焊接发展趋势

我国焊接技术的发展趋势
国外专家认为：“到2020年焊接仍将是制造业的重要加工工艺。它是一种精确、可靠、低成本，并且是采用高科技连接材料的方法。目前还没有其他方法能够比焊接更为广泛地应用于金属的连接，并对所焊的产品增加更大的附加值。
世界上钢及其它金属产量、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，也将有限大提高。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，代表处动地接技术的数字焊机、数字化控制技术业已稳步进入市场。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，有效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世纪未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，已经在职各行业的科技发展中付诸实施，在发展焊接生产自动化，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；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明显加大，在未来20年内会超过实芯焊丝，最终将成为焊接中心的主导产品。
（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取代手弧焊和普通晶闸管焊机，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）在汽车上、造船、工程机械和航空等领域，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。
可喜的是我国很多待业部门和大型个业已经意识到这些问题，船舶工业已经率先提出，到2005年，船厂的高效率焊接要达到80%以上，其中二氧化焊接自动化的发展相对来说较好，国内的焊接厂商先后为一汽、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、家电生产企业研究制了几十台（套）自动化焊接专机线，整个生产过程由PLC可编程控制器作为中心控制环节，大量采用非接触传达室感器件和光电编码控制环节。该生产线通过焊接工位机械实现了自动化操控，运行规范、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，应加强现有世艺的学习和提高。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。
国外如欧美、日本等发达国家早在20世纪80年代便在石油，化工、造船、建筑、电力、汽车、机械等行业采用数字控制的小车式自动气保焊机，代替人工进行焊接生产。近年来，国内几家企业开发了几种类似的自动焊接小车，但在结构和功能上均属低端产品，在数字控制、焊接参数预置和专家系统自动调用等方面均为空白。在吸收和借鉴国外先进、成熟基础之上，代表自主知识产权的第一代数控小车式自动焊在国内问世。该焊具有携带方便、安装简单、操作灵活、智能化程度高等特点，通过微机控制的多种焊接模式和专家程序，可在不同焊接位置满足多种焊接工艺要求焊缝的焊接。数字化控制小车自动焊机的研制和市场推广，一方面为石油、化工、造船、电力等行业提供了同国外同等技术档次的国产自动焊接设备，另一方面为国内成功自主研发高端数字化焊机找到了一个切入点，对推动焊接行业在专用自动焊接设备的发展，具有里程碑的重大意义。
3.焊接自动化技术的展望
电子技术、计算机微电子住处和自动化技术的发展，推动了焊接自动化技术的发展。特别是数控技术、柔性制造技术和信息处理技术等单元技术的引入，促进了焊接自动化技术革命性的发展。
