我國焊接技術的發(fā)展趨勢

我國焊接技術的發(fā)展趨勢國外專家認為：“到2020年焊接仍將是制造業(yè)的重要加工工藝。它是一種精確、可靠、低成本，并且是采用高科技連接材料的方法。目前還沒有其他方法能夠比焊接更為廣泛地應用于金屬的連接，并對所焊的產品增加更大的附加值。世界上鋼及其它金屬產量、品種的不斷增長及其對制品質量、性能要求的日益提高，特別是隨著我國的入世及世界制造加工基地向我國不斷轉移，作為工業(yè)縫紉和線（材料）的焊割機和焊絲、焊條的數(shù)量、質量和品位及其自動化生產水平，也將有限大提高。按每億噸鋼材需求25萬臺焊機，我國每年消耗鋼材3億噸（焊接結構約1.2噸），需要焊機約75萬臺，不難預測，今后8~10年內它們將會繼續(xù)保持高速發(fā)展。為適應國內外市場急速發(fā)展和激烈競爭的需求，焊接設備與制造業(yè)將以市場為目標，進行傳統(tǒng)、通用產品改造、產品結構的調整、質量認證和規(guī)范管理，組織化規(guī)?；?、專業(yè)化、自動化的批量生產；同時加強對現(xiàn)代焊接技術的研究開發(fā)，特別是發(fā)展高效、節(jié)能、高性能、優(yōu)質和多絲高速焊接設備、重大裝備及其數(shù)字化控制技術和新焊接材料，取代進口，爭取出口。1.焊接自動化技術的現(xiàn)狀與展望隨著數(shù)字化技術日益成熟，代表處動地接技術的數(shù)字焊機、數(shù)字化控制技術業(yè)已穩(wěn)步進入市場。三峽工程、西氣東輸工程、航天工程、船舶工程等國家大型基礎工程，有效地促進了先進焊接特別是焊接自動化技術的發(fā)展與進步。汽車及零部件的制造對焊接的自動化程度要求日新月異。我國焊接產業(yè)逐步走向“高效、自動化、智能化”。目前我國的焊接自動化率還不足30%，同發(fā)達工業(yè)國家的80%差距甚遠。從20世紀未國家逐漸在各個行業(yè)推廣自動焊的基礎焊接方式——氣體保護焊，來取代傳統(tǒng)的手工電弧焊，現(xiàn)已初見成效?？梢灶A計在未來的10年，國內自動化焊接技術將以前所未有的速度發(fā)展。2.高效、自動化焊接技術的現(xiàn)狀20世紀90年代，我國焊接界把實現(xiàn)焊接過程的機械化、自動化作為戰(zhàn)略目標，已經(jīng)在職各行業(yè)的科技發(fā)展中付諸實施，在發(fā)展焊接生產自動化，研究和開發(fā)焊接生產線及柔性制造技術，發(fā)展應用計算機輔助設計與制造；藥芯焊絲由現(xiàn)在的2%增長到20%；埋弧焊焊材也將在10%的水平上繼續(xù)增長。其中藥芯焊絲的增長幅度明顯加大，在未來20年內會超過實芯焊絲，最終將成為焊接中心的主導產品。（2）高效、節(jié)能并能夠自動調節(jié)焊接參數(shù)的智能型逆變焊機將逐取代手弧焊和普通晶閘管焊機，而且焊機的操作趨向于簡單化、智能化，以符合當今淡化操作技能的趨勢（3）在汽車上、造船、工程機械和航空等領域，適用于不同場合的智能化焊接機器人較為廣泛的應用，大幅度提高了焊接質量和生產效率?？上驳氖俏覈芏啻龢I(yè)部門和大型個業(yè)已經(jīng)意識到這些問題，船舶工業(yè)已經(jīng)率先提出，到2005年，船廠的高效率焊接要達到80%以上，其中二氧化焊接自動化的發(fā)展相對來說較好，國內的焊接廠商先后為一汽、東風、長豐、徐工、成都神鋼、美的、格蘭仕等多家著名的汽車生產廠、家電生產企業(yè)研究制了幾十臺（套）自動化焊接專機線，整個生產過程由PLC可編程控制器作為中心控制環(huán)節(jié)，大量采用非接觸傳達室感器件和光電編碼控制環(huán)節(jié)。該生產線通過焊接工位機械實現(xiàn)了自動化操控，運行規(guī)范、可靠，在保證產品質量的基礎上，極大地提高了生產效率，減少生產人員達80%以上。