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【摘 要】 随着世界以及我国制造产业的不断发展，机械焊接技术应用正在逐日广泛，随着焊接工艺方法的不断涌现，专业焊接的设备更新更是日新月异。本文着重探讨了工程机械焊接技术的发展趋势。
【关键词】 机械焊接；工程机械；焊接工艺；更新；发展趋势
引言
机械焊接技术在各工程中有着广泛的应用，在实际工作中也有着特殊的要求，其定义是在高温或高压条件下，使用焊接材料（焊条或焊丝）将两块或两块以上的母材（待焊接的工件）连接成一个整体的操作方法。焊接技术作为制造业中传统的基础工艺和技术，虽然应用到工业中的历史并不长，但是发展却非常迅速。短短几十年间，焊接已被广泛应用于航空航天、汽车、桥梁、高层建筑、造船以及海洋钻探等许多重要的工业领域，并且为促进工业的经济发展做出了重要的贡献，使得焊接已经成为一个重要的制造技术和材料科学的重要专业学科。
一、工程机械行业焊接技术的现状
我国机械焊接技术有着飞速的发展，但与发达国家相比，还存在着诸多不足之处，有待进一步提高。1999年中国焊接活动周期间，中国焊接协会工程机械委员会邀请工程机械行业的生产厂代表召开了焊接技术座谈会。各位代表介绍了当前各厂的焊接工艺及工艺装备情况，工程机械结构件焊接工艺中，采用自动（半自动）CO2气体保护焊工艺约占70%（以重量计），采用弧焊机器人完成的焊接工作量不足50%，其余为手工电弧焊，各位代表普遍反映以下两方面问题：（1）现在的工艺水平不能适合弧焊机器人的要求。工程机械行业虽然机器人的水平较高、数量较多，但由于焊接前零件的质量较低，弧焊机器人不能满足生产要求，以至造成大量昂贵的设备处于半闲置的状态。（2）70年代初，工程机械行业的个别工厂开始尝试半自动CO2焊接工艺。随着CO2焊机质量的不斷提高，尤其是几家合资公司推出高品质的CO2焊机后，带动了国内焊丝及焊机零件配件等质量的普遍提高，有力地推动了CO2焊接工艺的发展。
二、工程机械焊接技术的发展趋势
1、大型结构件拼点精度提升
随着工程机械产品质量的不断提升，结构件的拼箱精度和焊接质量逐渐成为焊接工艺研究重点之一。传统结构件的拼点方法一般为人工划线，此种方式简单易行，但划线工作量大，生产效率低、受制于划线人员的技能、熟练程度不同，导致结构件拼点误差较大、产品一致性较差，不利于后续工序自动化焊接的实施。针对这一问题，工程机械各企业都设计开发了适应自身结构件特点的拼点工装，但一般来说设计较为简单、精度较低，通用性较差。随着机器人自动化焊接的逐渐普及，高精度拼点工装已成为一种产品，由专业公司设计制造，既保证组对精度，又尽量做到操作简便、通用性强。取代划线拼点作业模式，以高精度等距销孔定位，克服了传统移动后重复定位精度不高的难题，同时配合模块化专用支耳，通过快速锁紧销进行连接，可以实现对不同尺寸结构件的高效、快速换模，进而达到高通用性的特点。虽然拼箱精度高、一致性好，有利于后续的机器人自动化焊接，但是该工装造价昂贵、安装精度高，在使用过程中需要定期维护保养。
3、自动化焊接技术的发展
焊接技术已经向自动化，智能化方向发展。伴随着科学技术的发展，焊接技术逐渐向自动化、智能化方向发展，自动焊接机器人应运而生，以机器人成套焊接工作站或焊接专机替代焊接工人进行自动化焊接作业，不但降低工人劳动强度、改善作业环境，同时可以获得稳定一致的焊缝质量。从长远来看，虽然机器人焊接一次性投入成本大，但一台焊接工作站的服役期至少为10年以上，相对不断增长的用工成本，采用机器人自动化焊接反而更加经济。焊接用机器人，严格来讲只是六轴集成的机械手，本身并不能独立工作，需搭配焊接系统、弧焊软件控制系统、工件装夹变位系统、高效除尘系统等设备才能组成焊接机器人工作站。