焊接生產(chǎn)現(xiàn)狀及焊接技術(shù)發(fā)展探析

宋昆晟，馬小平，呂英超

（中國石油集團(tuán)海洋工程（青島）有限公司，山東 青島 266000）

近年來隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，焊接技術(shù)也隨之不斷改革創(chuàng)新，有利于國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)還能促進(jìn)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在當(dāng)前，為進(jìn)一步推動(dòng)制造業(yè)快速發(fā)展，很多技術(shù)被運(yùn)用于制造行業(yè)中，其中使用較為廣泛的是焊接技術(shù)。本文針對焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢進(jìn)行深入分析，進(jìn)一步促進(jìn)國內(nèi)焊接技術(shù)在制造業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性健康發(fā)展。

1 國內(nèi)焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 焊接技術(shù)缺陷問題分析

在鋼板焊接過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)長厚板焊接問題，針對最終焊接質(zhì)量其影響因素包括焊接技術(shù)、工藝效率。除此之外，針對焊接的后板、箱體等構(gòu)件，其整體焊接和T 形焊接工藝要求較高，并且在實(shí)際焊接過程中很難清理灰渣。因此通常使用熔化極氣體保護(hù)焊完成第一層焊接，但該方法在使用中也存在很多問題，比如在T形厚鋼板焊接過程中對接焊時(shí)會(huì)一定程度上影響焊接效率，還會(huì)增加焊材用量，同時(shí)在焊接時(shí)對于工作人員健康也會(huì)產(chǎn)生不利影響。

1.2 焊接技術(shù)自動(dòng)化程度較低

當(dāng)前在一些發(fā)達(dá)國家焊接自動(dòng)化已經(jīng)覆蓋80%，然而國內(nèi)由于受到技術(shù)條件的限制，焊接自動(dòng)化水平只能達(dá)到30%，在一定程度上使國內(nèi)電氣生產(chǎn)、建筑業(yè)、機(jī)械加工等領(lǐng)域的發(fā)展受到較大限制。目前很多焊接均采用的是手動(dòng)氬弧焊的技術(shù)，自動(dòng)化水平較低，嚴(yán)重影響了國內(nèi)焊接技術(shù)的發(fā)展。在之后焊接技術(shù)發(fā)展中，數(shù)字自動(dòng)化成為主要發(fā)展趨勢，要求工作人員必須進(jìn)一步了解數(shù)字化焊接技術(shù)理論和技能，為國內(nèi)數(shù)字化焊接提供技術(shù)支持。

1.3 焊接構(gòu)件的冷熱裂紋問題

在實(shí)際焊接過程中如果外界溫度較低時(shí)，在完成焊接后會(huì)出現(xiàn)一些裂紋。通常情況下，冷焊接需要具備以下條件：在擴(kuò)散性條件下，焊縫接頭具備一定的硬化組織，當(dāng)密度和壓應(yīng)力較大時(shí)，熱焊縫需要在高溫條件下形成，也被認(rèn)為是高溫裂縫或結(jié)晶裂紋。在裂紋內(nèi)部很容易出現(xiàn)熱影響區(qū)，主要是由于在焊池中雜質(zhì)與低熱點(diǎn)共存，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致晶體偏析問題，最終影響焊接質(zhì)量。

1.4 工作人員專業(yè)技能水平不高

目前鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，然而對于焊接工作人員來說，由于其專業(yè)技術(shù)水平較低，將會(huì)影響最終的焊接質(zhì)量和鋼產(chǎn)品的穩(wěn)定性。目前很多從事焊接技術(shù)的工作人員未接受專業(yè)的系統(tǒng)培訓(xùn)和理論分析指導(dǎo)，導(dǎo)致在實(shí)際工作過程中與行業(yè)要求存在一定差距。

2 焊接技術(shù)的特點(diǎn)

從整體上來看焊接技術(shù)是一項(xiàng)具備綜合性強(qiáng)的工藝，其發(fā)展與現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)相輔相成。近幾十年來，國內(nèi)焊接技術(shù)得到快速發(fā)展，也出現(xiàn)了多種焊接技術(shù)，包括紅外線、真空、電子束、超聲等現(xiàn)代化技術(shù)，在目前焊接行業(yè)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。新型焊接技術(shù)不僅能夠使國內(nèi)焊接技術(shù)得到快速發(fā)展，同時(shí)也能夠奠定制造行業(yè)中焊接技術(shù)的地位，并且從一定程度上擴(kuò)大了該技術(shù)的應(yīng)用性。目前從國內(nèi)發(fā)展情況上來看，機(jī)械制造業(yè)以及相關(guān)行業(yè)其設(shè)計(jì)技術(shù)主要為焊接技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)被運(yùn)用于汽車機(jī)車、建筑、輕工、紡織、煤炭、航天航空等多領(lǐng)域中，同時(shí)該技術(shù)還滲透了現(xiàn)代化技術(shù)，在一定程度上能夠促進(jìn)國內(nèi)焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。

