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1、前言
磁控法焊接技術是一種附加裝置簡單、投入的成本低、效益高新的焊接技術,它是利用外加磁場對焊接中溶滴的過渡、熔池金屬的流動、熔池的結晶形核及結晶生長等過程進行有效干預,使焊縫金屬的一次結晶組織細化,減少成分不均勻性,提高焊縫金屬的塑性和韌性,降低結晶裂紋和氣孔的敏感性,從而提高焊縫金屬的性能,全面改善焊接接頭的質量,還能有效地降低焊接殘余應力[2]。
磁控法焊接技術一般采用與電弧軸向平行的縱向平行的縱向磁場,外加磁場可以有效的控制高效焊接的旋轉過渡過程,得到穩定性好、可控性好的旋轉射流過渡,從而大大提高了焊接生產效率??v向磁場促使電弧旋轉,改變弧柱等離子流和電流密度的徑向分布,影響母材的加熱溶化和焊縫成形。外加縱向磁場的引入可以促使焊接電弧的旋轉,改變焊接電弧特性,影響焊縫成形[3]。
2、磁控法焊接技術國內外研究發展
長期以來,國內外學者針對磁場對電弧的作用進行了不懈的研究。
1962年Brown[4]等人最早在不銹鋼、鈦合金、鋁合金中研究電磁攪拌對焊接過程的影響,從發現晶粒細化現象以來,電磁攪拌技術就逐漸被研究者重視,國內外開始對外加磁場對焊接質量的影響進行了廣泛地研究。
1988年,前蘇聯專家阿勃拉洛夫等[5]對電磁作用焊接方面作了大量的研究。說明了最佳的焊接工藝參數有助于提高金屬和合金焊接接頭的機械強度塑性和耐蝕性,從而提高了焊接質量。
1997年,德國漢諾威大學[6]研究了磁場作用的焊接電弧行為與焊絲熔滴過渡的形成過程,指出各種形式的縱向磁場(直流、交流、脈沖)對MIG/MAG焊接工藝的不同影響。
我國科學研究學者在磁控法焊接技術也取得了相應的成果。
1998年,西安交通大學的李海剛等[7]采用外加間歇交變縱向磁場焊接技術,對TIG焊LD10CS鋁合金的焊接過程進行控制,有效的細化了焊縫金屬的組織,提高焊接質量。
2004年,南昌航空工業學院江淑園、陳煥明等[8]研究了外加磁場對CO2焊飛濺的控制原理。以低碳鋼Q235為試驗對象,在不同的焊接工藝參數下進行了有無外加磁場的焊接對比試驗,并且改變外加磁場的大小,測試了不同磁感應強度下的焊接飛濺率。證明了:外加縱向磁場作用CO2短路飛濺時存在一個最佳的磁場范圍,它降低飛濺作用最為明顯。
縱觀上述文獻,外加磁場在MIG焊、MAG焊和CO2激光焊等方面都有大量的研究。電磁法焊接技術應用也日益廣泛,大量的研究表明:通過對外加磁場的強度和頻率進行合理的匹配,可對電弧的形態進行控制,使電弧擴張,帶電粒子作復雜的螺旋運動,電弧的電流密度和能量分布發生改變,從而影響焊縫成形。電磁攪拌作用還能細化晶粒,凈化雜質,減少焊接缺陷,提高焊接接頭的綜合性能。
3、磁控法焊接技術發展所面臨的問題
目前,對磁場作用下焊接技術的研究大多局限在電弧焊領域,隨著人們對電磁場理論的進一步了解,人們嘗試把磁場控制技術應用在其他焊接方法(如磁控法CO2激光焊)中。但目前采用磁場控制焊接電弧也存在一定的局限性:
1、局限于電弧整體運動行為的研究,如磁偏?。娀[動)、磁旋?。娀≡诖艌鲎饔孟滦D,進行管道全位置焊接)等;
2、局限于電磁力攪拌熔池、細化焊縫晶粒的作用,即通過電磁力的攪拌作用攪拌熔池,強迫液態金屬流動,對成長的晶粒進行沖刷、剪切而破碎;
3、局限于靜態磁場對非熔化極電弧的拘束作用,通過對空間磁場的合理分布與控制,獲得理想的磁場形態,從而更有效的控制焊接電弧,完善焊接工藝。
4、磁控法焊接技術發展趨勢
磁控高效焊接工藝可以防止熱裂紋,冷裂紋,焊縫內部的氣孔和夾雜,提高焊接質量,并且在鋼結構焊接和鋁合金焊接等領域有很好的應用前景。隨著磁控法焊接技術研究的深入,應用將會越來越廣泛,其發展趨勢有以下幾點:
(a)在工藝方面,磁控技術將在傳統的焊接方法(TIG,MIG,GTAW)上得到進一步研究與應用,并逐步與激光焊接,激光熔覆,機器人與自動焊接等先進技術連接緊密結合。
(b)隨著研究的深入,計算機數值模擬日漸成熟,定量分析磁控焊接過程中的外加磁場的分布,為磁場多樣化提供理論依據。
(c)隨著超導磁體的發展,高強磁場的獲得越來越容易,而且正逐漸用于科學研究領域,而且強磁場對細化晶粒,消除雜質和表面缺陷,石墨化及固態相變都有顯著的影響,因此研究高強磁場對焊接過程的影響具有重要的理論意義和實際應用價值。
參考文獻:
[1]張學武,江淑園,代巍.外加縱向磁場對CO2焊短路過渡頻率的影響[J].金屬鑄鍛技
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[2]李多,李大用等.外加縱向磁場作用下的MIG焊電弧形態[J]. 試驗與研究,2009.30(3):882-885.
[3]李亞江.焊接冶金學—材料焊接性[M]. 北京:機械工業出版社,2006, 68-69.
[5][蘇]M.A.阿勃拉洛夫,P.Y.阿勃杜拉赫曼諾夫著,韋福水,路登平譯.電磁作用焊接技術[M].北京:
中圖分類號:TG457 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2013)02(b)-0035-01
伴隨著現代科學技術的持續發展與經濟社會現代化建設進程的日益完善,社會大眾持續增長的物質與精神文化需求開始得到了極為蓬勃的發展與進步。我國國民經濟體系在這一發展過程當中也取得了長足的進步。特別是對于鋼鐵工業而言,自1996年,我國全年度鋼鐵產量突破1億t以來,我國的鋼鐵產量就始終占據著世界領先地位。特別是對于建筑行業用鋼而言,迅速發展的城市化建設使得建筑鋼結構的應用備受關注。該文以此為研究背景,現針對建筑鋼結構焊接技術的應用及其發展趨勢相關問題做詳細分析與說明。
1.建筑鋼結構焊接技術發展進程分析
20世紀40年代,鋼結構行業引入焊條電弧焊接技術,鋼結構焊接技術的應用開始引起部分工作人員的特別關注。50年代中期,引入埋弧焊接技術(該項技術自前蘇聯引進)。直至70年代后期,包括氣體保護焊接技術、螺栓焊接技術以及熔嘴電焊焊接技術等焊接技術開始廣泛應用于鋼結構焊接過程當中。特別是在城市建設的規?;l展過程當中,大量的鋼結構建筑物建設蓬勃興趣,焊接技術的應用與發展備受各方特別關注與重視。
特別是在建筑鋼結構箱型柱大量應用于建筑施工實踐的背景作用之下,高效焊接技術支持下的栓釘焊接設備以及焊接材料得到了充分且深入的發展。與此同時,建立在CO2氣體支持基礎之上的氣體保護焊接技術也成為了建筑鋼結構焊接技術發展中的主流所在。大量的實踐研究結果證實:在建筑鋼結構大量應用CO2氣體保護焊接技術的過程當中,焊接作業的生產效率得到了顯著提升,同時也能夠大量縮短建筑鋼結構焊接施工的工作周期,有著極為顯著的綜合效益。在此基礎之上,建筑鋼結構焊接技術所對應的工作人員資質認證、培訓有所完善,焊接設備有所發展,焊接材料更為多元。上述發展進程均在不同程度上推動著整個建筑鋼結構焊接技術的穩妥前進。
2.建筑鋼結構焊接技術發展趨勢分析
傳統意義上的建筑鋼結構焊接企業處于對自身發展的保障需求,勢必需要在劇烈的市場競爭環境下,通過恰當且合理的技術改造與技術升級方式,謀求穩定的生存與發展。而實現這一要求的關鍵,即在于對建筑鋼結構焊接技術的發展與推廣。在此過程當中,需要重點關注以下幾個方面的問題。