（1）焊接过程控制系统的智能化是焊接自动化的核心问题之一，也是我们未来开展研究的重要方向。我们应开展最佳控制方法方面的研究，包括线性和

各种非线性控制。最具代表性的是焊接过程的模糊控制、神经网络控制，以及专家系统的研究。
（2）焊接柔性化技术也是我们着力研究的内容。在未来的研究中，我们将各种光、机、电技术与焊接技术有机结合，以实现焊接的精确化和柔性化。用微电子技术改造传统焊接工艺装备，是提高焊接自动化水平淡的根本途径。将数控技术配以各类焊接机械设备，以提高其柔性化水平，是我们当前的一个研究方向；另外，焊接机器人与专家系统的结合，实现自动路径规划、自动校正轨迹、自动控制熔深等功能，是我们近期研究的重点。
（3）焊接控制系统的集成是人与技术的集成和焊接技术与信息技术的集成。集成系统中信息流和物质流是其重要的组成部分，促进其有机地结合，可大大降低信息量和实时控制的要求。注意发挥人在控制和临机处理的响应和判断能力，建立人机圣诞的友好界面，使人和自动系统和谐统一，是集成系统的不可低估的因素。
（4）提高焊接电源的可靠性、质量稳定性和控制，以及优良的动感性，也是我们着重研究的课题。开发研制具有调节电弧运动、送丝和焊枪姿态，能探测焊缝坡开头、温度场、熔池状态、熔透情况，适时提供焊接规范参数的高性能焊机，并应积极开发焊接过程的计算机模拟技术。使焊接技术由“技艺”向“科学”演变辊实现焊接自动化的一个重要方面。本世纪头十年，将是焊接行业飞速发展的有利时期。我们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，为我国焊接自动化水平的提高而努力奋斗。
4.桥梁焊接技术发展趋势
1、中国钢桥发展概况
常见的钢桥型式有：梁桥（Ⅰ型板梁、桁梁、箱梁），拱桥（系杆拱、下承拱、上承拱、中承拱），以及悬索桥和斜拉桥等。大跨径公路和钢桥主要是悬索桥和斜拉桥；铁路钢桥多为梁桥和拱桥。按造桥方法，钢桥可分为：铆接桥（工厂制造和工地拼接均为铆接）、栓焊桥（工厂制造为焊接，工地拼接为高强度螺栓边接）和全焊桥（工厂制造和工地拼接均为焊接）。栓焊桥和全焊桥统称为焊接桥。我国仅在长江上已有各种型式的桥梁29余座，其中接近半数为钢桥。“万里长江成了中国当代桥梁 的展台。” 在世界建成全部悬索桥中排名前十位的焊接钢桥中，中国有2座：江阴长江大桥（L=1385m）排名第四，香港青马大桥（L=1377 m）排名第五。而在全部斜拉桥排名前十位的焊接钢桥，中国有6座桥，排名第三、四、五、六、七和第九（南京长江二桥L=628m，排第三位；武汉长江三桥L=618m，排第四位）。其中“不少已跻身世界级桥梁，展示

出中国当代建桥技术达到了世界先进水平”。
2、焊接钢桥的制造技术
我国桥梁钢结构由早期的铁路桥简单工型杆件、箱型杆件到目前悬索桥和斜拉桥的复杂的正交异性板之类结构，绎焊接技术的要求提高很多，各钢桥制造单位为适应发展的需要，在不断地完善和革新制造技术，工艺装备和工艺水平在不断提高。发展到今天，已具有了制造质量焊接钢桥的条件。早期制造钢箱梁时，没有专用胎具，采用国外早期使用过的“倒装法”。当前采用正装法“多节段边续匹配组装法，”焊接和预拼装同时完成。这当然需要很大的场地，并且要布置的非常合理。主拼装胎架纵向线形按桥梁设计线形设置横向预设上拱度。板单元组装定须在无日照时进行。这种多节段边续匹配组装法的实施具有一定的创造性。但工艺装备方面尚有进一步提高和平共处完善之处，以进一步提高效率和质量。当前，定位板的使用尚不能完全避免，应尽可能减少。焊接方法应用与早期也有很大不同。已经不再仅仅是手工电弧焊定位、埋弧自动焊完成焊接任务的情况。在公路斜拉桥和悬索桥钢箱梁 制造中，高效率焊接方法的应用受到重视，应用最多的为CO2自动焊和半自动焊和单面焊双面焊成型技术，例如，据润场长江大桥的统计，CO2自动焊和半自动焊应用比例已达75%，埋弧焊则约占15%，其余为焊条手工电弧焊。其它各厂的情况大体相似。而对于杵梁结构形式的铁路桥或公铁两用桥，主要焊接方法仍是埋弧焊，例如，1995年建成的孙口黄河大桥，埋弧焊约占70%，CO2焊接法仅占约3%；2000年建成的芜湖长江大桥，埋弧焊方法约占60%，CO2焊接法约占15%。