3 常用高效焊接方法分析

氣體保護(hù)焊，該技術(shù)主要是以氣體作為電弧媒介，同時(shí)能夠保護(hù)電弧焊和焊接區(qū)。其分為非熔化極和熔化極這兩種氣體保護(hù)焊。電阻焊，主要是指在兩個(gè)電極之間能夠壓緊背板原件，并通過電流后能夠使電流經(jīng)過焊接接觸面或相鄰區(qū)域形成電阻熱效應(yīng)，并將焊件加熱至相應(yīng)的塑性狀態(tài)，使最終焊接能夠形成金屬結(jié)合的電阻焊。目前該方法已經(jīng)用于汽車、電子、航天等多個(gè)領(lǐng)域中。螺柱焊接，該方法按照焊接方式可將其分為儲(chǔ)能式和拉弧式這兩種類型，兩種方法均屬于單面焊接，由于采用螺柱焊接過程中無需穿孔，因此在焊接過程中不存在漏水、漏氣的問題，也無需對非焊接面完成再次加工。磁控焊接，該技術(shù)是近年來新型的焊接技術(shù)，通常運(yùn)用于外加磁場，能夠有效控制最終焊接質(zhì)量，該技術(shù)的投入成本低，消耗能量少，而且結(jié)構(gòu)比較簡單，目前在國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用，因此也得到了相關(guān)工作人員的認(rèn)可。多電弧共焊接，該方法主要是由于一個(gè)容器存在多個(gè)電弧能夠提高焊接熱量，同時(shí)還可以改變熱量分布情況，并向溶質(zhì)焊接側(cè)面提供相應(yīng)的液體金屬或熱量，顯著提升焊接的效率，確保最終焊接的質(zhì)量。

4 焊接技術(shù)的具體應(yīng)用

首先從焊接技術(shù)在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用上來看，由于焊接技術(shù)及穩(wěn)定性強(qiáng)，焊接產(chǎn)品質(zhì)量較好，目前已經(jīng)在航空領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，在該領(lǐng)域中焊接技術(shù)占總共施工工時(shí)的10%，約有50%以上的原部件均采用焊接技術(shù)完成，由于航天航空領(lǐng)域?qū)τ诓牧系囊筝^高，因此在航空領(lǐng)域中特種焊接技術(shù)逐漸產(chǎn)生。在目前固態(tài)焊接和高能直流焊接技術(shù)的應(yīng)用性較廣，是采用最多的攪拌摩擦焊接以及電子束焊接，這些技術(shù)也在一定程度上促進(jìn)了航天技術(shù)的快速發(fā)展。在汽車領(lǐng)域中，由于汽車領(lǐng)域汽車的變速箱、離合器等重要元部件均采用電子焊接的方式完成；而車身部分重要零部件焊接均采用激光焊接的技術(shù)完成，在汽車制造領(lǐng)域中液壓成型附管件、車門等則采用攪拌摩擦焊接，因此，可以發(fā)現(xiàn)在汽車制造過程中焊接技術(shù)應(yīng)用性效果。在海工制造業(yè)中高效焊接技術(shù)起著十分重要的作用，由于該技術(shù)具有較強(qiáng)的專業(yè)性和技術(shù)性，尤其是能夠借助二氧化碳作為保護(hù)氣體完成半自動(dòng)焊接，目前該技術(shù)的應(yīng)用率達(dá)到60%以上，對于海工制造業(yè)來說高效焊接技術(shù)已經(jīng)成為了重要技術(shù)。目前先進(jìn)焊接技術(shù)能夠確保最終的海工產(chǎn)品制造質(zhì)量，同時(shí)還可以縮短工期，降低成本，提高制造效率，從一定程度上也能夠?yàn)楹９て髽I(yè)提供可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

