焊接生產(chǎn)現(xiàn)狀及焊接技術(shù)發(fā)展探析

杜鴻 王紅慶 孟昭興

【摘 要】目前焊接廣泛應(yīng)用于各種材料的連接，并采用了諸如激光、電子束焊等先進(jìn)技術(shù)，無論是在石油化工、電力、建筑、橋梁行業(yè)，還是在車輛、計(jì)算機(jī)及醫(yī)療機(jī)械行業(yè)，絕大多數(shù)產(chǎn)品離開焊接技術(shù)就根本無法制造。特別是有了異種材料和非金屬構(gòu)料的連接技術(shù)和在產(chǎn)品形狀與設(shè)計(jì)方面的創(chuàng)新制造方法，焊接技術(shù)的未來充滿了希望。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代；焊接技術(shù)；發(fā)展；現(xiàn)狀；前景

焊接作為一門制造技術(shù)，在制造業(yè)中起著重要作用。沒有一種技術(shù)能像焊接技術(shù)那樣被制造商如此普遍地用于金屬及合金的高效連接，并在其產(chǎn)品中產(chǎn)生如此多的附加值。

1.焊接技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀

近年來隨著制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，提高焊接生產(chǎn)的生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)的自動化和智能化越來越受到焊接生產(chǎn)企業(yè)的重視?，F(xiàn)代智能控制技術(shù)、數(shù)字化信息處理技術(shù)、圖像處理及傳感器技術(shù)、高性能CPU芯片等現(xiàn)代高新技術(shù)的融入，使現(xiàn)代焊接技術(shù)取得了長足進(jìn)步。

1.1焊接生產(chǎn)自動化及智能化技術(shù)水平

焊接過程的自動化與智能化水平主要體現(xiàn)在焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展水平。目前應(yīng)用廣泛的焊接機(jī)器人大多屬于示教再現(xiàn)型。操作者通過示教盒在直角坐標(biāo)系或極坐標(biāo)系葉，移動機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)，使焊矩沿焊接軌跡運(yùn)動，在焊矩路徑上記錄示教的位置、焊矩姿態(tài)、運(yùn)動參數(shù)和工藝參數(shù)，并生成連續(xù)執(zhí)行全部操作的示教程序。此類機(jī)器人不具備對工件裝配誤差、焊接過程中的熱變形等環(huán)境變化，以及對工作對象變化的自適應(yīng)能力，因此，研制新一代具有多種傳感功能的、能夠自動制訂運(yùn)動軌跡、焊矩姿態(tài)和焊接參數(shù)的智能機(jī)器人將成為主要的發(fā)展方向。

國外有公司開發(fā)了一套基于雙日立體視覺的機(jī)器人路徑規(guī)劃系統(tǒng)。該系統(tǒng)以自然光作為視覺系統(tǒng)的光源，將雙目攝像機(jī)安裝在機(jī)器人的末端執(zhí)行器上，使其能跟隨焊槍沿焊縫走向一起移動。由于經(jīng)典的計(jì)算機(jī)三維視覺重構(gòu)是通過2個圖像平面上的特征點(diǎn)的匹配來確定對象的三維坐標(biāo)的，而對于焊縫來說，坡口邊緣內(nèi)外不存在明確的特征點(diǎn)，所以無法使用特征點(diǎn)匹配法。系統(tǒng)針對在局部圖像窗口中，焊縫可以近似為直線段的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種簡化的特征匹配算法來計(jì)算焊縫的三維坐標(biāo)，并通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提高了精度和速度。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對直線和曲線焊縫的路徑規(guī)劃。

1.2焊接工藝高速高效化

以實(shí)現(xiàn)高速度、高熔敷率、高質(zhì)量的焊接工藝為目標(biāo)，國內(nèi)外在多牡多弧焊接工藝、多元?dú)怏w保護(hù)焊接工藝、活性化焊接新工藝等方面開展了廣泛深入的研究，且取得了顯著成效。

在多絲多弧焊接新工藝方面，日本、瑞士、德國等國公司在多根焊絲配以單個或多個電源方面開展了大量的焊接研究丁作，在提高焊接生產(chǎn)速度和金屬熔敷率方面取得了一些實(shí)用化的成果。例如日本的藤村告史開發(fā)的多絲焊接系統(tǒng)，可用于角焊縫的高速焊接，焊速可以達(dá)到1.8m/min。

基于上述思想，伴隨著新型的功能強(qiáng)大的數(shù)字信息處理DSP的出現(xiàn)，F(xiàn)ronius公司推出了全數(shù)字化焊接電源，隨后Panosonic等公司也推出了各自的數(shù)寧化焊接電源產(chǎn)品，并相繼；進(jìn)入中國市場。數(shù)字化焊接電源實(shí)現(xiàn)了柔性化控制和多功能集成，具有控制精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、產(chǎn)品一致性好、功能升級方便等優(yōu)點(diǎn)。

