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我國焊接工程及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢

查看：1687 　發(fā)稿日期：2016-01-13 19:25:20

現(xiàn)在，我國不只是世界機(jī)械制造業(yè)大國，也是一個結(jié)構(gòu)制造業(yè)大國，我國在2004年用鋼量量達(dá)3.1億噸(包栝國產(chǎn)和進(jìn)口)有1.6億噸用于焊接結(jié)構(gòu)，占用鋼量的51%(歐美等發(fā)達(dá)國家占60%)。根據(jù)有關(guān)調(diào)查機(jī)械制造業(yè)焊接結(jié)構(gòu)用鋼占用鋼量45%左右，而金屬結(jié)構(gòu)制造業(yè)要占用鋼量90%左右，而用鋼量卻為機(jī)械制造、汽車、造船、鐵道、家電、石油化工和集裝箱等行業(yè)用鋼量的2倍。但至今我國焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品大多屬于高消耗、低附加值產(chǎn)品，很多產(chǎn)品處于產(chǎn)業(yè)鏈的低端。一些高端產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)和主要設(shè)備受制于人。例如高端的焊接設(shè)備、特殊性能的焊接結(jié)構(gòu)材料及焊接材料和重要焊接結(jié)構(gòu)的很多新型焊接技術(shù)還依賴于進(jìn)口。傳統(tǒng)的焊接結(jié)構(gòu)工業(yè)是一個大量耗能、耗材、工作環(huán)境差和自動化程度低的行業(yè)。因此用新能源、信息化和自動化技術(shù)來改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和學(xué)科是一個必然的發(fā)展趨勢，在實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化、建設(shè)節(jié)約型社會和和諧社會中顯得十分重要。

1   焊接工程及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

    焊接已由一個單一的加工工藝發(fā)展成為有科學(xué)基礎(chǔ)有廣泛應(yīng)用范圍和前景的焊接工程和焊接產(chǎn)業(yè)，在這些產(chǎn)業(yè)中，焊接在其中占有重要地位，是決定其產(chǎn)品使用安全的關(guān)鍵。有些直接出焊接產(chǎn)品或在現(xiàn)場裝焊接后投入使用，有些是作成主體結(jié)構(gòu)然后在其上安裝動力和機(jī)電設(shè)備后應(yīng)用，有焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全保證在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的情況下，主要決定與焊接聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)、材料匹配、工藝設(shè)計(jì)、先進(jìn)的焊接制造工藝及設(shè)備和準(zhǔn)確的無損檢測技術(shù)，這些都決定了焊接聯(lián)結(jié)部位的的內(nèi)在和外觀質(zhì)量，形成了分布在各工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)部門各具特色的焊接結(jié)構(gòu)行業(yè)，同時也形成了結(jié)構(gòu)焊接需要的焊接設(shè)備行業(yè)和焊接材料行業(yè)。這些行業(yè)是互相關(guān)聯(lián)促進(jìn)的行業(yè)。焊接結(jié)構(gòu)已有日新月異的發(fā)展:在裝備制造業(yè)結(jié)構(gòu)中用焊接結(jié)構(gòu)局部或全部代替鑄件或鍛件結(jié)構(gòu)和由局部鑄件或鍛件焊接成組合結(jié)構(gòu)是大重型結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向，可大大節(jié)約大型鑄鍛車間及其設(shè)備的基本建設(shè)投資和生產(chǎn)過程的能源消費(fèi)，同時還可縮短生產(chǎn)周期；在各種建筑行業(yè)廣泛采用鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)代替鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可達(dá)到大跨度、輕自重、工廠造、設(shè)計(jì)優(yōu)、工程在建周期短、環(huán)境污染少，基礎(chǔ)費(fèi)用省，折除后材料可循環(huán)使用，因而符合目前綠色制造和資源循環(huán)利用建設(shè)節(jié)約型社會的大潮流。目前我國微電子及IT行業(yè)中的發(fā)展，高強(qiáng)有色金屬、光釬、超導(dǎo)和復(fù)合材料及高分子材料的應(yīng)用，都對焊接工藝、設(shè)備和材料提出了很多新的要求，因而得到了相應(yīng)發(fā)展。

