我国焊接技术的发展趋势

我国焊接技术的发展趋势国外专家认为：“到2020年焊接仍将是制造业的重要加工工艺。它是一种精确、可靠、低成本，并且是采用高科技连接材料的方法。目前还没有其他方法能够比焊接更为广泛地应用于金属的连接，并对所焊的产品增加更大的附加值。世界上钢及其它金属产量、品种的不断增长及其对制品质量、性能要求的日益提高，特别是随着我国的入世及世界制造加工基地向我国不断转移，作为工业缝纫和线（材料）的焊割机和焊丝、焊条的数量、质量和品位及其自动化生产水平，也将有限大提高。按每亿吨钢材需求25万台焊机，我国每年消耗钢材3亿吨（焊接结构约1.2吨），需要焊机约75万台，不难预测，今后8~10年内它们将会继续保持高速发展。为适应国内外市场急速发展和激烈竞争的需求，焊接设备与制造业将以市场为目标，进行传统、通用产品改造、产品结构的调整、质量认证和规范管理，组织化规模化、专业化、自动化的批量生产；同时加强对现代焊接技术的研究开发，特别是发展高效、节能、高性能、优质和多丝高速焊接设备、重大装备及其数字化控制技术和新焊接材料，取代进口，争取出口。1.焊接自动化技术的现状与展望随着数字化技术日益成熟，代表处动地接技术的数字焊机、数字化控制技术业已稳步进入市场。三峡工程、西气东输工程、航天工程、船舶工程等国家大型基础工程，有效地促进了先进焊接特别是焊接自动化技术的发展与进步。汽车及零部件的制造对焊接的自动化程度要求日新月异。我国焊接产业逐步走向“高效、自动化、智能化”。目前我国的焊接自动化率还不足30%，同发达工业国家的80%差距甚远。从20世纪未国家逐渐在各个行业推广自动焊的基础焊接方式——气体保护焊，来取代传统的手工电弧焊，现已初见成效。可以预计在未来的10年，国内自动化焊接技术将以前所未有的速度发展。2.高效、自动化焊接技术的现状20世纪90年代，我国焊接界把实现焊接过程的机械化、自动化作为战略目标，已经在职各行业的科技发展中付诸实施，在发展焊接生产自动化，研究和开发焊接生产线及柔性制造技术，发展应用计算机辅助设计与制造；药芯焊丝由现在的2%增长到20%；埋弧焊焊材也将在10%的水平上继续增长。其中药芯焊丝的增长幅度明显加大，在未来20年内会超过实芯焊丝，最终将成为焊接中心的主导产品。（2）高效、节能并能够自动调节焊接参数的智能型逆变焊机将逐取代手弧焊和普通晶闸管焊机，而且焊机的操作趋向于简单化、智能化，以符合当今淡化操作技能的趋势。（3）在汽车上、造船、工程机械和航空等领域，适用于不同场合的智能化焊接机器人较为广泛的应用，大幅度提高了焊接质量和生产效率。可喜的是我国很多待业部门和大型个业已经意识到这些问题，船舶工业已经率先提出，到2005年，船厂的高效率焊接要达到80%以上，其中二氧化焊接自动化的发展相对来说较好，国内的焊接厂商先后为一汽、东风、长丰、徐工、成都神钢、美的、格兰仕等多家著名的汽车生产厂、家电生产企业研究制了几十台（套）自动化焊接专机线，整个生产过程由PLC可编程控制器作为中心控制环节，大量采用非接触传达室感器件和光电编码控制环节。该生产线通过焊接工位机械实现了自动化操控，运行规范、可靠，在保证产品质量的基础上，极大地提高了生产效率，减少生产人员达80%以上。该生产线被日本专家评价为后桥壳生产亚洲自动化程度最高生产线之一。推进焊接自动化进程，学习、吸收、借鉴、提高是十分重要的环节，应加强现有世艺的学习和提高。由于现有工艺多为手工操作，有其局限性，但如果在学习的基础上利用现代自动化技术进行嫁接改造，往往就可以实现一定的突破。国外如欧美、日本等发达国家早在20世纪80年代便在石油，化工、造船、建筑、电力、汽车、机械等行业采用数字控制的小车式自动气保焊机，代替人工进行焊接生产。近年来，国内几家企业开发了几种类似的自动焊接小车，但在结构和功能上均属低端产品，在数字控制、焊接参数预置和专家系统自动调用等方面均为空白。在吸收和借鉴国外先进、成熟基础之上，代表自主知识产权的第一代数控小车式自动焊在国内问世。