焊接与切割装备在工程机械制造高效焊接中的应用

山推工程机械股份有限公司推土机事业部总经理 孙世超

焊接与切割装备在工程机械制造高效焊接中的应用

山推工程机械股份有限公司推土机事业部总经理 孙世超

【编者按】高效焊接一直是企业关注的重点，如何才能实现高效焊接，是否使用了先进的设备就属于高效焊接，其实不然。本刊记者觉得，高效焊接主要结合实际产品结构，实现最大程度的利用各种先进的设备，达到高效焊接的目的。

工程机械制造作为我国装备制造领域的重点行业之一，具有产品功能结构复杂、施工工况恶劣、对设备可靠性要求较高等业内公认的独有特点，由此也决定其产品制造要求严格、工艺复杂，尤其是大型关键构件和传动零部件，制造工序多达十几个甚至更多。因此其工艺特点也代表机械行业先进制造技术水平，是工艺装备新技术创新突破的试验田。

随着高端装备制造业成为“中国制造2025”重点发展的十大支柱产业之一，工程机械行业也将会出现新的机遇期，未来10年或一段时期企业生产将面临制造智能化、柔性化、自动化高度集成化的应用转型期，其中各种高效的焊接与切割装备将应用于工程机械企业的重点领域，也必将为企业工艺技术创新做出应有的贡献。

众所周知，高效、高精度焊接与切割作为目前先进技术的代表和发展趋势，逐渐被企业所接受，并已在工程机械制造企业中得到了很好的应用，一方面为企业提供高的生产效率，降低生产成本；另一方面也提高了产品零部件的质量，生产出更具市场竞争力的产品，为工程机械更新换代提供工艺设备保障。然而企业应当从生产需求的实际出发，不要盲目选择各种先进的焊接与切割装备，应适应工厂工艺布局与产品工艺流程需要，这样才能真正实现高效焊接与切割生产的最佳效果。本文将对工程机械企业生产中重点应用的高效焊接装备

进行总结，希望能够为广大企业应用起到抛砖引玉的作用。

板材切割智能装备

板材切割下料是工程机械结构件焊接或装配加工的初始工序，其下料质量和效率直接影响了后续的生产组织和产品质量。切割工艺设备选择随着板材规格、材料、重要度、精度的不同要求也不尽相同，但目前已基本上淘汰了技术落后的剪板、机械锯切设备。就工程机械行业主流的板材下料设备有精细等离子切割、光纤激光切割、平板坡口切割、管相贯线切割、钻切复合一体机、型钢切割六大类；按能量束原理大类可分为激光、等离子、火焰等单一或复合切割工艺装备，下面重点就激光和等离子切割等应用比较广，较先进的切割装备进行介绍。

（1）激光切割 激光切割对比于火焰、等离子切割在中薄板的下料中，切割效率和切割质量有一个飞跃性、质的提高。激光切割后，不需要再进行后续加工，因而可以有效提高生产效率，降低人工成本，同样属于高端先进制造。

目前在工程机械行业中的应用主要有平板下料、三维成形件下料等，激光切割技术也从最初的固体激光、CO2激光发展到光纤激光，其中60%主要用于10mm以下的薄板切割，30%用于16mm以下中厚板切割和10%用于20mm以上厚板的切割，可见目前国内中小功率光纤激光器得到了普遍应用，发展前景看好，厚板切割是未来的发展方向。激光切割设备主要有机器人激光切割设备、平板激光切割设备以及龙门式三维激光切割设备。目前国内外先进的激光切割设备企业主要有德国TRUPMF、瑞士BYSTR-ONIC、意大利PRIMA、深圳大族、上海团结普瑞玛、奔腾楚天、武汉法利莱、苏州领创等（见图1），而激光器主要有IPG、通快、罗芬等（见图2）。

