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我国焊接技术的发展趋势

世界钢及其它金属产量、品种的不断增长及其对制品质量、性能要求的日益提高，特别是随着我国的入世及世界制造加工基地向我国不断转移，作为工业缝纫和线（材料）的焊割机和焊丝、焊条的数量、质量和品位及其自动化生产水平，也将有很大提高。按每亿吨钢材需求25万台焊机，我国每年消耗钢材3亿吨（焊接结构约1.2吨），需要焊机约 75万台。不难预测，今后8-10年内它们将会继续保持持续高速发展。为适应国内外市场急速发展和激烈竞争的需求，焊接设备与制造业将以市场为目标，进行传统、通用产品的改造、产品结构的调整、质量认证和规范管理，组织化规模化、专业化、自动化的批量生产；同时加强对现代焊接技术的研究开发，特别是发展高效、节能、高性能、优质和多丝高速焊接设备、重大装备及其数字化控制技术和新焊接材料，取代进口，争取出口。
1 焊接自动化技术的现状与展望
随着数字化技术日益成熟，代表自动焊接技术的数字焊机、数字化控帽技术业已面世并已稳步地进入市场。三峡工程、西气东输工程、航天工程、船舶工程等国家大型基础工程，有为地促进了先进焊接特别是焊接自动化技术的发展与进步。汽车及零部件的制造对焊接的自动化程度要求日新月异。我国焊接产业逐步走向“高效、自动化、智能化”。目前我国的焊接自动化率还不足30%，同发达工业国家的80%差距甚远。从20世纪末国家逐渐在各个行业推广自动焊的基础焊接方式——气体保护焊，来取代传统的手工电弧焊，现已初见成效。可以预计在未来的10年，国内自动化焊接技术将以前所未有的速度发展。
2 高效、自动化焊接技术的现状
20世纪90年代，我国焊接界把实现焊接过程的机械化、自动化作为战略目标，已经在各行业的科技发展中付诸实施，在发展焊接生产自动化和过程控制智能化，研究和开发焊接生产线及柔性制造技术，发展应用计算机辅助设计与制造技术等方面，取得了长足的进步。
(1)熔化极气体保护焊逐渐取代手工电弧焊将成为焊接的主流。预计未来10年内，实芯焊丝占焊材消耗量的比例会由现在的15％增长到30％；药芯焊丝由现在的2％增长到20％；埋弧焊焊材也将在10%的水平上继续增长。其中药芯焊丝的增长幅度显加大，在未来20年内会超过实芯焊丝，最终将成焊接中的主导产品。
(2)高效、节能并能够自动调节焊接参数的智能型逆变焊机将逐渐取代手弧焊机和普通晶闸管焊机，而且焊机的操作趋向于简单化、智能化，以符合当今淡化操作技能的趋势。
(3)在汽车、造船、工程机械和航空天等领域，适用于不同场合的智能化焊接机器人较为广泛的应用，大幅度提高了焊接质量和生产效率。
在我国，目前汽车、船舶、管建、家电等行业焊接自动化的发展相对来说较好，仅成都焊研科技有限责任公司近年来就先后为一汽、东风、长丰、徐工、成都神钢、美的、格兰仕等多家著名的汽车生产厂、家电生产企业研制了几十台(套)自动化焊接专机或生产线。其中，为三菱帕杰罗越野车设计制造的后壳完焊接生产线，整个生产过程由PLC可编程控制器作为中心 控制环节，大量采用非接触传感器件和光电编码控制环节。该生产线通过焊接工位机械手实现了自动化操控，运行规苑、可靠，在保证产品质量的基础上，极大地提高了生产效率，减少生产人员达80％以上。该生产线被日本专家评价为后桥壳生产亚洲自动化程度最高生产线之一。
推进焊接自动化进程，学习、吸收、借鉴、提高是十分重要的环节，应加强现有工艺的学习和提高。由于现有工艺多为手工操作，有其局限性，但如果在学习的基础上利用现代自动化技术进行嫁接改造，往往就可以实现一定的突破。
3.CO2技术的发展趋势