(1)需要逐步加大對高效焊接方法及建筑鋼結構焊接工程實踐的應用:首先,需要相關工作人員不斷針對焊接方法及焊接方式進行研究與完善,以提高焊接熔敷率為目的,加大對于15kg/h單位以上,高效焊接技術方法的研究。與此同時,還可以通過對國外成功焊接方法(包括旋轉噴射電弧高效焊接技術以及多絲焊接技術等在內)的引入方式,為自主技術的研制與成功應用提供一定的借鑒與經驗;其次,可以通過適當控制接頭焊接填充量的方式,一方面提高建筑鋼結構焊接的工作質量,另一方面可提高工程應用中的經濟效益。從當前技術發展趨勢的角度上來看,應當將研究重點集中在對激光焊接技術以及氬弧激光焊接技術的應用方面;最后,需要從技術裝備的角度上入手,在合理提升建筑鋼結構持續焊接時間的基礎之上,降低輔助操作時間。同樣從現階段的技術發展趨勢上來看,需要重點關注的發展方向是:一方面,是以連續送絲為中心的自動焊接技術裝備;另一方面是以成套性為主的高效焊接技術裝備。
(2)需要逐步加大對于高效且優質焊接材料的開發與應用:對于焊接材料的發展重點在于,研發與高效焊接技術相適應的,具備優越綜合性能的自動焊絲、保護焊絲以及氣電焊絲等。與此同時,結合我國現階段建筑結構的用鋼型號特點,需要將建筑鋼結構用鋼向著高強度、高耐火性、高純凈性以及高抗震性等多個方面發展。而高性能建筑鋼結構焊接材料的規模性開發與應用也勢必會在一定程度上推動建筑鋼結構焊接技術的蓬勃發展。特別需要注意的一點是:伴隨著建筑鋼結構的進一步發展與完善,實芯CO2焊絲、藥芯CO2焊絲、特種電渣焊材料以及氣電焊焊接材料的使用總量勢必會不斷擴大的推升,由此也帶動著上述建筑鋼結構焊接材料的國產化發展與升級。
前言
與傳統的焊接技術相比較,當前的焊接技術在各個方面都有了很明顯的優勢,目前在中國的制造企業的先進焊接技術主要有電子束焊接、激光焊接和攪拌摩擦焊等三種焊接技術,無論技術含量還是實用性方面都比傳統技術要有很大的進步。本文將就上述三種技術做一個簡要的討論,并且闡述在實際中的應用。
一、先進焊接技術應用領域
(一)在航空領域的應用
在當前,新的焊接技術在世界上應用的都比較廣發,主要體現在飛機制造、航空航天這類大型的制造業。即便是下一代的飛機制造,也使用這種新的焊接技術,已經完全替代了鉚接技術。由于航空航天材料方面的更新,高性能、多功能、符合還和高環境相容性是未來航空航天材料發展的主要趨勢。隨著科技發展的不斷進步,在航空航天方面材料的使用上要求已經逐步的提高,飛機的機體結構和發動機材料的結構也經歷了四個階段的發展,正在跨入第五階段即機體材料結構為復合材料、鋁合金、鈦合金、鋼結構(以復合材料為主)、發動機材料結構為高溫合金、鈦合金、鋼、復合材料。飛機制造中采用了各種焊接技術。焊接結構件在噴氣發動機零部件總數中所占比例已超過50%,焊接的工作量已占發動機制造總工時的10%左右。
激光焊廣泛應用于航空航天制造業,特別是武器裝備和飛行器結構制造中,如飛機大蒙皮的拼接、蒙皮與長衍的焊接、機身附件的裝配(如腹鰭和襟翼的翼盒)、薄壁零件的制造(如進氣道、波紋管等)以及航空渦輪發動機葉片的修復、合金飛行舵翼焊接、燃料貯箱加強筋條激光焊代鉚等。
攪拌摩擦焊在航空航天業的應用主要包括以下幾個方面:機翼、機身、尾翼;飛機油箱;飛機外掛燃料箱;運載火箭、航天飛機的低溫燃料筒;軍用和科學研究火箭和導彈;熔焊結構件的修理等。
由以上資料可以看出,隨著新材料、新技術的出現,在航空航天領域,先進焊接技術這逐漸取代傳統制造技術而成為主流發展趨勢。
(二)在汽車制造領域的應用
電子束焊接在汽車制造領域應用的較為廣泛,影響著汽車部件的方方面面。焊接熱處理強化或冷作硬化的材料是,接頭的力學性能不發生變化。同時,可以焊接內部需保持真空度的密封件、靠近熱敏元件的焊件、形狀復雜且精密的零部件,也可以同時施焊具有兩層或多層接頭的焊件,這種接頭層與層之間可以間隔幾十毫米。
激光焊技術主要用于車身拼焊、框架結構和零部件的焊件。激光拼焊是指在車身設計制造中,根據車身不同的設計和性能要求,選擇不同規格的鋼板,通過激光裁剪和拼裝技術完成車身某一部位的制造。激光拼焊具有減少零件和模具數量,減少電焊數目,優化材料用量,減小零件重量,降低成本,提高車底剛度和制造精度等優點。激光焊接的零部件,無焊接變形,焊接速度快,不需要焊后熱處理,激光焊接已廣泛應用于變速器齒輪、車閘和保險桿。車門鉸鏈等零部件的焊接。
目前,攪拌摩擦焊在汽車制造工業中的應用主要為:發動機引擎和汽車地方車身支架,汽車輪轂,液壓成型管附件,汽車車門預成型件,轎車、旅行車、卡車、摩托車等的車體空間框架,載貨車的尾部升降平臺汽車起重器,汽車燃料箱,公共汽車,和機場運輸車,鋁合金電梯,鋁合金汽車修理等。
二、技術創新的趨勢
當前,新的焊接技術主要應用在大型的設備行業,這些行業關系著國計民生,但是隨著科技的進步,技術方面也會相應的有所創新,相對也會漸漸的融入到民生行業當中,就當前發展情況來看,在未來主要有以下三方面發展趨勢:小型化、集成化、信息化。
(一)小型化
隨著各種新技術的涌現和融合,這些應用于大型結構的設備將不斷的小型化以適應普通的生產需求。同時還可以在同等工作要求下精簡設備、降低成本,使普通的小企業也可以享受這種高效、優質的技術。激光輔助攪拌摩擦焊(LAFSW),就是在焊前通過激光進行輔助加工,得到滿意效果,還可以加工非金屬和不導電的材料,大大擴大了該技術的使用范圍。同時,還可以將已有焊接技術進行嫁接,以期達到更佳效果。目前,已有文獻稱將等離子弧成功應用于攪拌摩擦焊的輔助工藝。
(二)集成化
當前主流的焊接技術在使用的過程中,很少出現與其他的技術共同使用的情況,基本上都是獨立運行的,而在未來這一情況將漸漸的改變。先進焊接技術的設備非常龐大,而且運行也十分復雜,與其他技術相結合會使得整個技術得到相應的提高,也會有更廣闊的發展空間,相應的也提高了生產效率。
(三)信息化
隨著科技發展,計算機技術和焊接技術的即一步應該與結合,使得焊接技術在理論、實踐方面有著大量的數據提供給大家參考。而計算機云技術的出現與廣泛應用,也使得焊接技術可以基于網絡信息的平臺,建立一個龐大的數據庫,通過數據庫,完成了焊接技術的信息化。信息化的出現,方便了整個行業對該技術的使用與共享,從而形成行業標準。各種技術都有不同的參考,在使用中也會有詳細的記錄,對于提高行業的整體技術有著非常大的幫助,這樣使得我國工業整體的水平在未來都會上升到一個層次,從而達到產業升級。
三、結語
焊接技術在我國制造業盡管有了長足的進步,品種規格不斷增多性能和水平不斷提高但可靠,性穩定性和質量方面還存在一些問題。為適應國內外市場急速發展和激烈競爭的需求,焊接設備與制造業將以市場為目標,加強對現代焊接技術的研究開發,特別是發展高效、節能、高性能、優質和多絲高速焊接設備、重大裝備及其數字化控制技術和新焊接材料,另一方面,先進制造技術的蓬勃發展,正從信息化、集成化、系統化、柔性化等幾個方面對焊接技術的發展提出了越來越高的要求,推動了焊接自動化技術的發展。特別是數控技術、柔性制造技術和信息處理技術等單元技術的引入,促進焊接自動化技術革命性的發展。
參考文獻
[1]李亞江,吳娜.先進焊接技術在航空航天領域中的應用[J].航空制造技術,2010 (9).
