焊接工藝的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

閆飛宇

摘? ?要：改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，人們對(duì)于生活質(zhì)量的追求越來越高，我國社會(huì)中各行各業(yè)也都呈現(xiàn)出大繁榮、大發(fā)展的局面。在這種背景下對(duì)于工程機(jī)械的應(yīng)用也越來越廣泛，在生活中，其也是現(xiàn)代化國家的發(fā)展以及建設(shè)進(jìn)程中的戰(zhàn)略支柱性產(chǎn)業(yè)。在整個(gè)機(jī)械加工過程當(dāng)中，焊接技術(shù)的優(yōu)劣將會(huì)直接影響到產(chǎn)品的使用質(zhì)量和工作性能。

關(guān)鍵詞：焊接工藝;現(xiàn)狀;發(fā)展與趨勢(shì)

1? ? 焊接的基本內(nèi)涵

焊接，也稱作熔接、镕接，是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬或其他熱塑性材料的制造工藝及技術(shù)。在當(dāng)今幾乎所有的機(jī)械組裝過程中，工作人員都會(huì)應(yīng)用高溫或者加壓的方式將對(duì)應(yīng)材料鑄成的零部件連接在一起，這個(gè)過程使用的便是工程機(jī)械焊接工藝。

2? ? 焊接工藝的現(xiàn)狀

2.1? 焊接方法及其工藝的發(fā)展現(xiàn)狀

焊接技術(shù)最早出現(xiàn)在距今千年以前，各地工匠將金屬連接進(jìn)行鍛焊。而現(xiàn)代所使用的焊接技術(shù)出現(xiàn)于19世紀(jì)末，先是利用氧乙炔火焰和電孤集中熱量對(duì)金屬進(jìn)行焊接，稍后出現(xiàn)了電阻焊及鋁熱劑，焊接技術(shù)得到進(jìn)一步的提升。隨著人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及對(duì)于高質(zhì)量焊接產(chǎn)品的需求，各種新的焊接技術(shù)被開發(fā)出來，推動(dòng)了工程機(jī)械焊接行業(yè)的興起。目前，普遍使用的焊接方法有焊條電弧焊、埋弧自動(dòng)焊以及氣體保護(hù)焊，并且焊接技術(shù)正在向著自動(dòng)智能化方向邁進(jìn)。

在上述3種焊接方法中，焊條電弧焊操作最為靈活，但其生產(chǎn)效率低、焊縫質(zhì)量保障依賴人工。埋弧焊生產(chǎn)效率高、成本低，制造出的產(chǎn)品質(zhì)量高也更美觀，卻對(duì)焊件裝配質(zhì)量要求很高，并且不宜焊接薄板及短焊縫，所以在環(huán)焊及中等長度的板長直焊中的運(yùn)用較多。氣體保護(hù)焊可進(jìn)行全方位焊接、焊接質(zhì)量好，根據(jù)所使用的保護(hù)氣體的差異分為兩類：氬弧焊及CO2氣體保護(hù)焊，其中氬弧焊電弧熱量集中、焊后變形小，但Ar成本高，所以一般用于焊接易氧化的有色金屬、合金鋼及不銹鋼;采用CO2氣體則成本低、效率高，但飛濺大，設(shè)備的使用維修不便。

在現(xiàn)代焊接工藝的不斷改善和提升過程中，將力學(xué)、材料學(xué)、熱處理學(xué)等學(xué)科進(jìn)行融合，形成了一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的技術(shù)并且廣泛地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中，小到小型居家用品，大到金屬結(jié)構(gòu)建筑及航空航天都缺少不了這項(xiàng)技術(shù)的支撐。焊接已然成為促進(jìn)國家與社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的支柱型行業(yè)。

