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工业制造业 |
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2007-12-19 电焊机行业现状及发展趋势_06 *
3.3.1激光焊
近年来，我国在大功率激光的研制方面取得了巨大的成果，所研制的激光器功率已达到并超过了万瓦级，形成了激光焊接、切割、打孔、表面处理、合金化、熔覆、快速成型制造、直接成型、光刻等十几种应用工艺，在汽车、电子、航空航天、机械、冶金、铁道、船舶等工业领域广泛应用。一些著名高校、院所激光焊接及切割设备及工艺研究力量不断加强，如，北京工业大学激光工程研究院、上海交通大学闵行新校区激光制造实验楼、华中科技大学激光技术国家重点实验室、武汉楚天激光集团等。由于我国对激光光束质量的研究不够深入，在实际应用方面与国际先进水平相比存在很大差距。大功率激光焊接切割设备、激光—电弧复合焊设备的研究和应用基本停留在实验室阶段，使得目前用于激光制造的大功率激光器只能依赖进口。
未来5年，我国应加强激光焊机研究。大功率CO2、YAG激光焊接切割设备、激光—电弧复合焊设备的研究是重要的发展方向，这些先进技术设备是我国生产实际中急需的设备。扩大其在军事、航空航天、汽车制造、舰船等领域的应用，部分替代进口产品和传统焊接工艺（电阻点/缝焊、弧焊）。
未来15年，在嫁接引进国外激光焊接切割关键技术及设备的基础上实现跨越式的发展，能够有我们自己研制的大功率激光焊接切割用于生产线中，更多焊接设备生产厂家研发成熟的激光—电弧复合焊设备，此技术和设备已被更多的生产厂认可和采用，并盼望其成本更低，应用更广泛。
3.3.2电子束焊机
电子束焊接技术经历了四十多年的发展历程。电子束技术的基础理论研究已取得了重大的进展，中小功率电子束焊机相对已比较成熟。电子束焊接的应用研究也取得了长足的进步，在很多工业领域已被成功地广泛应用。
a.国外电子束焊机的技术水平现状有以下几个特点
⑴1-60kW、50kV-180kV电子束焊机技术性能已经成熟，通用型焊机已可批量商业化生产。对钢板的一次性焊接深度可达300mm，焊接室最大容积达到2000m3。
⑵焊接应用领域日趋扩大，焊接应用工艺非常成熟，国外大型汽车厂及大型航空发动机和电力行业的大型发电机的重要零部件生产，都有成熟固定的电子束焊接工艺。
⑶已开发出一系列特种用途，超高压、大功率的电子束焊机。目前国外的电子束焊机，已从高真空型发展到低真空和非真空型，功率从几千瓦发展到上百千瓦，从标准的通用焊机发展到高效率的专用焊机及焊接生产线，自动化程度不断地提高。目前最新的进展有：加速电压600kV，功率300kW的超高压电子束焊机的问世，双枪及填丝电子束技术的研究，非真空电子束焊接及生产率高达500件/小时的非真空电子束焊接在汽车制造领域的应用等。
b.国外电子束焊接技术的发展有以下趋势
⑴进一步完善与提高大功率、超高压电子束焊接设备的技术性能，并拓展其市场应用领域，逐步走向商业化生产。
⑵利用现代计算机技术、控制技术与传感技术，发展智能化的柔性电子束焊接设备。
⑶利用新的真空技术的发展成果，进一步开发适合工业化应用的局部真空及非真空电子束焊接设备。
⑷加强电子束焊接的基础研究工作，进一步深入研究电子束与材料交互作用的机理。开发具有束流品质诊断与精确控制性能的产品。
⑸研究开发复合型、多功能型的新型电子束焊接设备。
c.国内电子束焊接技术现状及发展趋势
我国已有30多年电子束焊接技术的研究开发、应用历史。目前1kW-15kW、60kV中小功率、中压型电子束焊机以国内自行生产为主，大功率、高压电子束焊机主要以从国外引进为主，部分设备是以中外合作方式生产。目前我国电子束焊机拥有量约为200多台，并呈继续增长之势。
国内的电子束焊接应用发展比较迅速。在航空工业领域发动机转子部件、机匣、功率轴等十几种零件均已固定使用电子束焊机工艺，汽车工业的变速箱齿轮、离合器齿轮广泛采用电子束焊接工艺。电子仪表行业中压力膜盒、电磁阀阀芯、航空继电器及波纹管的焊接也大量采用电子束焊接工艺手段。
国内的高压大功率电子束焊机仍处于研制阶段，技术质量有待提高。高压大功率、大焊接室的电子束焊接设备是我国电子束设备研制开发的一个重要方向。其核心关键部件的技术及其加工制造也是我国需要重点攻克的一个技术难关。此外，国内正在积极开展高品质的束流源发生器的基础研究与局部真空焊接设备的研制，以满足国内用户不断增长的需求。