[2]航空航天先進特種焊接技術應用調查報告[J].巖石航空制造技術.2010(9):58.
焊接是現代制造業中最為重要的材料成形和加工技術之一,焊接制造技術的發展對我國成為制造強國有著極為重要的意義。對近年我國焊接制造技術中幾個主要領域的最新進展進行總結和分析,提出未來焊接制造領域的發展策略建議。由于鋼材仍將是未來較長時間占主導地位的基礎結構材料,應加強新一代鋼材焊接冶金理論的研究及高品質焊接材料的發展;我國是世界最大的電子產品制造國,加強無鉛連接材料及無鉛封裝技術的研究是發展無鉛電子技術的唯一途徑;以激光束、電子束為代表的高能束流焊接技術可大幅提高焊接生產效率,我國應加強其在裝備制造業中的研究和應用;對焊接熱過程的數值模擬,可為深入理解焊接過程中的復雜物理現象提供重要的理論依據和基礎數據,近年來我國在焊接熱過程、殘余應力與變形以及焊接冶金等方面的數值模擬研究方面也取得了顯著進步,應加強應用技術的研究;自動化焊接和智能化焊接是實現高效焊接制造的重要手段,應加強其集成應用技術的研究;我國應加強焊接結構完整性評價技術的研究和應用,這是確保焊接結構可靠服役的重要前提。
焊接是一門重要的基礎工藝,它的發展依托于現代科學技術的發展。焊接技術誕生至今僅有百余年的歷史,但是它的發展卻是十分迅速的。20世以來,尤其是近二三十年隨著科學技術的空前發展,各種新的焊接技術層出不窮,等離子物理、電子束、紅外線、真空、超聲、聲學、微電子等現代科學技術的新成就都在焊接上獲得廣泛應用。新技術的應用奠定了焊接技術發展的基礎,增強了焊接技術的能力,擴大了焊接技術應用的范圍。目前,已經形成了幾十種各具特色的焊接方法。焊接技術已經在能源、交通、化工、機械、特種設備、電子、航空航天、石油等諸多領域得到廣泛的應用。可以說,現代科學技術的新成就日益滲透到焊接領域,促進了現代焊接技術的快速發展。
從早期的氣焊、電弧焊發展至今天的近百種焊接方法,焊接技術依托于能源科學的進步而不斷前進,當今焊接中已采用了力、熱、電、磁、光、聲等一切可以利用的能源手段。這些不同形式的能源以不同的方式作用于不同的材料上,通過一系列熱力學、冶金學和力學相互作用過程制造出各種工程結構和零件。人們對這個過程進行不懈探究,衍生出獨具特色的焊接冶金學、焊接物理和焊接力學等學科,并由此指導焊接材料、焊接制造工藝和焊接結構工程不斷向前發展。
電弧熔化焊仍是目前焊接生產中的基礎技術,保持高效、優質、低成本的焊接過程是人們一直所關注的方向。以激光束、電子束、等離子束為代表的高能束流焊接技術可大幅度提高生產效率,在進行厚板焊接時甚至可以不開坡口直接對接焊,因此近年來得到了較多的重視和發展,尤其是采用激光復合電弧的焊接技術受到了極大的關注。自動化焊接和智能化焊接是提高焊接生產效率和焊接質量的重要手段。目前在核電工程、重容重機、航空航天等行業中,自動化技術的應用主要是通過不同類型的成套焊接專機,而焊接機器人則在汽車整車及零部件、工程機械、鐵路、船舶、航天、一般制造業等行業的焊接生產中有明顯的增長。這二者都依賴于成熟的焊接自動化控制技術。綜合利用機械、電弧、光等物理信息對焊接過程進行控制和檢測,是實現自動化焊接的基礎,同時又可以保證焊接過程向智能化發展。在智能化焊接過程時,機器可在敏銳捕捉焊接特征信號和信息的基礎上,直接模擬焊工進行操作。
對焊接熱過程的數值模擬與仿真,可以為深入理解焊接過程中的復雜物理現象進而實現焊接過程自動化提供重要而實用的理論依據和基礎數據。隨著現代計算機硬件和軟件的高度發展,現在已經能夠通過數值模擬和仿真的方法對焊接熱過程、焊接冶金過程及焊接結構的應力變形等物理化學現象進行求解和分析,預測焊縫組織、性能及焊接結構的應力與變形,并指導焊接生產。近年來在焊接熱過程、殘余應力與變形以及焊接冶金等方面的數值模擬研究方面也取得了長足的進步。
焊接技術在我國的工業生產中發揮了重要作用,因而越來越受到人們的廣泛關注。焊接技術主要是在加熱、加壓或者加熱加壓條件下使用焊接材料(焊條或焊絲)將兩塊或兩塊以上的母材(待焊接的工件)連接成一個整體的操作方法。我國焊接技術雖然出現時間很短,但是卻給制造業帶來了巨大的改變,在短短幾十年間,無論是航空航天、交通運輸還是建筑橋梁海洋鉆井都廣泛的應用了焊接技術,因而促使焊接技術逐漸發展為一種重要的技術。
1、焊接生產現狀
一個國家的焊接技術的總體水平是可以通過該國焊接消耗材料的生產情況來反應的。我國焊材的總體增長是與鋼材同步的,加上進口的焊材,我國是世界最大的焊材生產和消費國家。但若從種類不一的焊材產值結合來看,我國當前的問題也就明顯了。焊條中手工焊產值超過普通的機械化和焊接的自動形式的總量的三倍,如此算來,中國焊接機械化和焊接自動化水平遠低于世界發達工業國家。在世界上我國只是屬于焊接應用大國并不是焊接實力強國。
2、常用焊接方法
目前金屬焊接方法的種類很多,按照焊接過程的特點區分,可以分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。熔焊可分為:電弧焊、氣焊、等離子弧焊、電渣焊、激光焊、電子束焊、鋁熱焊等。壓焊可以分為爆炸焊、接觸焊、摩擦焊、超聲波焊、冷壓焊、高頻焊、真空擴散焊等。釬焊可分為烙鐵釬焊、火焰釬焊、爐中釬焊、感應釬焊、浸漬釬焊、電阻釬焊、特種釬焊等。
2、1熔焊
熔焊是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態,不加壓力完成焊接的方法。熔焊時,熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化,形成熔池。熔池隨熱源向前移動,冷卻后形成連續焊縫而將兩工件連接成為一體。在熔焊過程中,如果大氣與高溫的熔池直接接觸,大氣中的氧就會氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進入熔池,還會在隨后冷卻過程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷,惡化焊縫的質量和性能。為了提高焊接質量,人們研究出了各種保護方法。例如,氣體保護電弧焊就是用氬、二氧化碳等氣體隔絕大氣,以保護焊接時的電弧和熔池率;又如鋼材焊接時,在焊條藥皮中加入對氧親和力大的鈦鐵粉進行脫氧,就可以保護焊條中有益元素錳、硅等免于氧化而進入熔池,冷卻后獲得優質焊縫。
2、2壓焊
壓焊是在加壓條件下,使兩工件在固態下實現原子間結合,又稱固態焊接。常用的壓焊工藝是電阻對焊,當電流通過兩工件的連接端時,該處因電阻很大而溫度上升,當加熱至塑性狀態時,在軸向壓力作用下連接成為一體。各種壓焊方法的共同特點是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多數壓焊方法如擴散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有熔化過程,因而沒有象熔焊那樣的有益合金元素燒損,和有害元素侵入焊縫的問題,從而簡化了焊接過程,也改善了焊接安全衛生條件。同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間短,因而熱影響區小。許多難以用熔化焊焊接的材料,往往可以用壓焊焊成與母材同等強度的優質接頭。
2、3釬焊
釬焊是使用比工件熔點低的金屬材料作釬料,將工件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于工件熔點的溫度,利用液態釬料潤濕工件,填充接口間隙并與工件實現原子問的相互擴散,從而實現焊接的方法。3、焊接技術的發展
3、1焊接材料的發展
我國的焊接材料產量居于世界第一,但是在焊接材料的產品結構以及科技密集度方面仍然和發達國家存在一定的差距,為了進一步提高焊接生產的效率與質量,實現焊接生產的低成本自動化,我國需要不嘟行焊接材料生產產業結構調整?,F階段發達國家的焊接生產自動化與半自動化水平很高,達到了焊接工作量的80%,因而西方國家的半自動化、自動化焊接用焊絲、焊劑生產在焊接材料生產中有著絕對的優勢,我國也要根據這一發展優勢做好自身焊接生產結構的轉變,以適應焊條電弧焊用焊條生產逐漸減少,半自動化、自動化和焊接用的焊絲與藥芯焊絲生產比例逐漸增加的發展趨勢。
我國現階段自動焊與半自動焊需要的焊絲生產量仍然不高,而普通焊材如焊條與焊劑431卻存在著生產力膨脹的問題,市場上形成了惡性的價格競爭,不利于我國焊接工業的發展?,F階段,我國在保護實芯焊絲與埋弧焊實芯品質與種類上都不能滿足市場需求,尤其是不同強度等級的高強鋼焊絲、耐熱鋼焊絲、不銹鋼焊絲等。除此之外,自保護與堆焊用藥芯焊絲的生產制造水平不高,產品焊接效果不夠理想,有待相關工作人員的繼續努力。
3、2焊接設備的發展趨勢?
