工程機(jī)械焊接工藝技術(shù)發(fā)展

王光磊 張水霞

摘 要：焊接是一門重要的基礎(chǔ)工藝，雖然只有不足百年的歷史，但它的發(fā)展十分迅速，尤其是20世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種新的焊機(jī)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。我國正處于改革發(fā)展和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，工業(yè)化發(fā)展到一定程度以后，國家工業(yè)經(jīng)濟(jì)的增長在很大程度上將取決于工藝水平及裝備。高效、節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠將是未來工程機(jī)械發(fā)展的重要趨勢。

關(guān)鍵詞：機(jī)械焊接；焊接工藝；更新；發(fā)展趨勢

1 引言

焊接技術(shù)在各工程中有著廣泛的應(yīng)用，在實(shí)際工作中也有著特殊的要求，其定義是在高溫或高壓條件下，使用焊接材料將兩塊或兩塊以上的母材連接成一個(gè)整體的操作方法。焊接技術(shù)作為制造業(yè)中傳統(tǒng)的基礎(chǔ)工藝和技術(shù)，雖然應(yīng)用到工業(yè)中的歷史并不長，但是發(fā)展卻非常迅速。短短幾十年間，焊接已被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、橋梁、高層建筑、造船以及海洋鉆探等許多重要的工業(yè)領(lǐng)域，并且為促進(jìn)工業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)，使得焊接已經(jīng)成為一個(gè)重要的制造技術(shù)和材料科學(xué)的重要專業(yè)學(xué)科。

2 工程機(jī)械焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢

2.1 大型結(jié)構(gòu)件拼點(diǎn)精度提升

隨著工程機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提升，結(jié)構(gòu)件的拼箱精度和焊接質(zhì)量逐漸成為焊接工藝研究重點(diǎn)之一。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)件的拼點(diǎn)方法一般為人工劃線，此種方式簡單易行，但劃線工作量大，生產(chǎn)效率低、受制于劃線人員的技能、熟練程度不同，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件拼點(diǎn)誤差較大、產(chǎn)品一致性較差，不利于后續(xù)工序自動(dòng)化焊接的實(shí)施。針對(duì)這一問題，工程機(jī)械各企業(yè)都設(shè)計(jì)開發(fā)了適應(yīng)自身結(jié)構(gòu)件特點(diǎn)的拼點(diǎn)工裝，但一般來說設(shè)計(jì)較為簡單、精度較低，通用性較差。隨著機(jī)器人自動(dòng)化焊接的逐漸普及，高精度拼點(diǎn)工裝已成為一種產(chǎn)品，由專業(yè)公司設(shè)計(jì)制造，既保證組對(duì)精度，又盡量做到操作簡便、通用性強(qiáng)。取代劃線拼點(diǎn)作業(yè)模式，以高精度等距銷孔定位，克服了傳統(tǒng)移動(dòng)后重復(fù)定位精度不高的難題，同時(shí)配合模塊化專用支耳，通過快速鎖緊銷進(jìn)行連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸結(jié)構(gòu)件的高效、快速換模，進(jìn)而達(dá)到高通用性的特點(diǎn)。雖然拼箱精度高、一致性好，有利于后續(xù)的機(jī)器人自動(dòng)化焊接，但是該工裝造價(jià)昂貴、安裝精度高，在使用過程中需要定期維護(hù)保養(yǎng)。

