工程机械中高效焊割技术现状及发展趋势

沈根平

（江苏省江阴中等专业学校，江苏 江阴 214433）

随着房地产、高速公路、地铁、大型机场等行业高速发展，工程机械生产朝着专业化、高效化方向进一步发展，对焊接件本身的要求越来越高。主要体现在焊接的尺寸愈来愈大，材料的强度越来越高，材料的厚度在增加，机构更加复杂，焊缝的数量愈来愈多。特别是在特殊功能的大型设备制造过程中，对焊接内部质量和焊接变形的要求非常高。

1 工程机械的高割焊接

在工程机械产品生产当中，焊割工序占据了重要的地位，约占结构件工作量的55%～75%。焊接结构件中的焊割方法对生产效率和质量起着关键的作用，对整个工程机械质量产生直接影响，包括设备稳定性、使用寿命等。工程机械中切割技术主要指材料的分离方法；而工程机械中焊接是指用电弧的高温将两个不同的金属通过焊接材料形成高强度的接头的加工方法。高效焊割指的是比原有的焊割工艺具有更高的焊割效率的技术，这些焊割技术在制造2025具有非凡的意义。

2 工程机械的焊割技术的现状

2.1 火焰切割

火焰切割是下料最常用的方式，其利用可燃气体（乙炔、丙烷或者天然气等）和助燃气体（氧气等）燃烧火焰对材料进行切割，其本质是金属的燃烧，其加工厚度2～1 200 mm，但低于10 mm 的板火焰切割易产生变形。火焰切割设备的成本低，但气体的安全性要求高，割缝的质量不光滑，焊接前需要进行打磨。目前大部分企业都采用数控火焰切割方法，对于一些现状单一的产品是可行的，但对一些形状复杂的大型产品，还有待提高。

2.2 CO2气体保护气体焊

工程机械现场焊接过程中，目前以半自动CO2气体保护实芯焊接为主，以工件与焊丝之间的产生的强烈电弧来熔化母材和焊材的方法。与其他焊接方法相比，CO2气体保护焊实现焊丝自动送丝，金属熔化量较大，生产效率高及焊接质量好等优势。CO2气体保护焊采取明弧焊接，熔池便于观察，对操作者的要求低，能够实现全位置焊接。另外，现在有部分产品实现CO2气体保护机械手操作，实现送丝和运条都是按程序进行，在压缩电弧的保护下，焊接电弧相对集中，进一步提升了焊接速度，熔池较小，热影响区变窄，焊件焊后变形明显减小，具有良好的抗裂性能。特别是在薄板为主的产品焊接中，采用氩气和二氧化碳混合气体的焊接，可以明显产生产品的飞溅，同时焊得良好的外观成形和可靠的焊接内部质量。

2.3 焊接变位机械

为了确保工程机械焊接中焊缝处在最有利的位置，所以在焊接过程中配置焊接变位机，让其回转轴可以作为外部轴，保持与焊接协调运动。变位机机械可以调整高度来满足工件装卸的需求，以便提高生产施工的便捷。同时，变位机机械匹配合理的装夹工具，使得焊接装配更加容易和高效，缩短时间，全面提高工程机械的装焊质量。焊接变位机已悄然成为工程机械的一种不可缺少的设备。焊接变位机械在我国工程机械行业，有了较快的发展，获得了广泛的应用。就其型式系列和品种规格而言，已问世的，约有十余个系列，百余品种规格，正在形成一个不小的行业。

3 工程机械的焊割技术的发展趋势

3.1 等离子切割机

等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气切割难以切割的金属，尤其是对于有色金属（不锈钢、铝、铜、钛、镍）切割效果更佳；其主要优点在于切割厚度不大的金属的时候，等离子切割速度快，尤其在切割普通碳素钢薄板时，速度可达氧切割法的5～6倍，热变形小、较少的热影响区。精细等离子切割技术应用高精度，高速度的机床以及精细等离子切割电源，可以智能地控制气体流量，对板材实现圆孔切割，精细等离子气割技术已成为金属切割工业中先进的加工方法。但等离子切割会产生大量的金属烟层和有害气体以及电磁辐射，因此，需佩戴专业防护眼镜及面部罩，避免弧光对眼睛及皮肤的灼伤，需要通风并佩戴多层过滤的防尘口罩，避免产生烟气对人体的毒害。

