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【摘 要】 在我国制造业发展的过程中,焊接技术作为一种新兴的综合工艺技术,已广泛应用于核工业、汽车工业、航空航天工业、船舶工业等领域,并发挥着越来越重要的作用。笔者对我国当前焊接技术发展特点、分类以及主要应用领域进行了简要介绍,阐述了我国焊接技术的未来发展趋势,以期更好的研究和应用焊接技术、促进焊接技术的快速发展。
【关键词】 焊接技术;应用;发展趋势
引言:
随着科技的进步,焊接技术有了很大的发展,对工业诸多领域有了较为广泛的应用。文章对现代焊接技术发展的现状及展望进行了探讨,具有一定的借鉴意义。
一、我国焊接技术的发展特点
焊接技术是一种新兴的综合工艺技术,它的发展依托于现代科学技术的发展。我国焊接技术在近二三十年得到空前的发展,各种新的焊接技术层出不穷,等离子物理、声学、电子束、红外线、超声、真空、微电子等现代科学技术的新成就都在焊接上获得广泛应用。新技术的应用不仅奠定了焊接技术的发展,也增强了焊接技术的能力,扩大了焊接技术应用的范围。目前,焊接技术已经成为机械制造以及其他产品的现代先进制造技术之一,并广泛应用于电站、核能、航空航天、石化、煤炭、冶金、矿山、建筑、桥梁、特种设备、船舶、汽车、机车、海洋工程、部件、轻工纺织以及家用电器等国民经济的各个领域。可以说,现代科学技术的新成就日益渗透到焊接领域,促进了现代焊接技术的快速发展。
二、焊接技术的分类
1、气体保护焊
气体保护焊是利用气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。依据焊接效果的需求,分为熔化极气体保护焊和非熔化极(钨极)惰性气体保护焊。
2、埋弧焊
埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行的焊接,广泛用于碳钢、低合金结构钢和不锈钢的焊接。
3、电阻焊
电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间,并施以电流,利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态,使之形成金属结合的一种方法。广泛应用于汽车、航空航天、电子、家用电器等领域。
4、螺柱焊接
螺柱焊接分为储能式和拉弧式两种,都是一种单面焊接。由于不用穿孔,所以螺柱焊接不漏水、漏气,也无需对非焊接面进行再次加工。
5、搅拌摩擦焊
摩擦搅拌焊接以固相状态接合材料,因其材料变形极其微小,广泛应用于铁道车辆、船舶、飞机制造业中,且应用领域正在迅速地扩展。
6、高能束焊接
电子束、等离子束和激光束作为热源对试件进行焊接,其能量集中,效率较高,称为高能束焊接。当前高能束流焊接被关注的主要领域是高能束流设备的大型化;新型设备的研制;设备的智能化以及加工的柔性化;束流品质的提高及诊断;束流、工件、工艺介质相互作用机制的研究;束流的复合;新材料的焊接;应用领域的扩展。
7、复合热源焊接
复合热源焊接中应用较多是激光-氩弧复合焊接技术,它融合了传统激光焊工艺和MIG/MAG工艺的优点,广泛用于汽车及零部件制造业、造船业、航空航天中。
8、磁控焊接
磁控焊接是近几年发展起来的新型焊接技术。采用外加磁场控制焊接质量,具有附加装置简单、耗能少、效益高、投入成本低等特點,在国外被称为“无缺陷焊接”,引起了焊接工作者的广泛兴趣。
9、多电弧共熔池焊接
由于多个电弧共同在一个熔池上燃烧,不仅提高了总的焊接热输入,而且改变了热量分布的特点,能向熔池及其两侧面提供充足的液体金属和热量,可以大大提高焊接速度和生产效率。
三、我国焊接技术主要应用领域
1、航空航天工业中的应用
焊接技术依其可靠的性能,被广泛应用于航空航天工业,焊接的工作量占全部工时的百分之十,焊接连接的部件在航空航天领域内占百分之五十以上。由于航空航天工业中对金属材料要求的特殊性,促成了特种焊接技术的应运而生。目前主要使用的是固态焊接技术和高能束流焊接技术。其中的激光焊、电子束焊、搅拌摩擦焊是在我国航空航天领域中最常用的三种先进焊接技术。
