现代焊接技术发展的现状及前景

现代焊接技术发展的现状及前景

【摘要】焊接作为一门制造技术，在制造业中起着重要作用。没有一种技术能像焊接技术那样被制造商如此普遍地用于金属及合金的高效连接，并在其产品中产生如此多的附加值。

【关键词】现代;焊接技术;发展;现状;前景

目前焊接广泛应用于各种材料的连接，并采用了诸如激光、电子束焊等先进技术，无论是在建筑、桥梁行业，还是在车辆、计算机及医疗机械行业，绝大多数产品离开焊接技术就根本无法制造。特别是有了异种材料和非金属构料的连接技术和在产品形状与设计方面的创新制造方法，焊接技术的未来充满了希望。

1.焊接技术发展的现状

近年来随着制造业的蓬勃发展，提高焊接生产的生产率，保证产品质量，实现焊接生产的自动化和智能化越来越受到焊接生产企业的重视。现代智能控制技术、数字化信息处理技术、图像处理及传感器技术、高性能CPU芯片等现代高新技术的融入，使现代焊接技术取得了长足进步。

1.1焊接工艺高速高效化

以实现高速度、高熔敷率、高质量的焊接工艺为目标，国内外在多牡多弧焊接工艺、多元气体保护焊接工艺、活性化焊接新工艺等方面开展了广泛深入的研究，且取得了显著成效。

在多丝多弧焊接新：工艺方面，日本、瑞士、德国等国公司在多根焊丝配以单个或多个电源方面开展了大量的焊接研究丁作，在提高焊接生产速度和金属熔敷率方面取得了一些实用化的成果。例如日本的藤村告史开发的多丝焊接系统，可用于角焊缝的高速焊接，焊速可以达到1.8m/min。

基于上述思想，伴随着新型的功能强大的数字信息处理DSP的出现，Fronius 公司推出了全数字化焊接电源，随后Panosonic等公司也推出了各自的数宁化焊接电源产品，并相继；进入中国市场。数字化焊接电源实现了柔性化控制和多功能集成，具有控制精度高、系统稳定性好、产品一致性好、功能升级方便等优点。

1.2焊接质量控制智能化技术

焊缝跟踪是保证自动焊接质量的关键。在焊缝自动跟踪方面，采用的技术及获得的成果比较多。在熔滴过渡控制方面，由于焊接电源控制数字化技术的发展及先进电子元件在焊接领域的应用，使得对熔淌控制的研究达到了相当高水平。

1.3焊接生产自动化及智能化技术水平

焊接过程的自动化与智能化水平主要体现在焊接机器人技术的发展水平。目前应用广泛的焊接机器人大多属于示教再现型。操作者通过示教盒在直角坐标系或极坐标系叶，移动机器人的各个关节，使焊矩沿焊接轨迹运动，在焊矩路径上记录示教的位置、焊矩姿态、运动参数和工艺参数，并生成连续执行全部操作的示教程序。此类机器人不具备对工件装配误差、焊接过程中的热变形等环境变化，以及对工作对象变化的自适应能力，因此，研制新一代具有多种传感功能的、能够自动制订运动轨迹、焊矩姿态和焊接参数的智能机器人将成为主要的发展方向。

国外有公司开发了一套基于双日立体视觉的机器人路径规划系统。该系统以自然光作为视觉系统的光源，将双目摄像机安装在机器人的末端执行器上，使其能跟随焊枪沿焊缝走向一起移动。由于经典的计算机三维视觉重构是通过2个图像平面上的特征点的匹配来确定对象的三维坐标的，而对于焊缝来说，坡口边缘内外不存在明确的特征点，所以无法使用特征点匹配法。系统针对在局部图像窗口中，焊缝可以近似为直线段的特点，设计了一种简化的特征匹配算法来计算焊缝的三维坐标，并通过人工神经网络提高了精度和速度。该系统可以实现对直线和曲线焊缝的路径规划。