3.3.3搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊技术从1991由英国焊接研究所发明至今，已经历了从技术研究到高层次的工程化和工业化应用阶段，形成了一个新的产业。如，在美国宇航制造工业、北欧船舶制造工业、日本高速列车制造等领域得到广泛应用。目前，全世界已有十几个厂家得到英国焊接研究所授权，成为专业化的搅拌摩擦焊制造商。2002年，我国北京赛福斯特技术有限公司成为中国唯一得到授权的研发企业。目前，已有十几台搅拌摩擦焊用于我国的教学、科研和焊接生产；2004年，平面二维FSW设备研制成功，并已用于热沉器类产品的焊接生产，该设备还能容易地实现尺寸较小的曲线焊缝的焊接或空洞修补；制订了《铝及铝合金搅拌摩擦焊质量标准》（Q/9S103-2004）和《铝及铝合金搅拌摩擦焊工艺标准》（Q/9S102-2004）；搅拌头的研究也取得了突破。
经过两年多的技术积累和市场推广，预测在3-5年内，搅拌摩擦焊技术有望首先扩大应用到我国航空航天工业中，实现我国航空航天焊接制造技术的跨越式发展。同时，在轨道列车、快速舰船领域亦有广阔的应用前景。
高质量的搅拌摩擦焊连接，有赖于焊接过程对各工艺参数的精确控制：各轴的负荷、搅拌头温升、焊接主轴转速及焊接速度等；精密设计的搅拌头、具有良好刚性的数控机床，以及采用高精度的机器人，实现各类接头的可靠性连接是发展目标。搅拌头材料的正确选择，搅拌头型面的优化设计和寿命提高，并将其应用于高强度、高熔点金属材料的焊接是今后几年乃至十几年的重要研究内容。
线性摩擦焊技术研究，设备开发及推广应用也是有待开展的重要工作内容。
综上所述，摩擦焊及其加工技术可谓是万变不离其宗，其实质就是压力与运动摩擦。通过改变运动摩擦的形式，或与其他形式的运动合成，或对局部塑性变形进行有效控制等，就可以演变出多种摩擦加工工艺。从搅拌摩擦焊和相关工艺的发展可以看出，综合集成将是先进焊接技术发展的主要方向。国内有关搅拌摩擦焊及摩擦加工技术的研究尚处于起步阶段，其研究与应用水平与国外的差距很大，在跟踪先进技术的同时必须注意加强技术创新能力。
3.4焊接机器人及自动化焊机
目前我国的焊接自动化率只有20％左右，国家从上个世纪末开始逐渐在各个行业推广气体保护焊，取代手工电弧焊，现已初见成效。可以预计在21世纪的前10年，我国的焊接技术仍然是在传统的框架内继续增长与改进，智能型焊接也会在特定领域适当发展。
我国焊接机器人技术研究始于20世纪70年代，应用面及数量与发达国家比尚处于初级阶段，与发达国家相比差距较大。近年来，我国焊接机器人融合了国外的成熟技术，得到了迅速发展，清华大学、南昌大学、哈尔滨工业大学、华南理工大学等高校和科研机构的焊接机器人研究水平不断提高，一些技术，如爬行式焊接机器人在国际上也处于领先地位，这些院所及首钢莫托曼机器人有限公司、唐山松下产业机器有限公司、OTC公司等厂家的焊接机器人已开始走向实用化阶段。目前，我国用于汽车、摩托车、造船、电力、石化等领域的弧焊/点焊机器人大多是进口，如，COMAU、KUKA、OTC机器人在8万辆长安之星焊接线上的应用。这些进口的焊接机器人使用，使焊接质量得到了极大改善，有效提高了企业的劳动生产效率，减轻了工人的劳动强度。但这些进口设备仍有焊接位置偏移后重新示教、弧焊机器人焊缝跟踪、焊接机器人备品备件、机器人的校轴过程占用过多时间、机器人电器控制系统、机器人与其他设备或工位上障碍物碰撞等问题急需解决。
焊接机器人技术的研究与实际应用是今后5年我国焊接设备技术进步的重要标志。消化吸收国外先进技术，减少进口，研制具有我国知识产权的、国际先进水平的焊接机器人，保证质量、增加数量，将其应用从汽车、摩托车焊接扩展造船、电力、核能、石化等领域。推动我国焊接切割机器人的研制和产业化进程。逐步用自动化焊切设备，替代手工和半自动化设备，缩小我国与世界先进水平的巨大差距。从购买国外焊接机器人到消化吸收、自主开发，并形成具有知识产权的焊接机器人系统。
未来15年，自动化焊机的研制、生产推广达到世界先进水平，使用比例和国际接轨。我国焊接机器人在实际焊接生产中的应用领域及数量将大幅增加，并有水下焊接、太空及失重条件的焊接机器人研制成功。结合逆变电阻焊机技术的发展、激光—电弧复合焊技术的提高、焊接生产个性化要求的提高，更加先进的点焊/弧焊机器人、专用机器人、智能化的新一代焊切机器人将应用在生产实际中。
3.5专用、成套设备
随着技术进步和社会发展，对专用、成套设备的技术性能要求越来越高，需量也不断增大。这方面，我国有实力的焊接研究院所、知名企业进行了长期的技术研究、市场开发、人才储备和科学化现代化管理。成都电焊机研究所、成都焊研科技有限责任公司、四川成焊宝玛焊接装备工程有限公司、成都焊研威达自动焊接设备有限公司的产品和技术，不仅在很大程度上满足了国内不同用户的需求，而且有部分专用、成套焊接设备出口创汇。
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