1.3焊接質(zhì)量控制智能化技術(shù)

焊縫跟蹤是保證自動焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。在焊縫自動跟蹤方面，采用的技術(shù)及獲得的成果比較多。在熔滴過渡控制方面，由于焊接電源控制數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展及先進(jìn)電子元件在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用，使得對熔淌控制的研究達(dá)到了相當(dāng)高水平。

1.4以激光焊為代表的先進(jìn)焊接技術(shù)的新進(jìn)展

激光束所具有的微焦點(diǎn)與散焦加熱、高能量密度、高速加熱、深穿透、高速冷卻、可精密控制、高速掃描、全方位加工等技術(shù)特點(diǎn)，目前在材料加工領(lǐng)域中得到了充分的利用。激光除了已應(yīng)用于焊接、打孔、切割、表面改性、涂覆和精細(xì)加工外，在新材料的削備（如功能材料、納米材料、非晶材料）與快速成形和超精細(xì)加工技術(shù)方面的應(yīng)用，也大有可為；尤其當(dāng)大功率的YAG激光、二極管激光和準(zhǔn)分子激光：工程化應(yīng)用后，對材料與激光束流交互作用機(jī)理的深入科學(xué)研究，將會引導(dǎo)學(xué)科的發(fā)展。與創(chuàng)新”。

2.現(xiàn)代焊接技術(shù)的任務(wù)和展望

展望未來，現(xiàn)代焊接技術(shù)面臨的主要任務(wù)有：

2.1全面改善焊接生產(chǎn)環(huán)境，提升焊接行業(yè)的整體形象，吸引高素質(zhì)人才的加盟

新材料的研制、先進(jìn)焊接工藝的應(yīng)用不僅降低了材料與能源的消耗，而且將焊接對自然資源的影響降低到最低程度，通過消除煙塵、噪音和輻射，使焊接工作環(huán)境更具吸引力；新型焊接技術(shù)的應(yīng)用、焊接自動化及機(jī)器人的發(fā)展和多種高新技術(shù)在焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用，必將改變焊接行業(yè)的負(fù)面印象，吸引更多的年輕科技工作者，保證焊接技術(shù)領(lǐng)域的人才需求。

2.2提高焊接產(chǎn)品質(zhì)量，使焊接不再成為制造過程中的“薄弱環(huán)節(jié)”

要提高焊接產(chǎn)品質(zhì)量，必須消除焊接必然是制造過程中的“薄弱環(huán)節(jié)”的思想，為此，焊接界將進(jìn)行長期的研究工作，開發(fā)新的焊接工藝，進(jìn)―‘步提高焊接質(zhì)量控制的智能化技術(shù)水平，使焊縫達(dá)到“零缺陷”，并提出實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的可行性方法，已改善焊接能效，提高生產(chǎn)效率，降低焊接成本。

2.3焊工資格認(rèn)證制度建立

由于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程復(fù)雜，施工環(huán)境多樣，焊接對象不確定，市場競爭嚴(yán)酷，工程過程中始終是焊接方案編寫、工藝評定、檢修等許多工作交叉進(jìn)行的情況，且鋼結(jié)構(gòu)的安裝及焊接過程戰(zhàn)線長、點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)和因素的影響，使準(zhǔn)確科學(xué)的安排使用焊接人員，充分發(fā)揮其最大的能力和能動性成為了極具挑戰(zhàn)的管理學(xué)要求。焊接管理對于“天時、地利、人和”三方面的要求造成了其獨(dú)特的管理困難。此外，培養(yǎng)造就大量熟練掌握鋼結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)用技術(shù)的專業(yè)性極強(qiáng)的從業(yè)人員的滿足行業(yè)的巨大需求具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。因此，基于各方面的需要創(chuàng)立焊工資格認(rèn)證機(jī)制是鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。焊工資格認(rèn)證機(jī)制的建立也必將在很大程度上促進(jìn)我國鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。

新材料的研制將向著高效能、高性能（包括良好的可焊性）和益于環(huán)境的方向發(fā)展。焊接界將研究出更佳的焊接工藝，研制出更優(yōu)良的焊接電源并開發(fā)出相應(yīng)的控制技術(shù)，提高自動化程度與擴(kuò)大機(jī)器人的應(yīng)用范圍；減少廢品率和返修率，降低焊接成本，提高生產(chǎn)效率（如：減少預(yù)熱、后熱、避免焊接過熱等），徹底消除“焊接是制造工序障礙”的觀念。

結(jié)語

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展，我國的年鋼鐵產(chǎn)量、配套焊接材料產(chǎn)量及建筑結(jié)構(gòu)的鋼材使用量均實(shí)現(xiàn)逐年遞增式上漲。本文總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀并對未來鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測。

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[3]曾樂.現(xiàn)代焊接技術(shù)手冊，[M].上海：上海科技出版社，2009

（作者單位：大慶油田中油電能熱電一公司）