該生產線被日本專家評價為后橋殼生產亞洲自動化程度最高生產線之一。推進焊接自動化進程，學習、吸收、借鑒、提高是十分重要的環(huán)節(jié)，應加強現(xiàn)有世藝的學習和提高。由于現(xiàn)有工藝多為手工操作，有其局限性，但如果在學習的基礎上利用現(xiàn)代自動化技術進行嫁接改造，往往就可以實現(xiàn)一定的突破。國外如歐美、日本等發(fā)達國家早在20世紀80年代便在石油，化工、造船、建筑、電力、汽車、機械等行業(yè)采用數(shù)字控制的小車式自動氣保焊機，代替人工進行焊接生產。近年來，國內幾家企業(yè)開發(fā)了幾種類似的自動焊接小車，但在結構和功能上均屬低端產品，在數(shù)字控制、焊接參數(shù)預置和專家系統(tǒng)自動調用等方面均為空白。在吸收和借鑒國外先進、成熟基礎之上，代表自主知識產權的第一代數(shù)控小車式自動焊在國內問世。該焊具有攜帶方便、安裝簡單、操作靈活、智能化程度高等特點，通過微機控制的多種焊接模式和專家程序，可在不同焊接位置滿足多種焊接工藝要求焊縫的焊接。數(shù)字化控制小車自動焊機的研制和市場推廣，一方面為石油、化工、造船、電力等行業(yè)提供了同國外同等技術檔次的國產自動焊接設備，另一方面為國內成功自主研發(fā)高端數(shù)字化焊機找到了一個切入點，對推動焊接行業(yè)在專用自動焊接設備的發(fā)展，具有里程碑的重大意義。3.焊接自動化技術的展望電子技術、計算機微電子住處和自動化技術的發(fā)展，推動了焊接自動化技術的發(fā)展。特別是數(shù)控技術、柔性制造技術和信息處理技術等單元技術的引入，促進了焊接自動化技術革命性的發(fā)展。（1）焊接過程控制系統(tǒng)的智能化是焊接自動化的核心問題之一，也是我們未來開展研究的重要方向。我們應開展最佳控制方法方面的研究，包括線性和各種非線性控制。最具代表性的是焊接過程的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制，以及專家系統(tǒng)的研究。（2）焊接柔性化技術也是我們著力研究的內容。在未來的研究中，我們將各種光、機、電技術與焊接技術有機結合，以實現(xiàn)焊接的精確化和柔性化。用微電子技術改造傳統(tǒng)焊接工藝裝備，是提高焊接自動化水平淡的根本途徑。將數(shù)控技術配以各類焊接機械設備，以提高其柔性化水平，是我們當前的一個研究方向；另外，焊接機器人與專家系統(tǒng)的結合，實現(xiàn)自動路徑規(guī)劃、自動校正軌跡、自動控制熔深等功能，是我們近期研究的重點。（3）焊接控制系統(tǒng)的集成是人與技術的集成和焊接技術與信息技術的集成。集成系統(tǒng)中信息流和物質流是其重要的組成部分，促進其有機地結合，可大大降低信息量和實時控制的要求。注意發(fā)揮人在控制和臨機處理的響應和判斷能力，建立人機圣誕的友好界面，使人和自動系統(tǒng)和諧統(tǒng)一，是集成系統(tǒng)的不可低估的因素。（4）提高焊接電源的可靠性、質量穩(wěn)定性和控制，以及優(yōu)良的動感性，也是我們著重研究的課題。開發(fā)研制具有調節(jié)電弧運動、送絲和焊槍姿態(tài)，能探測焊縫坡開頭、溫度場、熔池狀態(tài)、熔透情況，適時提供焊接規(guī)范參數(shù)的高性能焊機，并應積極開發(fā)焊接過程的計算機模擬技術。使焊接技術由“技藝”向“科學”演變輥實現(xiàn)焊接自動化的一個重要方面。本世紀頭十年，將是焊接行業(yè)飛速發(fā)展的有利時期。我們廣大焊接工作者任重而道遠，務必樹立知難而上的決心。抓住機遇，為我國焊接自動化水平的提高而努力奮斗。