焊接技術(shù)是在高溫或高壓條件下,使用焊接材料(焊條或焊絲)將兩塊或兩塊以上的母材(待焊接的工件)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(zhǎng),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。
焊接技術(shù)隨著工業(yè)以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,其發(fā)展的趨勢(shì)呈現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn):
1. 提高焊接生產(chǎn)率是推動(dòng)焊接技術(shù)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力
連接簡(jiǎn)單的構(gòu)件以及制造毛坯是以前的焊接方式,隨著技術(shù)的不斷更新,焊接已經(jīng)成為制造行業(yè)中一項(xiàng)不可代替的基礎(chǔ)工藝以及生產(chǎn)尺寸制成品的生產(chǎn)手段。目前,焊接技術(shù)需要的就是有效的保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。提高生產(chǎn)率的途徑有二:第一提高焊接熔敷率,焊條電弧焊中的鐵粉焊條、重力焊條、躺焊條等工藝以及埋弧焊中的多絲焊、熱絲焊均屬此類,其效果顯著。第二減少坡口斷面及熔敷金屬量,其中窄間隙焊接效果顯著。窄間隙焊接采用氣體保護(hù)焊為基礎(chǔ),利用單絲、雙絲或三絲進(jìn)行焊接。無(wú)論接頭厚度如何,均可采用對(duì)接型式,所需熔敷金屬量會(huì)數(shù)倍、數(shù)十倍地降低,從而大大提高生產(chǎn)率。窄間隙焊接的關(guān)鍵是保證兩側(cè)熔透和電弧中心自動(dòng)跟蹤處于坡口中心線上。為解決這兩個(gè)問(wèn)題,世界各國(guó)開發(fā)出多種不同方案,因而出現(xiàn)了種類多樣的窄間隙焊接法。如果能夠在以下方面取得進(jìn)展,焊接方法的先進(jìn)性會(huì)得到更高的評(píng)價(jià):提高熔敷速度、減少生產(chǎn)周期、提高過(guò)程控制水平、減少返修率、減少接頭準(zhǔn)備時(shí)間、避免焊工在有害區(qū)域工作、減小焊縫尺寸、減少焊后操作、改進(jìn)操作系數(shù)、降低潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)、簡(jiǎn)化設(shè)備設(shè)置。高效快速優(yōu)質(zhì)焊接方法將成為主力軍。
2. 焊接過(guò)程自動(dòng)化,智能化
國(guó)外焊接技術(shù)發(fā)展速度快,國(guó)內(nèi)焊接技術(shù)發(fā)展存在較大差距。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家焊接機(jī)械化、自動(dòng)化率水平,由1996年的19.6%增加到2008年的70-80%以上,目前焊接技術(shù)與現(xiàn)代制造技術(shù)、焊接科學(xué)與工程、焊接自動(dòng)化與焊接機(jī)器人不斷融合,焊接技術(shù)已經(jīng)向自動(dòng)化,智能化方向發(fā)展。焊接過(guò)程自動(dòng)化,智能化以提高焊接質(zhì)量穩(wěn)定性,推進(jìn)焊接自動(dòng)化進(jìn)程,學(xué)習(xí)、吸收、借鑒、提高是十分重要的環(huán)節(jié),應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)有工藝的學(xué)習(xí)和提高。但是我國(guó)目前的工藝大多數(shù)都為手工操作,存在一定的局限性。目前我國(guó)焊接的自動(dòng)化率還不到30%,相對(duì)而言,焊接生產(chǎn)的機(jī)械化以及自動(dòng)化水平非常低,但是如果能夠在學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上利用現(xiàn)代的自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行嫁接改造,往往可以實(shí)現(xiàn)一定的突破。