对焊接变形要求高的结构件，需要在相应夹具上考虑增加反变形措施，大多采用在可能变形位置增加液压缸压紧进行预变形。对一些更大型的结构件焊接，则要求采用两套焊接机械手配合外部轴进行焊接，联动轴数量多达19轴以上在变位机方面，设置为双工位，一个工位用于机械手自动化焊接，另一个工位则针对机械手无法焊到的地方采用人工补焊。自动化焊接工作站的大量应用，对相应的操作人员也提出了更高的要求，需要操作人员不仅熟悉焊接知识，还需掌握机器人控制系统的编程语言、了解自动焊接过程中的电弧跟踪、焊前寻位原理。而目前，国内的大部分工程机械企业操作焊接机械手人员难以具备上述的技能素质，出现问题，仍然依赖设备供应商进厂解决。造价昂贵的焊接工作站，其强大的功能也仅仅开发不足60%。这也对一些专科、技校提出了新的要求，在技能人员培养方面，需要重视对机械手的控制系统、编程语言、弧焊软件系统以及其他的常见故障解决方法等方面进行培训。与机器人焊接工作站相比，焊接专机易操作、价格低、易保养、设备可靠性高，更受到焊接工艺人员的青睐。焊接专机多用于焊缝形式单一的长直焊缝，焊接过程中焊枪无需摆动。对于要求不高的焊缝结构，可以立足自制，将焊接系统与直线运动机构进行组合即可实现专机功能；对焊缝质量及工作环境要求高、焊接过程中需要旋转变位的工件，则可以借鉴机器人工作站的模式，搭配变位机、除尘系统、预热系统等。
3、高强钢焊接工艺进展
在工程机械的产品设计过程中，承载吨位与自身重量是一对矛盾体，为了降低自重，设计人员更青睐于选择高强，甚至超高强钢板，在结构设计方面，则采用薄厚板对接的形式，上述两个方面均对焊接提出了新的挑战。钢铁冶金技术的不断进步使低合金高强钢实现了洁净化、细晶化和力学性能上的强韧化，这就要求在焊接过程中与之匹配的焊接材料也必须实现洁净化和强韧化，否则接头性能将不能与母材匹配，进而成为焊接接头的薄弱部位。强度≥800MPa的高强钢，要实现焊缝金属与母材的强韧性匹配较为困难，一般强度等匹配的情况下，焊接接头韧性储备往往不够，在进行高强钢焊接工艺评定试验时，接头的强度和伸长率都是合格的，主要是韧性不足引起脆断，高强钢激光焊接工艺有无可比拟的优势，该技术摒弃传统的依托焊接材料过渡合金元素这一复杂过程，采用连续或脉冲激光束作为热源直接熔化待焊母材，其冶金过程类似于电子束焊，能量转换机制通过“激光束小孔”结构来完成，熔融金属填充小孔形成焊缝，激光焊接具有焊接熔深大、热影响区小、焊接速度快等优点，但是激光焊接设备造价高，对工件拼点间隙要求严格。国外工程机械企业已开始进行这一技术的研究，并取得了阶段性的进展。降低自重的另一手段是将焊缝设计为薄厚板对接的形式，关键受力处采用厚板，而受力较小、仅是起到增强刚性的部位尽量使用薄板，对于1mm的低合金钢板厚度减少4mm，重量降低可达31kg。但这对焊接技术提出了更高的要求，在保证焊透的情况下，薄板一侧变形量要明显大于厚板，焊缝两侧板厚不同也不利于焊后调平，而对于这种焊接结构较为有效的解决方法是对待焊接头进行预反变形，该方法需要精确的掌握不同板厚的焊接变形量，如果反变形量预留得当，可以基本消除焊后变形。
结语
焊接技术是工程机械制造中的关键技术，自诞生以来，一直受到很多学科最新发展的影响和引导，在新材料以及信息科学技术的影响下，出现了数十种焊接的新工艺，并且使得焊接工艺正从手工焊向自动焊以及智能化过渡。随着自动化焊接技术的发展和新焊接工艺的研究与应用，将进一步提高工程机械产业的制造水平。
参考文献：
[1]李洪涛.浅析中国焊接技术的现状与发展[J].黑龙江科技信息，2009（05）.
[2]郭新军.中国焊接技术的发展趋势[J].才智，2010（31）.