隨著現代工業自動化程度的增加,技術發展正向著高效、自動化、智能型、節能環保等方向發展。
1 引言
隨著現代科學技術的發展,各種新材料、新技術不斷涌現,為各個行業和領域提供新的技術方法和支持,焊接技術在建筑領域已經應用了近百年,在建筑中發揮著重要的作用,目前,我國在建筑鋼結構的許多技術領域中,已經處于世界領先水平現如今,鋼結構建筑在我國隨處可見,高層樓房建筑,工業廠房,公共建筑以及橋梁建筑都普遍采用鋼結構,但是,建筑鋼結構在應用上也存在著很多問題,需要我們注意并解決"焊接技術的水平直接影響著建筑鋼結構的質量和結構,因此,研究建筑鋼結構焊接技術的發展現狀和發展趨勢,對于提高建筑鋼結構焊接技術有著重要的意義。
2 建筑鋼結構焊接技術發展現狀
2.1 建筑鋼結構焊接技術和焊接材料的發展
近幾十年來,由于建筑鋼結構具有結構穩定!使用壽命長,生產效率高,節能環保等優點被普遍應用于廠房,電站,橋梁,樓房和超高建筑之中,鋼結構的焊接技術也經歷不斷的發展和進步,20世紀40年代,焊條電弧焊引入建筑鋼結構焊接之中,50年代中期埋弧焊接技術又成為鋼結構的主要焊接技術,20世紀70年代又出現了實芯焊絲和藥芯焊絲氣體保護焊,螺栓焊,熔嘴電渣焊等新的焊接技術。這些焊接技術的發展為現代建筑鋼結構的焊接提供了技術支持,尤其是氣體保護焊在建筑鋼結構中的使用,極大地提高焊接的生產效率,縮短了工期,創造了更好的經濟效益。但是,建筑鋼結構的焊接并不是只采用一種焊接技術來進行,要根據鋼結構采用的鋼原料和焊接材料的不同采用不同的焊接技術和焊接工藝,在建筑鋼結構焊接過程中,選用的焊接材料和鋼原料在硬度和韌性方面要匹配,并根據不同的強度和韌性選擇不同的焊接技術。
2.2 焊接設備的生產和應用
進行建筑鋼結構焊接就不得不考慮焊接設備的選用,目前,在進行鋼結構焊接時采用的設備都是外國生產制造的,國內生產的大多數焊接電源設備無論在技術特性還是自動化程度都遠遠落后于外國。自80年代初鋼結構制造企業引進外國成套的鋼結構制造設備以來,國內很多企業都在積極研究生產屬于自己的鋼結構生產設備,我國生產屬于自己的高科技的鋼結焊接設備指日可待。
2.3 焊接技術工作者的培養
在我國建筑行業蓬勃發展的今天,建筑鋼結構所需要的焊接技術工作者也在與日俱增,也就難免會出現魚龍混雜的情況。建筑鋼結構的焊接技術有很強的專業性和復雜性,要求焊接人員有很強的技術性。雖然我國的焊接工作者很多,相應的焊接工作也能夠得以順利完成,但缺少真正優秀的焊接技術人員。因為建筑行業在我國的發展時間有限,所以與其他發達國家比起來,我國的焊接技術人員的培養、考核、認證制度還不夠完善,管理和認證方式比較混亂,不能準確保持焊接人員的技術水平,也就使鋼結構焊接存在著安全隱患和質量沒有保證,不利于我國建筑鋼結構焊接水平的整體提高。
3 建筑鋼結構焊接技術發展趨勢
3.1 建筑鋼結構焊接與切割工藝的創新
建筑鋼結構具有空間大,跨度高并且綠色環保的優勢得到迅速發展和廣泛應用,作為連接鋼結構的重要技術,焊接技術是發揮鋼結構功能和作用的最重要基礎,在建筑鋼結構焊接與切割工藝上,不斷創新的技術層出不窮,在鋼結構的切割和焊接上,智能切割和智能焊接設備正在研究制造之中,采用智慧的焊接方式和切割方式,可以減少原材料的浪費,并能有效提高焊接質量,為制造質量更好和安全性能更強的建筑鋼結構提供了可能。
3.2 自動焊接技術的應用
目前,世界工業發達國家已經開始采用自動焊接技術來進行建筑鋼結構的焊接,大大提高了整個建筑鋼結構的強度和質量,并提高了建造效率,節省了工期"在我國,自動焊接技術而在不斷被我國建筑鋼結構生產企業所采用,建筑焊接結構可以實現大型化,重型化和高精度方向發展,自動化焊接技術對于焊接技術人員的技術水平要求較低,并且具有焊接質量高,焊縫美觀實用,焊接效率高等特點,因此,自動焊接技術在建筑鋼結構中會普遍采用。
3.3 焊接技術人員素質的提高
引言
隨著現代科學技術的發展,各種新材料、新技術不斷涌現,為各個行業和領域提供新的技術方法和支持,焊接技術在建筑領域已經應用了近百年,在建筑中發揮著重要的作用,目前,我國在建筑鋼結構的許多技術領域中,已經處于世界領先水平現如今,鋼結構建筑在我國隨處可見,高層樓房建筑,工業廠房,公共建筑以及橋梁建筑都普遍采用鋼結構,但是,建筑鋼結構在應用上也存在著很多問題,需要我們注意并解決"焊接技術的水平直接影響著建筑鋼結構的質量和結構,因此,研究建筑鋼結構焊接技術的發展現狀和發展趨勢,對于提高建筑鋼結構焊接技術有著重要的意義。
1建筑鋼結構焊接技術發展現狀
目前,建筑鋼結構在我國建筑中觀法采用,主要適用于工業廠房,倉庫,碼頭,高層住宅,公共建設等建筑中,很多制造鋼結構的企業也在不斷提高生產技術和生產質量,紛紛采用高科技技術對鋼結構的生產制造進行有效管理,但是,建筑鋼結構生產企業普遍存在著焊接水平不高,自動化水平較低,生產技術還有待提高。
2.1建筑鋼結構焊接技術和焊接材料的發展
近幾十年來,由于建筑鋼結構具有結構穩定!使用壽命長,生產效率高,節能環保等優點被普遍應用于廠房,電站,橋梁,樓房和超高建筑之中,鋼結構的焊接技術也經歷不斷的發展和進步,20世紀40年代,焊條電弧焊引入建筑鋼結構焊接之中,50年代中期埋弧焊接技術又成為鋼結構的主要焊接技術,20世紀70年代又出現了實芯焊絲和藥芯焊絲氣體保護焊,螺栓焊,熔嘴電渣焊等新的焊接技術。這些焊接技術的發展為現代建筑鋼結構的焊接提供了技術支持,尤其是氣體保護焊在建筑鋼結構中的使用,極大地提高焊接的生產效率,縮短了工期,創造了更好的經濟效益。但是,建筑鋼結構的焊接并不是只采用一種焊接技術來進行,要根據鋼結構采用的鋼原料和焊接材料的不同采用不同的焊接技術和焊接工藝,在建筑鋼結構焊接過程中,選用的焊接材料和鋼原料在硬度和韌性方面要匹配,并根據不同的強度和韌性選擇不同的焊接技術。
2.2焊接設備的生產和應用
進行建筑鋼結構焊接就不得不考慮焊接設備的選用,目前,在進行鋼結構焊接時采用的設備都是外國生產制造的,國內生產的大多數焊接電源設備無論在技術特性還是自動化程度都遠遠落后于外國。自80年代初鋼結構制造企業引進外國成套的鋼結構制造設備以來,國內很多企業都在積極研究生產屬于自己的鋼結構生產設備,我國生產屬于自己的高科技的鋼結構焊接設備指日可待。
2.3焊接技術工作者的培養
在我國建筑行業蓬勃發展的今天,建筑鋼結構所需要的焊接技術工作者也在與日俱增,也就難免會出現魚龍混雜的情況。建筑鋼結構的焊接技術有很強的專業性和復雜性,要求焊接人員有很強的技術性。雖然我國的焊接工作者很多,相應的焊接工作也能夠得以順利完成,但缺少真正優秀的焊接技術人員。因為建筑行業在我國的發展時間有限,所以與其他發達國家比起來,我國的焊接技術人員的培養、考核、認證制度還不夠完善,管理和認證方式比較混亂,不能準確保持焊接人員的技術水平,也就使鋼結構焊接存在著安全隱患和質量沒有保證,不利于我國建筑鋼結構焊接水平的整體提高。