2、汽车制造领域中的应用
电子束焊接主要用于发动机增压器涡轮、后桥、行星齿轮框架、离合器、汽缸、变速箱齿轮等部件的焊接;激光焊技术主要用于框架结构、零部件的焊件和车身拼焊;搅拌摩擦焊主要用于发动机引擎、汽车轮毂、汽车地方车身支架、汽车车门预成型件和液压成型管附件。
3、船舶工业中的应用
高效焊接技术在船舶制造中占有重要的地位,是一项技术性、专业性很强的系统工程,尤其是CO2气体保护半自动焊接技术应用率达到60%~65%,成为我国现代造船模式中的关键技术之一。先进的造船高效焊接技术,在提高船舶的建造效率、降低船舶建造成本、缩短造船周期,提高船舶建造质量,推动船舶建造焊接机械化、自动化发展上的作用是不可小视的,也是企业提高经济效益的有效途径。
四、焊接技术的未来发展趋势
1、激光焊接技术的发展与应用
由于激光焊接能量密度高,可精确控制,穿透能力强,焊缝的深宽比大,热输入量低,焊接变形小,可在大气中焊接等优点,被认为是21世纪的焊接新热源。但是由于激光聚焦后的光斑直径小,约0.2mm-0.6mm,对被焊工件的装配间隙要求很严。根据不同板厚,对接的最大允许间隙一般在0.25mm-0.4mm之间,这对较大型的工件,如船体结构,很难达到。另外,激光焊大多是不填丝的,由于光斑小填丝比较困难,还会影响效率。然而,不填丝的激光焊,对于某些材料,如铝合金,不能改变焊缝金属的成份,不利于消除裂缝、气孔和改善接头性能。为了解决这个问题,近年来兴起激光-电弧复合热源焊接。电弧焊是一种便宜的能源,可以填充金属,搭桥能力好,对间隙不敏感等优点,刚好和激光焊互补。 2、焊接机器人系统的发展与应用
一般情况下,焊接体平面分段和曲面分段组件尺寸都很大,而一般的工业机器人的活动半径只有1.5m左右,因此机器人必须有辅助移动装置,而焊件多摆放在平台上,不需要附加工件变换位置的变位机。目前大致有三种不同形式的辅助移动装置:龙门架式、小车-轨道式和遥控小车式。龙门架式是把焊接机器人固定在龙门架的臂上,一般可较大范围地增加机器人在X、Y、Z三个方向的移动距离,并与机器人实现协调运动,形成一个9轴以上的复杂机器人系统,使机器人能从大型工件的上方进入焊接位置,多用于有空间焊缝的箱型隔框结构(EggBox)或曲面组件的焊接。
3、新型焊接电源和焊接方法的发展与应用
近年来,随着微电子技术和计算机技术的发展,焊接电源也有明显的进步。焊接电源已经从旋转直流焊机发展到晶闸管整流焊机,到逆变焊机,到最近的全数字化焊机,经历了好几代的发展階段。数字电源是相对于模拟电源而言。全数字化电源是最新的一代。全数字化是指焊接参数数字信号处理器、主控系统、显示系统和送丝系统全部都是数字式。所以电压和电流的反馈模拟信号必须经过A/D转换,与主控系统输出的要求值进行对比,然后控制逆变电源的输出。这种焊接电源的最大特点是焊接参数稳定,受网路电压波动、温升、元器件老化等因素的影响很小,具有很高的重复性,焊接质量稳定、成型良好。同时,由于DSP的响应速度很快,可以根据主控制系统的指令(给定值)精确控制逆变电源的输出,使之具有输出多种电流波形和弧压高速稳定调节的功能,适应多种焊接方法对电源的要求。
五、结束语
我国焊接技术的应用与发展,在给人们生活带来便利的同时,也促进了经济的发展,但随着焊接材料的不断变化和先进制造技术的蓬勃发展,对焊接技术的发展提出了越来越高的要求。同时我们也应看到,尽管我国的焊接技术已经进入到了数字化时代,但目前的焊接自动化率仅为百分之三十,而西方发达国家早已经超过了百分之八十。基于此,我们应快速将先进的科学技术和理念应用到其中,加大研发力度,努力研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料,以进一步提高焊接机械化、自动化水平和安全可靠性,从而有效的推动我国制造行业的发展。
参考文献:
[1]李亚江,吴娜.先进焊接技术在航空航天领域中的应用[J].航空制造技术,2010(9).