[3]陈字刚.现代焊接技术的应用与发展[J].大连铁道学院学报，1987年01期.
【关键词】 机械焊接；工程机械；焊接工艺；更新；发展趋势
引言
机械焊接技术在各工程中有着广泛的应用，在实际工作中也有着特殊的要求，其定义是在高温或高压条件下，使用焊接材料（焊条或焊丝）将两块或两块以上的母材（待焊接的工件）连接成一个整体的操作方法。焊接技术作为制造业中传统的基础工艺和技术，虽然应用到工业中的历史并不长，但是发展却非常迅速。短短几十年间，焊接已被广泛应用于航空航天、汽车、桥梁、高层建筑、造船以及海洋钻探等许多重要的工业领域，并且为促进工业的经济发展做出了重要的贡献，使得焊接已经成为一个重要的制造技术和材料科学的重要专业学科。
一、工程机械行业焊接技术的现状
我国机械焊接技术有着飞速的发展，但与发达国家相比，还存在着诸多不足之处，有待进一步提高。1999年中国焊接活动周期间，中国焊接协会工程机械委员会邀请工程机械行业的生产厂代表召开了焊接技术座谈会。各位代表介绍了当前各厂的焊接工艺及工艺装备情况，工程机械结构件焊接工艺中，采用自动（半自动）CO2气体保护焊工艺约占70%（以重量计），采用弧焊机器人完成的焊接工作量不足50%，其余为手工电弧焊，各位代表普遍反映以下两方面问题：（1）现在的工艺水平不能适合弧焊机器人的要求。工程机械行业虽然机器人的水平较高、数量较多，但由于焊接前零件的质量较低，弧焊机器人不能满足生产要求，以至造成大量昂贵的设备处于半闲置的状态。（2）70年代初，工程机械行业的个别工厂开始尝试半自动CO2焊接工艺。随着CO2焊机质量的不斷提高，尤其是几家合资公司推出高品质的CO2焊机后，带动了国内焊丝及焊机零件配件等质量的普遍提高，有力地推动了CO2焊接工艺的发展。
二、工程机械焊接技术的发展趋势
1、大型结构件拼点精度提升
随着工程机械产品质量的不断提升，结构件的拼箱精度和焊接质量逐渐成为焊接工艺研究重点之一。传统结构件的拼点方法一般为人工划线，此种方式简单易行，但划线工作量大，生产效率低、受制于划线人员的技能、熟练程度不同，导致结构件拼点误差较大、产品一致性较差，不利于后续工序自动化焊接的实施。针对这一问题，工程机械各企业都设计开发了适应自身结构件特点的拼点工装，但一般来说设计较为简单、精度较低，通用性较差。随着机器人自动化焊接的逐渐普及，高精度拼点工装已成为一种产品，由专业公司设计制造，既保证组对精度，又尽量做到操作简便、通用性强。取代划线拼点作业模式，以高精度等距销孔定位，克服了传统移动后重复定位精度不高的难题，同时配合模块化专用支耳，通过快速锁紧销进行连接，可以实现对不同尺寸结构件的高效、快速换模，进而达到高通用性的特点。虽然拼箱精度高、一致性好，有利于后续的机器人自动化焊接，但是该工装造价昂贵、安装精度高，在使用过程中需要定期维护保养。
3、自动化焊接技术的发展
焊接技术已经向自动化，智能化方向发展。伴随着科学技术的发展，焊接技术逐渐向自动化、智能化方向发展，自动焊接机器人应运而生，以机器人成套焊接工作站或焊接专机替代焊接工人进行自动化焊接作业，不但降低工人劳动强度、改善作业环境，同时可以获得稳定一致的焊缝质量。从长远来看，虽然机器人焊接一次性投入成本大，但一台焊接工作站的服役期至少为10年以上，相对不断增长的用工成本，采用机器人自动化焊接反而更加经济。焊接用机器人，严格来讲只是六轴集成的机械手，本身并不能独立工作，需搭配焊接系统、弧焊软件控制系统、工件装夹变位系统、高效除尘系统等设备才能组成焊接机器人工作站。对焊接变形要求高的结构件，需要在相应夹具上考虑增加反变形措施，大多采用在可能变形位置增加液压缸压紧进行预变形。