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1、焊接及自动化技术摘 要：随着各种新技术的发展材料加工技术也得到了快速的进步，新兴的加工手段成为高精尖技术实现的关键。我国作为正在崛起中的发展中国家正面临着空前的历史机遇和挑战，我国已成为世界的加工中心。但是，在基础工业、装备制造业等关系国计民生的基础领域我国还没有能够掌握核心知识，亟待提高。材料加工技术作为制造业的手段对于制造业的发展有着很大的影响，所以发展材料加工技术助力我国装备制造业的崛起有着重要的意义。本文从材料加工技术的发展现状开始，介绍分析材料加工技术中焊接加工方法及其自动化技术对于制造业的重要作用，焊接自动化的意义、发展特点。关 键 词：材材料加工； 制造业； 焊接方法； 焊接自动
2、化化1. 引言进入21世纪，经经过30年改革开开放的发展我我国的装备制制造业取得了了令人瞩目的的成就，形成成了门类齐全全、具有一定定规模和水平平的装备制造造体系。装备备制造业是关关系到国民经经济发展和国国防建设提供供基础性、战战略性的产业业，一个国家家的装备制造造业发展水平平是一个国家家发达程度的的重要标志。所谓装备制造业业按装备的功功能和重要性性可以分为三三方面内容：（一）重大的先先进的基础机机械，即制造造装备的装备备工作“母机”，主要包括括大型机床（NC）、柔性制造单元（FMC）等；（二）重要的机机械、电子基基础件，主要要有先进的液液压、气动、模模具、微电子子和电力电子子器件、仪器器仪表及
3、自动动控制系统等等；（三）国民经济济各部门科学学技术、军工工生产所需要要的重大成套套技术设备，如如先进的军事事装备，通信信、航管及航航空航天装备备等。装备制造业为国国民经济各行行业提供技术术装备，产业业关联度高、吸吸纳就业能力力强，是各行行业产业升级级、技术进步步的重要保障障和国家综合合实力的集中中体现。最近近几年我国的的制造业发展展速度快，重重大技术装备备自主化水平平显著提高，已已经成长为装装备制造业大大国。然而产产业大而不强强，自主创新新能力差、基基础制造水平平落后，所以以我国仍不是是制造业强国国。面临的问问题是：对外外依存度较高高，在国际竞竞争中处于不不利地位；整整体素质不高高，产业集中
4、中度低，缺少少具有国际竞竞争力的大企企业；产业基基础薄弱，基基础制造装备备、基础元器器件、关键原原材料发展滞滞后，高新技技术与传统装装备工业改造造结合不够，装装备制造业信信息化程度、自自动化程度不不高。在装备制造业中中主要的任务务就是通过各各种加工技术术手段制造出出满足各种性性能需求的设设备。材料的的制备与加工工既包括传统统的冶炼、铸铸造、压力加加工、焊接、热热处理、烧结结、表面技术术、机械加工工和对加工过过程的模拟与与仿真技术，也也包括新发展展的高能束（激激光束、电子子束和离子束束）表面改性性技术、真空空溅射、气相相沉积、热喷喷涂、多种材材料复合等新新工艺。材料料的制备与加加工决定了材材料的
5、成分和和组织结构，从从而决定了材材料的性能。材材料的制备技技术与加工的的开发显得格格外重要，否否则新材料难难以达到工业业使用的要求求，如高温超超导材料不解解决成材与稳稳定性问题，便便无法应用于于强电方面；陶瓷材料的的优越性虽很很突出，但如如果不通过合合理的制备工工艺提高韧性性、降低成本本，也不会有有竞争能力。对对传统材料来来说。只有不不断采用新的的制备与加工工工艺，才能能使材料性能能不断提高，才才会有竞争力力。在各种加工方法法中焊接作为为一种材料连连接方法，在在材料加工和和设备制造过过程中起着不不可替代的作作用。焊接加加工方法是制制造业中重要要的加工方法法之一，由于于焊接制造工工艺具有综合合多
