焊接生產(chǎn)現(xiàn)狀及焊接技術(shù)發(fā)展探析

杜鴻 王紅慶 孟昭興

【摘 要】目前焊接廣泛應(yīng)用于各種材料的連接，并采用了諸如激光、電子束焊等先進(jìn)技術(shù)，無論是在石油化工、電力、建筑、橋梁行業(yè)，還是在車輛、計(jì)算機(jī)及醫(yī)療機(jī)械行業(yè)，絕大多數(shù)產(chǎn)品離開焊接技術(shù)就根本無法制造。特別是有了異種材料和非金屬構(gòu)料的連接技術(shù)和在產(chǎn)品形狀與設(shè)計(jì)方面的創(chuàng)新制造方法，焊接技術(shù)的未來充滿了希望。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代；焊接技術(shù)；發(fā)展；現(xiàn)狀；前景

焊接作為一門制造技術(shù)，在制造業(yè)中起著重要作用。沒有一種技術(shù)能像焊接技術(shù)那樣被制造商如此普遍地用于金屬及合金的高效連接，并在其產(chǎn)品中產(chǎn)生如此多的附加值。

1.焊接技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀

近年來隨著制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，提高焊接生產(chǎn)的生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化越來越受到焊接生產(chǎn)企業(yè)的重視。現(xiàn)代智能控制技術(shù)、數(shù)字化信息處理技術(shù)、圖像處理及傳感器技術(shù)、高性能CPU芯片等現(xiàn)代高新技術(shù)的融入，使現(xiàn)代焊接技術(shù)取得了長足進(jìn)步。

1.1焊接生產(chǎn)自動(dòng)化及智能化技術(shù)水平

焊接過程的自動(dòng)化與智能化水平主要體現(xiàn)在焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展水平。目前應(yīng)用廣泛的焊接機(jī)器人大多屬于示教再現(xiàn)型。操作者通過示教盒在直角坐標(biāo)系或極坐標(biāo)系葉，移動(dòng)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)，使焊矩沿焊接軌跡運(yùn)動(dòng)，在焊矩路徑上記錄示教的位置、焊矩姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和工藝參數(shù)，并生成連續(xù)執(zhí)行全部操作的示教程序。此類機(jī)器人不具備對工件裝配誤差、焊接過程中的熱變形等環(huán)境變化，以及對工作對象變化的自適應(yīng)能力，因此，研制新一代具有多種傳感功能的、能夠自動(dòng)制訂運(yùn)動(dòng)軌跡、焊矩姿態(tài)和焊接參數(shù)的智能機(jī)器人將成為主要的發(fā)展方向。

國外有公司開發(fā)了一套基于雙日立體視覺的機(jī)器人路徑規(guī)劃系統(tǒng)。該系統(tǒng)以自然光作為視覺系統(tǒng)的光源，將雙目攝像機(jī)安裝在機(jī)器人的末端執(zhí)行器上，使其能跟隨焊槍沿焊縫走向一起移動(dòng)。由于經(jīng)典的計(jì)算機(jī)三維視覺重構(gòu)是通過2個(gè)圖像平面上的特征點(diǎn)的匹配來確定對象的三維坐標(biāo)的，而對于焊縫來說，坡口邊緣內(nèi)外不存在明確的特征點(diǎn)，所以無法使用特征點(diǎn)匹配法。系統(tǒng)針對在局部圖像窗口中，焊縫可以近似為直線段的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種簡化的特征匹配算法來計(jì)算焊縫的三維坐標(biāo)，并通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提高了精度和速度。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對直線和曲線焊縫的路徑規(guī)劃。

1.2焊接工藝高速高效化

以實(shí)現(xiàn)高速度、高熔敷率、高質(zhì)量的焊接工藝為目標(biāo)，國內(nèi)外在多牡多弧焊接工藝、多元?dú)怏w保護(hù)焊接工藝、活性化焊接新工藝等方面開展了廣泛深入的研究，且取得了顯著成效。

在多絲多弧焊接新工藝方面，日本、瑞士、德國等國公司在多根焊絲配以單個(gè)或多個(gè)電源方面開展了大量的焊接研究丁作，在提高焊接生產(chǎn)速度和金屬熔敷率方面取得了一些實(shí)用化的成果。例如日本的藤村告史開發(fā)的多絲焊接系統(tǒng)，可用于角焊縫的高速焊接，焊速可以達(dá)到1.8m/min。

基于上述思想，伴隨著新型的功能強(qiáng)大的數(shù)字信息處理DSP的出現(xiàn)，F(xiàn)ronius公司推出了全數(shù)字化焊接電源，隨后Panosonic等公司也推出了各自的數(shù)寧化焊接電源產(chǎn)品，并相繼；進(jìn)入中國市場。數(shù)字化焊接電源實(shí)現(xiàn)了柔性化控制和多功能集成，具有控制精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、產(chǎn)品一致性好、功能升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn)。

