工藝實驗論文范文
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第1篇
實踐教學是加強學生專業知識教育，提高學生綜合素質，培養學生實踐能力和創新能力的重要環節。社會上需要理論和實踐能力充分結合的綜合型人才，所以我們應該把實驗教學提升到實踐科學的高度來認識、探索、研究和實施，研究實踐方法，強化實踐過程，提高學生綜合分析問題和解決問題的能力。工藝實驗就是這樣一類專業實驗，實驗項目的提出結合科研方向，以工程訓練的方式完成實驗項目。這類實驗不同于一般的測試實驗，它需要多個工藝過程才能完成，包括方案的提出，方案的論證，各工藝過程的完成，性能的測試等，每一個過程都相當于一個單一的小實驗，有目的、內容、原理、步驟等，所以多工藝實驗項目既能鍛煉學生的動手能力，又能鍛煉學生的創新能力、科研思維、綜合能力，不僅理論性很強，技術性和實踐性更強。華中科技大學光學與電子信息學院電子科學與技術專業開設的《電子器件制備工藝》就是這樣一門課程。
二、課程組織方式
工藝實驗不同于一般的課堂實驗，完成它需要較長時間，所以以課程設計方式組織實驗，教學形式以學生自主進行特定項目為主，教師參與指導并審核：學生自主完成方案的提出和論證，完成論證報告，指導教師審核，在理論可行的情況下，按照預約時間進入實驗室完成各工藝過程，最后測試器件或材料性能。學生可以自行決定實驗時間，在給定的期限內完成全部實驗工藝。在電子器件制備工藝課程設計中，我們提供了學生實踐的時間和研究條件，學生自行設計方案，自行完成實驗，充分發揮了學生的主觀能動性和創造性，調動了學生的積極性，促進了學生的能力發展。
三、教學內容的設計
電子器件制備工藝課程內容，注重加強各不同研究方向之間的綜合，滿足學生寬口徑訓練的要求，不同的學生可以選擇不同興趣方向的題目類型來完成。選擇了興趣方向以后，就進入自行完成實驗的階段。整個課程的內容包括：資料的查詢—方案的制定—方案的論證及審核—工藝過程—性能測試。
1.資料的查詢及方案制定。
選題后，學生要查閱資料，理解題目，消化和整理資料，寫出本實驗項目的設計報告，并從理論上論證實驗方案及結果。實驗方案確定后，在進入實驗操作之前，需要指導教師審核設計方案，以可行性和理論正確性為原則。這一步很重要，如果方案制定正確，整個項目就等于完成了一半，以后的實驗過程就會很順利，在工藝操作過程不出錯的情況下，基本能得出好的結論。
2.工藝的進行。
在進入實際工藝操作之前，學生應該充分了解工藝的原理、意義和目的，并且要了解各工藝的注意事項，以免出現設備的損壞、實驗的失敗等現象。在各個實驗工藝進行過程中，學生應該嚴格按照工藝要求進行，實驗教師也會要求學生嚴肅對待，發現問題要及時討論，并提出解決方案，力求使實驗出色完成。經過整個工藝實驗過程，學生對專業的興趣提高了，獲得新知識的能力提高了，創新能力和研究思維得到了很好鍛煉，動手能力、操作技能、分析和解決問題的能力得到了很大的提高。
四、實驗教材的制定
工藝實驗課程的實驗教材內容，主要從實驗過程入手，講解各工藝過程的目的和意義，以及該工藝所需設備的操作注意事項。盡量能詳細地講解實驗過程中可能存在的問題以及解決方法。
五、工藝實驗的組織實施
第一次接觸多工藝實驗項目的同學，一般要先參觀實驗室，然后進行實驗預約（設備預約），做好準備后進入實驗室（進行各工藝過程）。
1.參觀實驗室。
實踐教學是動手能力的培養，多工藝實驗也不例外，但它與傳統的專業測試實驗又不同，需要完成一系列的操作才能達到教學目的。所以實驗前對即將要接觸的各環節（如設備、流程、注意事項等）必須做到心中有數，提前熟悉實驗室，對實驗設備有感性認識，實驗過程可能出現的一些問題應該在進入實驗室之前就有心理準備，才能做到實驗時有的放矢。參觀實驗室可以以小組或班級為單位進入實驗室，實驗教師針對具體事項進行講解，解答學生心中的疑問。這個環節可以大大減少實驗中破壞性事件（如損壞設備等）的發生概率。
