的不斷出現和製造精密細小、形狀複雜、結構特殊零件的需要，電加工的型別也越來越多。1948年，德國科學家K.H.施泰格瓦爾特發明了電子束加工。1955年，美國研究出等離子弧加工。60年代，可用於鐳射加工的鐳射器問世。早期的鐳射加工由於裝置的輸出功率較小，大多隻用於小孔加工和微量切削。20世紀70年代，隨著大功率二氧化碳鐳射器和重複頻率高的釔鋁石榴石鐳射器等的出現，鐳射加工技術有了很大的發展。現在已有輸出功率為數千瓦的鐳射加工機，用於各種材料的高速切割。

分類

現代電加工方法主要分為電物理加工和電化學加工。在電物理加工方法中，用於去除工件上多餘材料的有電火花加工、電子束加工、鐳射加工、離子束加工和超聲波加工；用於在工件上附著其他材料和進行材料永久性聯接的有電焊、電子束鍍、等離子噴鍍、離子鍍、濺射鍍、放電燒結；用於材料成型的有放電成型、電磁成型等。在電化學加工方法中，用於去除工件上多餘材料的有電解加工、電解磨削、電刻蝕等；用於在某種材料外部附著其他材料的有電鑄、電鍍等。

電火花加工

以工件和工具為電極，二者間充以液體電介質。通電後，利用火花放電時產生的熱能去除工件上多餘的材料。又稱電蝕加工和放電加工。英文縮寫EDM。

電火花加工的原理是：使工件和工具分別與脈衝電源的正負極相接，工件和工具之間保持適當的間隙，間隙中充以電介質。通電後，每個脈衝電壓將實際間隙最小處或絕緣強度最低處的電介質擊穿，工件和工具間產生電流密度很大的火花放電，以致使放電點處的工件和工具材料在瞬間高溫下熔化和氣化，氣化時產生的爆炸力又將熔化的材料丟擲，從而在工件和工具表面各形成一個微小的凹坑。當脈衝結束時，液體電介質又恢復絕緣。如此周而復始，工件表面上便形成由無數個凹坑構成的加工表面。通過正確選擇工件和工具在脈衝電源正負極上的接法，可使工具的損耗比工件材料少得多。常用的電晶體脈衝電源的頻率為0.25～100kHz，脈寬為2～2000μs，空載高壓為150～350V，空載低壓為60～90V；可控矽脈衝電源的頻率為0.25～60kHz，脈寬為5～1400μs，空載高壓為250～300V，空載低壓為60～80V。

按工具電極的形式和工具電極在加工過程中相對於工件的運動特徵，電火花加工通常分為6類：

（1）電火花成形加工，成形工具在加工深度方向上作伺服進給運動，並可輔以微量橫向平面運動。

（2）電火花線切割，以沿著自身軸線運動的金屬絲作工具電極、工件按所需形狀和尺寸與工具作相對運動。

（3）同步迴轉電火花加工，工具電極和工件作同步迴轉運動，使工件上產生與工具電極形狀相對應的牙形或齒形，藉以加工螺紋環規、螺紋塞規、變模數齒輪等。

（4）多軸數控電火花加工，用簡單形狀的工具電極在數字控制裝置的控制下相對於工件作空間軌跡運動，從而加工出複雜型腔或型面的工件。

（5）電火花磨削，包括用不含磨料的導電成形磨輪作工具電極的電火花成形磨削、用金屬絲作工具電極並在走絲的同時使工件作迴轉運動的電火花小孔內圓磨削、電火花鏟磨、電火花刃磨和電火花螺紋磨削等。