2.2 自動(dòng)化焊接技術(shù)的發(fā)展

焊接技術(shù)已經(jīng)向自動(dòng)化，智能化方向發(fā)展。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接技術(shù)逐漸向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，自動(dòng)焊接機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，以機(jī)器人成套焊接工作站或焊接專機(jī)替代焊接工人進(jìn)行自動(dòng)化焊接作業(yè)，不但降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境，同時(shí)可以獲得穩(wěn)定一致的焊縫質(zhì)量。從長遠(yuǎn)來看，雖然機(jī)器人焊接一次性投入成本大，但一臺(tái)焊接工作站的服役期至少為10年以上，相對(duì)不斷增長的用工成本，采用機(jī)器人自動(dòng)化焊接反而更加經(jīng)濟(jì)。焊接用機(jī)器人，嚴(yán)格來講只是六軸集成的機(jī)械手，本身并不能獨(dú)立工作，需搭配焊接系統(tǒng)、弧焊軟件控制系統(tǒng)、工件裝夾變位系統(tǒng)、高效除塵系統(tǒng)等設(shè)備才能組成焊接機(jī)器人工作站。對(duì)焊接變形要求高的結(jié)構(gòu)件，需要在相應(yīng)夾具上考慮增加反變形措施，大多采用在可能變形位置增加液壓缸壓緊進(jìn)行預(yù)變形。對(duì)一些更大型的結(jié)構(gòu)件焊接，則要求采用兩套焊接機(jī)械手配合外部軸進(jìn)行焊接，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)量多達(dá)19軸以上在變位機(jī)方面，設(shè)置為雙工位，一個(gè)工位用于機(jī)械手自動(dòng)化焊接，另一個(gè)工位則針對(duì)機(jī)械手無法焊到的地方采用人工補(bǔ)焊。自動(dòng)化焊接工作站的大量應(yīng)用，對(duì)相應(yīng)的操作人員也提出了更高的要求，需要操作人員不僅熟悉焊接知識(shí)，還需掌握機(jī)器人控制系統(tǒng)的編程語言、了解自動(dòng)焊接過程中的電弧跟蹤、焊前尋位原理。而目前，國內(nèi)的大部分工程機(jī)械企業(yè)操作焊接機(jī)械手人員難以具備上述的技能素質(zhì)，出現(xiàn)問題，仍然依賴設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)廠解決。造價(jià)昂貴的焊接工作站，其強(qiáng)大的功能也僅僅開發(fā)不足60%。這也對(duì)一些專科、技校提出了新的要求，在技能人員培養(yǎng)方面，需要重視對(duì)機(jī)械手的控制系統(tǒng)、編程語言、弧焊軟件系統(tǒng)以及其他的常見故障解決方法等方面進(jìn)行培訓(xùn)。與機(jī)器人焊接工作站相比，焊接專機(jī)易操作、價(jià)格低、易保養(yǎng)、設(shè)備可靠性高，更受到焊接工藝人員的青睞。焊接專機(jī)多用于焊縫形式單一的長直焊縫，焊接過程中焊槍無需擺動(dòng)。對(duì)于要求不高的焊縫結(jié)構(gòu)，可以立足自制，將焊接系統(tǒng)與直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合即可實(shí)現(xiàn)專機(jī)功能；對(duì)焊縫質(zhì)量及工作環(huán)境要求高、焊接過程中需要旋轉(zhuǎn)變位的工件，則可以借鑒機(jī)器人工作站的模式，搭配變位機(jī)、除塵系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)等。

2.3 高強(qiáng)鋼焊接工藝進(jìn)展

在工程機(jī)械的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，承載噸位與自身重量是一對(duì)矛盾體，為了降低自重，設(shè)計(jì)人員更青睞于選擇高強(qiáng)，甚至超高強(qiáng)鋼板，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，則采用薄厚板對(duì)接的形式，上述兩個(gè)方面均對(duì)焊接提出了新的挑戰(zhàn)。鋼鐵冶金技術(shù)的不斷進(jìn)步使低合金高強(qiáng)鋼實(shí)現(xiàn)了潔凈化、細(xì)晶化和力學(xué)性能上的強(qiáng)韌化，這就要求在焊接過程中與之匹配的焊接材料也必須實(shí)現(xiàn)潔凈化和強(qiáng)韌化，否則接頭性能將不能與母材匹配，進(jìn)而成為焊接接頭的薄弱部位。強(qiáng)度≥800MPa的高強(qiáng)鋼，要實(shí)現(xiàn)焊縫金屬與母材的強(qiáng)韌性匹配較為困難，一般強(qiáng)度等匹配的情況下，焊接接頭韌性儲(chǔ)備往往不夠，在進(jìn)行高強(qiáng)鋼焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)時(shí)，接頭的強(qiáng)度和伸長率都是合格的，主要是韌性不足引起脆斷，高強(qiáng)鋼激光焊接工藝有無可比擬的優(yōu)勢，該技術(shù)摒棄傳統(tǒng)的依托焊接材料過渡合金元素這一復(fù)雜過程，采用連續(xù)或脈沖激光束作為熱源直接熔化待焊母材，其冶金過程類似于電子束焊，能量轉(zhuǎn)換機(jī)制通過“激光束小孔”結(jié)構(gòu)來完成，熔融金屬填充小孔形成焊縫，激光焊接具有焊接熔深大、熱影響區(qū)小、焊接速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是激光焊接設(shè)備造價(jià)高，對(duì)工件拼點(diǎn)間隙要求嚴(yán)格。

3 結(jié)語

總之，在實(shí)際的制造行業(yè)中機(jī)械焊接工藝技術(shù)起到一定的積極作用，機(jī)械焊接工藝技術(shù)以及機(jī)械焊接的性能對(duì)于制造業(yè)工程結(jié)構(gòu)的可靠性以及安全性具有一定的影響，所以，我國全面發(fā)展機(jī)械焊接工藝技術(shù)是十分重要的。機(jī)械焊接對(duì)于我國制造行業(yè)具有十分重要的作用，我國的專家學(xué)者要積極對(duì)機(jī)械焊接工藝技術(shù)進(jìn)行積極研發(fā)，全面為我國機(jī)械焊接技術(shù)做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

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