　　 ＣＯ2 气体保护焊技术 ,是一种节能、高效、优质的焊接工艺 ,自 50年代初问世以来 ,受到世界各国的普遍重视 ,很多国家的焊接工作者都致力于ＣＯ2气体保护焊技术的研究工作 ,并且随着相关科学技术的发展及研究手段的提高 ,进一步推动了ＣＯ2 气体保护焊技术的应用与发展。研究初期 ,世界各国学者都认为 :ＣＯ2 气体保护焊中金属的氧化、焊缝气孔及飞溅等问题是阻碍ＣＯ2 气体保护焊技术应用的关键问题。为此 ,重点进行了ＣＯ2 气体保护焊冶金学的研究。 6 0～ 70年代 ,ＣＯ2 焊接技术基础理论研究取得了突破性进展 ,提出了ＣＯ2 气体保护焊…从主电路、控制电路及相关技术等几方面 ,阐述了CO2 气体保护焊技术的发展。指出电力电子化是CO2 气体保护焊主电路的发展方向 ;微机化、智能化及精密化是CO2 气体保护焊控制电路的发展方向。保护气体技术及高速焊技术是CO2 气体保护焊的重要发展
4.激光焊接技术的发展趋势
市场角度：一方面，器件越来越小，且焊缝复杂；另一方面，器件更大，且是三维的。而激光焊接设备的不断发展，可同时满足这两种要求。
目前，医学诊断产品持续向小型化方向发展，这就要求焊接技术能够在最小的空间同时集成数种功能器件。采用其他方法焊接毛细微流结构十分困难，或者根本就不可能，而现在，即使当今廉价的电镜扫描激光系统都可以焊接这种产品。以前，人们会选择容易聚焦的Nd：YAG激光器，但该技术成本非常昂贵，且技术不够灵活。相比之下，光纤激光或光纤耦合二极管激光焊接技术不仅能够满足0.1mm的焊缝宽度，且不受焊缝形状和腔室大小的限制。
如果减小光纤内径，在实现高速焊接的同时，电镜扫描激光系统也可焊接较小的焊缝或较大的焊接面积。为了适应器件尺寸的变化趋势，LPKF公司(乐普科光电公司)已开发出了适合三维焊接的电镜扫描焊接系统(如图3所示)，该系统的焦深变化高达80mm，这样配合使用二极管激光器，可使焊接工件的焊接面积扩大为370mm×370mm，且焊缝宽度小于2mm。目前，该技术已应用于焊接引擎舱或汽车内饰等大型三维汽车部件。
但是，电镜扫描系统的应用处理存在一定的局限性，像汽车尾灯这样的复杂三维部件由于侧凹或逆向的光束角会阻碍激光的照射，因此必须选择轮廓焊接方法。而轮廓焊接对工件的要求非常严格，且焊接周期长，也限制了其在这方面的应用。
LPKF公司发明了一种复合焊接方法，弥补了轮廓焊接的许多不足，在焊接三维大件产品时具有极大的优势。该方法利用可弯曲的柔性机械手来引导激光，而夹具所需压力来自焊接头。采用的滚轮可产生很大的压力而不会使工件产生压痕，而且它对污垢不敏感。更重要的是，该技术将激光和具有较宽光谱的氯素灯一起使用，氯素灯直接对上面的工件进行加热，同时吸收从下面工件传来的热量，形成对工件的整体加热，这样相对于常规的焊接方法，工件焊接面的热传递更均匀，而且降低了上面工件的硬度，若存在间隙误差，也可较早得到处理，进而保证更高更稳定的焊接质量，并同时缩短了焊接时间。由于增添了氯素灯，有效降低了所需激光的功率，相应降低了成本费用。另外，应用复合焊接时，工件的内在残余应力很小，后续的回火处理可大大简化甚至不再必要，这对于非结晶热塑材料具有极大的好处。
除了器件焊缝方面的创新，还出现了很多新材料的组合方法，激光焊接技术也不再局限于硬/硬材料的组合方式。新的激光焊接材料层出不穷，包括热塑布料、热塑弹性体以及包装和医学导管用的薄片材料等，扩大了激光焊接技术的应用范围。现在，甚至可以利用激光吸收剂或涂料来实现非结晶塑料的清洁焊接，简单而又可靠。其他激光源，如CO2激光器的出现为激光焊接技术提供了新的契机，因为其长波光可被任何透明塑料吸收。
从经济性角度看，二极管激光和工艺技术的创新可确保激光焊接的有效稳定，而且激光器成本的下降也意味着投资成本的降低。更重要的是，通过不断延长维护间隔和设备的使用寿命，进一步提高了机器的工作时间。