2.實驗預約。
實驗預約是一個很重要的環節。工藝實驗的預約不同于一般實驗，主要是針對設備的預約。由于實驗學生人數多，設備有限，在實驗進行期間，所有設備全天開放，而進行實驗的學生要分時分段進入實驗室。為了更好地安排實驗時間，我們設計了一個預約表格（表1），學生可以根據表格提示預約。
3.實驗過程參與情況跟蹤。
在工藝實驗中，由于以團隊形式進行，團隊成員中就存在自覺與不自覺、主動與不主動的問題，我們采用了實驗環節的登記制度，保證每個同學參與到每個環節，就保證了讓每個參與的同學都了解各工藝過程的意義和作用，也為成績的評定提供參考。表2是小組完成工藝實驗流程登記表。上述措施既保證了每個同學各個工藝過程都要參加，同時對每個同學來說也保證了項目研究的完整性。
六、實驗評價體系的制訂
工藝實驗是以小組為單位進行，為了激發同學們的積極性，我們制定了特定的成績評價體系。傳統的成績評定體系，以教師作為評價主體，對實驗結果的判斷占據了主導地位，一般是根據實驗團隊的實驗結果判斷實驗團隊的總體成績，而無法對實驗團隊中的每一位成員做出具體評價。對于工藝實驗這一類型的項目來說，團隊多、周期長、環節多、課外工作量大，傳統的評價體系不能準確評價團隊中的每一個體。由于缺乏其他的評價主體，團隊中學生個人的實驗情況未得到充分考察，教師無法公平、公正地衡量每位學生在實驗團隊中的貢獻，打擊了部分學生的實踐積極性，嚴重影響課程效果。為了解決傳統成績評定的弊端，我們在成績評定中增加了學生的自評和互評環節，讓學生自我評價，內容包括實驗態度、資料檢索、創新性、團隊合作情況等，并讓學生對所在團隊中的其他成員進行評價。自評互評綜合形成每個學生的平時成績；再結合實驗結果的老師評定，形成學生的最終成績。通過成績評定方式的改變，大大增強了學生參與實驗的主動性，有助于學生進一步融入實驗，成為實驗課程真正的主人，端正實驗態度，避免“被動實驗”的消極情緒。
七、結論
第2篇
用50kg中頻感應電爐熔煉，金屬爐料的加料順序為:廢鋼、生鐵，鎳板、鉬鐵、鉻鐵、硅鐵、錳鐵，最后加鋁進行終脫氧。合金熔煉溫度為1500—1550℃，澆注溫度1450—1500℃，稀土變質劑在爐外包中加入。鋼液出爐后快速澆注成Y型試樣。試驗鋼的化學成分見表1。性能試樣均在Y型試塊上截取，沖擊試樣采用10mm×10mm×55mm的無缺口標準試樣，在JB-5型擺錘式沖擊試驗機上進行室溫沖擊韌性試驗，每組試驗數據均取其3根試樣的平均值。硬度測試在HR-150A洛氏硬度計上進行，每塊試樣測3—5個點，取其平均值。采用光學顯微鏡和JSM-5610LV掃描電鏡來觀察試樣的斷口形貌和金相組織。
2實驗結果及分析
2.1試樣的鑄態組織圖1為18Cr23MoVRE鑄鋼試樣組織的掃描圖片。由圖1可知，18Cr23MoVRE鑄鋼試樣的鑄態組織由珠光體和少量片狀馬氏體+碳化物組成，晶粒粗大，碳化物呈塊狀、團球狀和連續網狀沿晶界分布。這主要是因為結晶過程中，先結晶的晶粒內合金元素含量較低，富裕的合金元素被推至結晶前沿，導致這些合金元素在結晶前沿富集，當這些合金元素達到一定的濃度時，在晶粒間形成碳化物，并沿晶界連續分布，如圖1(a)所示。當18Cr23MoVRE鑄鋼經950℃淬火+300℃回火處理后，其組織為回火馬氏體+碳化物，見圖1(b)，碳化物以短桿狀、塊狀和狀沿晶界斷續分布，馬氏體基體得到細化，網狀碳化物分布得到明顯改善。隨淬火溫度的提高，顆粒狀碳化物增多，基體晶粒粗化，細碳化物顆粒彌散分布于基體上，見圖1(c)。當淬火溫度達到1050℃時，馬氏體基體和碳化物明顯粗化，晶內細顆粒狀碳化物增多，見圖1(d)。因為在熱處理溫度下，晶界碳化物不斷擴散進入基體晶粒內部，晶界碳化物減少，碳化物網被打破，淬火時這些溶入基體的合金元素來不及析出，被過飽和固溶于馬氏體基體內，回火過程中，溶入馬氏體內的合金元素以細顆粒碳化物的形式彌散均勻析出在基體上，改善了鋼中碳化物的分布，熱處理溫度提高，熱處理后鋼的晶粒越粗大。可見，合理的熱處理工藝可以改善鋼的組織和碳化物分布。