该焊具有携带方便、安装简单、操作灵活、智能化程度高等特点，通过微机控制的多种焊接模式和专家程序，可在不同焊接位置满足多种焊接工艺要求焊缝的焊接。数字化控制小车自动焊机的研制和市场推广，一方面为石油、化工、造船、电力等行业提供了同国外同等技术档次的国产自动焊接设备，另一方面为国内成功自主研发高端数字化焊机找到了一个切入点，对推动焊接行业在专用自动焊接设备的发展，具有里程碑的重大意义。3.焊接自动化技术的展望电子技术、计算机微电子住处和自动化技术的发展，推动了焊接自动化技术的发展。特别是数控技术、柔性制造技术和信息处理技术等单元技术的引入，促进了焊接自动化技术革命性的发展。（1）焊接过程控制系统的智能化是焊接自动化的核心问题之一，也是我们未来开展研究的重要方向。我们应开展最佳控制方法方面的研究，包括线性和各种非线性控制。最具代表性的是焊接过程的模糊控制、神经网络控制，以及专家系统的研究。（2）焊接柔性化技术也是我们着力研究的内容。在未来的研究中，我们将各种光、机、电技术与焊接技术有机结合，以实现焊接的精确化和柔性化。用微电子技术改造传统焊接工艺装备，是提高焊接自动化水平淡的根本途径。将数控技术配以各类焊接机械设备，以提高其柔性化水平，是我们当前的一个研究方向；另外，焊接机器人与专家系统的结合，实现自动路径规划、自动校正轨迹、自动控制熔深等功能，是我们近期研究的重点。（3）焊接控制系统的集成是人与技术的集成和焊接技术与信息技术的集成。集成系统中信息流和物质流是其重要的组成部分，促进其有机地结合，可大大降低信息量和实时控制的要求。注意发挥人在控制和临机处理的响应和判断能力，建立人机圣诞的友好界面，使人和自动系统和谐统一，是集成系统的不可低估的因素。（4）提高焊接电源的可靠性、质量稳定性和控制，以及优良的动感性，也是我们着重研究的课题。开发研制具有调节电弧运动、送丝和焊枪姿态，能探测焊缝坡开头、温度场、熔池状态、熔透情况，适时提供焊接规范参数的高性能焊机，并应积极开发焊接过程的计算机模拟技术。使焊接技术由“技艺”向“科学”演变辊实现焊接自动化的一个重要方面。本世纪头十年，将是焊接行业飞速发展的有利时期。我们广大焊接工作者任重而道远，务必树立知难而上的决心。抓住机遇，为我国焊接自动化水平的提高而努力奋斗。4.桥梁焊接技术发展趋势1、中国钢桥发展概况常见的钢桥型式有：梁桥（Ⅰ型板梁、桁梁、箱梁），拱桥（系杆拱、下承拱、上承拱、中承拱），以及悬索桥和斜拉桥等。大跨径公路和钢桥主要是悬索桥和斜拉桥；铁路钢桥多为梁桥和拱桥。按造桥方法，钢桥可分为：铆接桥（工厂制造和工地拼接均为铆接）、栓焊桥（工厂制造为焊接，工地拼接为高强度螺栓边接）和全焊桥（工厂制造和工地拼接均为焊接）。栓焊桥和全焊桥统称为焊接桥。我国仅在长江上已有各种型式的桥梁29余座，其中接近半数为钢桥。“万里长江成了中国当代桥梁的展台。”在世界建成全部悬索桥中排名前十位的焊接钢桥中，中国有2座：江阴长江大桥（L=1385m）排名第四，香港青马大桥（L=1377m）排名第五。而在全部斜拉桥排名前十位的焊接钢桥，中国有6座桥，排名第三、四、五、六、七和第九（南京长江二桥L=628m，排第三位；武汉长江三桥L=618m，排第四位）。其中“不少已跻身世界级桥梁，展示出中国当代建桥技术达到了世界先进水平”。2、焊接钢桥的制造技术我国桥梁钢结构由早期的铁路桥简单工型杆件、箱型杆件到目前悬索桥和斜拉桥的复杂的正交异性板之类结构，绎焊接技术的要求提高很多，各钢桥制造单位为适应发展的需要，在不断地完善和革新制造技术，工艺装备和工艺水平在不断提高。发展到今天，已具有了制造质量焊接钢桥的条件。早期制造钢箱梁时，没有专用胎具，采用国外早期使用过的“倒装法”。当前采用正装法“多节段边续匹配组装法，”焊接和预拼装同时完成。这当然需要很大的场地，并且要布置的非常合理。主拼装胎架纵向线形按桥梁设计线形设置横向预设上拱度。板单元组装定须在无日照时进行。这种多节段边续匹配组装法的实施具有一定的创造性。