淺析焊接技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

焊接是應(yīng)用最廣泛的金屬不開拆卸連接方法，焊接過程的實(shí)質(zhì)是利用加熱、加壓等手段，借助金屬的原子結(jié)合與擴(kuò)散作用，使分離的金屬牢固地結(jié)合起來的成型方法。焊接方法的種類很多，通常按焊接過程的特點(diǎn)分為熔化焊、壓力焊和釬焊。

焊接與鉚接、鑄造相比，可以節(jié)省大量金屬材料，減輕結(jié)構(gòu)的重量，成本較低；簡化加工與裝配工序，工序較簡單，生產(chǎn)周期較短，勞動生產(chǎn)率高；焊接接頭不僅強(qiáng)度高，而且其他性能（如耐熱性能、耐腐蝕性能、密封性能）都能與焊件材料相匹配，焊接質(zhì)量高，勞動強(qiáng)度低，勞動條件好等優(yōu)點(diǎn)。

目前世界各國年平均生產(chǎn)的焊接結(jié)構(gòu)用鋼已占鋼產(chǎn)量的百分之四十五左右，所以焊接是目前應(yīng)用極為廣泛的一種永久性連接方法。

焊接技術(shù)是隨著金屬的應(yīng)用而出現(xiàn)的，古代的焊接方法主要是鑄焊、釬焊和鍛焊。中國商朝制造的鐵刃銅鉞，就是鐵與銅的鑄焊件，其表面銅與鐵的熔合線婉蜒曲折，接合良好。春秋戰(zhàn)國時(shí)期曾侯乙墓中的建鼓銅座上有許多盤龍，是分段釬焊連接而成的。經(jīng)分析，所用的與現(xiàn)代軟釬料成分相近。古代焊接技術(shù)長期停留在鑄焊、鍛焊和釬焊的水平上，使用的熱源都是爐火，溫度低、能量不集中，無法用于大截面、長焊縫工件的焊接，只能用以制作裝飾品、簡單的工具和武器。

近代焊接技術(shù)是從1885年出現(xiàn)碳弧焊開始，直到二十世紀(jì)四十年代才形成較完整的焊接工藝體系。特別是四十年代初期出現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)電焊條后，焊接技術(shù)得到了一次飛躍?，F(xiàn)在世界上已有50余種焊接工藝方法應(yīng)用于生產(chǎn)中。

隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接技術(shù)也在不斷進(jìn)步，焊接已從單一的加工工藝發(fā)展成為綜合性的先進(jìn)工藝技術(shù)。焊接技術(shù)的新發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）提高焊接生產(chǎn)率，進(jìn)行高效化焊接

焊條電弧焊中的鐵粉焊條、重力焊條和躺焊條工藝；埋弧焊中的多絲焊、窄間隙焊接；氣體保護(hù)焊中的氣電垂直焊、熱絲MAG焊、TIME焊等，這些都是常用的高效化焊接方法。

如：埋弧焊主要用于船體內(nèi)底板、外板、甲板、縱壁等平直部位的拼板焊接，還用于內(nèi)底板或甲板合攏對接縫。采用CO2打底+埋弧焊的混合焊接工藝，使焊接效率和質(zhì)量得到大幅度提高。埋弧焊又分為單絲、多絲，具有熔敷效率高、熔深大以及機(jī)械自動化高、工作勞動強(qiáng)度低的優(yōu)點(diǎn)。目前船企多數(shù)已采用了單絲焊，對于板厚≤14mm鋼板可不開坡口，雙面單道焊；厚板則需開坡口，一面焊完，反面碳弧氣刨清根后再焊。對于雙絲（多絲）焊，部分中大型船廠采用，其于坡口反面置一銅墊板，通過壓縮空氣軟管等頂升裝置頂緊，可以對較厚板進(jìn)行正面施焊而形成反面焊縫，一次成形，減少翻身，效率更高。

CO2氣體保護(hù)焊分為GMAW（實(shí)芯焊絲）和FCAW（藥芯焊絲）。因其焊縫成形美觀、電弧穩(wěn)定、飛濺小等優(yōu)勢，藥芯焊絲（f 1.2mm）在船廠得到廣泛使用，是最主要的高效焊接技術(shù)。尤其是采用背面貼陶瓷襯墊，單面焊雙面成形工藝時(shí)，減少翻身工作量，提高焊接效率，降低成本，有利于減輕焊工勞動強(qiáng)度，改善工作環(huán)境。氣體保護(hù)焊中的氣電垂直焊主要用于船舶舷側(cè)大合攏立對接縫和縱壁合攏立對接縫或立角焊縫的焊接。30mm厚度以下DH36級鋼以下等級的船體結(jié)構(gòu)鋼單面單道焊即完全成形，操作簡單，效率很高。用鐵粉焊條 直徑大（f 5.0mm），焊接電流大， 操作簡單、效率高。

