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逆风正是起飞时 看焊接装备的数字化与智能化

2013-07-24  来源:金属加工在线  

  在《国家中长期科学和技术发展 规划纲要》确定的16项重大专项中, 如大型先进压水堆及高温气冷堆核电 站、大型油气田及煤层气开发、大型 飞机、载人航天与探月工程、集成电 路制造等均离不开连接技术。 在《国务院关于加快振兴装备制 造业的若干意见》中提出的16个重大 技术装备领域中,如大型清洁高效发 电装备、大型乙烯和煤化工成套设备、海洋石油工程装备及液化天然气(LNG)运输船、高速列车、飞机及航空发动 机等领域也与焊接密切相关。

  这些重大工程的需求正推动 传统的焊接向自动化、智能化以 及“高精度控形”、“低损伤控性”的先进制造模式的转变,为此, 我们可从以下几个方面对焊接装 备的发展方向做一下分析和探讨:

  近年来,以高性能、高效率为 目标的各种类型的复合焊技术成为 以改善工艺和产品质量为目标的热 点。一批具有自主知识产权的由新原理、新装备支持的焊接新工艺正在迅速形成。

  1.积极促进焊接热源的创新发展

  例如,近年来对激光-电弧热 源、激光-搅拌摩擦、等离子-电 弧热源、电弧-电弧热源等多种类型的复合焊接热源与焊接工艺的 着力关注,其实质是改善单一热源在能量分布与冶金过程中的局 限性,而使复合后的热源获得原 来不具有的效果和优势。 这一进展已经或将会以焊接工艺与装备集成的特点,使得焊 接“控形、控性”目标的实现走 出了实质性的一步并对当前迅速发展中的高强、超高强材料的焊 接需求是一个十分重要的新的技 术支撑。

  大家知道,现代控制理论与数字信号处理技术的结合,已能够通过“源”的能量输出形式的变化赋予“弧”的新的热特性和力特性,由此涌现出一系列“受控”条件下的弧焊新工艺。例如,通过对接头成形与热输入的定量分析来选择金属过渡的形式;多热源复合在提高焊接效率的同时也提升了焊接接头的综合性能。又如,对于船体甲板、舱壁、壳体等结构的T型梁,采用传统GMAW焊时是双面坡口焊接,当采用激光-电弧复合焊时,可以无坡口实现全熔透焊接,焊丝消耗可减少4至7倍,甲板焊接变形程度减小2/3。可见这些新工艺、新装备的深度开发及其推广应用已是我们面对的现实课题。

  经20多年来的推广,使焊接与切割等工业机械人得到了前所 未有的广泛应用,我国已成为世 界焊接机器人需求增长率最高的 国家之一,去年的销量达到2.26 万台。

  2.积极促进焊接自动化智能化技术的持续发展

  自2004年以来,国内焊接 机器人市场年平均增长率达到 40%以上,2011年增长率达到 51%,焊接机器人新安装量达 到23000台。国际机器人联合 会预测,到2014年中国将成为 全球最大的工业机器人市场。

  近两年,一方面由于人力成本大幅上升,压缩了加工企业的盈利空间,另一方面对制造效率和产品品质的要求不断提高,从而迫使大量的制造企业向自动化和智能化生产模式转型。 至今,我国工程机械等 行业的“装载机”、“挖掘机”、“起重机”等产品的年 产量已超过万台以上。 徐工、中联、三一等国内工程机械行业大型企业,已经建立了具有特色的中厚板钢结构件机器人自动化生产线(100台以上焊接机器人),打破了国外公司对焊接自动化技术的长期垄断。手工焊的焊接速度难以超过每分钟500毫米,而先进的自动化焊接已达到了每分钟几米甚至十几米。 由此,就会提出金属在高速熔化、物化反应、凝固结晶等新的焊接冶金问题;就会提出对焊接过程组织、缺陷、应力状态等的控制问题; 就会提出焊接过程各参数信息的获取、分析及其与质量的关联问题;就会提出新的高效、高能量焊接热源及其“弧-源”协同问题;就会提出新的装备如何满足新工艺的需求问题。

  “逆风正是起飞时”上述需要攻克的重点难题也正是我们面对的巨大开拓空间和发展前景。

  必须认识传统焊接的“经验”制造与现代的先进制造之间的区别。并积极推动焊接工艺、焊接装备和焊接材料之间建立起“精量化”的联系,促使传统焊接制造过程由部分定量  +  经验试凑的模式向基于工艺与质量“数据库”的在线优化与监控模式的转变;

  3.积极促进焊接装备产业的科学发展

  实现从传统焊接的“控形”加工向 具有接头性能预测和参数调控能力的 “控性”技术的提升,这就需要我们着力攻克“弧-源”能量传递形式、焊接热循环和焊接材料冶金过程控制、焊接结 构应力状态对其服役性能影响等基础技 术研究的难关,进而推动具有机理和规律支 撑的、可定量预测和控制的新一 代焊接数字化和智能化制造体系 的形成,积极促进焊接装备产业 的科学发展。至今,我国虽为“焊接大国”,但仍 缺乏“大国”应有的实力。我们已经看到,现代装备的使役正趋向各类“极限”工作 环境,而且进一步提出了长寿命、高可靠 的要求,这些需求的挑战正颠覆和转变着 “焊缝成形美观”这一传统的焊接质量评 价观念。

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