先進焊接技術發展現狀與趨勢

摘 要：目前先進的焊接技術包括無人工廠用的編程型焊接機器人、電子束焊接、激光焊、攪抖摩擦焊等，這些先進的焊接技術在核工業、航空航天工業、船舶工業、汽車工業等領域正在發揮著越來越重要的作用。

關鍵詞：先進焊接技術；電子束焊；激光焊

引言

焊接是一種較為可靠、成本較低、而且較為精確的金屬材料連接方法，截止目前為止還沒有哪一種方法能比焊接的方法在連接金屬材料方面更好、更可靠。隨著近幾年高科技、汽車、路橋、鐵路、建筑業等基礎產業的飛速發展，焊接技術的應用前景也越來越廣泛。目前，我國的焊接技術已經進入到了數字化時代。在數字化技術的不斷發展的帶動下，在數字化控制技術日益成熟的大背景下，數字焊機已經開始在我國的發達地區開始應用于生產。數字化控制與數字化焊機是焊接自動化的先導，隨著我國焊接技術的高效化、智能化、數字化進程的不斷加快，相信屬于我國的自動化焊接技術就要到來了。應該看到的是，我國目前的焊接自動化率僅為百分之三十，而西方發達國家早已經超過了百分之八十。看到了不足，更需要我國的焊接技術研發部門加大研發力度，提高我國的焊接自動化水平。

1 先進焊接技術應用領域

1.1 在航空領域的應用

焊接在航空航天領域的應用極為廣泛，航空航天工業中的許多金屬材料都需要使用先進的焊接工藝焊接在一起。航空航天工業中由于使用的金屬材料的特殊性，使得應用于航空航天領域的焊接技術也必須具有一定的先進性。航空航天工業中許多新材料的廣泛應用促成了特種焊接技術的應運而生。我國的航空航天工業中目前最常使用的是高能束流焊接技術與固態焊接技術。高能束流焊接技術包括了等離子束焊接、激光焊與電子束焊接技術；固態焊技術包括了各種摩擦焊以及擴散焊。這其中的激光焊、電子束焊、攪拌摩擦焊是在我國航空航天領域中最經常使用的三種先進焊接技術。這些技術的出現，使得傳統的鉚接技術正在逐漸退出歷史的舞臺，先進焊接技術在航空航天領域的應用已是大勢所趨。焊接技術的變革，離不開新材料的變革，航空航天工業與其他行業不同，對材料的材質要求較高，要求所使用的材料不僅具有物理的堅固性，而且更要有質量上的輕質性。要求材料要能夠適應任何復雜的高低溫變化劇烈的外部環境，并且還要具備多功能、高性能、復合化的特點。我國的航空航天材料在這樣的要求下度過了四個階段目前正處于第五代材料的階段。由于焊接的可靠性的逐步提高，許多采用螺栓連接的部位由于是永久連接因此目前也轉而使用焊接連接，焊接連接的部件在我國的航空航天領域內已經超過了百分之五十，焊接的工作量已經達到了全部工時的百分之十。焊接在航空航天工業中的重要性已經不言而喻。

下面我們就把航空航天工業中常用的幾種焊接方法分別進行闡述：

1.1.1 激光焊接技術的應用

激光焊接可以焊接的金屬種類較多，并且激光焊接的速度極快，可以達到傳統的弧焊的幾十倍，這種速度的提高是驚人的，而且激光焊接產生的焊縫的深寬比也可以達到12：1，在焊接的過程中因熱量引起的變形也較小，是較為適宜實現柔性自動化的焊接方法。激光焊也因為上述的優點而入選21世紀最有前途、最有開發潛力的高能束流焊技術。激光焊在航空航天的工業中主要用于武器裝備與飛行器的結構的制過程之中。飛行器的合金飛行舵翼就需要使用激光焊接技術進行完美焊接。

1.1.2 電子束焊接技術的應用

電子束焊接技術即指以高能高密度的電子束作為能量載體對被連接件進行焊接加工的一種精密焊接技術。電子束焊接技術的特點是功率密度極高但是焊接的熱量輸入卻反而可以很小，這就使得零修的的變形也極小，焊接以后幾乎沒有殘余應力，焊縫的深寬比也較大，與傳統的焊接技術相比神奇的是焊接的接頭部分無氧化。電子束焊接技術主要用在飛行器的腹、鰭、框、架以及繼電器、波紋管等部分。現在，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。

1.1.3 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

1.2.1 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。

1.2.2 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。

1.2.3 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。

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。

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。

2.3 信息化

整個行業共同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。

參考文獻

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