1、氣體保護焊接技術（1）表面張力過渡的波形控制法方法的關鍵是用2個電流脈沖完成1個熔滴過渡，第1個電流脈搏沖形成熔滴并使之長大，直至熔滴與工件短路；第2個電流脈沖是1個短時窄脈沖并不斷檢測其di/dt，同時控制電流脈值，以產生適當?shù)碾姶攀湛s力，使熔滴頸部收縮變細，最后靠熔池表面張力拉斷，完成1個熔滴過渡而不產生飛濺。（2）逆變電源波形控制利用逆變電源良好的動特性和靈活的可控性，采用波形控制，在短路階段初期抑制電流上升，以減少電磁力在剛形成小橋時熔滴過渡的阻礙和爆斷，減少大顆粒飛濺，并利于熔滴在熔池攤開；當熔滴在熔池攤開后，使電流迅速成上升，以加速形成縮頸，以后再慢速上升到一校低峰值，使小橋爆斷時飛濺減少。（3）氬弧焊接技術氬弧焊有非熔化極（TIG）和熔化極（MIG）兩種，均用于汽車工業(yè)有色金屬和高合金鋼焊接中。為了改善CO2氣體保護焊的成形和減少飛濺，采用加入80%或20%Ar的混合氣體保護焊。2、等離子體的應用氬氣保護的等離子焊接切割早已在和業(yè)應用，主要用于合金鋼和有色金屬加工。目前空氣等離子切割已普遍應用于一般鋼鐵和有色金屬的切割，國內鐵路客車廠引進了水下等離子切割，以減少變形和提高精度。發(fā)動機氣閥體早已采用填充圈等離子焊接。近十幾年來粉末等離子堆焊有很大發(fā)展，可進行小熔合比的薄層料精細堆焊，能堆焊各種特種合金表面。二、汽車工業(yè)焊接的總體發(fā)展趨勢1、發(fā)展自動化柔性生產系統(tǒng)工業(yè)機器人，因集自動化生產和靈活性生產特點于一身，故轎車生產近年來大規(guī)模、迅速地使用了機器人。在焊接方面，主要使用的是點焊機器人和弧焊機器人。由下圖可見，機器人在轎車中的使用量正在迅速上升。焊接生產線要高度自動化，廣泛采用6自由度的機器人，且機器人具有焊鉗儲存庫，可根據(jù)焊裝部位的確良不同要求或焊裝產品的變更，自動從儲存庫抓換所需焊鉗。傳輸裝置則已發(fā)展為采用無人駕駛的更具柔性化的感應導向小車。2、發(fā)展輕便組合式智能自動焊機近年來，國內的汽車制造廠都非常重視焊接的自動化。如一汽引進捷達車身焊裝車間的13條生產線的自動化率達80%以上。各條線都由計算機（可編程控制器PLC-3）控制，自完成工件的傳送和焊接。焊接由R30型極坐標式機器人和G60肘節(jié)式機器人61臺進行，機器人驅動由微機控制，數(shù)字和文字顯示，磁帶記錄儀輸入和輸出程序。機器人的動作采用點到點的序步軌跡，具有很高的焊接自動化水平，既改善了工件條件，提高了產品質量和生產率，又降低材料消耗。類似高水平的生產線，在上海、武漢等地都有合資及引進，包括了德國、美國、法國和日本的先進汽車制造技術。但這些畢竟還遠不能適應我國民族汽車工業(yè)迅速發(fā)展的需要，我們必須堅持技術創(chuàng)新，大力加速發(fā)展高效節(jié)能的焊接新材料、新工藝和新設備，發(fā)展應用機器人技術，發(fā)展輕便靈巧的智能設備，建立高效經(jīng)濟的焊接自動化系統(tǒng)，必須用計算工機及住處技術改造傳統(tǒng)產業(yè)，提高檔次。第五節(jié)工程機械焊接技術發(fā)展趨勢世界大多數(shù)發(fā)達國家，大量使用柔性焊接系統(tǒng)（FWS）和高水平全自動焊接系統(tǒng)，在勞動力不足，企業(yè)員工高去出費用的情況下，使焊接質量，生產效率均保持世界領先地位，顯示出良好的經(jīng)濟效益。在我國應結合實際情況，采用優(yōu)質，高效，節(jié)能的焊接技術，且焊接設備投資不大，利用率較高，投資回收期較短。焊接過程中焊絲自動送進或配備自動行走等機構，在焊接質量，生產效率，降低焊材消耗，節(jié)約能源等方面均有明顯的經(jīng)濟效益。