2、建筑鋼結構焊接技術發展趨勢
隨著工業化進程的發展和科學技術的不斷飛躍,建筑鋼結構的焊接技術也會產生質的飛躍"近些年來,不管是外國還是中國,很多人都在積極研究建筑鋼結構的焊接技術,不斷推進技術創新和技術改進,使建筑鋼結構焊接技術更適合建筑鋼結構的生產制造,提高生產效率和質量安全水平,努力實現焊接技術整體質量的飛躍。
2.1建筑鋼結構焊接與切割工藝的創新
建筑鋼結構具有空間大,跨度高并且綠色環保的優勢得到迅速發展和廣泛應用,作為連接鋼結構的重要技術,焊接技術是發揮鋼結構功能和作用的最重要基礎,在建筑鋼結構焊接與切割工藝上,不斷創新的技術層出不窮,在鋼結構的切割和焊接上,智能切割和智能焊接設備正在研究制造之中,采用智慧的焊接方式和切割方式,可以減少原材料的浪費,并能有效提高焊接質量,為制造質量更好和安全性能更強的建筑鋼結構提供了可能。
2.2自動焊接技術的應用
目前,世界工業發達國家已經開始采用自動焊接技術來進行建筑鋼結構的焊接,大大提高了整個建筑鋼結構的強度和質量,并提高了建造效率,節省了工期"在我國,自動焊接技術而在不斷被我國建筑鋼結構生產企業所采用,建筑焊接結構可以實現大型化,重型化和高精度方向發展,自動化焊接技術對于焊接技術人員的技術水平要求較低,并且具有焊接質量高,焊縫美觀實用,焊接效率高等特點,因此,自動焊接技術在建筑鋼結構中會普遍采用。
2.2焊接技術人員素質的提高
隨著建筑鋼結構焊接技術的發展,對焊接技術人員的整體素質要求和技術水平要求不斷提高,21世紀是一個知識的時代,人的整體能力的提高是社會的發展趨勢,社會會更加注重各類人才綜合素質的提高"因此,未來的局勢要求各類從業人員不斷提高自己知識水平,提高數字化技術水平,將自己所學到的知識應用于焊接工作中。
完善的制度和規范是對行業持續健康發展的保障,鋼結構焊接工作者作為一種高技術工種,其資格認證的體系不嚴格,全國性統一的資格考試所包括的行業和領域較窄,缺乏統一專業的劃分,不能很好的適用于現如今的建筑鋼結構焊接行業,所以應建立完善的焊接工作者的考試資格認證系統。
結語
我國建筑行業雖然起點較低,相應的科學技術和專業的設備技能不夠完善,但在近半個世紀的發展與學習中,不斷的縮小與發達國家之間的差距,在某些技術上甚至已處于世界領先水平。但也需要清醒的認識到,我國建筑行業的基礎和技術能力方面存在的不足,健全和完善焊接技術工作人員的培養考核制度,努力學習發達國家先進的焊接技術和理念,同時研究和發展具有自主知識產權的先進焊接技術,提高我國建筑行業的整體水平。
1.前言
隨著汽車行業的迅速發展,汽車焊接逐漸的成為現代汽車制造業的一種不可或缺的工藝方法,在汽車制造業中得以廣泛應用,汽車的車廂、車架、車橋、車身變速器以及發動機等均離不開焊接技術。在制造汽車零部件的過程當中,各類焊接方法均有著極大的應用,比如滾點焊、縫線、激光焊、氬弧焊、焊條電弧焊以及二氧化碳氣體保護焊等。在制造車身中,應用最多的是電阻焊及氣體保護焊。所以,研究汽車焊接技術其意義及價值是尤為重要的。
2.汽車焊接技術的發展現狀
2.1中頻焊接技術
國外部分大批量生產汽車的企業,近年來已經在轎車白車身焊裝線中開始應用中頻焊接技術。在歐洲,有著高達40%的中頻點焊機器人使用量,并且不斷朝著鋁合金轎車車身點焊作業中擴大,比如一汽大眾,目前已經對中頻焊接設備加以大量使用。正是因為中頻逆變焊機具備著節能高效的優勢,在全球大力倡導低碳環保節能的今天,應當積極的將中頻焊接技術應用在汽車制造業中。
2.2自動化焊接技術
作為先進制造技術的主要技術手段及典型代表,機器人技術在實現文明生產、穩定產品質量、提高技術水平等諸多方面,機器人技術均發揮著不容忽視的作用。機器人作為主要的現代制造業自動化裝備,在汽車、家電、化工、電子信息和工程機焊等行業有著廣泛應用,主要用于焊接、加工、碼垛、噴涂、搬運和裝配等復雜作業?;『负碗娮韬甘瞧囍圃鞓I中常用的焊接方式。隨著我國汽車行業的發展,雖然工業機器人被廣泛應用到了汽車行業中,但是人工焊接在焊接作業中仍然占據著主導地位,在人工焊接中,操作工人極易受到惡劣焊接條件的影響,很難長時間對焊接工作的一致性與穩定性加以保持,而焊接機器人則有著穩定的工作狀態。
2.3伺服技術
隨著焊接機器人的廣泛應用,伺服技術也隨之得以發展,在氣動焊鉗電焊沖擊工件表面防范及減小,在確保高效率的生產模式等方面,伺服技術均彰顯了其自身的優越性,伺服型焊鉗就是伺服技術的具體應用。電機伺服驅動的焊鉗又被稱作是伺服焊鉗,是能夠提高焊點性能、焊點質量的一種機器人焊鉗,其優點主要包括:將各個焊點的焊接周期大幅度降低,能夠對焊鉗張開的程度加以精確控制;按照工件的實際情況,可以對焊鉗的張開角度任意進行調整,焊鉗開合所占的時間大大得以節?。缓搞Q加壓閉合時,既能夠調整壓力大小,又可以輕輕的閉合兩電極,使得碰撞噪聲及碰撞變形減少。
2.4弧焊技術
弧焊是汽車行業中除了電阻焊又一種重要的焊接方法?,F階段,弧焊技術已經全面的應用到了汽車企業中,比如一汽解放汽車,基本上對二氧化碳焊接方法全面加以采用,并且在轎車領域,大量采用MIG/MAG焊接方法。隨著計算機技術、電子元器件及電力的發展,弧焊技術隨之得以迅速提高,歷經多年的發展,弧焊技術已經從以往的旋轉式直流電機朝著二極管機、晶體管、晶閘管整流焊機以及逆變式焊機發展,目前發展成為數字化逆變式焊機。
3.汽車焊接技術的發展展望
焊接自動化的應用及發展是系統性的一個發展過程,只有有效的匹配各種技術,才能夠實現焊接自動化高速度且高質量的發展。自動化技術、計算機微電子信息技術以及電子技術的發展,在很大程度上帶動了焊接自動化技術的迅速發展,尤其是信息處理技術、柔性制造技術和數控技術等的引入,推動了革命性的焊接自動化技術發展。
3.1智能化的焊接過程控制是焊接自動化的一個核心問題
智能化的焊接過程控制需要借助于焊接生產系統柔性化與焊接過程控制系統智能化實現。其中,柔性化的焊接生產技術發展方向是主體為弧焊機器人的多自由度柔性制造系統,通過計算機綜合控制轉臺架和機器人,能夠滿足柔性的工件空間焊接要求,發展精確動態的跟蹤軌跡,進而進一步研究控制技術和傳感技術。而控制系統的智能化則需要人們高度重視焊接專家系統、神經網絡控制及焊接過程模糊控制的發展。
3.2發展方向為自動化柔性生產系統
就當前而言,各大汽車生產廠家廣泛采取的形式就是自動化柔性生產系統。由于工業機器人的靈活性與自動化被大規模應用在汽車生產中,使用的主要是弧焊機器人、六自由度點機器人,而且機器人具備著焊鉗儲存庫,能夠按照不同的焊裝部位要求亦或是焊裝產品進行變更,從儲存庫中自動抓換需要的焊鉗。傳輸裝置逐步發展成為無人駕駛且柔性化的導向感性小車。許多焊接研究機構均在致力于研究將焊接技術與電、機、光激素密切結合起來,以此切實實現焊接的柔性化及精確化,是促進焊接自動化水平提高的有效途徑。各類焊接機械設備與數控技術的結合,可以提高焊接的質量控制水品及柔性化水平,是目前一個重要的研究方向。
