先进焊接技术

机遇与挑战
• 我国已成为世界最大的焊接大国，但远不是一个 焊接强国。
• 国务院最近发布的《国家中长期科学和技术发展 规划纲要》明确指出，现阶段中国特色国家创新 体系建设重点之一是建设以企业为主体、产学研 结合的技术创新体系。
• “自动化焊接设备技术开发及设备制造”已于 2005年底被国家发改委列入《产业结构调整指导 目录》机械制造工艺装备领域的鼓励产业。
2. To avoid incomplete root penetration 激光获得更好的熔深
填充性电阻焊 – 孔洞补焊技术
双丝MIG焊
两个相互绝缘
的焊丝,从同一个
喷嘴里送出,形成
两个电弧,在同一
主电源
个熔池里燃烧,改
变了对熔池的加
热特点.
协调器
从电源
进口每套 约75万人 民币
天津大学 已开发成 功该套设 备,每套约 45万元
—— 焊接已成为关键的制造技术
焊接作为组装工艺之一，通常被安排在制造流程的后期或最终阶段，因而 对产品质量具有决定性作用。
—— 焊接已成为现代工业不可分离的组成部分
在工业化最发达的美国，焊接被视为“美国制造业的命脉，而且是美国未 来竞争力的关键所在”。其主要根源就是基于这样一个事实：许多工业产 品的制造已经无法离开焊接技术的使用。
西气东输工程中焊接的应用
航天（火箭、卫星、宇宙飞船）
神 舟 五 号 发 射 升 空
“世界第一拱桥”—上海卢浦大桥
全长 3900 m， 跨度550 m， 为世界跨度 最大的全焊 钢结构拱桥， 用3.4万吨 厚度为30100mm的 细晶粒钢焊 接而成。
我国目前最高的摩天大楼－ 上海金茂大厦
采用焊接钢结构框架，共有88层，高420m。
• 60-70%的钢通过焊接加工成型。
现代焊接的特征
—— 焊接已成为最流行的连接技术
在当今工业社会，没有哪一种连接技术象焊接那样被如此广泛、如此普遍 地应用在各个领域。而其中最主要的原因就是其极具竞争力的性价比。
—— 焊接显现了极高的技术含量和附加值
在人类社会步入21世纪的今天，焊接已经进入了一个崭新的发展阶段。当 今世界的许多最新科研成果、前沿技术和高新技术，诸如：计算机、微电 子、数字控制、信息处理、工业机器人、激光技术等，已经被广泛地应用 于焊接领域，这使得焊接的技术含量得到了空前的提高，并在制造过程中 创造了极高的附加值。
高科技引领下的先进焊接技术
----研究现状与展望
裘红军
宁波技师学院
世界第一钢铁大国
• 我国钢产量2002年超过1.85亿吨，2004年 达到2.728亿吨，2005年超过3.5亿吨，连 续10年成为世界上最大的钢铁生产和消费 国，钢产量超过了排名世界第二至四位的 日本、美国和俄罗斯钢产量的总和，成为 当之无愧的世界第一钢铁大国。
三峡电站水轮机叶轮
水轮机转轮直径10.7m，高5.4m，重达440吨，为世界最大、最重的不 锈钢焊接转轮。转轮分别由上冠、下环和13个或15个叶片焊接而成， 每个转轮需要消耗12吨焊丝。
三峡水电站的电机定子座和蜗壳
• 电机定子座直径22m，高6m， 重832吨，是在我国焊接的最大 钢结构机座；蜗壳进水口直径 12.4m，总重量750吨，为世界 最大、最重的焊接蜗壳
施工中的鸟巢
桁架柱
立面次 结构
楼 梯
北京国家游泳中心（水立方）
北京首都机场新航站楼
香港昂船洲大桥
• 焊接机器人工作站：各厂家使用的焊接机械手 基本上是从国外进口的，外围设备大部分由国 内厂商配套。
工业机器人
CLOOS公司 生产的
ROMAT®500
机械手臂
•自动焊接专机：基本配置包括焊机、焊接操作机 构、多轴变位机、程序控制系统；可选配置包括
设备组成
电流1 电流2 电压1 电压2
双丝推挽式输出的高速摄像图像
采用脉冲埋弧焊技术 后，焊接速度提高了 30％，取得了很好的 效益——上海发电设 备焊接技术进展(一). 上海电气(集团)总公 司，上海市焊接学会， 上海市焊接协会.《电 焊机》2005，35(9)
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管道施工连头的利器－－－－带有斜 切功能的自动火焰钢管切割机
空间环境模拟装置
