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我國焊接工程及產業的發展趨勢

查看：1443 　發稿日期：2016-01-13 19:25:20

現在，我國不只是世界機械制造業大國，也是一個結構制造業大國，我國在2004年用鋼量量達3.1億噸(包栝國產和進口)有1.6億噸用于焊接結構，占用鋼量的51%(歐美等發達國家占60%)。根據有關調查機械制造業焊接結構用鋼占用鋼量45%左右，而金屬結構制造業要占用鋼量90%左右，而用鋼量卻為機械制造、汽車、造船、鐵道、家電、石油化工和集裝箱等行業用鋼量的2倍。但至今我國焊接結構產品大多屬于高消耗、低附加值產品，很多產品處于產業鏈的低端。一些高端產品關鍵技術和主要設備受制于人。例如高端的焊接設備、特殊性能的焊接結構材料及焊接材料和重要焊接結構的很多新型焊接技術還依賴于進口。傳統的焊接結構工業是一個大量耗能、耗材、工作環境差和自動化程度低的行業。因此用新能源、信息化和自動化技術來改造傳統產業和學科是一個必然的發展趨勢，在實現新型工業化、建設節約型社會和和諧社會中顯得十分重要。

1   焊接工程及產業的發展

    焊接已由一個單一的加工工藝發展成為有科學基礎有廣泛應用范圍和前景的焊接工程和焊接產業，在這些產業中，焊接在其中占有重要地位，是決定其產品使用安全的關鍵。有些直接出焊接產品或在現場裝焊接后投入使用，有些是作成主體結構然后在其上安裝動力和機電設備后應用，有焊接結構的質量和安全保證在整體結構設計合理的情況下，主要決定與焊接聯結部位的結構、材料匹配、工藝設計、先進的焊接制造工藝及設備和準確的無損檢測技術，這些都決定了焊接聯結部位的的內在和外觀質量，形成了分布在各工業和基礎設施建設部門各具特色的焊接結構行業，同時也形成了結構焊接需要的焊接設備行業和焊接材料行業。這些行業是互相關聯促進的行業。焊接結構已有日新月異的發展:在裝備制造業結構中用焊接結構局部或全部代替鑄件或鍛件結構和由局部鑄件或鍛件焊接成組合結構是大重型結構發展的方向，可大大節約大型鑄鍛車間及其設備的基本建設投資和生產過程的能源消費，同時還可縮短生產周期；在各種建筑行業廣泛采用鋼質焊接結構代替鋼筋混凝土結構，可達到大跨度、輕自重、工廠造、設計優、工程在建周期短、環境污染少，基礎費用省，折除后材料可循環使用，因而符合目前綠色制造和資源循環利用建設節約型社會的大潮流。目前我國微電子及IT行業中的發展，高強有色金屬、光釬、超導和復合材料及高分子材料的應用，都對焊接工藝、設備和材料提出了很多新的要求，因而得到了相應發展。

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

2   焊接切割新能源應用

    我國是一個能源消耗大國，焊接行業又是一個耗能大戶，因此采用新能源焊接及切割以節能就十分重要。應用最多的電弧焊采用IGBT逆變電源已有較多的推廣，起到了很大的節能效果，但在埋弧焊等大功率電源應用才剛開始，其它如接觸焊電源、等離子電源、熱噴涂電源還待開發和應用發展，逆變電源更加速焊機本身及其焊接過程控制的數字化、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生的電阻熱。應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品，如推廣氫氧切割可起到節能和環保的效果，目前已有用IGBT逆變電源電解水的有氫氧切割設備，但還較少推廣應用.高壓水切割是一種節能新技術，現已有研究開發和應用。高能束(激光、電子束和離子束)和超聲焊接也節能，但目前還只在一些特殊情況下使用。摩擦焊是一種非常節能的焊接方法，但只能用于桿管件焊接，應用不多；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能的焊接工藝，特別是用于管道和復合板的焊接。太陽能焊接還未見應用。由此看出焊接領域往往是一些新能源和新技術應用的先驅，而且由此而來的是焊接方法、工藝和設備的巨大進步，使焊接結構達到優質、高效、節能和節材，甚至解決一些新材料和新構難以解決的焊接問題。

