關于低碳經濟下焊接技術發展模式研究

張登科 張維忠（平涼信息工程學校平涼技師學院）

■引言

由于可持續發展戰略的實施，很多工業領域開始以環保當作其發展的首要任務，焊接技術在大部分的工業生產中均具重要的作用，其低碳焊接技術的使用是未來行業發展的大趨勢。隨著技術水平提升的速度不斷加快，目前的技術在節能減排上獲得了新的提升，因而低碳型焊接技術的相關發展模式研究就有著了非常重要的現實意義。節能技術的發展更需要將增強環保意識當作發展的首要目標，為此文中以發展低碳經濟為基礎，研究了低碳焊接技術中所存在的問題，并提出了關于發展低碳焊接技術的發展路徑，以供同行參考。

■低碳經濟概述

低碳經濟，主要指的是在經濟模式中融入低能耗、低污染、低排放的發展理念，是人類繼工業文明后的新發展?！暗吞冀洕钡奈磥戆l展形態主要體現在“風能經濟、氫能經濟、核能經濟”等方面。其本質上就是優化能源利用率和結構、追求綠色的發展目標，而究其核心便是創新技術、制度以及發展觀念。低碳經濟為節能減排、建立和諧社會進行了操作性的解釋，是落實貫徹科學的發展觀、打造節約型發展模式的本質性實踐，是符合我黨在十七大中制定的發展路徑，是我國實現可持續發展的必然道路[1]。

■低碳焊接發展中存在的問題

（一）焊接技術未達輕量化要求

就汽車生產而言，輕量化的結構能夠在很大程度降低原料的消耗、成本以及能源。而輕量化的汽車產品核心在生產技術的創新：首先是高強度、低密度的新材料零件對老舊零件的取代；其次是通過新工藝，簡化或者輕型化零件及車身結構，例如使用新焊接技術、縮減材料填充等。但是，因為技術方面的限制，目前在生產汽車中所使用的焊接技術并不符合低碳要求，依舊需要非常多的焊點、焊縫來維持焊接的質量，使得汽車重量不斷提升。不僅浪費了大量的生產材料，同時也加重了汽車的自重，與輕量化生產以及低碳經濟理念存在著巨大的反差。

（二）焊接電源耗電大材料污染強

電焊機在焊接生產領域當中是重要的耗電設備，通過正負極的瞬間短路生成高溫電弧對焊料以及被焊接的材料進行融化，以實現二者結合的目標，其本質上就是一個變壓器。在近些年的統計數據中可以看出，電焊機的電力能源消耗在國內總發電量中占有較高的比例，是12類高耗能設備之一，具有“電老虎”的稱號。

另外，焊接材的類型主要有手工焊條、鍍銅焊絲、埋弧焊劑等。材料當中所具有的問題也是非常多的，常常體現在煙塵大、電弧穩定性差等方面，同時特殊的鎳基及不銹鋼焊條等存在著嚴重的成形不佳、抗裂性不足等情況。在進行焊接操作時極易出現電焊煙塵，倘若長期在狹窄的空間中進行操作，會嚴重危害人的呼吸系統，導致電焊塵肺的出現[2]。

（三）自動化焊接技術有待提高

由于焊接操作具有工藝復雜、工作量大、工作環境差等特點，其質量完全依靠于工人的技術、經驗，同時也由工人的情緒等因素有關。因此，發展自動化焊接技術對提高焊接質量、保障產品的穩定性有著十分關鍵的作用。而此過程中，焊接機器人的使用具有不可替代的重要作用。焊接操作的自動化能夠在很大程度上避免人為因素對焊接工藝所造成的影響，雖說投資成本較大，但是與人工相比，焊接機器人所焊出的焊縫具有更高的質量及穩定性。而且勞動強度、工作環境得到了有效改善。然而，相較于發達國家，國內的自動化水平與設備在質量、水平以及應用等方面存在著極大的差距。

■低碳焊接的模式與路徑

（一）使用新型焊接方法，提高焊工操作水平

應用新型焊接方法能夠在保障工作效率的同時提升能源利用率，實現最大化的經濟收益。電阻焊作為一種焊接技術具有高質量、高效率、成本低等特點，在操作中無需添加其他焊接材料。不僅可以降低材料的消耗，同時還能夠控制產品的整體重量，是輕量化焊接技術中不可或缺的方法。而激光拼焊，主要是通過激光進行板材的焊接，通過最優化的結構、最佳的性能保證產品的輕量化。汽車生產中通過激光拼焊板，對汽車的零件進行沖壓成形，對控制汽車總重，節約材料，精簡工序，減少成本，提升效率等方面有著非常關鍵的作用。