5.钨极氩弧焊的发展趋势
1）氩气能有效地隔绝周围空气；它本身又不溶于金属，不和金属反应；钨极氩弧焊过程中电弧还有自动清除工件表面氧化膜的作用。因此，可成功地焊接易氧化，氮化、化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。
2）钨极电弧稳定，即使在很小的焊接电流（＜10A）下仍可稳定燃烧，特别适用于薄板，超薄板材料焊接。
3）热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调节，可进行各种位置的焊接，也是实现单面焊双面盛开的理想方法。
4）由于填充焊丝不通过电弧，故不会产生飞溅，焊缝成形美观。
不足之处是：
1）熔深浅，熔敷速度小，生产率较低。
2）钨极承载电流的能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池，渣成污染（夹钨）。
3）隋性气体（氩气、氦气）较贵，和其它电弧焊方法（如手工电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊等）比较，生产成本较高。 钨极氩弧焊可用于几乎所有金属和合金的焊接，但由于其成本较高，通常多用于焊接铝、镁、钛、铜等有色金属，以及不锈钢、耐热钢等。对于低熔点和易蒸发的金属（如铅、锡、锌），焊接较困难。 钨极氩弧焊所焊接的板材厚度范围，从生产率考虑3mm以下为宜。对于某些黑色和有色金属的厚壁重要构件（如压力容器及管道），在根部熔透焊道接，全位置焊接和窄间隙接时，为了保证高的焊接质量，有时也采用钨极氩弧焊。
以上对TIG焊的叙述说明TIG焊焊接技术的发展前景光明，并且有很好的市场前景。
6.数字化焊接技术的发展趋势判断和需求分析
先进制造技术的一个重要发展趋势是工艺设计从经验判断走向定量分析，其方法就是将数值模拟技术与物理模拟和人工智能技术相结合，确定工艺参数，优化工艺方案，预测加工质量，使生产过程从“理论-实验-生产”转变为“理论-计算机模拟-生产”。
随着人工智能技术、计算机视觉技术、数字化信息处理技术、机器人技术的溶入，促使弧焊技术向着焊接工艺高效化，焊接电源控制数字化、焊接质量智能化以及生产过程机器人化方向发展。
趋势判断和需求分析
2l世纪制造业趋于全球化、网络化、集成化、虚拟化、异地化、数字化，计算机、信息技术的快速发展将促进制造领域逐渐与其融合，焊接作为制造领域中重要的材料加工和结构生产力，也正在与信息技术紧密结合，由于焊接过程的多变性和复杂性，利用数字化技术，使焊接设备从简单的机电产品变成一种精密加工仪器，将是焊接设备发展方向。
焊机的数字化包括两方面的内容。一是主电路的数字化，另一个是控制电路的数字化。
逆变技术的出现为焊机的主电路数字化提供了条件。焊接电源从模拟式焊机发展到逆变式焊机，实际上是完成了主电路从模拟到数字化的跨越。焊接电源主电路的数字化使得焊接电源至少在两方面的性能得到了提高：

①焊接电源的功率损耗大大减少，使得焊接电源的效率达到90%以上。

②随着工作频率的提高，回路输出电流的纹波更小，响应速度更快，因此焊机可以获得更好的动态响应特性。
早在70年代初逆变器已应用于中频加热领域。弧焊逆变器的发展是十分快的，前景也十分可观，70年代末我国着手研制晶闸管式弧焊逆变器，80年代初取得初步成果。上海威特力焊接设备制造有限公司是专业生产IGBT逆变焊接电源和专用焊接设备的高科技企业，在逆变焊机的生产领域在国内有很高的知名度。
从以上描述看，我国各种焊接技术都在突飞猛进的发展。本世纪头十年，将是焊接行业飞速发展的有利时期。在这时期我们广大焊接工作者任重而道远抓住机遇努力奋斗，我国焊接自动化水平才能得到显著的提高。