3   提高焊接質量和效率的主要途經

    不同熱源對焊接部位加熱加壓結合或焊接部位在一定保護情況下熔化結晶結合，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，就需要相應的焊接設備。焊接電源或能源設備的多頭化、多弧化、脈沖化及其數字花精密化控制實現和是實現多頭焊、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，可在保證優質的條件下提高焊接效率和節約能源，以我們用常用電流的多種焊接方法比較，手工焊/細單絲焊/細雙絲填絲焊/細雙絲雙弧焊/細雙絲三弧焊的生產率比為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氣保護焊其生產率提高更多，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、預熱填絲CO2氣保護焊等)也可大幅度提高焊接效率和節約能源。焊接過程自動化智能化和組裝焊接一體化是目前提高質量和生產率的主要途徑，這就依賴于計算機和信息化技術的支持，發展一些特殊焊接設備及專用工藝裝備，目前這些方面與國外還有很大差距。另一方生產過程的信息傳輸和管理，進一步的深化是將設計-放樣-下料-焊接綜合一體化，是整個焊接結構制造過程優質、高效、節能、節材的重要方向.例如，鋼管空間桁架鋼橋，鋼管相關線的人工畫線、切割坡口和焊接是費工費料，質量難保證，如用FastFRAME空間網架計算軟件，只要一兩個工程師用設計接點單元數據輸入信息就可完成網架生成和各管件相關線的切割程序用數控切割機下料和數控焊機焊接可優質快速完成。

4 發展新型焊接材料的匹配與高效化

    在熔化焊中，焊接材料與結構材料和焊接方法設備的匹配是決定焊縫內在質量的關鍵已為人所共知。但對于提高生產率方面卻一般不易理解。

    我國是一個能源消耗大國，焊接行業又是一個耗能大戶，因此采用新能源焊接及切割以節能就十分重要。應用最多的電弧焊采用IGBT逆變電源已有較多的推廣，起到了很大的節能效果，但在埋弧焊等大功率電源應用才剛開始，其它如接觸焊電源、等離子電源、熱噴涂電源還待開發和應用發展，逆變電源更加速焊機本身及其焊接過程控制的數字化、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生的電阻熱。應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品，如推廣氫氧切割可起到節能和環保的效果，目前已有用IGBT逆變電源電解水的有氫氧切割設備，但還較少推廣應用.高壓水切割是一種節能新技術，現已有研究開發和應用。高能束(激光、電子束和離子束)和超聲焊接也節能，但目前還只在一些特殊情況下使用。摩擦焊是一種非常節能的焊接方法，但只能用于桿管件焊接，應用不多；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能的焊接工藝，特別是用于管道和復合板的焊接。太陽能焊接還未見應用。由此看出焊接領域往往是一些新能源和新技術應用的先驅，而且由此而來的是焊接方法、工藝和設備的巨大進步，使焊接結構達到優質、高效、節能和節材，甚至解決一些新材料和新構難以解決的焊接問題。

3   提高焊接質量和效率的主要途經

    不同熱源對焊接部位加熱加壓結合或焊接部位在一定保護情況下熔化結晶結合，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，就需要相應的焊接設備。焊接電源或能源設備的多頭化、多弧化、脈沖化及其數字花精密化控制實現和是實現多頭焊、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，可在保證優質的條件下提高焊接效率和節約能源，以我們用常用電流的多種焊接方法比較，手工焊/細單絲焊/細雙絲填絲焊/細雙絲雙弧焊/細雙絲三弧焊的生產率比為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氣保護焊其生產率提高更多，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、預熱填絲CO2氣保護焊等)也可大幅度提高焊接效率和節約能源。焊接過程自動化智能化和組裝焊接一體化是目前提高質量和生產率的主要途徑，這就依賴于計算機和信息化技術的支持，發展一些特殊焊接設備及專用工藝裝備，目前這些方面與國外還有很大差距。另一方生產過程的信息傳輸和管理，進一步的深化是將設計-放樣-下料-焊接綜合一體化，是整個焊接結構制造過程優質、高效、節能、節材的重要方向.例如，鋼管空間桁架鋼橋，鋼管相關線的人工畫線、切割坡口和焊接是費工費料，質量難保證，如用FastFRAME空間網架計算軟件，只要一兩個工程師用設計接點單元數據輸入信息就可完成網架生成和各管件相關線的切割程序用數控切割機下料和數控焊機焊接可優質快速完成。

4 發展新型焊接材料的匹配與高效化

    在熔化焊中，焊接材料與結構材料和焊接方法設備的匹配是決定焊縫內在質量的關鍵已為人所共知。但對于提高生產率方面卻一般不易理解。

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