2.2? 焊接方法的應(yīng)用及焊接設(shè)備的使用現(xiàn)狀

在焊接實(shí)踐中，不難得出這樣一個(gè)結(jié)論：焊接內(nèi)容、要求不同，其焊接方法的選擇就會(huì)存在差異。因此，多樣性是在選擇焊接方法進(jìn)行應(yīng)用時(shí)的主要特點(diǎn)。從事機(jī)械加工的生產(chǎn)人員會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的加工要求、零件性能及焊接條件等進(jìn)行評(píng)估，確保所選擇的焊接方式是合理的、適宜的。如果在實(shí)踐過程中設(shè)備的焊接要求較高并且有較為嚴(yán)格的生產(chǎn)效率要求，就應(yīng)當(dāng)采用互換法進(jìn)行施工，而如果還要求精確把控經(jīng)濟(jì)精度，則應(yīng)當(dāng)選用調(diào)整法。只有生產(chǎn)人員在具體焊接要求的基礎(chǔ)上，熟悉并審查施工圖紙，了解技術(shù)要求并對(duì)材料進(jìn)行工藝分析，制定相應(yīng)的整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝流程，做到焊接方法的最佳選擇，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備焊接質(zhì)量的有效提升，進(jìn)而促進(jìn)工程生產(chǎn)效率和質(zhì)量的不斷發(fā)展。

改革開放前我國的工業(yè)生產(chǎn)相對(duì)比較落后，所以很多機(jī)械結(jié)構(gòu)焊接的過程都是通過手工來完成的，不僅焊縫美觀度不足而且生產(chǎn)效率低下。隨著我國工程機(jī)械制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)形成了較為完善的多種焊接工藝設(shè)備的生產(chǎn)體系。目前，逆變式焊機(jī)技術(shù)已經(jīng)形成了普遍推廣的趨勢(shì)，尤其是逆變式CO2焊機(jī)已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用;節(jié)能高效的CO2焊機(jī)、埋弧焊機(jī)的應(yīng)用率迅速提高;而隨著數(shù)字化、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)等的發(fā)展及對(duì)焊接質(zhì)量越來越高的要求，自動(dòng)焊接設(shè)備發(fā)展迅猛，在汽車、通信設(shè)備、家電等行業(yè)獲得了普遍應(yīng)用，逐漸占據(jù)了主體地位，以焊接機(jī)器人為代表的焊接自動(dòng)化設(shè)備的使用率也在逐年大幅提升。

3? ? 焊接工藝的發(fā)展趨勢(shì)

3.1? 焊機(jī)控制數(shù)字化

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，數(shù)字化、信息化已經(jīng)在各行各業(yè)都得到了程度不同的應(yīng)用。全數(shù)字化控制技術(shù)可以確保相關(guān)工藝技術(shù)嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行，這大大提升了焊機(jī)的控制精度以及產(chǎn)品的可靠性和一致性，簡化了控制技術(shù)的升級(jí)，并且工藝技術(shù)人員可以很方便地采集現(xiàn)場作業(yè)的信息參數(shù)，為工藝過程的優(yōu)化提供重要的參考依據(jù)。而現(xiàn)在我國主要應(yīng)用的是模擬控制技術(shù)，并不能很好地滿足生產(chǎn)需求。這與我國現(xiàn)今的機(jī)械工程發(fā)展是不吻合、不匹配的，而全數(shù)字化焊接設(shè)備具有在大規(guī)模、有害生產(chǎn)環(huán)境中使用的優(yōu)點(diǎn)，所以全數(shù)字化控制技術(shù)的應(yīng)用必將成為趨勢(shì)。

3.2? 焊接系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)化

我國的自動(dòng)化焊接系統(tǒng)廣泛處于繼電器開關(guān)量編組控制的程度，各個(gè)自動(dòng)化焊接元件之間信息的相互交換非常有限，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的焊接工藝協(xié)調(diào)控制。如今是網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)不僅給人們的生活帶來了方便，也推動(dòng)了各行業(yè)、領(lǐng)域的發(fā)展。而采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅可以提高自動(dòng)化系統(tǒng)的集成水平，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工手動(dòng)操作、實(shí)現(xiàn)工人遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制焊機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)、方便技術(shù)人員的操作，也減少了對(duì)人體健康的危害，而且可以隨時(shí)便利地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自我診斷和檢查，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的問題或故障，并進(jìn)行修正。焊接系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化還能將各個(gè)自動(dòng)化焊接部件的信息量很好地傳遞，甚至可以將各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫之間的共享。這既可以更好地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的焊接工藝協(xié)調(diào)控制，也方便解決各系統(tǒng)遇到的問題及根據(jù)以往數(shù)據(jù)生成焊接工藝參數(shù)。

