工程機械中高效焊割技術現狀及發展趨勢

沈根平

（江蘇省江陰中等專業學校，江蘇 江陰 214433）

隨著房地產、高速公路、地鐵、大型機場等行業高速發展，工程機械生產朝著專業化、高效化方向進一步發展，對焊接件本身的要求越來越高。主要體現在焊接的尺寸愈來愈大，材料的強度越來越高，材料的厚度在增加，機構更加復雜，焊縫的數量愈來愈多。特別是在特殊功能的大型設備制造過程中，對焊接內部質量和焊接變形的要求非常高。

1 工程機械的高割焊接

在工程機械產品生產當中，焊割工序占據了重要的地位，約占結構件工作量的55%～75%。焊接結構件中的焊割方法對生產效率和質量起著關鍵的作用，對整個工程機械質量產生直接影響，包括設備穩定性、使用壽命等。工程機械中切割技術主要指材料的分離方法；而工程機械中焊接是指用電弧的高溫將兩個不同的金屬通過焊接材料形成高強度的接頭的加工方法。高效焊割指的是比原有的焊割工藝具有更高的焊割效率的技術，這些焊割技術在制造2025具有非凡的意義。

2 工程機械的焊割技術的現狀

2.1 火焰切割

火焰切割是下料最常用的方式，其利用可燃氣體（乙炔、丙烷或者天然氣等）和助燃氣體（氧氣等）燃燒火焰對材料進行切割，其本質是金屬的燃燒，其加工厚度2～1 200 mm，但低于10 mm 的板火焰切割易產生變形。火焰切割設備的成本低，但氣體的安全性要求高，割縫的質量不光滑，焊接前需要進行打磨。目前大部分企業都采用數控火焰切割方法，對于一些現狀單一的產品是可行的，但對一些形狀復雜的大型產品，還有待提高。

2.2 CO2氣體保護氣體焊

工程機械現場焊接過程中，目前以半自動CO2氣體保護實芯焊接為主，以工件與焊絲之間的產生的強烈電弧來熔化母材和焊材的方法。與其他焊接方法相比，CO2氣體保護焊實現焊絲自動送絲，金屬熔化量較大，生產效率高及焊接質量好等優勢。CO2氣體保護焊采取明弧焊接，熔池便于觀察，對操作者的要求低，能夠實現全位置焊接。另外，現在有部分產品實現CO2氣體保護機械手操作，實現送絲和運條都是按程序進行，在壓縮電弧的保護下，焊接電弧相對集中，進一步提升了焊接速度，熔池較小，熱影響區變窄，焊件焊后變形明顯減小，具有良好的抗裂性能。特別是在薄板為主的產品焊接中，采用氬氣和二氧化碳混合氣體的焊接，可以明顯產生產品的飛濺，同時焊得良好的外觀成形和可靠的焊接內部質量。

2.3 焊接變位機械

為了確保工程機械焊接中焊縫處在最有利的位置，所以在焊接過程中配置焊接變位機，讓其回轉軸可以作為外部軸，保持與焊接協調運動。變位機機械可以調整高度來滿足工件裝卸的需求，以便提高生產施工的便捷。同時，變位機機械匹配合理的裝夾工具，使得焊接裝配更加容易和高效，縮短時間，全面提高工程機械的裝焊質量。焊接變位機已悄然成為工程機械的一種不可缺少的設備。焊接變位機械在我國工程機械行業，有了較快的發展，獲得了廣泛的應用。就其型式系列和品種規格而言，已問世的，約有十余個系列，百余品種規格，正在形成一個不小的行業。

3 工程機械的焊割技術的發展趨勢

3.1 等離子切割機

等離子切割配合不同的工作氣體可以切割各種氧氣切割難以切割的金屬，尤其是對于有色金屬（不銹鋼、鋁、銅、鈦、鎳）切割效果更佳；其主要優點在于切割厚度不大的金屬的時候，等離子切割速度快，尤其在切割普通碳素鋼薄板時，速度可達氧切割法的5～6倍，熱變形小、較少的熱影響區。精細等離子切割技術應用高精度，高速度的機床以及精細等離子切割電源，可以智能地控制氣體流量，對板材實現圓孔切割，精細等離子氣割技術已成為金屬切割工業中先進的加工方法。但等離子切割會產生大量的金屬煙層和有害氣體以及電磁輻射，因此，需佩戴專業防護眼鏡及面部罩，避免弧光對眼睛及皮膚的灼傷，需要通風并佩戴多層過濾的防塵口罩，避免產生煙氣對人體的毒害。