    在計(jì)劃年代焊接結(jié)構(gòu)、焊接材料和焊接設(shè)備企業(yè)，分屬各工業(yè)部，條塊分割，互不通氣，而國外冶金企業(yè)就有專門研究焊接性能和焊接強(qiáng)度的研究部門來研就開發(fā)焊接結(jié)構(gòu)用鋼，為用戶提供全套資料和配套的焊接材料，為用戶使用創(chuàng)造了良好條件。國外的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)往往生產(chǎn)各種焊接結(jié)構(gòu)。國外的焊接設(shè)備和材料很多是在一個公司生產(chǎn)。如英國焊接合金有限公司和美國林肯焊接設(shè)備公司就同時提供多功能組合式自動焊機(jī)和相應(yīng)的藥芯焊絲。目前國內(nèi)焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)也有綜合化的趨勢，如橋梁廠造龍門起重機(jī)，造船廠和橋機(jī)廠也造橋。但焊接設(shè)備和材料的產(chǎn)業(yè)還沒有綜合化的趨勢。如何把焊接結(jié)構(gòu)、焊接材料和焊接設(shè)備以市場為導(dǎo)向，以信息化為核心，形成產(chǎn)業(yè)鏈，相互依存配合和合作，共同發(fā)展是一個急待解決的問題。

2   焊接切割新能源應(yīng)用

    我國是一個能源消耗大國，焊接行業(yè)又是一個耗能大戶，因此采用新能源焊接及切割以節(jié)能就十分重要。應(yīng)用最多的電弧焊采用IGBT逆變電源已有較多的推廣，起到了很大的節(jié)能效果，但在埋弧焊等大功率電源應(yīng)用才剛開始，其它如接觸焊電源、等離子電源、熱噴涂電源還待開發(fā)和應(yīng)用發(fā)展，逆變電源更加速焊機(jī)本身及其焊接過程控制的數(shù)字化、智能化和精密化。電渣焊是例用電弧熔化焊劑形成的渣池電阻在大電流通過時產(chǎn)生的電阻熱。應(yīng)用最廣的氧乙炔火焰氣焊、氣壓焊、噴涂和切割看起來耗能很少，但所用電石卻是一種耗能很大的產(chǎn)品，如推廣氫氧切割可起到節(jié)能和環(huán)保的效果，目前已有用IGBT逆變電源電解水的有氫氧切割設(shè)備，但還較少推廣應(yīng)用.高壓水切割是一種節(jié)能新技術(shù)，現(xiàn)已有研究開發(fā)和應(yīng)用。高能束(激光、電子束和離子束)和超聲焊接也節(jié)能，但目前還只在一些特殊情況下使用。摩擦焊是一種非常節(jié)能的焊接方法，但只能用于桿管件焊接，應(yīng)用不多；攪拌摩擦焊是一種很新的焊接方法，可用于各種接頭焊接，但目前還只限于有色金屬的焊接，如能提高摩擦頭的硬韌性，可望推廣到鋼材的焊接。爆炸焊接也是一重很好的節(jié)能的焊接工藝，特別是用于管道和復(fù)合板的焊接。太陽能焊接還未見應(yīng)用。由此看出焊接領(lǐng)域往往是一些新能源和新技術(shù)應(yīng)用的先驅(qū)，而且由此而來的是焊接方法、工藝和設(shè)備的巨大進(jìn)步，使焊接結(jié)構(gòu)達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能和節(jié)材，甚至解決一些新材料和新構(gòu)難以解決的焊接問題。

3   提高焊接質(zhì)量和效率的主要途經(jīng)

