先進(jìn)焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

摘 要：目前先進(jìn)的焊接技術(shù)包括無(wú)人工廠用的編程型焊接機(jī)器人、電子束焊接、激光焊、攪抖摩擦焊等，這些先進(jìn)的焊接技術(shù)在核工業(yè)、航空航天工業(yè)、船舶工業(yè)、汽車工業(yè)等領(lǐng)域正在發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

關(guān)鍵詞：先進(jìn)焊接技術(shù)；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(méi)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(yè)等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，焊接技術(shù)的應(yīng)用前景也越來(lái)越廣泛。目前，我國(guó)的焊接技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到了數(shù)字化時(shí)代。在數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展的帶動(dòng)下，在數(shù)字化控制技術(shù)日益成熟的大背景下，數(shù)字焊機(jī)已經(jīng)開(kāi)始在我國(guó)的發(fā)達(dá)地區(qū)開(kāi)始應(yīng)用于生產(chǎn)。數(shù)字化控制與數(shù)字化焊機(jī)是焊接自動(dòng)化的先導(dǎo)，隨著我國(guó)焊接技術(shù)的高效化、智能化、數(shù)字化進(jìn)程的不斷加快，相信屬于我國(guó)的自動(dòng)化焊接技術(shù)就要到來(lái)了。應(yīng)該看到的是，我國(guó)目前的焊接自動(dòng)化率僅為百分之三十，而西方發(fā)達(dá)國(guó)家早已經(jīng)超過(guò)了百分之八十?？吹搅瞬蛔?，更需要我國(guó)的焊接技術(shù)研發(fā)部門(mén)加大研發(fā)力度，提高我國(guó)的焊接自動(dòng)化水平。

1 先進(jìn)焊接技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

1.1 在航空領(lǐng)域的應(yīng)用

焊接在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，航空航天工業(yè)中的許多金屬材料都需要使用先進(jìn)的焊接工藝焊接在一起。航空航天工業(yè)中由于使用的金屬材料的特殊性，使得應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的焊接技術(shù)也必須具有一定的先進(jìn)性。航空航天工業(yè)中許多新材料的廣泛應(yīng)用促成了特種焊接技術(shù)的應(yīng)運(yùn)而生。我國(guó)的航空航天工業(yè)中目前最常使用的是高能束流焊接技術(shù)與固態(tài)焊接技術(shù)。高能束流焊接技術(shù)包括了等離子束焊接、激光焊與電子束焊接技術(shù)；固態(tài)焊技術(shù)包括了各種摩擦焊以及擴(kuò)散焊。這其中的激光焊、電子束焊、攪拌摩擦焊是在我國(guó)航空航天領(lǐng)域中最經(jīng)常使用的三種先進(jìn)焊接技術(shù)。這些技術(shù)的出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)的鉚接技術(shù)正在逐漸退出歷史的舞臺(tái)，先進(jìn)焊接技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用已是大勢(shì)所趨。焊接技術(shù)的變革，離不開(kāi)新材料的變革，航空航天工業(yè)與其他行業(yè)不同，對(duì)材料的材質(zhì)要求較高，要求所使用的材料不僅具有物理的堅(jiān)固性，而且更要有質(zhì)量上的輕質(zhì)性。要求材料要能夠適應(yīng)任何復(fù)雜的高低溫變化劇烈的外部環(huán)境，并且還要具備多功能、高性能、復(fù)合化的特點(diǎn)。我國(guó)的航空航天材料在這樣的要求下度過(guò)了四個(gè)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(zhuǎn)而使用焊接連接，焊接連接的部件在我國(guó)的航空航天領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)超過(guò)了百分之五十，焊接的工作量已經(jīng)達(dá)到了全部工時(shí)的百分之十。焊接在航空航天工業(yè)中的重要性已經(jīng)不言而喻。

下面我們就把航空航天工業(yè)中常用的幾種焊接方法分別進(jìn)行闡述：

1.1.1 激光焊接技術(shù)的應(yīng)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(dá)到傳統(tǒng)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(chǎn)生的焊縫的深寬比也可以達(dá)到12：1，在焊接的過(guò)程中因熱量引起的變形也較小，是較為適宜實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化的焊接方法。激光焊也因?yàn)樯鲜龅膬?yōu)點(diǎn)而入選21世紀(jì)最有前途、最有開(kāi)發(fā)潛力的高能束流焊技術(shù)。激光焊在航空航天的工業(yè)中主要用于武器裝備與飛行器的結(jié)構(gòu)的制過(guò)程之中。飛行器的合金飛行舵翼就需要使用激光焊接技術(shù)進(jìn)行完美焊接。