[2]曹朝霞,主编.特种焊接技术[M].机械工业出版社,2010:8,31.
[3]张晶.搅拌摩擦焊研究现状及创新设想[J].科技信息,2011,11.
【关键词】 焊接技术;应用;发展趋势
引言:
随着科技的进步,焊接技术有了很大的发展,对工业诸多领域有了较为广泛的应用。文章对现代焊接技术发展的现状及展望进行了探讨,具有一定的借鉴意义。
一、我国焊接技术的发展特点
焊接技术是一种新兴的综合工艺技术,它的发展依托于现代科学技术的发展。我国焊接技术在近二三十年得到空前的发展,各种新的焊接技术层出不穷,等离子物理、声学、电子束、红外线、超声、真空、微电子等现代科学技术的新成就都在焊接上获得广泛应用。新技术的应用不仅奠定了焊接技术的发展,也增强了焊接技术的能力,扩大了焊接技术应用的范围。目前,焊接技术已经成为机械制造以及其他产品的现代先进制造技术之一,并广泛应用于电站、核能、航空航天、石化、煤炭、冶金、矿山、建筑、桥梁、特种设备、船舶、汽车、机车、海洋工程、部件、轻工纺织以及家用电器等国民经济的各个领域。可以说,现代科学技术的新成就日益渗透到焊接领域,促进了现代焊接技术的快速发展。
二、焊接技术的分类
1、气体保护焊
气体保护焊是利用气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。依据焊接效果的需求,分为熔化极气体保护焊和非熔化极(钨极)惰性气体保护焊。
2、埋弧焊
埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行的焊接,广泛用于碳钢、低合金结构钢和不锈钢的焊接。
3、电阻焊
电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间,并施以电流,利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态,使之形成金属结合的一种方法。广泛应用于汽车、航空航天、电子、家用电器等领域。
4、螺柱焊接
螺柱焊接分为储能式和拉弧式两种,都是一种单面焊接。由于不用穿孔,所以螺柱焊接不漏水、漏气,也无需对非焊接面进行再次加工。
5、搅拌摩擦焊
摩擦搅拌焊接以固相状态接合材料,因其材料变形极其微小,广泛应用于铁道车辆、船舶、飞机制造业中,且应用领域正在迅速地扩展。
6、高能束焊接
电子束、等离子束和激光束作为热源对试件进行焊接,其能量集中,效率较高,称为高能束焊接。当前高能束流焊接被关注的主要领域是高能束流设备的大型化;新型设备的研制;设备的智能化以及加工的柔性化;束流品质的提高及诊断;束流、工件、工艺介质相互作用机制的研究;束流的复合;新材料的焊接;应用领域的扩展。
7、复合热源焊接
复合热源焊接中应用较多是激光-氩弧复合焊接技术,它融合了传统激光焊工艺和MIG/MAG工艺的优点,广泛用于汽车及零部件制造业、造船业、航空航天中。
8、磁控焊接
磁控焊接是近几年发展起来的新型焊接技术。采用外加磁场控制焊接质量,具有附加装置简单、耗能少、效益高、投入成本低等特點,在国外被称为“无缺陷焊接”,引起了焊接工作者的广泛兴趣。
9、多电弧共熔池焊接
由于多个电弧共同在一个熔池上燃烧,不仅提高了总的焊接热输入,而且改变了热量分布的特点,能向熔池及其两侧面提供充足的液体金属和热量,可以大大提高焊接速度和生产效率。
三、我国焊接技术主要应用领域
1、航空航天工业中的应用
焊接技术依其可靠的性能,被广泛应用于航空航天工业,焊接的工作量占全部工时的百分之十,焊接连接的部件在航空航天领域内占百分之五十以上。由于航空航天工业中对金属材料要求的特殊性,促成了特种焊接技术的应运而生。目前主要使用的是固态焊接技术和高能束流焊接技术。其中的激光焊、电子束焊、搅拌摩擦焊是在我国航空航天领域中最常用的三种先进焊接技术。
2、汽车制造领域中的应用