    不同熱源對焊接部位加熱加壓結(jié)合或焊接部位在一定保護(hù)情況下熔化結(jié)晶結(jié)合，以手工、半自動或自動方法形成焊接接頭，其不同組合可形成幾十上百種焊接方法，就需要相應(yīng)的焊接設(shè)備。焊接電源或能源設(shè)備的多頭化、多弧化、脈沖化及其數(shù)字花精密化控制實(shí)現(xiàn)和是實(shí)現(xiàn)多頭焊、多弧焊、多絲焊、脈沖焊和熔滴過渡控制等，可提高熱效率和能量利用率，可在保證優(yōu)質(zhì)的條件下提高焊接效率和節(jié)約能源，以我們用常用電流的多種焊接方法比較，手工焊/細(xì)單絲焊/細(xì)雙絲填絲焊/細(xì)雙絲雙弧焊/細(xì)雙絲三弧焊的生產(chǎn)率比為1/1.6/2.4/2.8/3.1，其能量利用率為1/1.6/1.9/1.8/2.有資料表明雙絲填絲MIG氣保護(hù)焊其生產(chǎn)率提高更多，比單絲焊時提高2倍。按不同工件需要用不同能源組合(如熱絲TIG焊、TIG-MIG焊、激光-MIG焊、預(yù)熱填絲CO2氣保護(hù)焊等)也可大幅度提高焊接效率和節(jié)約能源。焊接過程自動化智能化和組裝焊接一體化是目前提高質(zhì)量和生產(chǎn)率的主要途徑，這就依賴于計(jì)算機(jī)和信息化技術(shù)的支持，發(fā)展一些特殊焊接設(shè)備及專用工藝裝備，目前這些方面與國外還有很大差距。另一方生產(chǎn)過程的信息傳輸和管理，進(jìn)一步的深化是將設(shè)計(jì)-放樣-下料-焊接綜合一體化，是整個焊接結(jié)構(gòu)制造過程優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材的重要方向.例如，鋼管空間桁架鋼橋，鋼管相關(guān)線的人工畫線、切割坡口和焊接是費(fèi)工費(fèi)料，質(zhì)量難保證，如用FastFRAME空間網(wǎng)架計(jì)算軟件，只要一兩個工程師用設(shè)計(jì)接點(diǎn)單元數(shù)據(jù)輸入信息就可完成網(wǎng)架生成和各管件相關(guān)線的切割程序用數(shù)控切割機(jī)下料和數(shù)控焊機(jī)焊接可優(yōu)質(zhì)快速完成。

4 發(fā)展新型焊接材料的匹配與高效化

    在熔化焊中，焊接材料與結(jié)構(gòu)材料和焊接方法設(shè)備的匹配是決定焊縫內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵已為人所共知。但對于提高生產(chǎn)率方面卻一般不易理解。

    我國是一個能源消耗大國，焊接行業(yè)又是一個耗能大戶，因此采用新能源焊接及切割以節(jié)能就十分重要。應(yīng)用最多的電弧焊采用IGBT逆變電源已有較多的推廣，起到了很大的節(jié)能效果，但在埋弧焊等大功率電源應(yīng)用才剛開始，其它如接觸焊電源、等離子電源、熱噴涂電源還待開發(fā)和應(yīng)用發(fā)展，逆變電源更加速焊機(jī)本身及其焊接過程控制的數(shù)字化、智能化和精密化。電渣焊是例用電弧熔化焊劑形成的渣池電阻在大電流通過時產(chǎn)生的電阻熱。應(yīng)用最廣的氧乙炔火焰氣焊、氣壓焊、噴涂和切割看起來耗能很少，但所用電石卻是一種耗能很大的產(chǎn)品，如推廣氫氧切割可起到節(jié)能和環(huán)保的效果，目前已有用IGBT逆變電源電解水的有氫氧切割設(shè)備，但還較少推廣應(yīng)用.高壓水切割是一種節(jié)能新技術(shù)，現(xiàn)已有研究開發(fā)和應(yīng)用。高能束(激光、電子束和離子束)和超聲焊接也節(jié)能，但目前還只在一些特殊情況下使用。摩擦焊是一種非常節(jié)能的焊接方法，但只能用于桿管件焊接，應(yīng)用不多；攪拌摩擦焊是一種很新的焊接方法，可用于各種接頭焊接，但目前還只限于有色金屬的焊接，如能提高摩擦頭的硬韌性，可望推廣到鋼材的焊接。爆炸焊接也是一重很好的節(jié)能的焊接工藝，特別是用于管道和復(fù)合板的焊接。太陽能焊接還未見應(yīng)用。由此看出焊接領(lǐng)域往往是一些新能源和新技術(shù)應(yīng)用的先驅(qū)，而且由此而來的是焊接方法、工藝和設(shè)備的巨大進(jìn)步，使焊接結(jié)構(gòu)達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能和節(jié)材，甚至解決一些新材料和新構(gòu)難以解決的焊接問題。

