工程机械焊接工艺技术发展

王光磊 张水霞

摘 要：焊接是一门重要的基础工艺，虽然只有不足百年的历史，但它的发展十分迅速，尤其是20世纪以来，随着科学技术的不断进步，各种新的焊机技术应运而生。我国正处于改革发展和经济转型升级的关键时期，工业化发展到一定程度以后，国家工业经济的增长在很大程度上将取决于工艺水平及装备。高效、节能、环保、安全、可靠將是未来工程机械发展的重要趋势。

关键词：机械焊接；焊接工艺；更新；发展趋势

1 引言

焊接技术在各工程中有着广泛的应用，在实际工作中也有着特殊的要求，其定义是在高温或高压条件下，使用焊接材料将两块或两块以上的母材连接成一个整体的操作方法。焊接技术作为制造业中传统的基础工艺和技术，虽然应用到工业中的历史并不长，但是发展却非常迅速。短短几十年间，焊接已被广泛应用于航空航天、汽车、桥梁、高层建筑、造船以及海洋钻探等许多重要的工业领域，并且为促进工业的经济发展做出了重要的贡献，使得焊接已经成为一个重要的制造技术和材料科学的重要专业学科。

2 工程机械焊接技术的发展趋势

2.1 大型结构件拼点精度提升

随着工程机械产品质量的不断提升，结构件的拼箱精度和焊接质量逐渐成为焊接工艺研究重点之一。传统结构件的拼点方法一般为人工划线，此种方式简单易行，但划线工作量大，生产效率低、受制于划线人员的技能、熟练程度不同，导致结构件拼点误差较大、产品一致性较差，不利于后续工序自动化焊接的实施。针对这一问题，工程机械各企业都设计开发了适应自身结构件特点的拼点工装，但一般来说设计较为简单、精度较低，通用性较差。随着机器人自动化焊接的逐渐普及，高精度拼点工装已成为一种产品，由专业公司设计制造，既保证组对精度，又尽量做到操作简便、通用性强。取代划线拼点作业模式，以高精度等距销孔定位，克服了传统移动后重复定位精度不高的难题，同时配合模块化专用支耳，通过快速锁紧销进行连接，可以实现对不同尺寸结构件的高效、快速换模，进而达到高通用性的特点。虽然拼箱精度高、一致性好，有利于后续的机器人自动化焊接，但是该工装造价昂贵、安装精度高，在使用过程中需要定期维护保养。

2.2 自动化焊接技术的发展

焊接技术已经向自动化，智能化方向发展。伴随着科学技术的发展，焊接技术逐渐向自动化、智能化方向发展，自动焊接机器人应运而生，以机器人成套焊接工作站或焊接专机替代焊接工人进行自动化焊接作业，不但降低工人劳动强度、改善作业环境，同时可以获得稳定一致的焊缝质量。从长远来看，虽然机器人焊接一次性投入成本大，但一台焊接工作站的服役期至少为10年以上，相对不断增长的用工成本，采用机器人自动化焊接反而更加经济。焊接用机器人，严格来讲只是六轴集成的机械手，本身并不能独立工作，需搭配焊接系统、弧焊软件控制系统、工件装夹变位系统、高效除尘系统等设备才能组成焊接机器人工作站。对焊接变形要求高的结构件，需要在相应夹具上考虑增加反变形措施，大多采用在可能变形位置增加液压缸压紧进行预变形。对一些更大型的结构件焊接，则要求采用两套焊接机械手配合外部轴进行焊接，联动轴数量多达19轴以上在变位机方面，设置为双工位，一个工位用于机械手自动化焊接，另一个工位则针对机械手无法焊到的地方采用人工补焊。自动化焊接工作站的大量应用，对相应的操作人员也提出了更高的要求，需要操作人员不仅熟悉焊接知识，还需掌握机器人控制系统的编程语言、了解自动焊接过程中的电弧跟踪、焊前寻位原理。而目前，国内的大部分工程机械企业操作焊接机械手人员难以具备上述的技能素质，出现问题，仍然依赖设备供应商进厂解决。造价昂贵的焊接工作站，其强大的功能也仅仅开发不足60%。这也对一些专科、技校提出了新的要求，在技能人员培养方面，需要重视对机械手的控制系统、编程语言、弧焊软件系统以及其他的常见故障解决方法等方面进行培训。与机器人焊接工作站相比，焊接专机易操作、价格低、易保养、设备可靠性高，更受到焊接工艺人员的青睐。焊接专机多用于焊缝形式单一的长直焊缝，焊接过程中焊枪无需摆动。对于要求不高的焊缝结构，可以立足自制，将焊接系统与直线运动机构进行组合即可实现专机功能；对焊缝质量及工作环境要求高、焊接过程中需要旋转变位的工件，则可以借鉴机器人工作站的模式，搭配变位机、除尘系统、预热系统等。

2.3 高强钢焊接工艺进展

在工程机械的产品设计过程中，承载吨位与自身重量是一对矛盾体，为了降低自重，设计人员更青睐于选择高强，甚至超高强钢板，在结构设计方面，则采用薄厚板对接的形式，上述两个方面均对焊接提出了新的挑战。钢铁冶金技术的不断进步使低合金高强钢实现了洁净化、细晶化和力学性能上的强韧化，这就要求在焊接过程中与之匹配的焊接材料也必须实现洁净化和强韧化，否则接头性能将不能与母材匹配，进而成为焊接接头的薄弱部位。强度≥800MPa的高强钢，要实现焊缝金属与母材的强韧性匹配较为困难，一般强度等匹配的情况下，焊接接头韧性储备往往不够，在进行高强钢焊接工艺评定试验时，接头的强度和伸长率都是合格的，主要是韧性不足引起脆断，高强钢激光焊接工艺有无可比拟的优势，该技术摒弃传统的依托焊接材料过渡合金元素这一复杂过程，采用连续或脉冲激光束作为热源直接熔化待焊母材，其冶金过程类似于电子束焊，能量转换机制通过“激光束小孔”结构来完成，熔融金属填充小孔形成焊缝，激光焊接具有焊接熔深大、热影响区小、焊接速度快等优点，但是激光焊接设备造价高，对工件拼点间隙要求严格。

3 结语

总之，在实际的制造行业中机械焊接工艺技术起到一定的积极作用，机械焊接工艺技术以及机械焊接的性能对于制造业工程结构的可靠性以及安全性具有一定的影响，所以，我国全面发展机械焊接工艺技术是十分重要的。机械焊接对于我国制造行业具有十分重要的作用，我国的专家学者要积极对机械焊接工艺技术进行积极研发，全面为我国机械焊接技术做出应有贡献。

参考文献：

[1] 李洪涛.浅析中国焊接技术的现状与发展[J].黑龙江科技信息，2009.

[2] 郭新军.中国焊接技术的发展趋势[J].才智，2010.

[3] 陈字刚.现代焊接技术的应用与发展[J].大连铁道学院学报，1987.