20世紀(jì)90年代以來(lái),我國(guó)逐漸在各個(gè)行業(yè)推廣氣體保護(hù)焊來(lái)取代傳統(tǒng)的手工電弧焊,現(xiàn)在已經(jīng)取得了一定的效果。目前我國(guó)在焊接生產(chǎn)自動(dòng)化、過(guò)程控制智能化、研究和開發(fā)焊接生產(chǎn)線以及柔性制造技術(shù)、發(fā)展應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以及制造技術(shù)等方面取得了很大的進(jìn)步。計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、人工智能、電子技術(shù)及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展為焊接過(guò)程自動(dòng)化提供了十分有利的技術(shù)基礎(chǔ),并已滲透到焊接各領(lǐng)域中,取得了很多成果,焊接過(guò)程自動(dòng)化已成為焊接技術(shù)的生長(zhǎng)點(diǎn)之一。焊接過(guò)程控制系統(tǒng)的智能化是焊接自動(dòng)化的核心問(wèn)題之一,也是我們未來(lái)開展研究的重要方向。
3. 熱源的研究和開發(fā)
熱源是可提供熱能以實(shí)現(xiàn)基本的焊接過(guò)程的能源,熱源是運(yùn)動(dòng)的。在焊接過(guò)程中,熱源以點(diǎn)、線、面等的傳熱方式來(lái)傳導(dǎo)熱能。焊接熱源具有如下特點(diǎn):能量密度高度集中、快速實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程、保證高質(zhì)量的焊縫和焊接熱影響區(qū)。當(dāng)前,焊接熱源已十分豐厚,如電弧焊、化學(xué)熱、電阻熱、高頻感應(yīng)熱、摩擦熱、電子束、等離子焰、激光束等。焊接熱源的研討與開拓始終在延續(xù),焊接新熱源的開發(fā)將推動(dòng)焊接工藝的發(fā)展,促進(jìn)新的焊接方法的產(chǎn)生。每出現(xiàn)一種新熱源,就伴隨一批新的焊接方法出現(xiàn)。焊接工藝已成功地利用各種熱源形成相應(yīng)的焊接方法。今后的發(fā)展將從改善現(xiàn)有熱源使它更為有用、便利、經(jīng)濟(jì)合用和開發(fā)新的更有效的熱源兩方面著手。改善現(xiàn)有熱源,提高效率方面,如擴(kuò)大激光器的能量、有效利用電子束能量、改善焊機(jī)性能、提高能量利用率都取得了較好成績(jī)。開拓更好、更有用的熱源,采用兩種熱源疊加以求取得更強(qiáng)的能量密度,例如在電子束焊中參加激光束等。
4. 節(jié)能技術(shù)
隨著社會(huì)的發(fā)展,節(jié)約能源已經(jīng)成為各行各業(yè)首要考慮的問(wèn)題,焊接行業(yè)也不例外。焊接產(chǎn)業(yè)發(fā)展節(jié)能、環(huán)保的焊接已成為必然的趨勢(shì);同時(shí),高效焊接工藝的應(yīng)用,對(duì)提高焊接效率,節(jié)約能源消耗意義很大。為了順應(yīng)節(jié)約環(huán)保的要求,手弧焊機(jī)以及普通的晶閘管焊機(jī)正在逐步被高效節(jié)能并能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)的智能型的逆變焊接取代,同時(shí)為了適應(yīng)當(dāng)今淡化操作技能的趨勢(shì),焊接的操作也逐漸趨向智能化、簡(jiǎn)單化。像這樣節(jié)能環(huán)保高效技術(shù)在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
5. 新材料,新技術(shù)發(fā)展