3.2 激光切割

激光切割是利用高功率密度激光束照射被切割金屬，使金屬很快被加熱至汽化溫度，蒸發形成孔洞，隨著光束對材料的移動，孔洞連續形成寬度很窄的切縫，完成對材料的切割。激光切割后，割縫邊緣光滑無氧化物，一般不需要再加工就能直接裝配，因而可以有效提高生產效率，降低人工成本。目前在工程機械行業中的應用主要有平板下料、三維成形件下料等，激光切割技術也從最初的固體激光發展到光纖激光，其中70%主要用于8 mm 以下的薄板切割，20%用于12 mm 以下中厚板切割。激光切割能夠高速的切割物品，減少下料的時間、節約資金成本，同時減少切割加工的變形。另外，激光切割產生的金屬污染物少，對減少空氣污染和提高工作環境也是有利的。未來，激光切割將是工程機械制造業的最標準最常用的下料手段。

3.3 柔性組合夾具

隨著科學技術的不斷發展，工程機械制造發生了顯著的變化，多品種小批量的生產占了很大優勢。由于產品更新快，專用夾具造成積壓特別是多品種的夾具，暫時不生產時，占用場地，造成不必要的浪費。柔性組合夾具是一種成本低、制造周期短、又能適應不斷變化差的產品對象的一種先進夾具，使之適合新的生產特點需要。一些專業的公司開發出了柔性組合式三維焊接工裝，并逐漸從滿足工程機械制造機器人技術以及設備裝配和檢測設備等，從而保證工程機械生產的整體流程更為順暢。

3.4 數字化智能焊接電源

數字化智能焊接技術是指用單片機技術來控制焊接電源的運行狀態，使其達到焊接產品所提出的要求，以得到完全合格的焊縫。數字化智能焊接技術的核心就是焊接電源的數字化。和其他專業領域一樣，焊接技術的發展同樣得益于數字電子技術的發展。

3.4.1 主電路的數字化

即從模擬式焊接電源發展到現在大量應用的是IGBT、MOSFET或雙極性晶體管式弧焊逆變器。而且涉及的焊接方法和材料范圍越來越廣，功率越來越大，相對體積越來越小。

3.4.2 控制電路的數字化

就控制系統的結構而言，數字化焊接電源的控制部分由單片機或/和DSP（數字信號處理器）共同構成，對給定信號流、參數反饋流和網壓信號流作綜合處理與運算、控制，達到焊接電源的數字化、信息化、柔性化的控制。

3.4.3 人機接口技術

人機交互系統是人機最直接的操作界面，是操作者向計算機輸入信息、發出指令及觀察現場參數和信息的窗口，具有友好性、功能性、靈活性、一致性、可靠性等特點。國外已有焊機將液晶顯示和鍵盤操作相結合，進行焊接方法、焊接工藝參數設置和信息顯示等的人機交互過程。

3.5 軟件和傳感系統的應用

先進的焊接機器人的工作站對于計算機軟件和傳感系統技術的使用較多，其功能主要包括一些生產的跟蹤、定位、反饋和調整等。在焊接正常進行過程中，電弧的傳感器會對焊接電流和電弧電壓的檢測，并反饋到工作站，并根據專家系統的模型自動修調整實際工作中與系統的位置偏差。同時目前應用的工作站，對裝配的要求比較高，電流的大小，擺動的幅度，停頓的時間是由程序控制的，將來通過傳感器和軟件，焊接過程中不斷測量并反饋數據，工作會自動調節焊接工藝參數，以獲得良好的外觀成形已經可靠的內部質量。

4 結語

當前工程機械的高效焊割技術，比過去有了高速發展，主要以數控火焰切割、等離子切割切割，CO2氣體保護氣體焊（包含機器人），專用夾具等。當然，隨著科技的發展越來越快，產品的周期越來越短，焊接的外觀質量和內部質量越來越高，工程機械的高效焊割技術將朝著減少能源的消耗與浪費，降低生產成本，保證工人有良好的施工環境，保證施工的安全性與可靠性，保證產品的可靠性和穩定方向發展。