1.1.2 電子束焊接技術(shù)的應(yīng)用

電子束焊接技術(shù)即指以高能高密度的電子束作為能量載體對(duì)被連接件進(jìn)行焊接加工的一種精密焊接技術(shù)。電子束焊接技術(shù)的特點(diǎn)是功率密度極高但是焊接的熱量輸入?yún)s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(méi)有殘余應(yīng)力，焊縫的深寬比也較大，與傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比神奇的是焊接的接頭部分無(wú)氧化。電子束焊接技術(shù)主要用在飛行器的腹、鰭、框、架以及繼電器、波紋管等部分?，F(xiàn)在，電子束焊接技術(shù)已經(jīng)成為大型飛機(jī)制造公司的標(biāo)準(zhǔn)配置，是制造飛機(jī)主、次承力結(jié)構(gòu)件和機(jī)翼骨架的必選技術(shù)之一，也是衡量飛機(jī)制造水平的一把標(biāo)尺。

1.1.3 攪拌摩擦焊在航空航天業(yè)的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面：機(jī)翼、機(jī)身、尾翼；飛機(jī)油箱；飛機(jī)外掛燃料箱；運(yùn)載火箭、航天飛機(jī)的低溫燃料筒；軍用和科學(xué)研究火箭和導(dǎo)彈；熔焊結(jié)構(gòu)件的修理等。

由以上資料可以看出，隨著新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)，在航空航天領(lǐng)域，先進(jìn)焊接技術(shù)這逐漸取代傳統(tǒng)制造技術(shù)而成為主流發(fā)展趨勢(shì)。

1.2 在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)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(fā)動(dòng)機(jī)增壓器渦輪等部件的焊接。焊接熱處理強(qiáng)化或冷作硬化的材料是，接頭的力學(xué)性能不發(fā)生變化。同時(shí)，可以焊接內(nèi)部需保持真空度的密封件、靠近熱敏元件的焊件、形狀復(fù)雜且精密的零部件，也可以同時(shí)施焊具有兩層或多層接頭的焊件。

1.2.2 激光焊技術(shù)主要用于車身拼焊、框架結(jié)構(gòu)和零部件的焊件。激光拼焊是指在車身設(shè)計(jì)制造中，根據(jù)車身不同的設(shè)計(jì)和性能要求，選擇不同規(guī)格的鋼板，通過(guò)激光裁剪和拼裝技術(shù)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(yè)中的應(yīng)用主要為：發(fā)動(dòng)機(jī)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(mén)預(yù)成型件。

2 技術(shù)創(chuàng)新的趨勢(shì)

目前的設(shè)備主要用于航天、軍工、船舶、交通等關(guān)系國(guó)計(jì)民生的行業(yè)，隨著各種技術(shù)尤其是先進(jìn)連接技術(shù)的創(chuàng)新，會(huì)逐漸進(jìn)入到普通民用工業(yè)領(lǐng)域。有如下3個(gè)趨勢(shì)：（1）小型化。（2）集成化。（3）信息化：

2.1 小型化

隨著各種新技術(shù)的涌現(xiàn)和融合，這些應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)的設(shè)備將不斷的小型化以適應(yīng)普通的生產(chǎn)需求。同時(shí)還可以在同等工作要求下精簡(jiǎn)設(shè)備、降低成本，使普通的小企業(yè)也可以享受這種高效、優(yōu)質(zhì)的技術(shù)。

2.2 集成化

現(xiàn)在主流的先進(jìn)焊接技術(shù)大部分都是獨(dú)立運(yùn)行，很少與其他的焊接技術(shù)一同使用。這一狀況將逐步扭轉(zhuǎn)。先進(jìn)焊接技術(shù)固然設(shè)備龐大，運(yùn)行復(fù)雜。

2.3 信息化

整個(gè)行業(yè)共同研發(fā)一套專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。使得對(duì)各種材料和各種工藝要求可以有不同的參數(shù)可供選擇，具體如焊前處理、焊接參數(shù)、焊接檢測(cè)與監(jiān)控、焊后處理四個(gè)模塊。使我國(guó)工業(yè)整體上水平，達(dá)到產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

3 結(jié)語(yǔ)

焊接作為一種傳統(tǒng)技術(shù)又面臨著21世紀(jì)的挑戰(zhàn)。一方面，材料作為21時(shí)間的支柱已顯示出：5個(gè)方面的變化趨勢(shì)，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(jié)構(gòu)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(fù)合材料變化。新材料的連接對(duì)焊接技術(shù)提出了更高的要求。另一方面，先進(jìn)制造技術(shù)的蓬勃發(fā)展，正從信息化、集成化、系統(tǒng)化、柔性化等幾個(gè)方面對(duì)焊接技術(shù)的發(fā)展提出了越來(lái)越高的要求。先進(jìn)焊接技術(shù)將逐步實(shí)現(xiàn)上述要求，提升整個(gè)制造業(yè)水平。

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