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浅析中国焊接技术的现状与发展

2018-11-13 13:35:00
陆启蒙
原创
3094
摘要:焊接是一种低成本 、高科技连接材料的可靠工艺方法 。到目前为止, 还没有另外一种工艺比焊接更为广泛地应用于材料间的连接, 并对所焊产品产生更大的附加值 。目前,焊接已不再是一种单纯意义上的加工技艺, 它已发展成为集多种学科为一体的工程工艺科学 。随着科学技术的进步与发展, 焊接在未来工业经济中的作用和地位无法取代 。浅要探讨了焊接技术的发展 、意义和存在的问题, 并对未来焊接技术的发展进行了展望。

1 焊接技术 的发展历程和意义

近代焊接技术是从 1882 年出现碳弧焊开始的,直到 20 世纪的 30 年代,在生产上还只是采用气焊和手工电弧焊 等简单的焊接方法 。由于焊接具有节省金属 、生产率高 、产品质量好和大大改善劳动条件等优点,所以在近半个世纪内得到了极为迅速的发展 。20 世纪 40 年代初期出现了优质电焊条,使长期以来由于产品质量的问题让人们怀疑的焊接技术得到了一次历史性飞跃 。20 世纪 40年代后期,由于埋弧焊 和电阻焊的应用使焊接过程的机械化和自动化成为现实 。20 世纪 50 年代的电渣焊、各种气体保护焊 、超声波焊,20 世纪 60 年代的等离子弧焊 、电子束焊 、激光焊 等先进焊接方法的不断涌现,使焊接技术达到了一个新的水平,使焊接技术进入了一个新的发展阶段 。焊接技术和传统的工艺方法相比较,目前已几乎全部取代了铆接技术,部分代替了铸造和锻造 。正是由于焊接技术的广泛应用, 所以焊接技术质量的可达性 、安全性关系着国计民生的大事,其焊接质量的好坏,关系着社会的安定和稳定 。

现代焊接 诞生至今仅百余年,充分显示出生命力,二十世纪来,尤其是近二三十年, 科学技术以空前速度向前发展 。如等离子物理 、电子束 、红外线、真空、超声、声学乃至计算机技术 、微电子技术、自动控制技术 、材料科学与工程断裂力学 、检测技术等许多观代科学技术的新成就,都在焊接上获得应用 。奠定了焊接技术发展的基础, 增强了焊接技术本身的能力,扩大了焊接技术的内涵和外延。因而焊接作为一门科学技术, 无论在理论上还是应用上都在日新月异地发展 。现代科学技术的新成就已日益渗透到焊接科学枝术领域,促进了现代焊接技术的发展 。

2 我国焊接技术现存的问题反观我国的焊接行业,不难发现,在技术方面,我们面临着几乎是完全相同的问题:

2.1 技能人才的缺乏 。

反映在焊接行业则是焊接专业人才的贫瘠, 近年来,专业人才的供需矛盾日显突出 。在我国职业培训体系尚不完备的条件下,人才问题已经初露端倪 。这种情况如果持续下去,今后几年矛盾将会更加突出 。

2.2 研究开发水平的下降 。

焊接研究开发的主要问题反映在两方面: 一是投入严重不足; 二是整体研究水平下降 。此外,我国在科研院所转企改制过程中,有一些问题没有得到很好地解决 。这些问题包括:研究院所的经营和研发的方向发生了很大变化,一些中 、长期的研究项目和公益性研究项目倍受冷落;有些研究院所由于人才流失 、资金支持不力等原因,被迫放弃一些有市场需求的研究领域,造成研究领域逐步缩减 。总之,就整体研究水平而言我们正呈下降趋势 。

2.3焊接领域内的技术扩散 。

在焊接领域内,大多数企业(特别是焊接材料焊接设备 制造厂 )属于中 、小型企业,自身的研究开发能力比较弱,在很大程度上依靠大学 、研究院所的研究力量 。长期以来,我国焊接行业主要依靠这种以高等院校为上游,科研院所为中游, 企业为下游(科技成果应用主体) 的产学研合作链从事研究开发和研究成果的转化 。当合作创新链的源头和中 、上游部分出现问题时,对下游的负面影响恐怕就勿需多言了,其结果当然可想而知了 。

综上所述,我们在技术进步的每个关键环节上几乎都存在着这样或那样的问题,这不仅严重地妨碍着焊接领域的技术创新,而且引发出了一系列问题, 诸如:水平低 、工艺落后 、自动化程度低、焊接质量差 、生产效率低 、焊接材料和焊接设备品种少 、档次低等等 。中国焊接行业面临着 “从弱到强 ”的发展课题,技术创新和支撑体系建设及完善是今后发展的关键 。因此,焊接行业要如何充分借鉴先进国家经验, 积极应对这一挑战, 并以此带动我国焊接材料 、焊接设备 、辅助机具 、制造应用等行业的健康发展 。