典型的方法有CO2氣體保護焊和埋弧焊等。1、工程機械行業(yè)焊接技術的現(xiàn)狀1999年我國工程機械結構件焊接工藝中，采用自動（半自動）CO2氣體保護焊工藝約占70%（以重量計），采用弧焊機器完成的焊接工住處量不足50%，其余為手工電弧焊。我們也應該看到，現(xiàn)在工藝水平不能適合弧焊機器人的要求。工程機械行業(yè)雖然機器人的水平較高、數(shù)量較多，但由于焊接前零件的質量較低?；『笝C器人不能滿足生產要求，以至造成大量昂貴的設備處于半閑置的不利狀態(tài)。此外，CO2半自動焊機及自動焊接小車的廣泛應用，帶動了國內焊絲機零件配件等質量的普遍提高，有力地推動了CO2焊接工藝的發(fā)展。2、工程機械待業(yè)應大力推廣低成本自動焊今天，盡管高效節(jié)能的CO2所體保護焊工藝在工程機械行業(yè)焊接工藝中的自動化程度還不高，工程機械生產廠應在積極推進C02焊接工藝的同時，通過技術改造不斷地區(qū)性完善工藝。（1）采用節(jié)能，優(yōu)質高效的焊接工藝和設備，如自動（半自動）逆變CO2氣體保護焊機和埋弧自動焊。（2）發(fā)展自動化焊接，在CO2氣體保護半自動焊接基礎上，增大自動焊接對規(guī)則焊縫（如直線和賀）進行焊接的使用面。希望在自動焊應用于非規(guī)則曲線型零件的焊接上有所突破，取得寶貴的經(jīng)驗和良好的進展，拓寬自動焊的應用范圍，擴大自動焊接的比例。（3）通過多種匯道完善工藝裝備，如裝配夾具和焊接變位機等。提高焊接質量和工件效率，減輕焊工的勞動強度，改善作業(yè)環(huán)境。第六節(jié)機床行業(yè)焊接技術發(fā)展趨勢機床行業(yè)焊接技術的發(fā)展是隨著機床產品技術的發(fā)燕尾服而發(fā)展趣來的。八十年代后，機床行業(yè)產品技術的引進，對機床行業(yè)焊接技術的發(fā)展起決定性的作用。隨著機床產品焊接結構越來越多地應用，徹底改變了過去幾十年鑄造結構“一統(tǒng)天下”的局面。以焊代鑄，以焊代鍛，以焊代切割已成為機床制造業(yè)的發(fā)展趨勢。目前，機床行業(yè)焊接技術的展也正朝著高效、自動方向發(fā)展。機床行業(yè)焊接新技術的應用具有廣闊前景，大力推廣應用新的、先進的焊接工藝和方法。1、氣體保護焊等高效率焊接技術的應用隨著國外技術的引進，1981年由濟南第二機床首先應用了ф1.6實芯CO2氣體保護焊技術替代美國VERSON全鋼機械壓力機公司的ф0.24藥芯富氬氣體保護焊工藝，對壓力機大型焊接件焊接工藝進行了攻關，并取得成功。1986年齊齊哈爾第二機床廠應用了ф1.2實芯富氬氣體保護焊技術，解決了壓力機大型焊接件的焊接問題，并用絲極氬弧銅堆焊技術，對活塞、氣缸等工件表面銅層堆焊，替代我國傳統(tǒng)的銅套獲得成功。1992年濟南第一機床廠在機床的薄板罩殼結構件上首次應用了ф0.8實芯CO2氣體保護焊?！捌呶濉逼陂g，濟南第二機床廠還將CO2氣體保護焊應用到了壓力機拉緊螺栓的加長焊接上，該項目獲機械部機床行業(yè)“七五”工藝成果二等獎。目前，氣體保護焊等高效率焊接技術，已廣泛應用于機床床身、齒輪、偏心體、搖桿軸、缸體、焊后不加工的管路法蘭和罩殼等零件，已成為機床行業(yè)焊接的主要工藝之一。2、焊接自動化、機械化技術的應用機床行業(yè)焊接自動化除CO2半自動焊以外主要不得體現(xiàn)在埋弧自動焊的應用上，主要應用于鋼板的拼焊和壓力容器的簡體焊接上。濟南第二機床廠，1993年采用焊縫自動跟蹤系統(tǒng)，改造十字操作架自動埋弧焊設備，實現(xiàn)了18mm厚以下壓力容器簡體、封頭不開坡口對接雙面自動跟蹤埋弧焊，取得了園滿成功。焊接機械化，主要是焊接變位機的應用，1981年濟南第二機床廠，開始了變位機的應用研究。此后，焊接變