3.3信息技術及計算機技術是必要基礎
隨著信息技術及計算機技術在工業領域的普遍應用,傳統的焊接生產方式實現了向“精量化”制造方式的可靠轉變?;趯嶋H建模機器人焊接過程的模擬仿真技術,提供了機器人、夾具、工件焊槍姿態的三維信息,在焊接夾具設計、工藝參數優化和焊接過程策劃等環節得到大量應用,對準確獲取焊接位置信息、現場測試時間縮短和加快編制焊接程序等,具備著十分重要的應用價值。另外,仿真技術在焊后及評估的變形與應力預測中,同樣也得以應用。在設計新車型的階段,可以綜合性的考慮多種材料的沖擊性能、疲勞性能及連接方式,通過仿真接頭來進行適用性評價。
4.結束語
總而言之,汽車焊接技術的大力發展,各種新設備、新工藝、新技術及新材料的應用,必然能夠促進汽車工業的進步,進而使汽車制造業取得突破性的進展。
參考文獻:
[1]王治富.汽車焊接技術發展現狀與展望[J].焊接,2011(9).
Abstract: laser as a high speed, high precision, high quality and low deformation of welding technology, has been used widely in the industry. In this paper, the laser welding technology of welding principle, characteristics, process parameters, application field in detail, and connecting with the reality, laser welding technology to the development trend of certain discussion.
Keywords: laser welding technology; Principle; Characteristics; Application; Development trend
中圖分類號:P755.1 文獻標識碼:A 文章編號
前言:激光作為一種電磁波,具有許多自身特有的性質,在工業領域得到了廣泛應用。激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一,又常稱為鐳射焊機、激光焊機,按其工作方式常可分為自動激光焊接機、激光模具燒焊機、光纖傳輸激光焊接機、激光點焊機。
1 激光焊接的原理
激光焊接是利用高能量的激光脈沖輻射至材料,對材料進行微小區域內局部加熱,利用激光與金屬的相互作用,激光輻射的能量以熱傳導方式,向材料的內部擴散,將材料熔化后形成特定熔池,達到焊接的目的。
按焊接熔池形成的機理劃分,激光焊接有兩種基本的焊接機理:熱傳導焊接和激光深熔焊。前者所用激光功率密度較低(105~106W/cm2),當激光照射到材料表面時,一部分激光會被材料吸收,一部分會被反射,材料吸收后將光能轉化為熱能市材料表面熔化,然后以熱傳導的方式向工件內部傳遞熱量形成熔池,最后將兩個焊件熔接在一起。熱傳導焊接熔深淺,深寬比較小。
2 激光焊接的特點
電弧焊、電阻焊、高能束焊(電子束焊、激光焊)、釬焊、電渣焊、高頻焊、氣焊、氣壓焊、爆炸焊、摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、擴散焊等焊接方式,是目前常用的焊接工藝。激光焊接相比于其他焊接方式,具有以下無法比擬的優點:(1)可將進入的熱量降到最低的需要量,熱影響區域的相變化范圍小,因熱傳導所導致的熱變形最低;(2)32mm厚板的單道焊接的工藝參數業經鑒定合格,降低了厚板焊接所需的時間,甚至可不使用填料金屬;(3)不需使用電極,沒有電極污染或受損的顧慮;(5)激光束易于聚焦、對準,受光學儀器導引,可放置在工件外適當的距離,進行遠距離焊接,甚至可在工件周圍的設備或障礙間導引。
3 影響激光焊接的參數
3.1 激光功率密度
功率密度是激光焊接中最關鍵的工藝參數之一。隨著聚焦透鏡焦長的變化,功率會隨著改變。對于較高的功率密度,表層經過書微秒即可加熱至沸點,產生大量金屬汽化氣體。因此,高功率密度對于打孔、切割、雕刻等材料去除有利。采用較低功率密度,需要經過數毫秒,材料表層溫度才能達到沸點,在表層汽化之前,底層已達到熔點,容易形成良好的熔融焊接。因此,在傳導型激光焊接中,功率密度在范圍104~106W/cm2內。
3.2 激光脈沖波形
激光脈沖波形既是區別是材料去除還是材料熔化的重要參數,也是決定加工設備體積及造價的關鍵參數。當高強度激光束射至材料表面,材料表面將會有60~98%的激光能量被反射損失掉,且反射率隨著表面溫度的變化而變化。在一個激光脈沖作用周期內,被加工金屬的反射率的變化也很大。
3.3 激光脈沖寬度
激光脈沖寬度是激光焊接中的一個重要問題,尤其對于那些薄片材料焊接時,顯得更為重要。激光脈沖寬度由熔深與熱影響分區決定,激光脈沖寬度越長,熱影響分區就越大,熔深隨著激光脈沖寬度的1/2次方增大。但激光脈沖寬度的增大會降低其峰值功率,較低的峰值功率又會導致多余的熱輸入。
3.4 離焦量、焦斑
離焦量為工件材料表面離聚焦光束最小斑點的距離,將會影響激光功率密度以及焊接質量。因為聚焦光束最小斑點的中心功率密度很高,容易使材料蒸發成孔,所以激光焊接通常需要選取一定的離焦量。聚焦光束最小斑點外的各平面上,功率密度的分布相對均勻。通常長焦距的能量密度低,光斑大,能量密度足夠情況下,可用于對接頭定位精度不高的焊接;短焦距的能量密度較高,光斑小,要求工件配合間隙要小。
4 激光焊接的應用
4.1 在制造業的應用
激光拼焊是將幾塊不同材質、不同厚度、不同涂層的鋼材用激光把邊部對焊,焊接成一塊整體板,以滿足零部件對材料性能的不同要求。從20世紀80年代中期開始,激光拼焊作為新技術在歐洲、美國、日本得到了廣泛的關注。激光拼焊工藝主要是為汽車行業進行配套服務,尤其在車身零部件生產、制造和設計方面,激光拼焊的使用有著巨大的優勢。激光拼焊技術在國外轎車制造中得到廣泛的應用。
4.2 粉末冶金領域
隨著科學技術的不斷發展,以及工業技術對材料特殊的要求,冶鑄材料已不能滿足需要。由于粉末冶金材料所具有的特殊性能和制造優點,在汽車、飛機、工具刃具制造業等領域中正在取代傳統的冶鑄材料,隨著粉末冶金材料的飛速發展,它與其它零件的連接問題顯得日益突出,使粉末冶金材料的應用受到限制。
4.3 電子工業