2.2試驗鋼的力學性能18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼試樣經不同溫度淬火+300℃回火熱處理后的力學性能見圖2。由圖2可以看出，鑄態18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的硬度值最小，為HRC44，隨著淬火溫度的升高，18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的硬度提高。當淬火溫度升高至1000℃時，18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的硬度升至最高，達到HRC58.5，繼續提高淬火溫度至1050℃時，18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的硬度略有下降，為HRC58。可見，適當提高淬火溫度，對18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼硬度的改善有益，但淬火溫度不宜過高。淬火之所以能提高18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的硬度，主要是因為提高淬火溫度，有更多的碳原子及合金元素溶于奧氏體，淬火后馬氏體中碳和合金元素的過飽和度增加，加劇了馬氏體晶格畸變，固溶強化作用增大，從而提高了材料的硬度。從圖2還可以看出，淬火溫度對18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的沖擊韌性也有一定的影響，鑄態18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的沖擊韌性為4.6J，相對較低;隨著淬火溫度的升高，18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的沖擊韌性逐漸升高，當淬火溫度達到1000℃時，18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的沖擊韌性達到了5.8J;再升高淬火溫度，18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的沖擊韌性有降低的趨勢。這主要是因為鑄態18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼組織是不均勻的，存在成分偏析，那些高碳高合金微區韌性往往較差，在熱處理過程中，高碳高合金微區的元素在高溫下向低碳低合金微區擴散，鋼的成分、組織和韌性得到改善。當淬火溫度較高時，由于晶粒長大使鋼的組織粗大，脆性增加。因此，適當的熱處理可提高18Cr23MoVRE耐磨鑄鋼的性能，以1000℃淬火+300℃回火最佳。
3結論
第3篇
鉆探施工難點
(1)上巖組斑點狀碳質絹云千枚巖、碳質絹云千枚巖層理發育，巖石傾角大，硬度低，其構造破碎帶巖石酥松破碎，且有長度不均的黑色泥質巖段。在這種巖體中形成鉆孔后，巖體原始的力學平衡狀態被破壞，若鉆孔傾角大，受重力作用，以及泥漿沖刷、提下鉆的抽吸作用，鉆進過程中易出現坍塌掉塊、縮徑現象，成孔困難，巖心堵塞現象十分嚴重，取心難度大、采取率低。(2)下巖組白云石大理巖和條帶狀白云石大理巖硅化嚴重，巖石堅硬完整致密，研磨性低，可鉆性級別高，鉆效低。