1.3焊接質(zhì)量控制智能化技術(shù)

焊縫跟蹤是保證自動(dòng)焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。在焊縫自動(dòng)跟蹤方面，采用的技術(shù)及獲得的成果比較多。在熔滴過渡控制方面，由于焊接電源控制數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展及先進(jìn)電子元件在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用，使得對熔淌控制的研究達(dá)到了相當(dāng)高水平。

1.4以激光焊為代表的先進(jìn)焊接技術(shù)的新進(jìn)展

激光束所具有的微焦點(diǎn)與散焦加熱、高能量密度、高速加熱、深穿透、高速冷卻、可精密控制、高速掃描、全方位加工等技術(shù)特點(diǎn)，目前在材料加工領(lǐng)域中得到了充分的利用。激光除了已應(yīng)用于焊接、打孔、切割、表面改性、涂覆和精細(xì)加工外，在新材料的削備（如功能材料、納米材料、非晶材料）與快速成形和超精細(xì)加工技術(shù)方面的應(yīng)用，也大有可為；尤其當(dāng)大功率的YAG激光、二極管激光和準(zhǔn)分子激光：工程化應(yīng)用后，對材料與激光束流交互作用機(jī)理的深入科學(xué)研究，將會(huì)引導(dǎo)學(xué)科的發(fā)展。與創(chuàng)新”。

2.現(xiàn)代焊接技術(shù)的任務(wù)和展望

展望未來，現(xiàn)代焊接技術(shù)面臨的主要任務(wù)有：

2.1全面改善焊接生產(chǎn)環(huán)境，提升焊接行業(yè)的整體形象，吸引高素質(zhì)人才的加盟

新材料的研制、先進(jìn)焊接工藝的應(yīng)用不僅降低了材料與能源的消耗，而且將焊接對自然資源的影響降低到最低程度，通過消除煙塵、噪音和輻射，使焊接工作環(huán)境更具吸引力；新型焊接技術(shù)的應(yīng)用、焊接自動(dòng)化及機(jī)器人的發(fā)展和多種高新技術(shù)在焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用，必將改變焊接行業(yè)的負(fù)面印象，吸引更多的年輕科技工作者，保證焊接技術(shù)領(lǐng)域的人才需求。

2.2提高焊接產(chǎn)品質(zhì)量，使焊接不再成為制造過程中的“薄弱環(huán)節(jié)”

要提高焊接產(chǎn)品質(zhì)量，必須消除焊接必然是制造過程中的“薄弱環(huán)節(jié)”的思想，為此，焊接界將進(jìn)行長期的研究工作，開發(fā)新的焊接工藝，進(jìn)―‘步提高焊接質(zhì)量控制的智能化技術(shù)水平，使焊縫達(dá)到“零缺陷”，并提出實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的可行性方法，已改善焊接能效，提高生產(chǎn)效率，降低焊接成本。

2.3焊工資格認(rèn)證制度建立

由于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程復(fù)雜，施工環(huán)境多樣，焊接對象不確定，市場競爭嚴(yán)酷，工程過程中始終是焊接方案編寫、工藝評定、檢修等許多工作交叉進(jìn)行的情況，且鋼結(jié)構(gòu)的安裝及焊接過程戰(zhàn)線長、點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)和因素的影響，使準(zhǔn)確科學(xué)的安排使用焊接人員，充分發(fā)揮其最大的能力和能動(dòng)性成為了極具挑戰(zhàn)的管理學(xué)要求。焊接管理對于“天時(shí)、地利、人和”三方面的要求造成了其獨(dú)特的管理困難。此外，培養(yǎng)造就大量熟練掌握鋼結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)用技術(shù)的專業(yè)性極強(qiáng)的從業(yè)人員的滿足行業(yè)的巨大需求具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。因此，基于各方面的需要?jiǎng)?chuàng)立焊工資格認(rèn)證機(jī)制是鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。焊工資格認(rèn)證機(jī)制的建立也必將在很大程度上促進(jìn)我國鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。

新材料的研制將向著高效能、高性能（包括良好的可焊性）和益于環(huán)境的方向發(fā)展。焊接界將研究出更佳的焊接工藝，研制出更優(yōu)良的焊接電源并開發(fā)出相應(yīng)的控制技術(shù)，提高自動(dòng)化程度與擴(kuò)大機(jī)器人的應(yīng)用范圍；減少廢品率和返修率，降低焊接成本，提高生產(chǎn)效率（如：減少預(yù)熱、后熱、避免焊接過熱等），徹底消除“焊接是制造工序障礙”的觀念。

結(jié)語

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展，我國的年鋼鐵產(chǎn)量、配套焊接材料產(chǎn)量及建筑結(jié)構(gòu)的鋼材使用量均實(shí)現(xiàn)逐年遞增式上漲。本文總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀并對未來鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測。

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（作者單位：大慶油田中油電能熱電一公司）