激光焊接在電子工業中,尤其是微電子工業中得到了廣泛應用。鑒于激光焊接熱影響區小,加熱迅速集中,熱應力低,在集成電路、半導體器件殼體的封裝中,顯示出了其獨特的優越性。在真空器件研制過程中,激光焊接也得到了應用。
5 激光焊接的發展趨勢
5.1 新型激光器的研發
目前的激光焊接所使用的激光器主要為大功率CO₂激光器和YAG激光器。激光器的發展仍然集中于激光設備的開發研制上,如提高電源的穩定性和壽命,對于于CO₂激光器要解決放電穩定性的問題,對于YAG激光器要研制開發大容量、長壽命的光泵激勵光源等。
5.2 焊接工程的有效控制
在激光加工的光束質量及裝置研究方面,應著重放在研究各種激光加工工藝對激光光束的質量要求,以及激光光束和加工質量監控技術上。光學系統及加工頭的設計和研制,開展焊接工藝及材料、焊接工藝對設備要求及焊接過程參數監測和控制技術的研究,對掌握普通鋼材、有色金屬及特殊鋼材的焊接工藝具有重要的影響,準確地選擇控制參數,可改善激光焊接工程的穩定性,提高激光焊接的焊縫質量,并將離子效應、匙孔效應等各種焊接效應控制在理想的范圍內。
結束語:
本文對激光焊接的原理、特點,激光焊接過程中工藝參數,主要應用領域進行了討論,并在最后提出了激光焊接技術發展的趨勢。激光焊接技術憑借其高能量密度、高精度、深穿透、強適應性等特點,被廣泛應用在制造業、冶金業等領域,不僅提高了生產效率,也顯著提高了焊接質量。在21世紀,激光焊接技術必將在材料連接領域發揮至關重要的作用。
參考文獻
1 概述
現代社會各行業的快速發展離不開背后先進技術的支持,技術的不斷更新升級是行業發展的源動力。同樣建筑行業的快速發展離不開焊接技術支持,焊接技術對建筑行業中的地位舉足輕重。經過幾十年的快速發展,我國的焊接技術已經達到了世界同行業的先進水平,焊接技術在軍工等重工業行業的大量應用足以說明這一點,焊接技術在我國的一些重工業領域的應用已經達到了世界一流水平。然而,我國建筑行業焊接技術的應用還處于傳統應用階段,現代化水平不好,沒用充分利用現代科技發展的成果,智能化程度低,大大影響了建筑鋼結構的施工效率與施工質量。為此,對建筑行業焊接技術的發展進行探討與研究對于該行業的發展意義重大。
2 我國建筑鋼結構焊接技術發展問題
2.1 焊接條件
由于工程進度等特殊施工條件的要求,越來越多的建筑鋼結構工程需要在嚴寒低溫條件下進行。在低溫環境中焊接材料的選擇變得很重要,選材的好壞對鋼結構的焊接性能影響嚴重。通過進行在低溫條件下不同焊接材料的強度試驗可以發現在使用超低氫焊接材料時鋼結構焊接強度達到最大值,此外通過必要措施保持焊接環境恒溫對于焊接質量的好壞也起著重要的作用,在施工作業現場設置防護棚可以達到恒溫的條件,這樣可以大大減小熱量流失。此外在進行氣體保護焊時還需要在放氣裝置外部貼保溫膜,這樣可以有效防止熱脹冷縮現象,進而提高焊接效率。
2.2 焊接用材
在建筑鋼結構行業焊接時使用最為廣泛的焊接材料為鍍銅焊絲,由于國家倡導綠色節能無污染的發展理念,各行各業不斷尋找綠色材料代替傳統焊接材料,鍍銅焊絲由于其在生產焊接過程中會產生大量污染物國外使用范圍越來越少。目前少數國家已經大量的使用無鍍銅焊絲。在我國由于其經濟性不強沒有能夠廣泛使用,相關工作者也沒有給予該方面足夠的重視。然而隨著國家新型經濟轉型程度的加深,綠色、節能、可持續材料未來市場前景廣闊,相信無鍍銅焊絲也會走進建筑焊接行業。
2.3 焊接設備
科技含量高自動化程度高的焊接設備無疑會大大提高焊接效率,同樣好的焊接設備能蟣Vず附又柿俊W莨畚夜建筑鋼結構焊接行業所使用的設備大多數是國外設備,日本等歐美國家生產的設備不論是技術質量還是科技含量自動化程度都遠遠高于國內焊接設備。在我國剛開始使用外國設備的時候國內相關行業專家技術人員就在積極研究屬于自己的領先世界的焊接設備,隨著我國制造業的快速發展國內很多企業生產的焊接設備已經達到先進水平,然而距離發達國家還有一定距離,相信不久的未來我國的焊接設備將處于世界領先水平。
2.4 焊接工程技術人員
建筑鋼結構焊接工程要求焊接技術人員具備較高的技術技能,焊接質量的好壞直接影響著國家人民財產,這要求對焊接技術人員的培養需要可科學合理的安排。目前國內建筑焊接行業的焊接技術人員綜合素質普遍較低,從事低要求的工程焊接任務尚能滿足,而在一些重大工程建設中高技術焊接人才顯得尤為匱乏。因此我國應該學習先進國家的焊接技術人才的培養機制,加強對技術人員的培養、考察、認證制度的建設,加大對高職等專業技師學校培養技術人員的監管考核,為我國的建設培養更多高技術人才。
3 鋼結構焊接技術發展趨勢
3.1 焊接技術智能化
報道顯示歐美等發達國家焊接技術已經大部分實現智能化,很多工程建設引進了智能化焊接設備,智能化焊接設備優點眾多,該焊接技術不僅自動化程度高、焊接更為精密、焊接效率高,而且大大節約了人力物力,經濟效益突出。而我國大部分行業仍然使用傳統的人工焊接技術,只有很少的國家重點工程焊接實現了智能化,人工焊接效率低下,且人員素質的不同導致工程質量差別較大。隨著對工程質量的要求越來越高,高精度高質量的焊接技術急需應用到焊接實際工程當中,因此我國焊接技術的智能化使用進程已刻不容緩。
3.2 焊接施工工藝創新化
鋼結構之所以能夠被建筑行業廣泛的使用是因為其具有實現大跨度建設工程的功能,這是傳統的材料所不具有的。而這種特殊功能的實現需要依托高科技的支持,先進的焊接與切割技術必不可少。傳統行業不斷實現智能化,大大提高了各行各業的產能效率,尤為值得關注的是國外某些發達國家建筑行業焊接材料的切割已經實現機器人操作,這使得焊接材料的切割尺寸非常精確,同樣使得施工效率大大增加,這對要求極為高的國家重點焊接工程的建設提供了方便,智能焊接技術與智能切割技術的應用可以說是一次技術變革,相信我國焊接行業未來鋼結構施工工藝會日趨智能化。
3.3 鋼結構焊接過程管理現代化
鋼結構焊接施工不僅僅是焊接一個階段,僅僅先進的焊接技術遠遠不能保證焊接工程質量。焊接工程質量的保證需要依靠焊接施工整個過程的科學管理,焊接技術的使用需要先進的管理理念給予支持。焊接工程施工要必須要建立科學全面的管理體系,將分散的環節通過全面管理組織起來提高生產效率。質量管理要借助國內外先進的管理經驗,憑借科學的思想來指導管理,讓國內外先進管理理念更好的服務于我國的鋼結構焊接工程建設。
4 結語
目前我國經濟發展正處于轉型期,各行各業都秉持可持續、綠色、創新的發展理念不斷壯大自己,建筑鋼結構焊接行業也不例外。目前我國焊接技術雖然取得了快速發展,但是與世界發達國家先比還存在一定差距,只有借助科學技術不斷創新才能夠實現焊接技術新突破。
參考文獻
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中圖分類號:P755文獻標識碼: A
引言
一、我國焊接技術的發展現狀
1、較長焊縫和厚板焊縫的焊接技術落后