对一些更大型的结构件焊接，则要求采用两套焊接机械手配合外部轴进行焊接，联动轴数量多达19轴以上在变位机方面，设置为双工位，一个工位用于机械手自动化焊接，另一个工位则针对机械手无法焊到的地方采用人工补焊。自动化焊接工作站的大量应用，对相应的操作人员也提出了更高的要求，需要操作人员不仅熟悉焊接知识，还需掌握机器人控制系统的编程语言、了解自动焊接过程中的电弧跟踪、焊前寻位原理。而目前，国内的大部分工程机械企业操作焊接机械手人员难以具备上述的技能素质，出现问题，仍然依赖设备供应商进厂解决。造价昂贵的焊接工作站，其强大的功能也仅仅开发不足60%。这也对一些专科、技校提出了新的要求，在技能人员培养方面，需要重视对机械手的控制系统、编程语言、弧焊软件系统以及其他的常见故障解决方法等方面进行培训。与机器人焊接工作站相比，焊接专机易操作、价格低、易保养、设备可靠性高，更受到焊接工艺人员的青睐。焊接专机多用于焊缝形式单一的长直焊缝，焊接过程中焊枪无需摆动。对于要求不高的焊缝结构，可以立足自制，将焊接系统与直线运动机构进行组合即可实现专机功能；对焊缝质量及工作环境要求高、焊接过程中需要旋转变位的工件，则可以借鉴机器人工作站的模式，搭配变位机、除尘系统、预热系统等。
3、高强钢焊接工艺进展
在工程机械的产品设计过程中，承载吨位与自身重量是一对矛盾体，为了降低自重，设计人员更青睐于选择高强，甚至超高强钢板，在结构设计方面，则采用薄厚板对接的形式，上述两个方面均对焊接提出了新的挑战。钢铁冶金技术的不断进步使低合金高强钢实现了洁净化、细晶化和力学性能上的强韧化，这就要求在焊接过程中与之匹配的焊接材料也必须实现洁净化和强韧化，否则接头性能将不能与母材匹配，进而成为焊接接头的薄弱部位。强度≥800MPa的高强钢，要实现焊缝金属与母材的强韧性匹配较为困难，一般强度等匹配的情况下，焊接接头韧性储备往往不够，在进行高强钢焊接工艺评定试验时，接头的强度和伸长率都是合格的，主要是韧性不足引起脆断，高强钢激光焊接工艺有无可比拟的优势，该技术摒弃传统的依托焊接材料过渡合金元素这一复杂过程，采用连续或脉冲激光束作为热源直接熔化待焊母材，其冶金过程类似于电子束焊，能量转换机制通过“激光束小孔”结构来完成，熔融金属填充小孔形成焊缝，激光焊接具有焊接熔深大、热影响区小、焊接速度快等优点，但是激光焊接设备造价高，对工件拼点间隙要求严格。国外工程机械企业已开始进行这一技术的研究，并取得了阶段性的进展。降低自重的另一手段是将焊缝设计为薄厚板对接的形式，关键受力处采用厚板，而受力较小、仅是起到增强刚性的部位尽量使用薄板，对于1mm的低合金钢板厚度减少4mm，重量降低可达31kg。但这对焊接技术提出了更高的要求，在保证焊透的情况下，薄板一侧变形量要明显大于厚板，焊缝两侧板厚不同也不利于焊后调平，而对于这种焊接结构较为有效的解决方法是对待焊接头进行预反变形，该方法需要精确的掌握不同板厚的焊接变形量，如果反变形量预留得当，可以基本消除焊后变形。
结语
焊接技术是工程机械制造中的关键技术，自诞生以来，一直受到很多学科最新发展的影响和引导，在新材料以及信息科学技术的影响下，出现了数十种焊接的新工艺，并且使得焊接工艺正从手工焊向自动焊以及智能化过渡。随着自动化焊接技术的发展和新焊接工艺的研究与应用，将进一步提高工程机械产业的制造水平。
参考文献：
[1]李洪涛.浅析中国焊接技术的现状与发展[J].黑龙江科技信息，2009（05）.
[2]郭新军.中国焊接技术的发展趋势[J].才智，2010（31）.
[3]陈字刚.现代焊接技术的应用与发展[J].大连铁道学院学报，1987年01期.