另外，焊接工人的自身素質也對低碳焊接活動具有嚴重的影響。具有高水平的焊工，不但焊接技術過硬，責任感也是非常強烈的，在焊接工作中能夠最大化確保焊接的接頭質量，工作中沒有摻雜任何不良情緒。同時焊接行業當中，高學歷和高職稱的人員比例較低，因此企業需要創造相關的學習機會，與高校合作實現專業知識與技能的再次提升。最后，現代生產需轉變管理人員的思想體系，在工藝管理內容中添加焊工的操作、手法、習慣等內容，形成低碳焊工管理制度。工作中對中操作手法嚴加管理，最大化實現焊接技術的提升。

（二）研制節能焊接設備，發展低污染焊接材料

發展低碳、節能的焊接技術，是今后我國電焊設備的主流發展趨勢[3]。單從現階段大規模使用的直流電焊機，由于其過高的電能損耗，急需得到深入的節能研究。而目前所提到的新型逆變技術，主要是將電網的定壓定頻交流“粗電能”轉化為高頻交流電，并精確控制轉化后的電能，可最大化緩解焊接中的能源浪費，促進焊接行業的可持續發展。利用次高頻逆變焊機對工頻點焊機進行取代之后，相關設備的投入以及年平均電力消耗依次降低了50.6%和62%，節能效果與設備經濟性明顯提升。此外，焊接電纜上的節能減排也具有非常大的潛力可以發掘。電纜方面的所具有的能耗是非常重要的一部分，在設計焊接工作現場以及設備布局時，需要充分考察電纜方面所造成的能源損耗，在最大程度上縮減電纜長度?？赏ㄟ^粗且短的電纜進行使用，這樣可有效控制能源損耗，經濟性更佳，而過長電纜的使用必定會影響焊機的動靜特性以及對電弧的調節能力。

與此同時，焊接過程中所需要的使用的材料必須滿足飛濺小、無殘渣等基本需要，最大程度上防止使用雜質多、有害物質高的材料?？墒褂煤附与娏髡?，強度低的焊條。在研發焊芯的工作中，需要緊緊圍繞低碳環保的基本原則，在充分考察焊接質量的基礎之上，最大化實現污染的降低，實現有效控制污染的效果。此過程中，金屬藥芯焊絲的質量提高與應用，是未來藥芯焊絲發展的重要方向。鐵粉焊條能夠最大化實現焊接能源消耗的降低，在實際生產中正慢慢推行。鉛及其化合物對人及環境均具有較大的危害，因此發展無鉛釬料也是焊接材料未來發展的重要方向。

（三）發展計算機模擬技術，實現自動化焊接

焊接工作中所含有的學科類型非常之多，是復雜性極強的物理化學反應過程，其中所含有的變量類型極多且繁雜，單靠實驗數據對焊接過程進行了解及控制，不僅與事實情況不符，同時人力、物力以及時間投入巨大。而隨著計算機領域的不斷發展，計算機模擬的焊接過程已然是強而有力的重要方法。計算機模擬技術的實現，為焊接技術的發展提供了便利條件。在工藝投產之前通過計算機進行反復多次的模擬，對焊縫剛強度進行精密的計算，縮減冗余的焊接，通過最優化的保護方案，降低能耗。

而在發展低碳經濟的過程中，節能減排是其中的重要內容，而自動化技術是加速各領域實現節能減排的重要手段。自動化焊接技術能夠切實保證工作效率的提升、產能的提高、能耗及污染的降低。當前，焊接機器人所具有的特點主要有穩定的焊接質量、優化勞動環境、提升生產效率等。自動化的焊接技術不但能實現流水線的焊接生產，縮減人力成本，同時還能夠強化焊接的穩定性，避免人員因素對焊接質量所帶來的影響。在對焊接自動化流程進行設計的過程中，需要對低碳焊接進行充足的考察，刪減不必要的流程，以最少的材料、能耗獲得最佳的焊接產品。

■結束語

文中筆者以低碳經濟背景下焊接技術的發展模式為基礎，分析了當前發展低碳焊接技術所面對的困難，并有針對性的提出了關于發展低碳焊接技術的基本路徑。盡最大可能降低焊接技術及其材料對環境所造成的影響，但國內在研究低碳焊接技術及材料的成果還較少。在未來的焊接技術發展中，需逐步實現“零污染”焊接技術的應用，順應科學發展觀對焊接領域所提出的基本需求。