在對鋼板進行焊接的過程中,長焊縫和厚板的焊接是不可避免的。焊接技術水平的高低、焊接的效率以及焊接質量深深影響著產品的質量以及產品的成本。除此之外,厚板的對縫焊接、箱形零構件的整體焊接以及T型焊縫的焊接等的工作量是非常巨大的,對焊接技術要求十分嚴格。在焊接的過程中,焊縫第一層采用的是埋弧焊(SAW)焊接技術。這種方法產生的垃圾廢渣不易清理。所以,焊縫的第一層通常采用埋弧焊(SAW)蓋面和熔化極氣體保護焊(GMAW)打底相互結合的工藝來進行處理。使用這種方法的一個缺憾是焊接效率提高受限。在T型焊接和厚板相互對接的焊接過程中通常采用的是碳弧氣刨清根工藝技術。這種技術能夠使焊縫進行全熔透的焊接,但是增加了加工成本,也對焊接工藝人員的身體和焊縫質量造成影響。
2、焊接技術自動化水平不高
一個國家要想發展強盛,必須依托于工業現代化、加工自動化。只有這樣生產的產品才能節約加工成本,給社會創造出更多的福利。通過調查顯示國外的焊接自動化水平已經達到80%,而我國的焊接自動化水平最多只占30%。絕大多數的焊接依舊是采用手工焊接來實現的。若想取得工業的迅速發展,自動化的焊接發展方向是必然的選擇。
3、焊接構件易產生冷熱裂紋
冷裂紋指的是焊縫在冷卻的過程中,如果溫度下降到馬氏體轉變溫度范圍以下,焊縫就會在焊接后立即出現。這種焊縫通常也叫做延遲裂紋。這種冷焊縫形成的必要條件是:焊縫接頭處存在擴散氫、具備淬硬組織、拉伸應力較大并且密集。而熱焊縫是在高溫狀態下產生的,又稱之為結晶裂紋或高溫裂紋。這些裂縫容易出現在裂縫的內部,也易出現熱影響區。熱裂紋的形狀主要有橫向裂紋、弧坑裂紋、縱向裂紋、根部裂紋等等。熱裂紋是由力學和冶金制造過程中的因素一起作用才產生的。它形成的主要原因是由于焊接池中的低熔點共晶和雜質共存致使晶體偏析。這樣裂紋的強度就非常低,極易產生裂紋。
4、焊接人員的專業技術水平不足
焊縫技術直接影響產品的質量以及整體鋼結構的業務流程。鋼結構產品被應用到了幾乎所有領域,了解焊接的相關技術是對技術操作人員的基本規定。要求操作人員熟練掌握自身業務水平是對其的最起碼的要求。而我國的焊接技術人員對業務水平了解的太少,與對行業需求存在非常大的距離。
二、我國焊接技術主要應用領域
1、航空航天工業中的應用:焊接技術依其可靠的性能,被廣泛應用于航空航天工業,焊接的工作量占全部工時的百分之十,焊接連接的部件在航空航天領域內占百分之五十以上。由于航空航天工業中對金屬材料要求的特殊性,促成了特種焊接技術的應運而生。目前主要使用的是固態焊接技術和高能束流焊接技術。其中的激光焊、電子束焊、攪拌摩擦焊是在我國航空航天領域中最常用的三種先進焊接技術。
2、汽車制造領域中的應用:電子束焊接主要用于發動機增壓器渦輪、后橋、行星齒輪框架、離合器、汽缸、變速箱齒輪等部件的焊接;激光焊技術主要用于框架結構、零部件的焊件和車身拼焊;攪拌摩擦焊主要用于發動機引擎、汽車輪轂、汽車地方車身支架、汽車車門預成型件和液壓成型管附件。
3、船舶工業中的應用:高效焊接技術在船舶制造中占有重要的地位,是一項技術性、專業性很強的系統工程,尤其是CO2氣體保護半自動焊接技術應用率達到60%-65%,成為我國現代造船模式中的關鍵技術之一。先進的造船高效焊接技術,在提高船舶的建造效率、降低船舶建造成本、縮短造船周期,提高船舶建造質量,推動船舶建造焊接機械化、自動化發展上的作用是不可小視的,也是企業提高經濟效益的有效途徑。
4、核電建造中的應用:焊接技術作為一種關鍵的特殊工藝,在中國核電建造中產生非常重要的作用,核電作為一種“高風險”的清潔領域,對焊接質量的要求非常嚴格。對于組成核電站的每條焊縫都要求100%的合格,并對每條焊縫實行可追朔性管理,對焊接技術的要求非常高,它直接關系著核電站核安全的狀態。因此,不斷提高我國焊接技術,可以有效推進核能行業的發展,確保核電站運行的安全可控,同時也為實現核電領域十二五規劃的完成奠定基礎。
三、我國焊接技術的發展前景
為了積極促進我國焊接技術的發展,使其滿足我國市場發展的需求,通過分析我國焊接技術的發展現狀,能夠推斷出我國焊接技術主要會從以下幾個發展方向進行。
1、磁控焊接技術
磁控焊接技術屬于新興的焊接技術。它主要是通過磁場來實現焊接。它的投入成本非常低、裝置也比較簡單、耗能非常少、效益比較好。通過常年對磁控焊接技術的研究發現了磁控對電弧焊電弧狀態的影響。外加磁場對焊接母材的熔化與焊縫的成形有非常大的影響。利用電磁攪拌技術能夠改變金屬結晶過程中的熱量傳遞過程,進而使結晶方向發生變化。通過組織的細化作用,能夠使焊縫的一些力學特點提升的更加明顯。除此之外還能降低焊接過程中缺陷的敏感性。鑒于磁控焊接技術的優點,這必定是其中的發展方向之一。
2、低溫焊接技術
由于我國地理環境的特殊位置,冬季寒冷時節持續時間相對較長,這就考驗著低溫環境下焊接技術的性能。近些年來,各個相關學術組織都在積極的解決應對冬季低溫焊接的問題以及施工的臨界溫度的取值問題。
例如,我國在冬季完成了“鳥巢”萬噸級以上的剛結構件的焊接工作。冬季進行焊接作業時影響焊接的因素主要有操作員的工藝水平、焊機的效率、材料的性能、焊法的熟練程度以及環境的作用。僅僅考慮這些因素中的某一項或某兩項是不全面的,是無法做出正確評價的。綜合考慮這些因素的影響“,鳥巢”在低溫作業環境下取得了顯著成果,并以此確定了低溫焊接的臨界溫度為150°C。低溫焊接能夠縮短工期,為企業帶來巨大的經濟效益。由“鳥巢”焊接任務中獲得的低溫焊接經驗技術必將應用于實踐。
3、電子焊接技術將被激光焊接取代
激光束經過聚焦后,激光焦點處的能量密度高達10-100W/cm并且加熱的范圍甚至小于1mm。如果將此技術應用于焊接方面,那將會給焊接工業帶來巨大的變革。一方面可以提高焊接的速度,另一方面還可以減小接頭處的變形以及減小應力集中。激光焊接術達到的焊接精度比較高,是比較理想的焊接技術。激光焊接的一個顯著特點是可以進行長距離的焊接,因為激光具有直線傳播的特點。除此之外與電子束相比較而言,激光束的優勢顯而易見。第一,激光焊接不需要真空環境,節約了設備上的成本投入;第二,激光束不會產生X射線,對人體不會造成傷害,不需要專門的防護用具;第三,激光焊接的生產效率比較高。因此,激光束在不久的將來應該會取代電子束成為焊接主流技術。
結束語
我國焊接技術水平同國外發達國家相比差距仍然比較巨大。這就要求我國焊接技術人員積極探索、總結經驗,積極加強焊接技術的學習與創新。一方面要提高焊接的質量,另一方面更要加強焊接自動化水平技術的提高。只有這樣我國的焊接技術才能領超世界強國,排于前列。在新時期我們要坦然面對我們自身的不足,尋找自身的發展特點和方向。我們要積極沿著磁控焊接、高溫焊接等先進焊接工藝的目標發展。爭取焊接技術的更大進步,為我國的現代化建設貢獻力量。
參考文獻