为了根部熔透和背面成形，广泛应用了陶质衬垫。已经配备有焊枪可摆动的CO2自动焊机、用于U形式肋与桥面板角焊缝的双头CO2自动焊机等。但与国外相比较，中国高效焊接方法的应用还比较单一，主要是CO2焊接法和埋弧焊接法。国防大学外很重视高效焊接方法的开始和应用，常用TIG焊实施根部焊道的单面焊双面成形来代替衬垫焊；除使用Ar/CO2(82/18)混合气体，即Ar/He/CO2/O2四种气体相混合的混合气体，并已应用于焊接钢桥。另外，在U形肋与桥面板焊接时则采用了六头自动焊机。焊接机器人已在国外应用于桥面板构件的焊接。在这方面，与国外相比还有差距。
在焊接材料方面，一个突出的变化是药芯焊丝的应用逐渐增多，例如，宜昌大桥焊接中，CO2焊接时完全使用药芯焊丝，用量为210吨，占该桥用钢量的1.9%。军山大工业桥的情况相同，药芯焊丝占该桥用钢量的1.8%。目前，高韧性和工艺性能优异的焊接材料的开发稳定供货， 是

进一步提高焊接钢桥质量的重要因素之一。
5.油气管道焊接技术发展趋势
1、我国石油天然气管道建设初期焊接工艺应用情况
我国在70年代初开始建设大口径长输管道，80年代初开始推广手工向下焊工艺，同时研制开发了纤维型和低氢型向下焊条。90年代初开始推广自保护药芯焊丝阗自动手工焊，有效地克服了其他焊接工艺方法野外作业抗风能力差的缺点，同时也具有焊接效率高、质量好且稳定的特点，现成为管道环缝焊接的主要方式。管道全位置自动焊的应用趋于高效率、高质量，这标志着我国油气管道焊接技术已达到了较高水平。
2、焊接工艺
管道自动焊技术由于焊接效率高，劳动强度小，焊接过程受人为因素影响小等优势，在大口径、厚壁管道建设的应用中具有很大潜力。
自动焊方法包括：1、内焊机根部+自动外焊机填充、盖面；2、STT气保护半自动焊部根焊+自动外焊机填写充、盖面；3、纤维素焊条手工电弧焊根部了焊+外焊机自动焊填写充、盖面。这几种焊接方法的区别在于根部焊方法的不同。自动外焊技术对坡口形状及管口组对要求严格，现场施工必须具备内对口器、管端坡口整形机等配套机具。另外，采用手工焊或半自动焊方面时就极易形成坡口边缘未熔合。半自动焊方法为纤维素型焊条手工正向根部焊，自保护药芯焊丝半自动焊填写充、盖面。
3、管道焊接施工未来的展望
随着管线钢性能的不断提高，管道建设越来越趋于向长距离，高工作压力，大口径、厚壁化方向发展，这就需要研究高质量的焊接材料和高效率的焊接方法与之匹配，保证环焊接头的强韧性。未来的管道建设，为获得施工的高效率和高质量，将优先考虑熔化极气体保护焊。而自保护药芯焊丝半自动焊与手工电弧焊相结合，由于操作灵活，环境适应性强，一次性投资小，对于大直径、大壁厚钢管是一种好的焊接工艺。
6.汽车制造焊接技术发展趋势
汽车的发动机、变速箱、车桥、车架、车身、车厢六大总成都离不开焊接技术的应用。在汽车零部件的制造中，点焊、凸焊、缝焊、滚凸焊、焊条电弧焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、气焊、钎焊具有生产量大，自动化程度高，高速、低耗、焊接变形小、易操作的特点，所以对汽车车向薄板覆盖零部件特别适合，因此，在汽车生产中应用最多。在投资费用中点焊约占75%，其他焊接方法只占25%。
随着汽车工业的发展，汽车车身焊装生产线也在逐渐向全自动化方向发展实现自动化的前提是零部件制造精度要很高，希望焊接变形最小，焊接部位外观要清爽，故要求焊接技术越来越高。我国面临加WTO

的机遇和挑战，焊接方面新技术的推广应用对汽车工业的品牌提升有着极其重要的作。
一、汽车工业中焊接新技术的应用
现今，汽车工业中的先进焊接技术很多，这里只列举出气体保护焊接技术和等离子焊接技术。
1、气体保护焊接技术
（1）表面张力过渡的波形控制法 方法的关键是用2个电流脉冲完成1个熔滴过渡，第1个电流脉搏冲形成熔滴并使之长大，直至熔滴与工件短路；第2个电流脉冲是1个短时窄脉冲并不断检测其di/dt，同时控制电流脉值，以产生适当的电磁收缩力，使熔滴颈部收缩变细，最后靠熔池表面张力拉断，完成1个熔滴过渡而不产生飞溅。