但工艺装备方面尚有进一步提高和平共处完善之处，以进一步提高效率和质量。当前，定位板的使用尚不能完全避免，应尽可能减少。焊接方法应用与早期也有很大不同。已经不再仅仅是手工电弧焊定位、埋弧自动焊完成焊接任务的情况。在公路斜拉桥和悬索桥钢箱梁制造中，高效率焊接方法的应用受到重视，应用最多的为CO2自动焊和半自动焊和单面焊双面焊成型技术，例如，据润场长江大桥的统计，CO2自动焊和半自动焊应用比例已达75%，埋弧焊则约占15%，其余为焊条手工电弧焊。其它各厂的情况大体相似。而对于杵梁结构形式的铁路桥或公铁两用桥，主要焊接方法仍是埋弧焊，例如，1995年建成的孙口黄河大桥，埋弧焊约占70%，CO2焊接法仅占约3%；2000年建成的芜湖长江大桥，埋弧焊方法约占60%，CO2焊接法约占15%。为了根部熔透和背面成形，广泛应用了陶质衬垫。已经配备有焊枪可摆动的CO2自动焊机、用于U形式肋与桥面板角焊缝的双头CO2自动焊机等。但与国外相比较，中国高效焊接方法的应用还比较单一，主要是CO2焊接法和埋弧焊接法。国防大学外很重视高效焊接方法的开始和应用，常用TIG焊实施根部焊道的单面焊双面成形来代替衬垫焊；除使用Ar/CO2(82/18)混合气体，即Ar/He/CO2/O2四种气体相混合的混合气体，并已应用于焊接钢桥。另外，在U形肋与桥面板焊接时则采用了六头自动焊机。焊接机器人已在国外应用于桥面板构件的焊接。在这方面，与国外相比还有差距。在焊接材料方面，一个突出的变化是药芯焊丝的应用逐渐增多，例如，宜昌大桥焊接中，CO2焊接时完全使用药芯焊丝，用量为210吨，占该桥用钢量的1.9%。军山大工业桥的情况相同，药芯焊丝占该桥用钢量的1.8%。目前，高韧性和工艺性能优异的焊接材料的开发稳定供货，是进一步提高焊接钢桥质量的重要因素之一。5.油气管道焊接技术发展趋势1、我国石油天然气管道建设初期焊接工艺应用情况我国在70年代初开始建设大口径长输管道，80年代初开始推广手工向下焊工艺，同时研制开发了纤维型和低氢型向下焊条。90年代初开始推广自保护药芯焊丝阗自动手工焊，有效地克服了其他焊接工艺方法野外作业抗风能力差的缺点，同时也具有焊接效率高、质量好且稳定的特点，现成为管道环缝焊接的主要方式。管道全位置自动焊的应用趋于高效率、高质量，这标志着我国油气管道焊接技术已达到了较高水平。2、焊接工艺管道自动焊技术由于焊接效率高，劳动强度小，焊接过程受人为因素影响小等优势，在大口径、厚壁管道建设的应用中具有很大潜力。自动焊方法包括：1、内焊机根部+自动外焊机填充、盖面；2、STT气保护半自动焊部根焊+自动外焊机填写充、盖面；3、纤维素焊条手工电弧焊根部了焊+外焊机自动焊填写充、盖面。这几种焊接方法的区别在于根部焊方法的不同。自动外焊技术对坡口形状及管口组对要求严格，现场施工必须具备内对口器、管端坡口整形机等配套机具。另外，采用手工焊或半自动焊方面时就极易形成坡口边缘未熔合。半自动焊方法为纤维素型焊条手工正向根部焊，自保护药芯焊丝半自动焊填写充、盖面。3、管道焊接施工未来的展望随着管线钢性能的不断提高，管道建设越来越趋于向长距离，高工作压力，大口径、厚壁化方向发展，这就需要研究高质量的焊接材料和高效率的焊接方法与之匹配，保证环焊接头的强韧性。未来的管道建设，为获得施工的高效率和高质量，将优先考虑熔化极气体保护焊。而自保护药芯焊丝半自动焊与手工电弧焊相结合，由于操作灵活，环境适应性强，一次性投资小，对于大直径、大壁厚钢管是一种好的焊接工艺。6.汽车制造焊接技术发展趋势汽车的发动机、变速箱、车桥、车架、车身、车厢六大总成都离不开焊接技术的应用。在汽车零部件的制造中，点焊、凸焊、缝焊、滚凸焊、焊条电弧焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、气焊、钎焊具有生产量大，自动化程度高，高速、低耗、焊接变形小、易操作的特点，所以对汽车车向薄板覆盖零部件特别适合，因此，在汽车生产中应用最多。在投资费用中点焊约占75