鉆探工程要求
全孔巖心采取率不低于95%;終孔直徑不小于96mm(HQ);鉆孔設計頂角30～40°，每30m及終孔測斜一次。頂角每百米允許誤差為3°，方位角每百米允許誤差為5°。
主要施工工藝
1鉆探設備
使用寶長年公司生產的LF70全液壓動力頭鉆機，配備額定壓力7.0Mpa的全液壓泥漿泵。LF70鉆機使用96mm(HQ)口徑，施工時理論鉆進能力為542m，鉆機可鉆進頂角范圍0～45°內的任意鉆孔，非常適合礦區大角度鉆孔的鉆探施工。為了彌補鉆機處理事故強力起拔能力低的弱點，現場配備了液壓千斤頂，起拔能力75t。
2孔身結構
全孔繩索取心鉆進。使用122mm(PQ)口徑開孔，下108mm套管隔住第四系，以96mm口徑終孔。下套管過程中，在108mm套管入巖部分的外壁上涂抹黃油，并密封好孔口，為便于終孔后起拔套管。
3鉆進參數選擇
鉆壓:孕鑲金剛石繩索取心鉆頭壓力的確定，按照單位壓力40～80kg/cm2計算。寶長年LF70鉆機孔底壓力的確定需要讀到鉆壓表上的兩個數值。開始鉆進時，將油缸慢速給進控制閥至于鉆進位置，鉆具緩慢回轉向孔底接近但未接觸孔底時(懸吊狀態)，鉆壓表顯示的值為孔內鉆具總重量與油缸下行給進力之和。當鉆頭完全接觸孔底時，由于存在地層反作用力，鉆壓表顯示的數值會減小為另一個值，這兩個數值的差值稱為失壓值，失壓值乘以油缸有效面積(45cm2)即為孔底鉆壓。一般來說，在一定范圍內鉆速是隨著鉆壓的增大而增加的，但與此同時，單位進尺金剛石的耗量也隨鉆壓的增大而增大［1］。過大的鉆壓會使金剛石耗量急劇增大，導致鉆頭使用壽命降低，影響繩索取心工藝優勢的發揮。轉速:金剛石鉆進是以高切削頻率表面疲勞破碎和小體積量體積破碎為主要碎巖機理，所以轉速是金剛石鉆進工藝中保證鉆進效率的重要因素。對于轉速的確定，按普通金剛石鉆頭鉆進的圓周速度(孕鑲鉆頭1.5～3.0m/s)計算轉速。根據地層情況，巖石完整時，可適當開較高的轉速，當地層復雜時，要將轉速控制在一定的范圍內。泵量:繩索取心鉆進時鉆柱與孔壁之間的環空間隙小，沖洗液上返流速快，加之孕鑲金剛石鉆頭所切削出的巖屑粒徑極小，所以一般而言，泵量的大小只要保證鉆頭冷卻、能夠排出巖屑即可，過大的泵量除了會抵消一定的鉆壓以外，還極易沖垮松散破碎地層，導致巖心缺失，不利于鉆進。鉆進參數的具體選擇可參見表1。
4沖洗液的配制及維護
根據鉆孔在不同孔段巖層變化及孔壁的完整程度，及時、靈活、有效地選用和調配使用不同類型和性能的沖洗液，并適時做好沖洗液的凈化、監控及維護管理工作，是保證順利鉆進的首要條件［2］。開孔鉆進第四系覆蓋層時，沖洗液配方為1m3水+2%磺化瀝青(DLSAS)+2‰PAM。通過現場使用發現，DLSAS在覆蓋層巖心表面形成一層薄而韌的泥皮，巖心自內管取出時幾乎為一個整體，證明DLSAS具有極佳的防塌護壁護心效果。鉆進完整地層時，使用無固相沖洗液，配方為1m3水+1‰～2‰PAM。使用無固相沖洗液時，常由于巖屑沉淀不佳而導致沉淀箱中的沖洗液變成巖粉漿，從而導致泵壓高、孔內巖粉無法排出，甚至發生燒鉆事故，影響正常鉆進。現場解決這個問題的方法除了合理布置地面循環系統外，還應要求班組勤換沖洗液，勤加清理沉淀箱以保證正常鉆進。鉆進酥松破碎、膠結性差、縮徑等遇水不穩定地層時，對沖洗液的要求更高。要保證沖洗液失水量低、一定的粘度、良好的抑制性和剪切稀釋性。現場使用腐植酸鉀(KHm)－磺化瀝青(DLSAS)－高效植物膠復合低固相泥漿作為復雜地層沖洗液，配方為4%鈉土+1‰HV－CMC+4‰KHm+1%DLSAS+2‰植物膠。在配置時，按照先無機、后有機的順序加入，并保證有充足的攪拌時間。該配方在鉆進酥松破碎的碳質絹云千枚巖時取得了理想的應用效果。此外，鉆進時，將轉速控制在400r∕min之內，將有效消除鉆桿內固相顆粒掛壁結垢問題。設置沖洗液循環系統時，要保證循環槽的長度、坡度及檔板數量。防止沖洗液在循環槽中流速過高、沖洗液所攜帶的巖粉無法通過降速與結構破壞作用而順利的凈化沉除［3］。