（2）逆变电源波形控制 利用逆变电源良好的动特性和灵活的可控性，采用波形控制，在短路阶段初期抑制电流上升，以减少电磁力在刚形成小桥时熔滴过渡的阻碍和爆断，减少大颗粒飞溅，并利于熔滴在熔池摊开；当熔滴在熔池摊开后，使电流迅速成上升，以加速形成缩颈，以后再慢速上升到一校低峰值，使小桥爆断时飞溅减少。
（3）氩弧焊接技术 氩弧焊有非熔化极（TIG）和熔化极（MIG）两种，均用于汽车工业有色金属和高合金钢焊接中。为了改善CO2气体保护焊的成形和减少飞溅，采用加入80%或20%Ar的混合气体保护焊。
2、等离子体的应用
氩气保护的等离子焊接切割早已在和业应用，主要用于合金钢和有色金属加工。目前空气等离子切割已普遍应用于一般钢铁和有色金属的切割，国内铁路客车厂引进了水下等离子切割，以减少变形和提高精度。发动机气阀体早已采用填充圈等离子焊接。近十几年来粉末等离子堆焊有很大发展，可进行小熔合比的薄层料精细堆焊，能堆焊各种特种合金表面。
二、汽车工业焊接的总体发展趋势
1、发展自动化柔性生产系统
工业机器人，因集自动化生产和灵活性生产特点于一身，故轿车生产近年来大规模、迅速地使用了机器人。在焊接方面，主要使用的是点焊机器人和弧焊机器人。由下图可见，机器人在轿车中的使用量正在迅速上升。焊接生产线要高度自动化，广泛采用6自由度的机器人，且机器人具有焊钳储存库，可根据焊装部位的确良不同要求或焊装产品的变更，自动从储存库抓换所需焊钳。传输装置则已发展为采用无人驾驶的更具柔性化的感应导向小车。
2、发展轻便组合式智能自动焊机
近年来，国内的汽车制造厂都非常重视焊接的自动化。如一汽引进捷达车身焊装车间的13条生产线的自动化率达80%以上。各条线都由计算机（可编程控制器PLC-3）控制，自完成工件的传送和焊接。焊接由R30型极坐标式机器人和G60肘节式

机器人61台进行，机器人驱动由微机控制，数字和文字显示，磁带记录仪输入和输出程序。机器人的动作采用点到点的序步轨迹，具有很高的焊接自动化水平，既改善了工件条件，提高了产品质量和生产率，又降低材料消耗。类似高水平的生产线，在上海、武汉等地都有合资及引进，包括了德国、美国、法国和日本的先进汽车制造技术。但这些毕竟还远不能适应我国民族汽车工业迅速发展的需要，我们必须坚持技术创新，大力加速发展高效节能的焊接新材料、新工艺和新设备，发展应用机器人技术，发展轻便灵巧的智能设备，建立高效经济的焊接自动化系统，必须用计算工机及住处技术改造传统产业，提高档次。
第五节 工程机械焊接技术发展趋势
世界大多数发达国家，大量使用柔性焊接系统（FWS）和高水平全自动焊接系统，在劳动力不足，企业员工高去出费用的情况下，使焊接质量，生产效率均保持世界领先地位，显示出良好的经济效益。在我国应结合实际情况，采用优质，高效，节能的焊接技术，且焊接设备投资不大，利用率较高，投资回收期较短。焊接过程中焊丝自动送进或配备自动行走等机构，在焊接质量，生产效率，降低焊材消耗，节约能源等方面均有明显的经济效益。典型的方法有CO2气体保护焊和埋弧焊等。
1、工程机械行业焊接技术的现状
1999年我国工程机械结构件焊接工艺中，采用自动（半自动）CO2气体保护焊工艺约占70%（以重量计），采用弧焊机器完成的焊接工住处量不足50%，其余为手工电弧焊。我们也应该看到，现在工艺水平不能适合弧焊机器人的要求。工程机械行业虽然机器人的水平较高、数量较多，但由于焊接前零件的质量较低。弧焊机器人不能满足生产要求，以至造成大量昂贵的设备处于半闲置的不利状态。此外，CO2半自动焊机及自动焊接小车的广泛应用，带动了国内焊丝机零件配件等质量的普遍提高，有力地推动了CO2焊接工艺的发展。
2、工程机械待业应大力推广低成本自动焊
今天，尽管高效节能的CO2所体保护焊工艺在工程机械行业焊接工艺中的自动化程度还不高，工程机械生产厂应在积极推进C02焊接工艺的同时，通过技术改造不断地区性完善工艺。