3.2 激光切割

激光切割是利用高功率密度激光束照射被切割金属，使金属很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束对材料的移动，孔洞连续形成宽度很窄的切缝，完成对材料的切割。激光切割后，割缝边缘光滑无氧化物，一般不需要再加工就能直接装配，因而可以有效提高生产效率，降低人工成本。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发展到光纤激光，其中70%主要用于8 mm 以下的薄板切割，20%用于12 mm 以下中厚板切割。激光切割能够高速的切割物品，减少下料的时间、节约资金成本，同时减少切割加工的变形。另外，激光切割产生的金属污染物少，对减少空气污染和提高工作环境也是有利的。未来，激光切割将是工程机械制造业的最标准最常用的下料手段。

3.3 柔性组合夹具

随着科学技术的不断发展，工程机械制造发生了显著的变化，多品种小批量的生产占了很大优势。由于产品更新快，专用夹具造成积压特别是多品种的夹具，暂时不生产时，占用场地，造成不必要的浪费。柔性组合夹具是一种成本低、制造周期短、又能适应不断变化差的产品对象的一种先进夹具，使之适合新的生产特点需要。一些专业的公司开发出了柔性组合式三维焊接工装，并逐渐从满足工程机械制造机器人技术以及设备装配和检测设备等，从而保证工程机械生产的整体流程更为顺畅。

3.4 数字化智能焊接电源

数字化智能焊接技术是指用单片机技术来控制焊接电源的运行状态，使其达到焊接产品所提出的要求，以得到完全合格的焊缝。数字化智能焊接技术的核心就是焊接电源的数字化。和其他专业领域一样，焊接技术的发展同样得益于数字电子技术的发展。

3.4.1 主电路的数字化

即从模拟式焊接电源发展到现在大量应用的是IGBT、MOSFET或双极性晶体管式弧焊逆变器。而且涉及的焊接方法和材料范围越来越广，功率越来越大，相对体积越来越小。

3.4.2 控制电路的数字化

就控制系统的结构而言，数字化焊接电源的控制部分由单片机或/和DSP（数字信号处理器）共同构成，对给定信号流、参数反馈流和网压信号流作综合处理与运算、控制，达到焊接电源的数字化、信息化、柔性化的控制。

3.4.3 人机接口技术

人机交互系统是人机最直接的操作界面，是操作者向计算机输入信息、发出指令及观察现场参数和信息的窗口，具有友好性、功能性、灵活性、一致性、可靠性等特点。国外已有焊机将液晶显示和键盘操作相结合，进行焊接方法、焊接工艺参数设置和信息显示等的人机交互过程。

3.5 软件和传感系统的应用

先进的焊接机器人的工作站对于计算机软件和传感系统技术的使用较多，其功能主要包括一些生产的跟踪、定位、反馈和调整等。在焊接正常进行过程中，电弧的传感器会对焊接电流和电弧电压的检测，并反馈到工作站，并根据专家系统的模型自动修调整实际工作中与系统的位置偏差。同时目前应用的工作站，对装配的要求比较高，电流的大小，摆动的幅度，停顿的时间是由程序控制的，将来通过传感器和软件，焊接过程中不断测量并反馈数据，工作会自动调节焊接工艺参数，以获得良好的外观成形已经可靠的内部质量。

4 结语

当前工程机械的高效焊割技术，比过去有了高速发展，主要以数控火焰切割、等离子切割切割，CO2气体保护气体焊（包含机器人），专用夹具等。当然，随着科技的发展越来越快，产品的周期越来越短，焊接的外观质量和内部质量越来越高，工程机械的高效焊割技术将朝着减少能源的消耗与浪费，降低生产成本，保证工人有良好的施工环境，保证施工的安全性与可靠性，保证产品的可靠性和稳定方向发展。