5鉆孔漏失治理
在勘探區上下兩巖組的鉆進過程中，均出現了不同程度的漏失情況，我們以“預防為主，隨鉆堵漏”作為解決鉆孔漏失的主導思想，以801堵漏劑作為主要堵漏材料，根據經驗，提前判斷漏失層位，在沖洗液中加入一定量的801隨鉆堵漏劑預防漏失。當出現鉆孔漏失時，視漏失量的大小，加入1%～4%的801隨鉆堵漏劑，1%的磺化瀝青粉，并增加PAM的含量，配置成高粘漿液隨鉆堵漏。在勘探區使用該方法進行鉆孔漏失的治理，實用性與經濟性俱佳。
6鉆頭的使用
根據在礦區地層巖石硬度、研磨性及完整度，并結合實際使用經驗，基本以8#Q系列繩索取心半合管底噴鉆頭作為主打鉆頭。在厚度較大、完整、硅化嚴重的白云質大理巖及白云質條帶狀大理巖時，則選用胎體硬度較低的10#鉆頭，底唇面均為尖齒環形。使用新金剛石鉆頭時要進行初磨，一般先輕壓(正常鉆壓的1/3以內)、慢轉(200r/min左右)5～10min，再采用正常鉆進參數進行鉆進。在每個回次鉆進開始時，也要對鉆頭進行磨銳。
7測斜與巖心定向技術
使用單點照相測斜儀，儀器羅盤技術參數:斜孔方位角0～360°，傾角0～90°，直孔方位角0～360°，傾角0～90°。該儀器具有結構簡單、使用方便、測量精確度高等特點。為便于測斜，在測斜儀外保護管上焊接了可以直接與打撈器鋼絲繩接頭連接的母扣，有效減少了測斜輔助時間。為了適合在斜孔內測量，在測斜儀外保護管上部加工了扶正器，使測斜儀可以探出鉆頭并懸吊在鉆頭內臺階處進行測量，保證了測量數據的準確性。2011年，使用HQ\HQ3ActⅡ型隨鉆巖心定向儀，共完成鉆孔60個，在其中57個鉆孔共3848個回次進行了巖心定向，有3472個回次定向操作成功，巖心定向成功率達到了90%。該儀器是設計與HQ\HQ3繩索取心鉆具配合在斜孔中使用的巖心定向儀器，當HQ3口徑鉆進時可以通過連接在內管總成上的ACT測量儀器(定向工作儀)進行巖心定向測量工作，回次鉆進結束后將內管打撈起來，使用地表控制儀器與ACT測量儀器對接，經過數據對比后可確定出巖心管內巖心在孔內原始狀態下重力低邊的位置，從而完成對巖心實際空間產狀的測量。每套儀器可配備兩套HQ3內管總成使用，除增加一定的操作輔助時間外，對鉆進深度和純進尺速度沒有任何影響。
8上巖組酥松破碎、斷層泥巖段施工工藝
使用HQ3半合管+底噴鉆頭鉆進工藝。在使用時，內管與鉆頭臺階的距離要小于普通繩索取心內管與鉆頭臺階的距離，在1mm以內，保證足夠的沖洗液由鉆頭底面噴嘴流出，不會沖刷巖心導致巖心缺失;在取心率低的地層采用短回次(0.5～1.0m)、低參數鉆進(鉆壓≯10kN，轉速≯400r∕min，泵量≯70L∕min)，以保證采取率;發生巖心堵塞要立即打撈內管，保證巖心不磨損、不燒鉆;起下鉆速度要均勻，不可猛起猛放，下鉆時，應先下外管，再下內管，以防止抽吸壓力過大從而增加孔壁失穩的可能性，保證孔壁穩定;使用腐植酸鉀(KHm)－磺化瀝青(DLSAS)–高效植物膠、復合低固相泥漿為沖洗液，并保證沖洗液的性能，嚴禁與PAM無固相沖洗液在裸眼狀態下頻繁更替使用;及時回灌沖洗液，保證液柱壓力能夠平衡孔壁應力;
9下巖組硬巖層施工工藝
使用胎體硬度相對較軟的10#鉆頭鉆進。適當加大鉆壓強迫鉆頭進尺，迫使胎體磨損金剛石出露，待正常后立即恢復原來鉆壓，但要注意過度加壓會導致鉆孔彎曲度增加;磨料選用機場周圍挑選的未風化的石英巖，碎至6～7cm3，一般一次投入10～15粒，保證孔底壓力12kN左右，低轉速、小泵量，10～20轉后將鉆頭提離孔底，反復8～10次后再正常給水鉆進［4］。孔底磨鉆頭法效果明顯，但鉆頭磨損很快，使用需慎重，且輔助時間長、成本高，投入時應將磨料逐一投入，不可一次性全部投入，以免在鉆桿內架橋。
