先進焊接技術發展現狀與趨勢

張 晶

(天津機電職業技術學院 中國 天津 300131)

相比于傳統的焊接技術，目前在焊接行業所指的先進焊接技術主要包括激光焊、電子束焊和攪拌摩擦焊這3種焊接技術。本文將就這3種技術做一個簡要的討論。

1 先進焊接技術應用領域

1.1 在航空領域的應用

目前各國在飛機制造、航空航天等領域廣泛使用這幾項技術。尤其在飛機制造領域，作為下一代飛機制造的主要連接方法，先進焊接技術替代鉚接技術已經成為了趨勢。首先是航空航天材料的革新。高性能、多功能、復合化和高環境相容性是未來航空材料的發展趨勢。隨著科技的發展和對飛機、太空船等使用要求的提高，飛機機體和發動機材料結構經歷了4個階段的發展，正在跨入第五階段即機體材料結構為復合材料、鋁合金、鈦合金、鋼結構（以復合材料為主）、發動機材料結構為高溫合金、鈦合金、鋼、復合材料。飛機制造中采用了各種焊接技術。焊接結構件在噴氣發動機零部件總數中所占比例已超過50%，焊接的工作量已占發動機制造總工時的10%左右。

激光焊廣泛應用于航空航天制造業，特別是武器裝備和飛行器結構制造中，如飛機大蒙皮的拼接、蒙皮與長衍的焊接、機身附件的裝配（如腹鰭和襟翼的翼盒）、薄壁零件的制造（如進氣道、波紋管 等）以及航空渦輪發動機葉片的修復、合金飛行舵翼焊接、燃料貯箱加強筋條激光焊代鉚等。

作為一種精密焊接工藝，電子束焊接廣泛用于航空航天工業多種零部件的加工中，如飛機的結構件（起落架、框、腹鰭等）和發動機轉子部件、燃燒室機匣高壓渦輪組件以及航空繼電器及波紋管的焊接等?，F在，電子束焊接技術已經成為大型飛機制造公司的標準配置，是制造飛機主、次承力結構件和機翼骨架的必選技術之一，也是衡量飛機制造水平的一把標尺。

攪拌摩擦焊在航空航天業的應用主要包括以下幾個方面：機翼、機身、尾翼；飛機油箱；飛機外掛燃料箱；運載火箭、航天飛機的低溫燃料筒；軍用和科學研究火箭和導彈；熔焊結構件的修理等。

由以上資料可以看出，隨著新材料、新技術的出現，在航空航天領域，先進焊接技術這逐漸取代傳統制造技術而成為主流發展趨勢。

1.2 在汽車制造領域的應用

電子束焊接主要用于變速箱齒輪、行星齒輪框架、后橋、汽缸、離合器、發動機增壓器渦輪等部件的焊接。焊接熱處理強化或冷作硬化的材料是，接頭的力學性能不發生變化。同時，可以焊接內部需保持真空度的密封件、靠近熱敏元件的焊件、形狀復雜且精密的零部件，也可以同時施焊具有兩層或多層接頭的焊件，這種接頭層與層之間可以間隔幾十毫米。

激光焊技術主要用于車身拼焊、框架結構和零部件的焊件。激光拼焊是指在車身設計制造中，根據車身不同的設計和性能要求，選擇不同規格的鋼板，通過激光裁剪和拼裝技術完成車身某一部位的制造。激光拼焊具有減少零件和模具數量，減少電焊數目，優化材料用量，減小零件重量，降低成本，提高車底剛度和制造精度等優點。激光焊接的零部件，無焊接變形，焊接速度快，不需要焊后熱處理，激光焊接已廣泛應用于變速器齒輪、車閘和保險桿。車門鉸鏈等零部件的焊接。

目前，攪拌摩擦焊在汽車制造工業中的應用主要為：發動機引擎和汽車地方車身支架，汽車輪轂，液壓成型管附件，汽車車門預成型件，轎車、旅行車、卡車、摩托車等的車體空間框架，載貨車的尾部升降平臺汽車起重器，汽車燃料箱，公共汽車，和機場運輸車，鋁合金電梯，鋁合金汽車修理等。

2 技術創新的趨勢

目前的設備主要用于航天、軍工、船舶、交通等關系國計民生的行業，隨著各種技術尤其是先進連接技術的創新，會逐漸進入到普通民用工業領域。有如下3個趨勢：1、小型化。2集成化、3、信息化：

2.1 小型化

隨著各種新技術的涌現和融合，這些應用于大型結構的設備將不斷的小型化以適應普通的生產需求。同時還可以在同等工作要求下精簡設備、降低成本，使普通的小企業也可以享受這種高效、優質的技術。激光輔助攪拌摩擦焊（LAFSW），就是在焊前通過激光進行輔助加工，得到滿意效果，還可以加工非金屬和不導電的材料，大大擴大了該技術的使用范圍。同時，還可以將已有焊接技術進行嫁接，以期達到更佳效果。目前，已有文獻稱將等離子弧成功應用于攪拌摩擦焊的輔助工藝。

2.2 集成化

現在主流的先進焊接技術大部分都是獨立運行，很少與其他的焊接技術一同使用。這一狀況將逐步扭轉。先進焊接技術固然設備龐大，運行復雜，但是如何能加大與其他技術的配合，如普通的焊接方法、焊接檢測技術、表面處理技術等，將使該設備和技術有更廣闊的應用空間，同時提高了生產效率。例如，在生產完成的同時就可完成檢測等后續工作，一但發現問題可立刻糾正。這樣就避免了重復操作帶來的損失。

2.3 信息化

隨著計算機技術的進一步應用與結合，將有著大量的實驗數據和結論共大家參考。于是，我們可以基于網路信息的平臺，運用諸如云計算一類的技術，建立龐大的經驗數據庫，使大家對先進焊接技術實現經驗化的使用。整個行業共同針對該技術研發一套專業數據庫，形成行業標準。使得對各種材料和各種工藝要求可以有不同的參數可供選擇，具體如焊前處理、焊接參數、焊接檢測與監控、焊后處理四個模塊。使我國工業整體上水平，達到產業升級。

3 結語

焊接作為一種傳統技術又面臨著21世紀的挑戰。一方面，材料作為21時間的支柱已顯示出：5個方面的變化趨勢，即從黑色金屬向有色金屬變化；從金屬材料向非金屬材料變化；從結構材料向功能材料變化；從多維材料向低維材料變化；從單一材料向復合材料變化。新材料的連接對焊接技術提出了更高的要求。另一方面，先進制造技術的蓬勃發展，正從信息化、集成化、系統化、柔性化等幾個方面對焊接技術的發展提出了越來越高的要求。先進焊接技術將逐步實現上述要求，提升整個制造業水平。

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