潘彥江

(定西中醫(yī)藥科技中等專業(yè)學(xué)校，甘肅 定西 748100)

0 引言

隨著工業(yè)技術(shù)的持續(xù)升級，社會生產(chǎn)和人們生活所使用的產(chǎn)品、設(shè)備越來越豐富，產(chǎn)品的種類、技術(shù)在創(chuàng)新和升級的過程中，焊接技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛?，F(xiàn)代化的高效率生產(chǎn)加工導(dǎo)致傳統(tǒng)的焊接加工模式不能完全滿足生產(chǎn)工藝、焊接質(zhì)量、成本控制等多方面要求，焊接技術(shù)與設(shè)備的升級已成為工業(yè)生產(chǎn)的主要需求。尤其在機械行業(yè)、汽車行業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、建筑業(yè)等領(lǐng)域，對于先進焊接設(shè)備的依賴性更強，促進了我國焊接技術(shù)研究與理論體系建設(shè)的逐漸加深，各行各業(yè)所能應(yīng)用的焊接設(shè)備和技術(shù)也得到了持續(xù)豐富，為生產(chǎn)加工提供了強有力的保證。

1 焊接技術(shù)特征與現(xiàn)狀

焊接是工業(yè)生產(chǎn)中一項重要的生產(chǎn)加工手段，能夠?qū)崿F(xiàn)金屬材料之間的融合連接，利用加熱、加壓等方式，促進金屬原子產(chǎn)生結(jié)合與擴散作用，最終形成穩(wěn)定持久的結(jié)合狀態(tài)。焊接技術(shù)在我國的應(yīng)用分為兩個主要階段，一是在20世紀80年代之前，以傳統(tǒng)的手工焊接設(shè)備為主，利用焊接技術(shù)替代部分機械制造過程中的螺紋連接、鉚接、鑄造、鍛造等方式，能在一定程度上降低生產(chǎn)成本，主要以人工操作的手提電焊機、氬弧焊機、二氧化碳氣體保護焊的設(shè)備為主，自動化和成套化特征不明顯。二是在20世紀80年代以后，從德國、美國等發(fā)達國家先后引進了技術(shù)更為成熟的成套焊接設(shè)備，一方面彌補了我國工業(yè)上焊接加工能力不足的問題，也在一定程度上引領(lǐng)了焊接技術(shù)與自動控制、機器人技術(shù)的結(jié)合，為焊接設(shè)備向數(shù)控化、精確化、復(fù)合化生產(chǎn)方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

進入21世紀以來，我國的焊接技術(shù)得到了快速發(fā)展，逐漸能夠滿足我國工業(yè)生產(chǎn)需求。據(jù)統(tǒng)計，2021年我國的鋼材產(chǎn)量達到50 091萬t，據(jù)常規(guī)鋼材用途來看，約有55%～60%的鋼材會用于焊接加工，此外，鋁合金、鎂合金、鈦合金的材料也有很高的焊接加工需求，有效刺激了我國焊接產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，從焊接技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用來看，先進的全自動焊接生產(chǎn)線逐漸在汽車制造、機械產(chǎn)品制造、醫(yī)療機械、農(nóng)機生產(chǎn)等領(lǐng)域得到應(yīng)用，配套的焊接技術(shù)逐漸從傳統(tǒng)的電弧焊，向激光焊接、復(fù)合焊接、摩擦焊接等更先進的方向進步，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的成套焊接生產(chǎn)線和控制系統(tǒng)普及率持續(xù)提高，焊接生產(chǎn)過程不僅向著高效、精確、智能方向發(fā)展，而且進一步實現(xiàn)綠色、節(jié)能、低消耗，進一步迎合了焊接加工市場需求。

2 焊接技術(shù)的分類

2.1 根據(jù)焊接原理的分類

根據(jù)焊接原理的不同，焊接技術(shù)大體分為三大類，一是利用焊接設(shè)備將金屬材料需焊接的位置融化，然后將焊接面進行結(jié)合，使其連接成為一體，部分熔化焊接過程也會向焊接位置添加部分原料；二是釬焊，主要是選用特定的金屬材料用于焊接，焊接過程選用金屬材料的熔點需低于待焊接零件金屬材料熔點，將用于焊接的金屬材料稱為釬料，在焊接過程僅釬料融化，被焊接零件母材金屬不融化，利用添加材料的形勢實現(xiàn)焊接；三是采用壓力及摩擦的方式進行焊接，通過摩擦或物理升溫等方式提升金屬材料接觸面局部厚度的溫度，使其處于融化狀態(tài)后施加較大壓力，促使金屬零件在冷卻后結(jié)合。