（2）提高焊接過程自動化、智能化水平

國外焊接過程機(jī)械化、自動化已達(dá)很高程度，而我國手工焊接所占比例卻很大。按焊絲與焊接材料的比例來計(jì)算機(jī)械化、自動化比例，1999年日本為百分之八十，西歐為百分之七十四，美國為百分之七十一，2000年我國為百分之二十三。焊接機(jī)器人的應(yīng)用是提高焊接過程自動化水平的有效途徑，應(yīng)用焊接專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等都能提高焊接過程智能化水平。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界在役的工業(yè)機(jī)器人中大約有將近一半的工業(yè)機(jī)器人用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域，焊接機(jī)器人應(yīng)用中最普遍的主要有兩種方式，即點(diǎn)焊和電弧焊。我們所說的焊接機(jī)器人其實(shí)就是在焊接生產(chǎn)領(lǐng)域代替焊工從事焊接任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人。這些焊接機(jī)器人中有的是為某種焊接方式專門設(shè)計(jì)的，而大多數(shù)的焊接機(jī)器人其實(shí)就是通用的工業(yè)機(jī)器人裝上某種焊接工具而構(gòu)成的。在多任務(wù)環(huán)境中，一臺機(jī)器人甚至可以完成包括焊接在內(nèi)的抓物、搬運(yùn)、安裝、焊接、卸料等多種任務(wù)，機(jī)器人可以根據(jù)程序要求和任務(wù)性質(zhì)，自動更換機(jī)器人手腕上的工具，完成相應(yīng)的任務(wù)。

工業(yè)機(jī)器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用最早是從汽車裝配生產(chǎn)線上的電阻點(diǎn)焊開始的。點(diǎn)焊機(jī)器人在汽車裝配生產(chǎn)線上的大量應(yīng)用大大提高了汽車裝配焊接的生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量，同時(shí)又具有柔性焊接的特點(diǎn)，即只要改變程序，就可在同一條生產(chǎn)線上對不同的車型進(jìn)行裝配焊接。由于機(jī)器人控制速度和精度的提高，尤其是電弧傳感器的開發(fā)并在機(jī)器人焊接中得到應(yīng)用，使機(jī)器人電弧焊的焊縫軌跡跟蹤和控制問題在一定程度上得到很好解決，機(jī)器人焊接在汽車制造中的應(yīng)用從原來比較單一的汽車裝配點(diǎn)焊很快發(fā)展為汽車零部件和裝配過程中的電弧焊。機(jī)器人電弧焊不僅用于汽車制造業(yè)，更可以用于涉及電弧焊的其它制造業(yè)，如造船、機(jī)車車輛、鍋爐、重型機(jī)械等等。

（3）研究開發(fā)新的焊接能源

焊接工藝幾乎運(yùn)用了世界上可以利用的熱源如火焰、電弧、電阻、激光、電子束等。但新的更好的更有效的焊接熱源研發(fā)一直在進(jìn)行，例如采用兩種熱源的疊加，以獲得更強(qiáng)的能量密度，如等離子束加激光、電弧中加激光等。

（4）建立健全焊接質(zhì)量管理體系，應(yīng)用先進(jìn)的焊接技術(shù)理論和施工技術(shù)，綜合協(xié)調(diào)并不斷消除影響焊接質(zhì)量的各方面因素，保障質(zhì)量管理體系有效運(yùn)行，中國“鳥巢”工程就是一個(gè)成功的例子。

“鳥巢”是近年來科技含量最高的奧運(yùn)工程項(xiàng)目之一。其設(shè)計(jì)理念雖然來源于外國，但在結(jié)構(gòu)計(jì)算、施工工藝、質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等方面則由國人自主制定和完成，并填補(bǔ)了多項(xiàng)國內(nèi)技術(shù)空白。作為一個(gè)大跨度的曲線結(jié)構(gòu)，“鳥巢”有大量的曲線箱形結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)和安裝均有很大的挑戰(zhàn)性。其中，鋼結(jié)構(gòu)總重5.3萬噸，最大跨度259米，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，相關(guān)施工技術(shù)難題被列為科技部重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。 整個(gè)工程沒有一顆螺絲釘和鉚釘，100%全焊鋼結(jié)構(gòu)，所有構(gòu)件作用力全都由焊縫承擔(dān)。作為影響結(jié)構(gòu)體系安全運(yùn)營的焊接工序質(zhì)量要求之高是顯而易見的，對焊接質(zhì)量的要求更是精益求精，可謂：“成也焊接、敗也焊接”。 我們在焊接應(yīng)用技術(shù)理論的指導(dǎo)下采用了十四項(xiàng)焊接技術(shù)，如Q460-Z35 鋼焊接性試驗(yàn)研究新技術(shù)；厚板采用SMAW-GMAW-FCAW-G復(fù)合新工藝技術(shù)；特殊焊縫處理技術(shù)；焊接機(jī)器人（FCAW-SS）焊接技術(shù)的應(yīng)用；鋼筋T型焊接接頭壓力埋弧焊新工藝等。

經(jīng)過“鳥巢”建設(shè)者的艱苦努力， “鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程取得了十分優(yōu)異的成績，最終成為了當(dāng)今焊接工程之典范和標(biāo)桿

綜上所述，焊接技術(shù)在近代已經(jīng)不是一種輔助工藝而是制造業(yè)的關(guān)鍵加工手段，完成了許多關(guān)系國計(jì)民生的重要產(chǎn)品的生產(chǎn)，中國已經(jīng)毫無懸念地成為世界首屈一指的焊接大國，但是與發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距。國外主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家的政府很重視焊接技術(shù)的發(fā)展，他們希望用先進(jìn)的焊接技術(shù)來提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量、提高效率、降低成本，這是值得我們國家好好思考好好學(xué)習(xí)的。

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