6、学科最新新知识的特点点，使得焊接接技术能够更更快地融入最最新科学技术术成就而具有有时代发展的的特征。众所所周知，焊接接技术自诞生生半个多世纪纪以来，受到到多个学科最最新发展的直直接导引，在在各飞速发展展因素的影响响下，如复杂杂的焊接冶金金物理化学过过程、合理工工艺制定与实实现等，尤其其是材料、信信息学科新技技术的影响，导导致数十种焊焊接新工艺的的问世，使焊焊接工艺操作作正经历着从从手工焊接到到自动焊，自自动化、柔性性化到智能化化的过渡。焊焊接技术的更更新同时也带带动了其他加加工技术的进进步，使整个个加工制造业业的水平提升升，这也使焊焊接技术成为为推动加工手手段发展和制制造业进步的的重要动力。2
7、 焊接技术术2.1 焊接概概念所谓焊接是指对对于同种或异异种材质的工工件通过加热热、加压或两两者同时使用用，并且用或或不用填充材材料的方法，来来实现工件的的原子间建立立的永久性的的连接的过程程。焊接技术术是现代制造造业中不可缺缺少的先进制制造技术，广广泛应用于机机械、冶金、建建筑、汽车、船船舶、航空航航天、军工和和军事装备等等产业部门。在金属材料加工工中对于金属属的焊接,按其工艺过过程的特点大大致分为如下下三大类： 手工电电弧焊；熔焊 气体保保护焊； 埋弧焊焊； TIGG焊等压焊 电阻点点焊； 电阻缝缝焊； 闪光对对焊等。钎焊 软钎焊焊； 硬钎焊等。2.2 传统焊焊接方法在这里传统的焊焊接方法
8、主要要是指像手工工焊条电弧焊焊、电渣焊、二二氧化碳气体体保护焊、埋埋弧焊、TIIG焊、MAG焊等发发明时间相对对较长、应用用也比较成熟熟和广泛的焊焊接方法。传统的焊接方法法有着自身的的特点，如手手工电弧焊，适适用性强，可可以焊接多种种焊缝的多种种角度的特点点是其他焊接接方法所不可可代替的同时时设备简单，操操作灵活方便便。但是对工工人的技术水水平要求高和和生产率较低低，环境污染染严重也是手手工电弧焊在在加工过程中中的主要缺点点。气体保护护焊以价格低低廉的二氧化化碳气体作为为保护气体进进行焊接，焊焊接操作简单单，适合自动动焊和全方位位焊等焊接方方法，由于二二氧化碳气体体的热物理性性能的特殊影影响，
9、使用常常规焊接电源源时，焊丝端头熔化化金属不可能能形成平衡的的轴向自由过过渡，通常需需要采用短路路和熔滴缩颈颈爆断。因此此，与MIGG焊自由过渡渡相比，飞溅溅较多。但如如采用优质焊焊机，参数选选择合适，可可以得到很稳稳定的焊接过过程，使飞溅溅降低到最小小的程度。由由于所用保护护气体价格低低廉，采用短短路过渡时焊焊缝成形良好好，加上使用用含脱氧剂的的焊丝即可获获得无内部缺缺陷的高质量量焊接接头。因因此这种焊接接方法目前已已成为黑色金金属材料最重重要焊接方法法之一。在基基础制造中，如如汽车车身加加工，船舶制制造，机械零零件连接等领领域占有着相相当大的使用用比例。在近代的金属加加工中，焊接接比铸造、
10、锻锻压工艺发展展较晚，但发发展速度很快快。焊接结构构的重量约占占钢材产量的的45%，铝和和铝合金焊接结结构的比重也也不断增加。传传统焊接方法法发展应用的的比较成熟，但但是随着社会会的发展，对对金属材料的的使用需求量量增加，需要要对更多的金金属进行处理理，传统的焊焊接方法已不不能满足各种种复杂焊接接接头的性能要要求，所以许许多新型的焊焊接方法被创创造出来，并并且在原来传传统的焊接方方法的基础上上人们正努力力的提高各种种焊接方法的的接头性能，向向实现焊接自自动化的方向向迈进。为我我国的制造业业的快速发展展提供强有力力的技术保障障，通过焊接接技术的更新新推动、加快快我国装备制制造业的技术术升级。2.