3   提高焊接質(zhì)量和效率的主要途經(jīng)

    不同熱源對焊接部位加熱加壓結(jié)合或焊接部位在一定保護(hù)情況下熔化結(jié)晶結(jié)合，以手工、半自動或自動方法形成焊接接頭，其不同組合可形成幾十上百種焊接方法，就需要相應(yīng)的焊接設(shè)備。焊接電源或能源設(shè)備的多頭化、多弧化、脈沖化及其數(shù)字花精密化控制實(shí)現(xiàn)和是實(shí)現(xiàn)多頭焊、多弧焊、多絲焊、脈沖焊和熔滴過渡控制等，可提高熱效率和能量利用率，可在保證優(yōu)質(zhì)的條件下提高焊接效率和節(jié)約能源，以我們用常用電流的多種焊接方法比較，手工焊/細(xì)單絲焊/細(xì)雙絲填絲焊/細(xì)雙絲雙弧焊/細(xì)雙絲三弧焊的生產(chǎn)率比為1/1.6/2.4/2.8/3.1，其能量利用率為1/1.6/1.9/1.8/2.有資料表明雙絲填絲MIG氣保護(hù)焊其生產(chǎn)率提高更多，比單絲焊時提高2倍。按不同工件需要用不同能源組合(如熱絲TIG焊、TIG-MIG焊、激光-MIG焊、預(yù)熱填絲CO2氣保護(hù)焊等)也可大幅度提高焊接效率和節(jié)約能源。焊接過程自動化智能化和組裝焊接一體化是目前提高質(zhì)量和生產(chǎn)率的主要途徑，這就依賴于計(jì)算機(jī)和信息化技術(shù)的支持，發(fā)展一些特殊焊接設(shè)備及專用工藝裝備，目前這些方面與國外還有很大差距。另一方生產(chǎn)過程的信息傳輸和管理，進(jìn)一步的深化是將設(shè)計(jì)-放樣-下料-焊接綜合一體化，是整個焊接結(jié)構(gòu)制造過程優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材的重要方向.例如，鋼管空間桁架鋼橋，鋼管相關(guān)線的人工畫線、切割坡口和焊接是費(fèi)工費(fèi)料，質(zhì)量難保證，如用FastFRAME空間網(wǎng)架計(jì)算軟件，只要一兩個工程師用設(shè)計(jì)接點(diǎn)單元數(shù)據(jù)輸入信息就可完成網(wǎng)架生成和各管件相關(guān)線的切割程序用數(shù)控切割機(jī)下料和數(shù)控焊機(jī)焊接可優(yōu)質(zhì)快速完成。

4 發(fā)展新型焊接材料的匹配與高效化

    在熔化焊中，焊接材料與結(jié)構(gòu)材料和焊接方法設(shè)備的匹配是決定焊縫內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵已為人所共知。但對于提高生產(chǎn)率方面卻一般不易理解。

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