（6）刻印、齒輪跑合等其他種類的電火花加工。

電子束加工

在真空中，利用高功率密度的電子束轟擊工件時產生的熱能將材料熔化、氣化的電加工方法。英文縮寫EBM。

電子束加工的原理是：在真空中，由熱陰極燈絲髮射出的電子，用高壓靜電場(30～200kV)加速，並經電磁透鏡匯聚成高功率密度的電子束(105～109W/cm2)。當電子束轟擊到工件表面時，其動能轉換成熱能，使材料在瞬時高溫下熔化、氣化。利用偏轉裝置，可改變電子束方向，使之按照一定軌跡掃描，從而加工出所要求形狀的工件。

由於電子束功率密度高，可用於在鎢、鉬、玻璃、陶瓷、寶石、不鏽鋼、耐熱鋼和半導體等難切削材料上進行高速穿孔、蝕刻和切割加工，並且加工速度快、沒有工具損耗和加工表面汙染等問題。此外，還可利用電子束進行焊接和真空冶煉等。由於電子束加工需要一定的真空度，否則將產生離子放電現象，因此其裝置複雜，成本費用高；此外，由於熱陰極的發射強度及電子束聚焦的狀況均與電壓波動有密切關係，因此電子束加工裝置均須藉助穩壓裝置使電源電壓保持穩定。

鐳射加工

利用高功率密度的鐳射束照射工件表面時產生的熱能將材料熔化、氣化，切除多餘材料的電加工方法。英文縮寫LBM。

鐳射加工的原理是：將鐳射器輸出的亮度高、方向性和單色性好的鐳射束通過透鏡聚焦在工件表面上，其聚焦點尺寸與光的波長相近，鐳射的功率密度可達107～1012W/cm2，溫度高達10000℃，可在極短的時間內將材料熔化和氣化，並通過所產生的強烈衝擊波去除熔化的材料。

常用於鐳射加工的鐳射器有二氧化碳氣體鐳射器和紅寶石、釹玻璃、釔鋁石榴石等固體鐳射器。鐳射加工多用於在柴油機噴嘴、化纖噴絲頭、金剛石拉絲模、鐘錶寶石軸承等各種金屬、陶瓷和有機化合物材料的構件上加工微細圓孔或異形孔，還用於切割布匹、紙張、木材等材料，以及用於動平衡去重和劃線等。一般在高溫下熔化或氣化但不分解的材料，都可利用鐳射加工。對於銅、鋁及其合金的製件，由於其熱傳導率和反射率高，鐳射加工的效果較差。

離子束加工

在真空條件下，利用離子束轟擊工件表面時產生的高熱量去除多餘材料的電加工方法。英文縮寫IBM。

離子束加工的原理是：利用電弧放電、高頻放電和電子轟擊等方式將氬、氪、氙等惰性氣體電離成等離子體，然後將正離子引出，並經加速和聚焦後使之以適當角度轟擊工件表面，從而達到切除、剝離工件上多餘材料的目的。精確控制離子束，可將工件表面層原子一層一層地剝離下來。其尺寸精度可以原子間距為度量單位，實現“原子級加工”或“奈米加工”。

通過調節離子束的功率密度、束斑直徑、以及離子束流的入射角度等，離子束加工裝置不僅能夠用於微細加工，也可用於工件表面蝕刻、鍍覆和離子注入等。後者也被稱為離子束加工。

超聲波加工

以一定的力將工具壓在工件表面上，並使之作超聲頻機械振動，迫使處於工具和工件之間的磨料懸浮液產生衝擊、空化作用，以粉碎去除工件表面多餘材料的加工方法。英文縮寫USM。

超聲波加工的原理是：超聲換能器將超聲發生器產生的超聲頻電振動轉換成超聲頻機械振動，並藉助變幅杆使振幅放大後驅使工具振動，從而在一定壓力作用下，通過磨料懸浮液中的磨粒衝擊、拋磨，以及液壓衝擊和空化作用，使工件表面材料粉碎而被去除。適用於加工硬脆的非金屬材料、半導體、淬火鋼和硬質合金等。超聲波加工機用超聲電源的輸出功率在 20～4000W範圍內，頻率在(16～25)kHz之間。