先进焊接技术发展现状与趋势

摘 要：目前先进的焊接技术包括无人工厂用的编程型焊接机器人、电子束焊接、激光焊、搅抖摩擦焊等，这些先进的焊接技术在核工业、航空航天工业、船舶工业、汽车工业等领域正在发挥着越来越重要的作用。

关键词：先进焊接技术；电子束焊；激光焊

引言

焊接是一种较为可靠、成本较低、而且较为精确的金属材料连接方法，截止目前为止还没有哪一种方法能比焊接的方法在连接金属材料方面更好、更可靠。随着近几年高科技、汽车、路桥、铁路、建筑业等基础产业的飞速发展，焊接技术的应用前景也越来越广泛。目前，我国的焊接技术已经进入到了数字化时代。在数字化技术的不断发展的带动下，在数字化控制技术日益成熟的大背景下，数字焊机已经开始在我国的发达地区开始应用于生产。数字化控制与数字化焊机是焊接自动化的先导，随着我国焊接技术的高效化、智能化、数字化进程的不断加快，相信属于我国的自动化焊接技术就要到来了。应该看到的是，我国目前的焊接自动化率仅为百分之三十，而西方发达国家早已经超过了百分之八十。看到了不足，更需要我国的焊接技术研发部门加大研发力度，提高我国的焊接自动化水平。

1 先进焊接技术应用领域

1.1 在航空领域的应用

焊接在航空航天领域的应用极为广泛，航空航天工业中的许多金属材料都需要使用先进的焊接工艺焊接在一起。航空航天工业中由于使用的金属材料的特殊性，使得应用于航空航天领域的焊接技术也必须具有一定的先进性。航空航天工业中许多新材料的广泛应用促成了特种焊接技术的应运而生。我国的航空航天工业中目前最常使用的是高能束流焊接技术与固态焊接技术。高能束流焊接技术包括了等离子束焊接、激光焊与电子束焊接技术；固态焊技术包括了各种摩擦焊以及扩散焊。这其中的激光焊、电子束焊、搅拌摩擦焊是在我国航空航天领域中最经常使用的三种先进焊接技术。这些技术的出现，使得传统的铆接技术正在逐渐退出历史的舞台，先进焊接技术在航空航天领域的应用已是大势所趋。焊接技术的变革，离不开新材料的变革，航空航天工业与其他行业不同，对材料的材质要求较高，要求所使用的材料不仅具有物理的坚固性，而且更要有质量上的轻质性。要求材料要能够适应任何复杂的高低温变化剧烈的外部环境，并且还要具备多功能、高性能、复合化的特点。我国的航空航天材料在这样的要求下度过了四个阶段目前正处于第五代材料的阶段。由于焊接的可靠性的逐步提高，许多采用螺栓连接的部位由于是永久连接因此目前也转而使用焊接连接，焊接连接的部件在我国的航空航天领域内已经超过了百分之五十，焊接的工作量已经达到了全部工时的百分之十。焊接在航空航天工业中的重要性已经不言而喻。

下面我们就把航空航天工业中常用的几种焊接方法分别进行阐述：

1.1.1 激光焊接技术的应用

激光焊接可以焊接的金属种类较多，并且激光焊接的速度极快，可以达到传统的弧焊的几十倍，这种速度的提高是惊人的，而且激光焊接产生的焊缝的深宽比也可以达到12：1，在焊接的过程中因热量引起的变形也较小，是较为适宜实现柔性自动化的焊接方法。激光焊也因为上述的优点而入选21世纪最有前途、最有开发潜力的高能束流焊技术。激光焊在航空航天的工业中主要用于武器装备与飞行器的结构的制过程之中。飞行器的合金飞行舵翼就需要使用激光焊接技术进行完美焊接。

1.1.2 电子束焊接技术的应用

电子束焊接技术即指以高能高密度的电子束作为能量载体对被连接件进行焊接加工的一种精密焊接技术。电子束焊接技术的特点是功率密度极高但是焊接的热量输入却反而可以很小，这就使得零修的的变形也极小，焊接以后几乎没有残余应力，焊缝的深宽比也较大，与传统的焊接技术相比神奇的是焊接的接头部分无氧化。电子束焊接技术主要用在飞行器的腹、鳍、框、架以及继电器、波纹管等部分。现在，电子束焊接技术已经成为大型飞机制造公司的标准配置，是制造飞机主、次承力结构件和机翼骨架的必选技术之一，也是衡量飞机制造水平的一把标尺。

1.1.3 搅拌摩擦焊在航空航天业的应用主要包括以下几个方面：机翼、机身、尾翼；飞机油箱；飞机外挂燃料箱；运载火箭、航天飞机的低温燃料筒；军用和科学研究火箭和导弹；熔焊结构件的修理等。

由以上资料可以看出，随着新材料、新技术的出现，在航空航天领域，先进焊接技术这逐渐取代传统制造技术而成为主流发展趋势。

1.2 在汽车制造领域的应用

1.2.1 电子束焊接主要用于变速箱齿轮、行星齿轮框架、后桥、汽缸、离合器、发动机增压器涡轮等部件的焊接。焊接热处理强化或冷作硬化的材料是，接头的力学性能不发生变化。同时，可以焊接内部需保持真空度的密封件、靠近热敏元件的焊件、形状复杂且精密的零部件，也可以同时施焊具有两层或多层接头的焊件。

1.2.2 激光焊技术主要用于车身拼焊、框架结构和零部件的焊件。激光拼焊是指在车身设计制造中，根据车身不同的设计和性能要求，选择不同规格的钢板，通过激光裁剪和拼装技术完成车身某一部位的制造。

1.2.3 搅拌摩擦焊在汽车制造工业中的应用主要为：发动机引擎和汽车地方车身支架，汽车轮毂，液压成型管附件，汽车车门预成型件。

2 技术创新的趋势

目前的设备主要用于航天、军工、船舶、交通等关系国计民生的行业，随着各种技术尤其是先进连接技术的创新，会逐渐进入到普通民用工业领域。有如下3个趋势：（1）小型化。（2）集成化。（3）信息化：

2.1 小型化

随着各种新技术的涌现和融合，这些应用于大型结构的设备将不断的小型化以适应普通的生产需求。同时还可以在同等工作要求下精简设备、降低成本，使普通的小企业也可以享受这种高效、优质的技术。

2.2 集成化

现在主流的先进焊接技术大部分都是独立运行，很少与其他的焊接技术一同使用。这一状况将逐步扭转。先进焊接技术固然设备庞大，运行复杂。

2.3 信息化

整个行业共同研发一套专业数据库，形成行业标准。使得对各种材料和各种工艺要求可以有不同的参数可供选择，具体如焊前处理、焊接参数、焊接检测与监控、焊后处理四个模块。使我国工业整体上水平，达到产业升级。

3 结语

焊接作为一种传统技术又面临着21世纪的挑战。一方面，材料作为21时间的支柱已显示出：5个方面的变化趋势，即从黑色金属向有色金属变化；从金属材料向非金属材料变化；从结构材料向功能材料变化；从多维材料向低维材料变化；从单一材料向复合材料变化。新材料的连接对焊接技术提出了更高的要求。另一方面，先进制造技术的蓬勃发展，正从信息化、集成化、系统化、柔性化等几个方面对焊接技术的发展提出了越来越高的要求。先进焊接技术将逐步实现上述要求，提升整个制造业水平。

参考文献

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