未來國內(nèi)焊接技術(shù)主要集中于以下幾個(gè)方面：對于磁控焊接技術(shù)來說，該技術(shù)能夠借助磁場進(jìn)一步完成焊接工作，同時(shí)焊接過程中所需的設(shè)備結(jié)構(gòu)較為簡單，而且投入成本小，能源消耗量較小，具有較高的生產(chǎn)率等優(yōu)勢。目前研究學(xué)者針對磁控焊接進(jìn)行分析過程中，發(fā)現(xiàn)在熱轉(zhuǎn)移時(shí)通過采用電磁攪拌技術(shù)能夠改變金屬結(jié)晶，使其結(jié)晶方向發(fā)生變化，同時(shí)也能夠顯著提升焊縫機(jī)械性能。除此之外，可以通過磁控焊接避免焊接時(shí)存在的缺陷問題。因此，目前在國內(nèi)焊接過程中磁控焊技術(shù)已經(jīng)成為了當(dāng)前的主要發(fā)展趨勢。低溫焊接技術(shù)的應(yīng)用。傳統(tǒng)在焊接過程中對于外界環(huán)境的溫度具有一定要求，比如在冬季完成焊接時(shí)，由于外界溫度較低將會(huì)影響焊接效率和性能，即便工作人員強(qiáng)行施工也不利于焊接質(zhì)量，尤其對于我國來說很多地區(qū)冬季溫度較低，而且持續(xù)周期長。使用低溫焊接技術(shù)，相關(guān)工作人員能夠在冬季完成低溫焊接和臨界溫度運(yùn)行提出有關(guān)措施，同時(shí)能夠綜合多種因素進(jìn)行分析，確保能夠獲取合理臨界溫度，縮短焊接施工周期，確保能夠提高冬季焊接質(zhì)量。比如鳥巢鋼結(jié)構(gòu)就是在冬季完成焊接的，整個(gè)焊接結(jié)束能夠?yàn)閲鴥?nèi)低溫焊接技術(shù)提供重要的施工經(jīng)驗(yàn)。激光焊接將取代電子焊接技術(shù)。當(dāng)激光束完成聚焦后，其焦點(diǎn)能量密度較高可達(dá)到50W/cm，同時(shí)其加熱范圍在1mm范圍內(nèi)。因此在焊接過程中引入激光技術(shù)能夠提升焊接質(zhì)量，改變焊接效率，尤其需要注意的是能夠有效控制焊接頭變形，減少出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題。在未來制造行業(yè)發(fā)展過程中激光焊接技術(shù)將會(huì)得到快速發(fā)展，也能夠成為一種較為理想且應(yīng)用性較廣的技術(shù)。未來國內(nèi)激光焊接技術(shù)將逐漸實(shí)現(xiàn)成熟，并在焊接領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)更多的應(yīng)用。

由于現(xiàn)代化焊接過程中流程較為復(fù)雜，而且通常工作量較大，焊接對象復(fù)雜，施工環(huán)境復(fù)雜，基于該情況下需要強(qiáng)化相關(guān)從事焊接工作的工作人員專業(yè)技能水平，能夠顯著提升技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，發(fā)揮焊接工作人員的創(chuàng)造性，進(jìn)一步推動(dòng)焊接行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性健康發(fā)展。該目標(biāo)可以通過以下方式來實(shí)現(xiàn)：首先管理部門應(yīng)當(dāng)構(gòu)建較為完善的焊工資格認(rèn)證體制，能夠強(qiáng)化相關(guān)從業(yè)人員的技能培訓(xùn)，能夠?qū)⒗碚撆c實(shí)踐進(jìn)行融合開展系統(tǒng)培訓(xùn)，同時(shí)對培訓(xùn)合格者可以頒發(fā)相應(yīng)的資格證書，切實(shí)提升從業(yè)人員的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，對于沒有達(dá)標(biāo)的工作人員不能從事該行業(yè)，進(jìn)一步確立人員培訓(xùn)機(jī)制，能夠根本上提升人才培養(yǎng)速度，提高整體的焊接水平。除此之外，還需要全社會(huì)參與，能夠讓更多的人積極參與焊接行業(yè)，顯著推動(dòng)國內(nèi)焊接技術(shù)發(fā)展，使其能夠在生產(chǎn)和生活中發(fā)揮更大效用，給社會(huì)和人們提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

從整體來看，目前國內(nèi)焊接材料產(chǎn)量居全球首位，然而具備高質(zhì)量的焊接材料和產(chǎn)品質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家還存在較大差距。在相關(guān)焊接過程自動(dòng)化方面對顆粒度、焊接成型還存在較大差距，在實(shí)際焊接時(shí)嚴(yán)格的焊接材料挑選和相關(guān)工藝優(yōu)化，相比國外發(fā)達(dá)國家來說存在較大差距，相關(guān)理論分析和實(shí)踐技能還處于初步階段。在一定程度上來看我國焊接總體技術(shù)水平比較落后，在之后還需要進(jìn)一步提升高端焊接產(chǎn)品和研發(fā)多種助焊劑，進(jìn)而能夠提高焊接質(zhì)量和效率。

5 結(jié)束語

總而言之，當(dāng)前隨著國內(nèi)焊接技術(shù)的快速發(fā)展，在一定程度上能夠推動(dòng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，給人們的生活帶來便利，然而隨著焊接材料的發(fā)展以及該技術(shù)的推陳出新，制造業(yè)對焊接技術(shù)的要求逐漸提高。在處于現(xiàn)代化背景下焊接技術(shù)已經(jīng)融入了數(shù)字化技術(shù)，應(yīng)當(dāng)采用更加先進(jìn)的技術(shù)將其應(yīng)用于焊接技術(shù)領(lǐng)域，強(qiáng)化焊接技術(shù)研發(fā)力度，更新焊接材料設(shè)備，使焊接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、機(jī)械化，促進(jìn)國內(nèi)焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性健康發(fā)展，使之能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。