3.3? 焊接工藝控制智能化

在現(xiàn)代化焊接工藝發(fā)展進(jìn)程中，焊接工作遇到的實(shí)際情況是建筑工程、特殊結(jié)構(gòu)越來越多，各種功能要求越來越繁雜，準(zhǔn)確度、規(guī)范程度的要求也越來越高。在高端技術(shù)領(lǐng)域的精細(xì)作業(yè)中，傳統(tǒng)的人工焊接難以完成其所要求的細(xì)小焊接處理;而在大規(guī)模機(jī)械工程的工程焊接中，龐大的經(jīng)濟(jì)化復(fù)雜任務(wù)對(duì)人工處理也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。在有些人工焊接過程中，甚至人員的存在也會(huì)對(duì)其工作環(huán)境產(chǎn)生影響。所以需要實(shí)現(xiàn)焊接工藝智能化，即利用機(jī)械模擬及實(shí)現(xiàn)人的智能行為來進(jìn)行焊接工藝制造。目前，已經(jīng)有傳感技術(shù)、智能控制技術(shù)等被運(yùn)用到自動(dòng)化焊接工藝中，但在這方面的研究和積累工作還不夠，無法提供成熟可靠的設(shè)備及技術(shù)。實(shí)現(xiàn)不了只需操作者輸入焊接材料、厚度、坡口形式等焊接工藝條件就可自動(dòng)選擇焊接工藝并進(jìn)行智能化生產(chǎn)，焊機(jī)專家系統(tǒng)也不夠成熟。

3.4? 焊接的自動(dòng)化和機(jī)器人焊接

在我國，汽車、航空航天、軍工、電力、鋼構(gòu)等行業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)線上的焊接部分已經(jīng)開始使用自動(dòng)化和機(jī)器人焊接裝備。2014年中國制造業(yè)機(jī)器人密度為35臺(tái)/萬人，遠(yuǎn)低于制造業(yè)發(fā)達(dá)的國家的水平。但在2016年增長到了68臺(tái)/萬人，是全球工業(yè)機(jī)器人增速最快的國家。確實(shí)，機(jī)器人具有人工不可能擁有的優(yōu)勢(shì)，其通用性強(qiáng)、穩(wěn)定可靠、工作效率高、速度快并且可以工作10～15年。自動(dòng)焊接機(jī)與焊接機(jī)器人應(yīng)用到焊接行業(yè)中，可以代替人工進(jìn)行一些復(fù)雜或危險(xiǎn)性相對(duì)較高的工藝。所以這不僅可以提高生產(chǎn)效率，使制造企業(yè)獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，也能降低人工的勞動(dòng)強(qiáng)度及減少對(duì)工作人員健康的損害，還保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。在批量化、大規(guī)模和有害作業(yè)環(huán)境或特種環(huán)境中，自動(dòng)化焊機(jī)及焊接機(jī)器人的作用就更加能夠凸顯出來，在大力開發(fā)海上資源的今天，海下的工程作業(yè)使用焊接工藝是必然趨勢(shì)。

4? ? 結(jié)語

工程機(jī)械加工生產(chǎn)是推動(dòng)國經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要支柱之一，而焊接工藝是機(jī)械制造中最關(guān)鍵的一部分，為了確保焊接產(chǎn)品的性能和品質(zhì)使其安全、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)提高生產(chǎn)效率、降低成本，對(duì)焊接工藝進(jìn)行研究是十分必要的。焊接工藝要提升，一方面要不斷開發(fā)新的方法與新型焊接設(shè)備。另一方面需要加快焊接系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化與自動(dòng)化水平。這樣才能最大化地在提高生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)保證焊接精度、質(zhì)量、效率、規(guī)模。因此，相關(guān)人員要銳意進(jìn)取，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)以及經(jīng)驗(yàn)，并且取其精華、去其糟粕，使焊接技術(shù)發(fā)展到更高的層次，從而為我國的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

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