材料作為21世紀(jì)的支柱已顯示出幾個(gè)方面的變化趨勢(shì),即從黑色金屬向有色金屬變化;從金屬材料向非金屬材料變化,從結(jié)構(gòu)材料向功能材料變化,從多維材料向低維材料變化;從單一材料向復(fù)合材料變化,新材料連接必然要對(duì)焊接技術(shù)提出更高的要求。新材料的出現(xiàn)成為焊接技術(shù)發(fā)展的重要推動(dòng)力,許多新材料,如耐熱合金,鈦合金,陶瓷等的連接都提出了新的課題。特別是異種材料之間的連接,采用通常的焊接方法,已經(jīng)無(wú)法完成,固態(tài)連接的優(yōu)越性日益顯現(xiàn),擴(kuò)散焊與磨擦焊已成為焊接界的熱點(diǎn),比如金屬與陶瓷已經(jīng)能夠進(jìn)行擴(kuò)散連接,這在以前是不可想象的,所以固態(tài)連接是21世紀(jì)將有重大發(fā)展的連接技術(shù)。新興工業(yè)的發(fā)展迫使焊接技術(shù)不斷前進(jìn),焊接新技術(shù)更迅速地投入使用可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能。任何一個(gè)重要的新技術(shù)、新方法(如STT、CMT、Cold Arc等),無(wú)不與焊接工藝相關(guān)。這說(shuō)明逆變焊機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)已經(jīng)開始從電源技術(shù)、控制技術(shù)轉(zhuǎn)移到焊接工藝性能方面。熔化極氣體保護(hù)焊逐漸取代手工電弧焊將成為焊接的主流、逆變焊機(jī)、智能機(jī)器人、振動(dòng)焊接技術(shù)、激光復(fù)合焊和低應(yīng)力無(wú)變形焊接新技術(shù)――LSND焊接法等,這些節(jié)能環(huán)保高效技術(shù)廣泛應(yīng)用于焊接中。
6. 機(jī)械化,自動(dòng)化水平提高
想要很好的完成焊接工作,得充分做好準(zhǔn)備工作,包括焊工個(gè)人業(yè)務(wù)熟悉、工件準(zhǔn)備和焊接設(shè)備的準(zhǔn)備等。因此人們也逐漸重視起了焊接設(shè)備(電焊機(jī))的放置車間即準(zhǔn)備車間的改造。提高準(zhǔn)備車間的機(jī)械化,自動(dòng)化水平是當(dāng)前世界先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的重點(diǎn)發(fā)展方向。如用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)焊接工藝裝備,是提高焊接自動(dòng)化水平的根本途徑。將數(shù)控技術(shù)配以各類焊接機(jī)械設(shè)備,以提高其柔性化水平;焊接機(jī)器人與專家系統(tǒng)的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)路徑規(guī)劃、自動(dòng)校正軌跡、自動(dòng)控制熔深等功能。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是數(shù)字化控制:把“粗活”做成“細(xì)活、快活”。
焊接技術(shù)自誕生以來(lái),一直受到很多學(xué)科發(fā)展的影響和引導(dǎo),在新材料以及信息科學(xué)技術(shù)的影響下,出現(xiàn)了數(shù)十種焊接的新工藝,并且使得焊接工藝正從手工焊向自動(dòng)焊以及智能化過(guò)渡。焊接技術(shù)進(jìn)步的需求是在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等多方面因素影響下形成的,這顯著地促進(jìn)了高效材料和設(shè)備的開發(fā)以及自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用,規(guī)模生產(chǎn)和專業(yè)化生產(chǎn)開創(chuàng)新局面,高效快速優(yōu)質(zhì)焊接方法成為主力軍,一個(gè)明顯的趨勢(shì)是在傳統(tǒng)焊接過(guò)程中使用更先進(jìn)的控制和監(jiān)測(cè)技術(shù)。焊接新方法和先進(jìn)材料技術(shù)的引入,提高了焊接技術(shù)的水平,同時(shí)也提出了新的挑戰(zhàn)。國(guó)外專家認(rèn)為,焊接作為一種可靠、低成本并且采用高科技連接材料的方法,到2020年仍舊是制造業(yè)的重要加工工藝。我們廣大焊接工作者任重而道遠(yuǎn),務(wù)必樹立知難而上的決心。抓住機(jī)遇,為我國(guó)焊接自動(dòng)化水平的提高而努力奮斗。