北京工業(yè)大學焊接研究所 （100124） 黃鵬飛

2013年9月16 ～ 21日 ，第18屆國際焊接、切割和表面工程展覽會在德國小城埃森舉行。該展會每四年舉辦一次，是焊接行業(yè)最有影響力的展會之一，筆者作為北京工業(yè)大學焊接研究所考察團的一員參加了本屆盛會，在此給焊接界同仁匯報一下參展的觀感，以期拋磚引玉。由于筆者主要從事弧焊電源的研究，故關心的重點也以弧焊設備為主。

從最近的幾屆埃森焊接展來看，數(shù)字控制的弧焊逆變電源已經(jīng)非常成熟，成為市場的主流。而且一些公司的逆變器開關頻率已經(jīng)不僅局限于傳統(tǒng)的20kHz，而且開始向更高頻率發(fā)展。但是由于受到功率開關元件的限制，目前500A及以上容量的焊機，其工作頻率很少超出40kHz。隨著數(shù)字控制技術的越來越成熟，已經(jīng)有公司開發(fā)了專門用于弧焊電源控制的專用集成芯片，并已經(jīng)投入市場。

從本屆德國埃森展會，可以看出弧焊技術的發(fā)展有如下趨勢：

焊接工藝性能向高效化發(fā)展

高效焊接工藝是本屆展會明顯的亮點。從焊接設備角度提高焊接效率主要有兩種途徑：一是采用更新的控制技術，提高傳統(tǒng)單絲焊接工藝的生產(chǎn)效率。二是采用復合電弧焊接的方法，利用優(yōu)勢互補提高焊接效率。

在單絲高效焊接工藝中，代表性的技術有以下幾家公司的產(chǎn)品：

（1）Lorch公司的PulseSPEED 該技術和常規(guī)脈沖焊接工藝不同之處在于其過渡原則不是常規(guī)的一個脈沖過渡一個熔滴，而是一個脈沖過渡一串熔滴。而且熔滴過渡過程非常連續(xù)，所以弧長波動較小，熔池穩(wěn)定，可以提高焊接速度。

（2）CLOOS公司的Rapid weld 該工藝的特點是電弧非常集中，挺度較好，適合把不等厚板焊接在一起。而且熔深較大，焊速較高。

（3）Lincoln公司的Rapid X 該公司的數(shù)據(jù)表明，采用該工藝，相對于公司原有機型焊接速度可以提高40%以上。鑒于Lincoln原有焊機本身具有良好的焊接工藝性能，因此Rapid X的出現(xiàn)可算是一次新的突破。

（4）EWM公司的ForceARC 由于該工藝可以在較低的電壓下保持焊接弧長穩(wěn)定，所以電弧對熔池的挖掘作用很強，與常規(guī)焊接工藝相比，在相同電流條件下，可以熔透更厚的母材。另外，因電弧穩(wěn)定，可以實現(xiàn)中厚板單面焊接背面自由成形。此外，由于最大焊絲伸出長度長于傳統(tǒng)焊接設備，所以可以選擇更小的坡口角度，焊接工作量較小，也可以提高焊接效率。

在復合電弧焊接工藝中，代表工藝主要有：

(1）激光和電弧復合焊接 這種工藝方法雖然設備非常昂貴，但是由于其功率密度可控范圍寬，焊接速度快，幾乎適用于所有焊接材料等優(yōu)點，很多知名企業(yè)對其鐘愛有加。最早推出該種工藝的Fronius公司完善了該公司的產(chǎn)品線，推出了多種復合焊接槍頭，可以滿足不同應用場合的要求。而其他企業(yè)如CLOOS、BINZEL等公司也開始進入激光-MIG復合焊接領域，各自推出了成套系列產(chǎn)品。

（2）雙絲高效焊接工藝 除了Fronius，CLOOS等傳統(tǒng)的雙絲高效焊接設備制造商，KEMPPI、Miller、Lincoln等公司也推出了自己的雙絲焊接設備。Lincoln推出了一種新的雙絲單弧焊接工藝，取名為“hot WIRE tandem”，該工藝中一根焊絲采用脈沖焊接工藝，另一根焊絲流過電流約300A，但是焊絲和熔池直接接觸，沒有電弧。該工藝相當于熱絲MIG，熔敷效率可以和常規(guī)的雙絲焊工藝相同，但是熱輸入只有原來的一半左右，所以可以大幅度的降低焊接變形。Fronius公司利用脈沖MIG和CMT工藝的不同組合，推出了多種雙絲復合焊接工藝，可以適用于不同熱輸入要求的場合。并現(xiàn)場演示了2mm板厚搭接平焊工藝，其最高焊接速度可以達到4.5m/min。

（3）MIG和等離子電弧焊復合 烏克蘭的PLT公司推出的Super-MIG也吸引了眾多參展者的目光。該工藝結(jié)合了等離子小孔法焊接的熔透優(yōu)勢和傳統(tǒng)MIG焊的填充效率優(yōu)勢，可以有效的提高焊接速度。