电子束焊接主要用于发动机增压器涡轮、后桥、行星齿轮框架、离合器、汽缸、变速箱齿轮等部件的焊接;激光焊技术主要用于框架结构、零部件的焊件和车身拼焊;搅拌摩擦焊主要用于发动机引擎、汽车轮毂、汽车地方车身支架、汽车车门预成型件和液压成型管附件。
3、船舶工业中的应用
高效焊接技术在船舶制造中占有重要的地位,是一项技术性、专业性很强的系统工程,尤其是CO2气体保护半自动焊接技术应用率达到60%~65%,成为我国现代造船模式中的关键技术之一。先进的造船高效焊接技术,在提高船舶的建造效率、降低船舶建造成本、缩短造船周期,提高船舶建造质量,推动船舶建造焊接机械化、自动化发展上的作用是不可小视的,也是企业提高经济效益的有效途径。
四、焊接技术的未来发展趋势
1、激光焊接技术的发展与应用
由于激光焊接能量密度高,可精确控制,穿透能力强,焊缝的深宽比大,热输入量低,焊接变形小,可在大气中焊接等优点,被认为是21世纪的焊接新热源。但是由于激光聚焦后的光斑直径小,约0.2mm-0.6mm,对被焊工件的装配间隙要求很严。根据不同板厚,对接的最大允许间隙一般在0.25mm-0.4mm之间,这对较大型的工件,如船体结构,很难达到。另外,激光焊大多是不填丝的,由于光斑小填丝比较困难,还会影响效率。然而,不填丝的激光焊,对于某些材料,如铝合金,不能改变焊缝金属的成份,不利于消除裂缝、气孔和改善接头性能。为了解决这个问题,近年来兴起激光-电弧复合热源焊接。电弧焊是一种便宜的能源,可以填充金属,搭桥能力好,对间隙不敏感等优点,刚好和激光焊互补。 2、焊接机器人系统的发展与应用
一般情况下,焊接体平面分段和曲面分段组件尺寸都很大,而一般的工业机器人的活动半径只有1.5m左右,因此机器人必须有辅助移动装置,而焊件多摆放在平台上,不需要附加工件变换位置的变位机。目前大致有三种不同形式的辅助移动装置:龙门架式、小车-轨道式和遥控小车式。龙门架式是把焊接机器人固定在龙门架的臂上,一般可较大范围地增加机器人在X、Y、Z三个方向的移动距离,并与机器人实现协调运动,形成一个9轴以上的复杂机器人系统,使机器人能从大型工件的上方进入焊接位置,多用于有空间焊缝的箱型隔框结构(EggBox)或曲面组件的焊接。
3、新型焊接电源和焊接方法的发展与应用
近年来,随着微电子技术和计算机技术的发展,焊接电源也有明显的进步。焊接电源已经从旋转直流焊机发展到晶闸管整流焊机,到逆变焊机,到最近的全数字化焊机,经历了好几代的发展階段。数字电源是相对于模拟电源而言。全数字化电源是最新的一代。全数字化是指焊接参数数字信号处理器、主控系统、显示系统和送丝系统全部都是数字式。所以电压和电流的反馈模拟信号必须经过A/D转换,与主控系统输出的要求值进行对比,然后控制逆变电源的输出。这种焊接电源的最大特点是焊接参数稳定,受网路电压波动、温升、元器件老化等因素的影响很小,具有很高的重复性,焊接质量稳定、成型良好。同时,由于DSP的响应速度很快,可以根据主控制系统的指令(给定值)精确控制逆变电源的输出,使之具有输出多种电流波形和弧压高速稳定调节的功能,适应多种焊接方法对电源的要求。
五、结束语
我国焊接技术的应用与发展,在给人们生活带来便利的同时,也促进了经济的发展,但随着焊接材料的不断变化和先进制造技术的蓬勃发展,对焊接技术的发展提出了越来越高的要求。同时我们也应看到,尽管我国的焊接技术已经进入到了数字化时代,但目前的焊接自动化率仅为百分之三十,而西方发达国家早已经超过了百分之八十。基于此,我们应快速将先进的科学技术和理念应用到其中,加大研发力度,努力研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料,以进一步提高焊接机械化、自动化水平和安全可靠性,从而有效的推动我国制造行业的发展。
参考文献:
[1]李亚江,吴娜.先进焊接技术在航空航天领域中的应用[J].航空制造技术,2010(9).
[2]曹朝霞,主编.特种焊接技术[M].机械工业出版社,2010:8,31.
[3]张晶.搅拌摩擦焊研究现状及创新设想[J].科技信息,2011,11.