3 焊接技术的未来展望

现代焊接技术自诞生以来一直受到诸学科最新发展的直接影响与引导, 众所周知,受材料,信息学科新技术的影响,不仅导致了数十种焊接新工艺的问世,而且也使得焊接工艺 操作正经历着手工焊到自动焊 、自动化 、智能化的过渡, 这已成为公认的发展趋势 。

3.1能源方面 。

目前,焊接热源已非常丰富, 如火焰 、电弧、电阻、超声 、摩擦、等离子 、电子束 、激光束、微波等等,但焊接热源的研究与开发并未终止,其新的发展可概括为三个方面: 首先是对现有热源的改善,使它更为有效 、方便 、经济适用,在这方面,电子束和激光束焊接的发展较显著; 其次是开发更好 、更有效的热源,采用两种热源叠加以求获得更强的能量密度,例如在电子束焊中加入激光束等;第三是节能技术 。由于焊接所消耗的能源很大,所以出现了不少以节能为目标的新技术, 如太阳能焊 、电阻点焊螺柱焊机 中利用电子技术的发展来提高焊机的功率因数等 。

3.2计算机在焊接中的应用 。

弧焊设备微机控制系统,可对焊接电流 、焊接速度 、弧长等多项参数进行分析和控制,对焊接操作程序和参数变化等作出显示和数据保留,从而给出焊接质量的确切信息 。目前以计算机为核心建立的各种控制系统包括焊接顺序控制系统 、PID 调节系统 、最佳控制及自适应控制系统等 。这些系统均在电弧焊 、压焊和钎焊等不同的焊接方法中得到应用 。计算机软件技术在焊接中的应用越来越得到人们的重视。目前,计算机模拟技术已用于焊接热过程 、焊接冶金过程 、焊接应力和变形等的模拟; 数据库技术被用于建立焊工档案管理数据库 、焊接符号检索数据库 、焊接工艺评定数据库 、焊接材料检索数据库等;在焊接领域中, CAD/CAM 的应用正处于不断开发阶段,焊接的柔性制造系统也已出现 。

3.3焊接机器人 和智能化 。

焊接机器人 是焊接自动化的革命性进步,它突破了焊接刚性自动化的传统方式,开拓了一种柔性自动化新方式, 焊接机器人的主要优点是: 稳定和提高焊接质量, 保证焊接产品的均一性; 提高生产率,一天可 24h 连续生产;可在有害环境下长期工作, 改善了工人劳动条件;降低了对工人操作技术要求; 可实现小批量产品焊接自动化;为焊接柔性生产线提供了技术基础。为提高焊接过程的自动化程度, 除了控制电弧对焊缝的自动跟踪外, 还应实时控制焊接质量,为此需要在焊接过程中检测焊接坡口的状况, 如熔宽、熔深和背面焊道成形等, 以便能及时地调整焊接参数,保证良好的焊接质量, 这就是智能化焊接。智能化焊接的第一个发展重点在视觉系统, 它的关键技术是传感器技术 。虽然目前智能化还处在初级阶段,但有着广阔前景, 是一个重要的发展方向。有关焊接工程的专家系统, 近年来国内外已有较深入的研究,并已推出或准备推出某些商品化焊接专家系统 。焊接专家系统是具有相当于专家的知识和经验水平,以及具有解决焊接专门问题能力范围的计算机软件系统 。在此基础上发展起来的焊接质量计算机综合管理系统在焊接中也得到了应用,其内容包括对产品的初始试验资料和数据的分析 、产品质量检验 、销售监督等, 其软件包括数据库 、专家系统等技术的具体应用 。

3.4提高焊接生产率 。

提高焊接生产率是推动焊接技术发展的重要驱动力 。提高生产率的途径有两个方面:其一是提高焊接熔敷率 。手弧焊中的铁粉焊、重力焊 、躺焊等工艺;埋弧焊中的多丝焊 、热丝焊均属此类,其效果显著 。其二是减少坡口截面及熔敷金属量,近 10 年来最突出的成就是窄间隙焊接。窄间隙焊接采用气体保护焊为基础, 利用单丝、双丝或三丝进行焊接 。无论接头厚度如何,均可采用对接形式 。窄间隙焊接的主要技术关键是如何保证两侧熔透和保证电弧中心自动跟踪处于坡口中心线上 。为解决这两个问题,世界各国开发出多种不同方案,因而出现了种类多样的窄间隙焊接法。电子束焊 、激光束焊及等离子弧焊时, 可采用对接接头,且不用开波口,因此是理想的窄间隙焊接法,这是它们受到广泛重视的重要原因之一 。目前,正是焊接行业飞速发展的有利时期 。广大焊接工作者任重而道远,务必树立知难而上的决心。抓住机遇,为我国焊接技术水平的提高努力奋斗。



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