近年建成了一个最大的空 间环境模拟装置，它是一 个大型不锈钢整体焊接结 构，主舱是一个直径18m， 高22m真空容器，辅舱直 径12m，如图10所示。我 国发射的“神舟”号载人 飞船都曾在这个模拟舱中 进行过试验。
北京国家体育场（鸟巢）
总重量达4.2万吨，全部采用中国自主创新研发的钢材
复合Nd:YAG激光/溶 化极气体保护焊
Nd:YAG 激光焊
GMAW
激光+ GMAW
Why LaserHybrid-Welding ?为什么用激光复合焊
Material S235 JR, s: 3mm Position: PG 30° vs:3,6 m/min
1. To produce a throat thickness MIG获得焊缝厚度
我国在大型焊接钢结构的 开发与应用方面取得可喜成就
在人类发展史上留下辉煌篇章的三峡水利 工程、西气东输工程以及“神舟”号载人飞船， 哪个没有采用焊接结构？
我国近年来通过焊接制造成功了一批最大、 最重、最长、最高、最厚、最新的具有代表性 的重要产品，由此表明焊接在国民经济建设和 社会发展中发挥着无可替代的重要作用。
芜湖长江大桥
• 最近完成的跨越长 江的芜湖长江大桥， 是一座公路/铁路两 用桥，采用矮塔斜 拉结构，全长10km， 主跨312m，是我国 目前跨度最大的公/ 铁两用桥，采用 50mm厚的 14MnNbq钢整体焊 接箱型主桁。
“世界第一穹顶”北京国家大剧院
• 国家大剧院，其椭球形穹顶长轴212.2m, 短轴143.64m,高46.28m，焊 接钢结构的总重量达6475吨，将成为世界最大的穹顶。
Electrode MIG电极
Fra Baidu bibliotek
Laserinduced plasma激光 产生的等离子区
Shielding gas 保护气体
Arc电弧
Fusion zone 熔池
Keyhole蒸汽孔
Workpiece 工件
Direction of welding 焊接方向
复合激光/熔化极气体保护焊 – 最佳组合
熔化极气体保护焊 （GMAW)
高速偏转多束技术
多束技术是指从一 个源产生的一束电子 ，以极快的速度在不 同的位置之间跳跃， 由于热惯性的存在， 就好像同时有多束电 子束作用。
多束技术根据焊点 的位置和能量的不同 ，又分为多熔池焊接 、多道焊接、多工艺 焊接。
LaserHybrid Welding 激光MIG复合焊
Laserbeam 激光束
• “我国制造业焊接生产现状与发展战略研 究总结报告”－林尚扬院士
• 中国金属加工网和中国工程机械信息网
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大型热壁加氢反应器
焊接制造 了总重量 达千吨级、 壁厚 280mm的 大型热壁 加氢反应 器
神华集团煤液化工程容器制造
• 重量2060吨,壁厚337mm,外径5500mm,长 度60m
石油、天然气储罐
外形整体远观
内部焊接施工
600MW热电站锅炉
焊接制造了 600MW热电 站锅炉，其 汽包长30m， 壁厚203mm， 重250吨
焊缝跟踪系统、焊枪摆动 装置等。与焊接机器人相 比，焊接专机操作、维护 保养简便，零配件易得， 使用费用低，设备可靠性 高，受到人们的青睐。
自动焊接专机
Front frames for wheel loader
最新焊接技术
• A-TIG技术
钛合金A-TIG焊焊缝截面比较
Friction Stir Welding 搅拌摩擦焊
发展途径
国家中长期科学和技术发展规划纲要提 出：“自主创新就是要加强原始创新、集成 创新和引进消化吸收再创新”。
• 引进、消化、吸收国外先进技术与装备，在 此基础上再创新
• 产、学、研结合，加强原始创新，掌握核心 技术，形成拥有自主知识产品的拳头产品
参考文献
• “我国电焊机行业情况及发展趋势 ”－中国 焊接协会焊接设备专业委员会
30万吨超大型原油船
我国建造 的最大载 重量之一 的30万吨 超大型原 油船，长 333m， 宽58m。
半冷半压式液化气船
国产最大的半冷半 压液化气船，总长 154.98米，型宽 23.10米，载重量 17900吨，其中3个 液态货罐采用了厚 度为30-35mm的 13MnNi63低温钢焊 接而成，工作温度 为-48℃, 总容积 16500立方米。