（1）采用节能，优质高效的焊接工艺和设备，如自动（半自动）逆变CO2气体保护焊机和埋弧自动焊。
（2）发展自动化焊接，在CO2气体保护半自动焊接基础上，增大自动焊接对规则焊缝（如直线和贺）进行焊接的使用面。希望在自动焊应用于非规则曲线型零件的焊接上有所突破，取得宝贵的经验和良好的进展，拓宽自动焊的应用范围，扩大

自动焊接的比例。
（3）通过多种汇道完善工艺装备，如装配夹具和焊接变位机等。提高焊接质量和工件效率，减轻焊工的劳动强度，改善作业环境。
第六节机床行业焊接技术发展趋势
机床行业焊接技术的发展是随着机床产品技术的发燕尾服而发展趣来的。八十年代后，机床行业产品技术的引进，对机床行业焊接技术的发展起决定性的作用。随着机床产品焊接结构越来越多地应用，彻底改变了过去几十年铸造结构“一统天下”的局面。以焊代铸，以焊代锻，以焊代切割已成为机床制造业的发展趋势。目前，机床行业焊接技术的展也正朝着高效、自动方向发展。机床行业焊接新技术的应用具有广阔前景，大力推广应用新的、先进的焊接工艺和方法。
1、气体保护焊等高效率焊接技术的应用
随着国外技术的引进，1981年由济南第二机床首先应用了ф1.6实芯CO2气体保护焊技术替代美国VERSON全钢机械压力机公司的ф0.24药芯富氩气体保护焊工艺，对压力机大型焊接件焊接工艺进行了攻关，并取得成功。1986年齐齐哈尔第二机床厂应用了ф1.2实芯富氩气体保护焊技术，解决了压力机大型焊接件的焊接问题，并用丝极氩弧铜堆焊技术，对活塞、气缸等工件表面铜层堆焊，替代我国传统的铜套获得成功。1992年济南第一机床厂在机床的薄板罩壳结构件上首次应用了ф0.8实芯CO2气体保护焊。“七五”期间，济南第二机床厂还将CO2气体保护焊应用到了压力机拉紧螺栓的加长焊接上，该项目获机械部机床行业“七五”工艺成果二等奖。目前，气体保护焊等高效率焊接技术，已广泛应用于机床床身、齿轮、偏心体、摇杆轴、缸体、焊后不加工的管路法兰和罩壳等零件，已成为机床行业焊接的主要工艺之一。
2、焊接自动化、机械化技术的应用
机床行业焊接自动化除CO2半自动焊以外主要不得体现在埋弧自动焊的应用上，主要应用于钢板的拼焊和压力容器的简体焊接上。济南第二机床厂，1993年采用焊缝自动跟踪系统，改造十字操作架自动埋弧焊设备，实现了18mm厚以下压力容器简体、封头不开坡口对接双面自动跟踪埋弧焊，取得了园满成功。焊接机械化，主要是焊接变位机的应用，1981年济南第二机床厂，开始了变位机的应用研究。此后，焊接变位机相继在上海锻压机床厂、营口锻压机床厂、营口锻压机床厂、黄石锻压厂得到了应用，提高了焊接机械化程度。
3、机床待业焊接新技术的应用展望
随着焊接技术和机床技术的飞速发展，焊接新技术在机床待业应用也具有广阔的前景。机床行业的焊接结构也正在寻求探索应用焊接领域的新技术、新材料。

（1）药芯焊丝在机床特别是数控产品上的应用
金属切削机床特别是数控金切机床，精度要求高，外观造型漂亮。为此，要求焊接结构外观焊缝尺寸小、光滑美观飞溅少，含铁粉药芯焊丝熔敷效率较高，具有优于实芯气体保护焊的许多优点。
（2）细丝气体保护焊的应用
近几年，ф0.8细丝气体保护焊在机床行业应用的趋势已越来越强。随着机床产品的技术进步，对机床的外观造型和质量要求也越来越来高。过去机床产品采用手工电弧焊接的薄板罩壳零部件，已基本都不能满足现有机床产品外观质量的要求，特别是数控机床。现在都有在寻求控索，采用激光切割、ф0.8细丝气体保护焊。济南一机床集团有限公司，从1990年初开始应用激光切割和ф0.8细丝CO2气体保护焊，焊接生产机床罩壳零部件，外观质量满足了数控机床高水平的要求。
（3）焊接机械化、自动化是机床行业应用于焊接新技术的重要途径。机床产品焊接结构多为复杂的箱型 结构，在目前的焊接生产中大都采用整体组装、整体焊接的工艺方法，实现自动化焊接较为困难。若将机床产品焊接结构的组装、焊接合为一道工序，配以机械化工装和变位机，实现自动化焊接是完全可行的。