1.4以激光焊为代表的先进焊接技术的新进展

激光束所具有的微焦点与散焦加热、高能量密度、高速加热、深穿透、高速冷却、可精密控制、高速扫描、全方位加工等技术特点，目前在材料加工领域中得到了充分的利用。激光除了已应用于焊接、打孔、切割、表面改性、涂覆和精细加工外，在新材料的削备(如功能材料、纳米材料、非晶材料)与快速成形和超精细加工技术方面的应用，也大有可为；尤其当大功率的YAG激光、二二极管激光和准分子激光：工程化应用后，对材料与激光束流交互作用机理的深入科学研究，将会引导学科的发展。与创新”。

新近研制的激光器有：直流板条式(DC Slab)CO2激光器、二极管泵浦的YAG 激光器、CO激光器、半导体激光器、准分子激光器。激光器的研究正向着大型功率、脉冲工作方式及高质量光束的方向发展。在激光焊设备的智能化及加工的柔性化方面也有所发展。在束流、工件、工艺介质相互作用机制的研究及束流复合的研究方面，焊接界取得了一定的新进展。实验表明，这种方法可抑制焊道凸起，改善焊道顶部质量和焊缝断面形状，减少飞溅，使熔池上方的等离子体更趋于稳定，增加过程的稳定性；有研究人员用1kW的Nd：YAG和气体Ar、He、N：，以及Ar+O：、Ar+CO：Ar+CO2+O：进行激光焊接研究时发现：适当的混合气体可增加熔深和焊速，降低成本；(c)Laser-TIG Hybrid，叮显著增加焊速，约为TIG焊接时的2倍，钨极烧损也大大减小，不但寿命增加而且坡㈠夹角减小，焊缝面积与激光焊时相近。阿亨大学弗朗和费激光技术学院研制了一种激光双弧复合焊接：厂艺，与激光单弧复合焊相比，焊接速度可提高约l/3，线能量减小25％。

2.现代焊接技术的任务和展望

展望未来，现代焊接技术面临的主要任务有：

2.1寻求解决焊接制约新材料、新结构应用的途径”

在开发新材料的焊接技术时，应从材料研制与焊接科技两方面着手。先进的材料并不意味着具有良好的可焊接性，材料的高性能与良好的可焊接性往往是对难以协调的矛盾，而矛盾的主要方面则是材料的研制；在研制高性能材料时，其焊接性也应纳入高性能的技术指标。因此，焊接工程师必须同材料工程师合作，使新型材料的焊接质量更好、生产效率更高、成本更低、焊接产品更受市场的欢迎。

2.2提高焊接产品质量，使焊接不再成为制造过程中的“薄弱环节”

要提高焊接产品质量，必须消除焊接必然是制造过程中的“薄弱环节”的思想，为此，焊接界将进行长期的研究工作，开发新的焊接工艺，进—‘步提高焊接质量控制的智能化技术水平，使焊缝达到“零缺陷”，并提出实现这一目标的可行性方法，已改善焊接能效，提高生产效率，降低焊接成本。

新材料的研制将向着高效能、高性能(包括良好的可焊性)和益于环境的方向发展。焊接界将研究出更佳的焊接工艺，研制出更优良的焊接电源并开发出相应的控制技术，提高自动化程度与扩大机器人的应用范围；减少废品率和返修率，降低焊接成本，提高生产效率(如：减少预热、后热、避免焊接过热等)，彻底消除“焊接是制造工序障碍”的观念。

2.3全面改善焊接生产环境，提升焊接行业的整体形象，吸引高素质人才的加盟

新材料的研制、先进焊接工艺的应用不仅降低了材料与能源的消耗，而且将焊接对自然资源的影响降低到最低程度，通过消除烟尘、噪音和辐射，使焊接工作环境更具吸引力；新型焊接技术的应用、焊接自动化及机器人的发展和多种高新技术在焊接领域中的应用，必将改变焊接行业的负面印象，吸引更多的年轻科技工作者，保证焊接技术领域的人才需求。