2.2 根據(jù)自動化程度的分類

2.2.1 人工焊接技術(shù)

1)手工電弧焊。手工電弧焊主要通過工人操作手提式電焊機或中大型輪式電焊機進行焊接作業(yè)，其利用電弧在空氣中放電反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量作為熱源，手工電弧焊具有設(shè)備成本低、使用簡單、焊接靈活性高的特點，廣泛應(yīng)用于碳鋼、鑄鐵、合金、不銹鋼等金屬材料加工領(lǐng)域。

2)手工氣體保護焊。嚴格來講氣體保護焊屬于電弧焊的一種，是利用電弧原理實現(xiàn)對焊絲及金屬的加熱，其與普通電弧焊的區(qū)別在于利用二氧化碳、氬氣等作為焊接過程中的保護氣體，實現(xiàn)在焊絲與被焊接零件接觸放電和金屬熔化、融合的過程中降低空氣中氧氣、氮氣等不利因素的影響，從而有效提高焊接質(zhì)量與可靠性，且不易影響金屬材料的理化性質(zhì)。

3)手工可燃氣體焊。主要是利用可燃氣體(如乙炔)等燃燒過程產(chǎn)生的高溫將焊接材料或被焊接零件升溫融化，實現(xiàn)材料之間的結(jié)合。

2.2.2 自動化焊接技術(shù)

傳統(tǒng)的人工焊接技術(shù)是自動化焊接發(fā)展的基礎(chǔ)，自動化焊接技術(shù)主要是應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需求而生的，一方面，生產(chǎn)過程對于焊接效率、焊接精確性的要求越來越高，另一方面，很多新型的焊接技術(shù)如等離子焊接、激光焊接等，不適合于熱工操作，加之電氣技術(shù)、自動化技術(shù)，以及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，都促進了自動化焊接技術(shù)的形成，其常見焊接設(shè)備及技術(shù)如下。

1)傳統(tǒng)焊接技術(shù)的自動化升級。傳統(tǒng)的電弧焊、可燃氣體焊在技術(shù)層面上具有較強的實用性，能夠滿足大部分工業(yè)生產(chǎn)對焊接作業(yè)的需求，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，常利用機電控制技術(shù)、機器人技術(shù)替代傳統(tǒng)的人工焊接，由自動化程度很高的電控機械設(shè)備完成焊接過程。通過在機械臂、焊接平臺上安裝氬弧焊、保護焊、可燃氣體槍、焊絲供應(yīng)等設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)焊接技術(shù)的現(xiàn)代化實施。數(shù)控下的焊接能更好地保證焊縫的均勻性，提高焊接效率，且能有效降低用工成本，利用自動化設(shè)備完成傳統(tǒng)的焊接工作，已成為焊接技術(shù)及相關(guān)設(shè)備發(fā)展的必然趨勢。

2)等離子數(shù)控焊接。考慮到傳統(tǒng)的焊接熱量會不可避免地對金屬零件產(chǎn)生較大范圍的理化性能影響，為降低焊接過程的不利因素，等離子焊接能實現(xiàn)在基材最小加工量的前提下進行焊接作業(yè)，在數(shù)控技術(shù)的輔助下，等離子焊接能夠在均勻穩(wěn)定的電弧下實現(xiàn)熱量集中的焊接，既能通過熱熔實現(xiàn)金屬連接，還具有熱影響不利因素低、熱影響范圍小、零件變形小等優(yōu)點，能完成極小間隙的金屬材料焊接。既適用于常規(guī)金屬材料，還能完成鎢、鎳、鉬、鈦等熱敏合金的焊接。隨著等離子數(shù)控焊接設(shè)備的發(fā)展，所應(yīng)用的技術(shù)也由過去簡單的離子弧焊接發(fā)展為脈沖等離子弧焊接、微束等離子弧焊接等，焊接質(zhì)量和工藝得到了全面提升。