图1 激光切割机

图2 激光器

图3 精细等离子

图4 精细等离子切割

（2）等离子切割下料 等离子切割下料（见图3～图4）主要用于中厚板高效加工的一种手段，对于焊接用板材的切割下料，还需要有坡口加工、孔加工

的能力。在此特别要说明的是精细等离子小孔切割技术，该技术是平板切割功能的拓展，采用高速度高精度龙门数控机床、精细等离子切割电源，高性能多轴数控系统，通过自动控制气体流量、提高弧束挺度，减少割面锥度，达到较好的圆孔切割效果，可以用于工程机械用5～25mm中厚板的切割，实现径厚比为1:1的小圆孔切割，在一定的范围内可以取代钻孔，减少冷加工工序和加工工时，同时实现复合切割工序，或取代激光切割，有效降低激光切割机采购成本。目前国内具有这方面的生产能力的企业主要有梅塞尔（中国）、无锡华联、上海通用重工、江苏博大等，等离子电源主要有美国海宝、美国维克多、凯尔贝等企业如图5所示。

智能化焊接装备

进入21世纪以来，随着焊接技术的快速发展，各种焊接装备的智能化、自动化、数字化水平越来越高，成本也越来越低。尤其是国家重大工程对焊接技术的要求，推动传统的焊接向自动化、智能化以及“高精度控形”、“低损伤控性”的先进制造模式的转变，因此也促进了各种智能化焊接装备在企业的大量应用，特别是焊接机器人、智能化焊接电源、激光焊接装备及焊接专机等。

图5 等离子电源

图6 双丝焊接机器人

图7 激光焊接

（1）焊接机器人 工业机器人具有自动化、智能化、机械化程度高等特点，能够不间断高效的运行预先设定的动作，因此，能够很大程度上降低工人的劳动强度，提升产品的焊接效率。近年来，国家大力发展智能化工业机器人的战略，促使工业机器人取得了快速的发展，工程机械企业快速响应，如徐工、中联、三一、山推等国内工程机械行业大型企业，已经建立了具有特色的中厚板钢结构件机器人自动化焊接生产线，打破了国外公司对焊接自动化技术的长期垄断。相比手工焊的焊接速度难以超过500mm/min，而先进的自动化焊接已达到了每分钟几米甚至十几米，这都进一步促进了工业机器人在企业中的应用，使中国成为世界机器人第一消费大国。目前，工业机器人研制开发企业主要有国外的ABB、KUKA、徕斯、松下、安川、发那科、柯马等，国内的埃斯顿、杰瑞、北京时代等如图6所示。

（2）数字化智能焊接电源焊接电源是焊接质量好坏的关键因素，其技术也从原来的模拟信号发展为数字化阶段，智能焊接电源能够实现数字化控制，提升了焊接参数的稳定性，最终提升产品的生产质量和效率，同时能够实现远程控制或监控的智能化特点，很大程度上降低了焊接工人对焊接参数的干预，为焊接信息化生产管理系统的实施奠定基础。目前，先进数字化智能焊接电源主要有伊萨、福尼斯、松下、北京时代、肯倍、山东奥太、瑞凌、佳士、凯尔达等企业。

（3）激光焊接装备 激光焊接（见图7）作为激光材料加工技术应用的重要方面之一，其主要是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方

法，其原理为激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池，达到焊接的目的。具有热影响区窄、焊接变形小，焊接速度快、残余应力低、焊缝深宽比大和焊接接头强韧性高等优点。从20世纪70年代发展至今，已形成激光电弧符合焊接技术、高效焊接堆焊技术、激光诱导电弧焊接技术，针对工程机械用中厚板要求激光束的单位能量更高，激光的功率更大，通常为≥15kW，并形成高功率激光深熔焊、高功率激光-电弧复合焊、超窄间隙多层填丝激光焊和真空及局部负压激光焊等主要工艺方法。目前主要有德国通快、罗芬、美国IPG、日本米亚基、深圳大族等企业。

结语

本文对工程机械制造领域主要的高效焊切技术进行了简单阐述。目前在工程机械制造企业中，已经形成了大型与小型焊切设备相结合、多种多代焊切技术装备相兼容的格局。随着中国制造2025装备制造业技术创新的深入推进，必将会出现越来越多的新型焊切技术及工艺装备，更好地提高零部件和产品的工艺制造水平，同时促进工程机械制造企业朝着柔性化、自动化和智能化方向发展，争当高端装备制造业技术创新的排头兵。