此外，多絲埋弧焊接等也是厚板高效焊接的重要手段，該技術主要采用直流和交流配合的方法抑制電弧干涉現(xiàn)象。Lincoln、Miller、ESAB等公司擁有該種產(chǎn)品。

焊接電弧控制向精細化發(fā)展

沒有任何一種焊接工藝是全能的，也沒有任何一種電弧控制方法是全能的。不同的應用場合，電弧應該有不同的特點，控制應該有不同的策略。在傳統(tǒng)模擬控制技術平臺上，因為受到硬件電路的限制，只能采用折中的辦法在各種不同需求之間取得平衡。 而數(shù)字控制技術的成熟使得在各種不同條件下的電弧控制分別實現(xiàn)最優(yōu)成為可能。例如CLOOS公司針對不同的接頭要求，設計了Control Weld、Speed Weld、Rapid Weld、Cold Weld和Duo Pulse等工藝；EWM公司設計了coldArc、forceArc、activArc、spotArc、rootArc和pipeSolution等工藝；KEMPPI公司設計了WiseFusion、WisePenetration、WiseRoot和Wisethin等；Lorch公司設計了SpeedPulse、Speed-TwinPuls、SpeedUp、SpeedArc、SpeedRoot和SpeedCold等。以上所有工藝，都是各公司在自己完全相同的硬件平臺基礎上，通過改變控制算法得到的。此外，打底焊接工藝方面，除了傳統(tǒng)的STT技術和RMD技術， Fronius公司推出了LSC技術，該技術在高速數(shù)據(jù)處理芯片強大的計算能力基礎上，通過從電源輸出端采樣的方式，獲得短路小橋爆斷的臨界信號，去除了STT和RMD技術中必須的電弧電壓反饋電纜，降低了設備的使用要求。這些技術充分表明，國際一流公司對焊接接頭的要求和對電弧性能的控制都有非常深刻的理解，即知道什么樣的工況需要什么樣的電弧和熔池，也知道怎樣調(diào)節(jié)焊接波形控制參數(shù)，以獲得該種電弧特性和熔池行為。

目前焊接設備的硬件越來越趨同，不同廠家的設備特點必須通過自己獨特的控制策略才可以體現(xiàn)出來，而這必須建立在對電弧特性和熔池行為深刻理解的基礎上。焊接設備之間的競爭不只是硬件電路可靠性的競爭，更是軟件控制策略的競爭，在未來的十年甚至更長一段時間，電焊機制造企業(yè)的發(fā)展模式會越來越類似于軟件企業(yè)的發(fā)展。

焊接質(zhì)量控制向信息化發(fā)展

焊接設備的發(fā)展其終極目標是接頭質(zhì)量的控制，焊接只是生產(chǎn)過程的一個環(huán)節(jié)。焊接質(zhì)量的提高必須基于生產(chǎn)中所有環(huán)節(jié)的質(zhì)量提高，其中，生產(chǎn)過程的檢測和記錄是產(chǎn)品質(zhì)量保證的重要手段，目前主流的電焊機生產(chǎn)企業(yè)都推出了自己的焊接質(zhì)量檢測或記錄系統(tǒng)。

Fronius公司在這次展會上推出了一個全新的電源平臺，其與舊機型的主要區(qū)別在于計算速度的提高和信號傳輸速度的提高，新的機型信號傳輸速度約為舊機型的200倍。該技術可以把焊接過程中的所有信息實時記錄，并發(fā)送到中心控制臺。KEMPPI公司推出的焊機焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)，可以在焊接開始時，檢測和記錄包括焊機型號、序號、焊絲型號、批次，保護氣體類型、板材批號及操作工人工號等所有相關信息。在焊接過程中可以實時檢測參數(shù)偏差，并和標準規(guī)范進行對比，一旦發(fā)現(xiàn)問題，隨時可以糾正。而且如果以后發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，也可以實現(xiàn)全程追溯。OTC、CLOOS、Lincoln等公司也都有自己的質(zhì)量檢測記錄系統(tǒng)。目前焊接生產(chǎn)的所有過程，以及與生產(chǎn)質(zhì)量相關的信息從原料開始就有詳細的記錄，這成為現(xiàn)代企業(yè)保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。

本屆展會雖高手云集，群賢畢至，但是受到全球經(jīng)濟衰退的影響，總體感覺規(guī)模不如上屆。很多企業(yè)雖然展臺面積很大，但較少展示大型成套設備，鮮有上屆展會撲面而來的令人震撼的感覺。國內(nèi)也有很多廠家參展，但規(guī)模數(shù)量似乎小于上屆。而且很多企業(yè)展出的設備都屬于低端產(chǎn)品，技術含量較低，主要依靠價格優(yōu)勢贏得市場。

從本屆展會來看，總體感受是我們的民族企業(yè)和國際知名企業(yè)差距依然很大。作為焊接科研人員，我深感任重而道遠。

（20131010）