3)激光數(shù)控焊接。除等離子焊接技術(shù)外，利用能量集中的高密度激光束進行焊接也成為了21世紀興起的一項高效焊接技術(shù)，我國的激光焊接技術(shù)及設(shè)備在國際上具有很強的影響力。激光焊接是利用激光束的持續(xù)作用將激光照射點的金屬熔化，熔化深度與激光能量和照射時間直接相關(guān)，通常情況下，焊接用激光束的功率在104～107 W·cm-2范圍，能夠適應(yīng)不同材料、不同厚度的金屬焊接需求。

激光焊接的流程為激光輻射→熱傳導(dǎo)→表面熱熔→深層熱熔→激光束延焊縫移動→焊接完成冷卻?，F(xiàn)階段應(yīng)用的激光數(shù)控焊接技術(shù)包括均勻熱傳導(dǎo)焊接、脈沖式熱傳導(dǎo)焊接、深溶焊接等，激光焊接具有效率高，焊縫均勻且強度高，激光焊接過程多配套惰性氣體保護，能更好地保證焊接質(zhì)量和金屬零件性能。激光數(shù)控焊機工作狀態(tài)如圖1(a)所示，焊縫狀態(tài)如圖1(b)所示。

圖1 激光數(shù)控焊機及焊縫效果

4)電阻焊接機床。電阻焊是利用大電流流經(jīng)焊接件，在焊縫接觸位置因接觸電阻產(chǎn)生高溫而使金屬熔化，當焊縫位置接觸面的金屬融化到適當程度后，對其施加一定壓力，使兩零件實現(xiàn)結(jié)合。電阻焊在工業(yè)制造業(yè)、汽車制造業(yè)應(yīng)用廣泛，能夠?qū)崿F(xiàn)點焊、縫焊、對接焊等多種加工要求，且電阻升溫效率快，能有效提高生產(chǎn)效率，尤其應(yīng)用于點焊時，具有高效優(yōu)質(zhì)的特點。對于對接焊，由于電阻發(fā)熱可能存在不均勻，通常用于對接焊要求不高的場合。

5)液壓摩擦焊機床。液壓摩擦焊與對接電阻焊的焊接過程類似，不同的是摩擦焊是將一個零件高速旋轉(zhuǎn)后向另一個零件靠近，焊接面接觸后由于摩擦力的作用迅速產(chǎn)生高溫，使焊接表面的金屬熱熔后，通過液壓系統(tǒng)加壓，使兩零件結(jié)合，多用于軸類零件的加工。與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，摩擦焊對于軸類零件的焊接質(zhì)量更高，尤其是接縫處結(jié)合良好，可達到與基體材料一致的強度，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，精度高，環(huán)境污染小，且可用于不同材料的焊接。液壓摩擦焊機床如圖2(a)所示，焊縫效果如圖2(b)所示。

圖2 液壓摩擦焊機床及焊縫效果

3 現(xiàn)代焊接技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

現(xiàn)代焊接技術(shù)除在焊接工藝上進行革新與提升外，必須具備良好的自動化和智能化程度，隨著焊接技術(shù)向無損化、無耗材、低污染發(fā)展的同時，焊接的質(zhì)量、精確性受到焊接設(shè)備自動化程度的影響很大。從現(xiàn)階段我國工業(yè)生產(chǎn)中使用的自動焊接設(shè)備來看，大部分采用簡單的數(shù)字化控制技術(shù)，主要通過在指定的生產(chǎn)工位上預(yù)設(shè)焊接手臂或平臺的工作步驟和工作位置，由系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)程序控制機器人一步步完成焊接操作，易受到環(huán)境變化、累積誤差、零件加工誤差的影響而降低焊接質(zhì)量。因此，未來要進一步提升焊接的自動化程度和智能化程度，還應(yīng)對更先進的自動焊接技術(shù)加強應(yīng)用，如應(yīng)用電弧傳感器、計算機視覺傳感器或修正焊縫位置，不同焊接形式的實用性對比如表1所示。

表1 不同焊接形式的實用性對比

4 結(jié)語

綜上所述，我國現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用的焊接技術(shù)種類繁多，焊接設(shè)備也逐漸向自動化、數(shù)控化的方向轉(zhuǎn)型，但隨著信息時代、網(wǎng)絡(luò)化時代的到來，焊接自動化也應(yīng)在單一功能的編程數(shù)控焊基礎(chǔ)上向智能化程度更高的診斷、檢測、人工智能方向發(fā)展，并采用多種焊接技術(shù)的組合應(yīng)用，以提高焊接質(zhì)量與焊接效率。