11、3 新兴焊焊接方法与传统的焊接方方法相对应，是是在最近一段段时期发明的的焊接方法，以以搅拌摩擦焊焊、电子束焊焊、激光焊为为代表的焊接接方法具有接接头性能好，焊焊接效率高等等特点。下面面仅以搅拌摩摩擦焊和电子子束焊为代表表进行简单介介绍。搅拌摩擦焊和常常规摩擦焊原原理相同利用用搅拌摩擦产产生的能量作作为热源进行行焊接。焊接接过程是通过过将搅拌头插插入焊缝中，搅搅拌头高速旋旋转，使其与与焊接工件材材料摩擦，使使连接部位的的材料升温软软化并通过搅搅拌后形成焊焊缝，搅拌摩摩擦焊的焊接接过程原理如如下图所示：图1 搅拌摩擦擦焊示意图由于搅拌摩擦焊焊采用独特的的焊接形式，所所以搅拌摩擦擦焊的接头性性能与其
12、他焊焊接方法的焊焊接接头也有有很大的不同同。搅拌摩擦擦焊的焊接过过程有如下特特点：不需要要消耗焊接材材料，如焊条条、焊丝、焊焊剂、保护气气等；焊接时时温度较低，焊焊后形成的残残余应力和焊焊接变形相对对熔焊焊接方方法也小得多多；作为一种种固相焊接方方法，焊接前前及焊接过程程中对环境的的污染小；焊焊前工件无需需严格的表面面清理准备要要求，焊接过过程中的摩擦擦和搅拌可以以去除焊件表表面的氧化膜膜；焊接过程程中无烟尘和和飞溅同时时噪声低；由由于搅拌摩擦擦焊仅仅是靠靠焊头旋转并并移动，逐步步实现整条焊焊缝的焊接，所所以比熔化焊焊甚至常规摩摩擦焊更节省省能源，效率率更高。目前前搅拌摩擦焊焊已经得到了了广泛
13、的应用用，由于搅拌拌摩擦焊的接接头纯净，质质量可靠，所所以在很多高高精尖的技术术如航空航天天技术、船舶舶、汽车制造造等领域使用用广泛。目前前，有现象表表明搅拌摩擦擦焊的焊接接接头也存在着着严重的安全全隐患，在使使用过程中会会出现突然断断裂，并且在在断裂之前毫毫无征兆，这这样的缺陷往往往会造成巨巨大的损失。搅搅拌摩擦焊的的这种缺陷已已经引起了研研究人员的注注意，并对搅搅拌摩擦焊的的接头断裂问问题展开了研研究，找到导导致缺陷的原原因，减少焊焊接缺陷造成成的损失。以电子束焊和激激光焊等焊接接方法为代表表的焊接方法法称为高能束束焊接。电子子束焊接是一一种利用电子子束作为热源源的焊接工艺艺。电子束发发生
14、器中的阴阴极加热到一一定的温度时时逸出电子，电电子在高压电电场中被加速速，通过电磁磁透镜聚焦后后，形成能量量密集度极高高的电子束，当当电子束轰击击焊接表面时时，电子的动动能大部分转转变为热能，使使焊接件的结结合处的金属属熔融，当焊焊件移动时，在在焊件结合处处形成一条连连续的焊缝。对对于真空电子子束焊机，要要焊接的工件件置于真空室室中，一般装装夹在可直线线移动或旋转转的工作台上上，焊接过程程可通过观察察系统观察。电电子束焊机的的工作原理如如下图所示：图2 电子束焊焊原理图电子束焊接具有有以下特点：l 电子束焊能焊接接不同的金属属及合金材料料，尤其高难难熔金属都能能焊接，实现现精确定位；l 最大的
15、穿透深度度可达15毫米，最高的的深宽比大于于10:1，焊焊接直径可达达400毫米；l 电子束焊接，其其焊缝化学成成份纯净，焊焊接接头强度度高、质量好好，焊接时所所需线能量小小，而焊接速速度高，因此此焊件的热影影响区小、焊焊件变形小，除除一般焊接外外，还可以对对精加工后的的零部件进行行焊接；l 可焊接异种金属属，如铜和不不锈钢、钢与与硬质合金、铬铬和钼、铜铬铬和铜钨等、在在真空中进行行焊接，焊缝缝纯净、光洁洁，呈镜面，无无氧化等缺陷陷；l 电子束焊的焊接接效率高，焊焊接速度快，特特别是在焊接接大厚板件时时具有其他焊焊接方法不可可比拟的优势势，电子束功功率等级允许许的情况下，还还可以同时焊焊接多层焊缝缝。新兴的焊接方法法在提高接头头性能、提高高生产效率、改改善工作环境境、解决不同同材质工件的的焊接问题和和减少环境污污染等方面有有了很大的突突破。随着科科学技术的进进步，焊接自自动化已成为为必然趋势。目目前许多传统统的焊接方法法在焊接自动动化的道路上上也快速前进进，如电阻点点焊机器人的的使用，埋弧弧自动焊等
