国内外国内外焊接发展现状及前景

国内外国内外焊接发展现状及前景1.2.1焊接发展现状我国焊接起步较晚，五六十年代我国重点企业的大型焊接装备大部分从原苏联引进。部分由使用厂自行设计制造。到了70年代，我国陆续组建一批专门生产焊接装备的制造厂，如上海、成都相继成立了成套焊接设备厂，“六五”期间，原机械工业部拨专款将长春第二机床厂改建成我国第一家具有批量生产能力，制造专用摩擦焊机和焊接装备的长春焊机制造厂。进入80年代，随着国内焊接装备需求量的增长，各地相继建立了多家中小型成套焊接装备生产厂公司。迄今为止，我国已有10多家焊接装备生产企业，某些企业已具有相当大的规模，已实现焊接装备的批量生产。例如无锡阳通机械设备有限公司，2001年的销售总额达1.2亿元，创历史最高记录，列同行业前茅，2002年预计总产量可达1.8亿元。在发展初期，我国生产的焊接装备大多是较简单的焊接操作机、滚轮架、变位机、翻转机和回转平台等，成套性较差，自动化程度低。焊接操作机与配套设备基本上不能联动控制，用户必须自行改造。进入80年代以后，由于国外先进成套焊接设备的大量引进，促使国产的焊接装备无论在成套性和自动化程度，还是设备精度和制造质量方面都有不同程度的提高。目前已能生产6m6m以上大型立柱—横梁埋弧焊或窄间隙埋弧焊操作机，400t重型滚轮架及重型、轻型自动防窜滚轮架(防窜精度为1.5mm)，100t大型变位机和大、中型翻转机等。批量生产H型钢和箱形梁焊接生产线以及各种类型的按用户需要定制的专用成套焊接设备，并大量采用交流电机变频调速技术、PLC控制技术、伺服驱动及数控系统，焊接装备的自动化程度有了很大的提高，某些操作机还配备了焊缝自动跟踪系统和工业电视监控系统。但从整体水平来说，与先进国家的同行业相比，尚有较大的差距。在国内对铝合金脉冲焊接电弧的研究很多，但研究的方向集中于研究电弧的稳定性，对电弧形态的研究比较少。学者丁伟、侯启孝等对SA1SiS和SAlMg5两种铝合金焊丝的熔化特性和不同电源外特性对脉冲MIG焊电弧稳定性的影响进行了分析，试验结果表明，平外特性焊接铝合金板材时电弧不稳定，焊丝干伸长部分经常突然烧断，而用垂直加外拖电源时，电压呈有规律的周期性变化，电弧比较稳定[12]。在薄板铝合金变极性脉冲熔化极惰性气体保护焊中，采用全桥高压脉冲双向稳弧方式，通过调压器改变高压稳弧脉冲的电压值，研究了铝合金VP—PMIG焊电弧再引燃与稳弧脉冲电压的关系。结果表明，铝合金VP--PMIG焊中，在小基值电流过零时，稳弧脉冲电压对电流过零稳定性的影响比基值电流的影响大[13]。杭争翔、殷树言等在高速摄像的基础上，研究了AC-PMIG焊接铝合金的电弧形态。电弧EN极性时，电弧达到1～1．5倍焊丝直径的高度，焊丝端被电弧阴极斑点包围且呈现亮区，弧呈现典型的钟罩形烁亮区[14]。能够实现稳定的焊接过程。近10年来，在世界工业发达国家，当代焊接装备的发展速度十分惊人，在英、美、德、法、意和日本等国均有相当规模、开发能力很强的焊接装备生产企业。2001年的第十五届世界焊接与切割博览会上参展的焊接装备厂商近百家。近期生产的自动化焊接装备的设备精度和制造质量已接近现代金属切削机床。最值得注意的是，大多数焊接装备采用了最先进的自动控制系统、智能化控制系统和网络控制系统等。广泛采用焊接机器人作为操作单元，组成焊接中心、焊接生产线、柔性制造系统和集成制造系统。早在80年代，国外的焊接装备已向大型化和精密化发展。目前国外生产的重型焊接滚轮架最大的承载能力达1600t，自动防窜滚轮架的最大承载能力达800t，采用PLC和高精度位移传感器控制，防窜精度为。变位机的最大的承载能力达400t，转矩可达450000Nm。框架式焊接翻转机和头尾架翻转机的最大承载能力达160t。焊接回转平台的最大承载能力达500t。立柱横梁操作机和门架式操作机的最大行程达12m。龙门架操作机的最大规格为8m8m。国外很多学者认为，对于脉冲焊接来说，通常首先要实现喷射过渡从而得到一系列的脉冲参数。文献[15]基于高速摄影基础上进行高强度铝合金的双丝MIG焊接，从而得到了不同焊接参数下的不同熔滴过渡形式，实现了tandemMIG焊接一脉一滴的协同控制[16]。由于目前对于一脉多滴过渡形式的研究较少，P.K.Ghosh通过试验对此进行了研究。在Al-Mg合金的脉冲MIG的一脉多滴过程中，熔滴尺寸比较小，一般在脉冲电流条件下产生熔滴脱离焊丝进入熔池的现象，如果选择较长的高基值电流，熔滴脱离过程也可能发生在基值电流时间。P.K.Ghosh等建立了一个数学模型用来分析Al-Mg合金P-MIG焊接过程中的熔滴过渡行为，在不同的和Im条件下，可以根据该数学模型算出每一个脉冲过程中过渡熔滴的大小和数量，但是该数学模型是否可以完全适用，需进行大量的试验来考证[17]。1.2.2焊接发展前景今天，焊接数值模拟技术正进入到焊接过程模拟的耦合集成阶段，它可以解决现在难度较大的专用特性问题，包括解决特种焊接变形及工艺优化问题。目前，我国已经形成了一批较成熟的准商品化的软件，但与发达国家相比，有较大差距。因此，应尽量以国外成熟商业软件为基础，将改进提高与普及应用相结合，加快数值模拟软件开发；要在工厂及科研单位普及这项技术，使之成为优化工艺设计、科技攻关和技术创新的重要手段；要重视与物理模拟和测试技术的配合使用，提高数值模拟的精度和速度；要加强焊接数值模拟基础理论及缺陷形成原理的研究；要多渠道集资，支持数值模拟研究工作[18]。另外，我国目前的研究工作，有一些已接近或达到国际先进水平，应瞄准目标，集中优势力量，争取做出更大的成绩。焊接变形的数值模拟和理论预测在研究和设计领域已得到了广泛应用，它为解决焊接残余应力和变形这一难题带来了新思路和新方法，但仍存在许多问题[19]。首先，在建立科学而精确的物理模型方面还需要做大量的基础性研究工作，其相应的模拟技术与检测技术也有待于向更为精确的方向发展。其最主要的问题是在高温时对材料性能认识还很不足，给数值模拟带来了不少困难，因此必须建立相应的材料特性数据库；其次，由于焊接应力场计算是属于包括相变、塑性、非线性等多方面因素影响的热弹塑性问题，尤其是焊后冷却过程中发生的相变体积膨胀，严重影响残余应力的分布[20]。因此，在关于焊接残余应力数值分析中应该充分考虑到相变作用的影响；再次，由于计算过程复杂，步骤很多，造成了较大的累积误差，难以保证精度。但数值模拟研究成果已使人们对复杂焊接物理现象的本质和规律以及焊接变形的发展有了进一步