中國兵器科學(xué)研究院寧波分院 劉紅偉

2013年9月12～21日，有幸參加了2013年德國埃森焊接與切割展覽會(huì)及第66屆國際焊接學(xué)會(huì)年會(huì)交流活動(dòng)，通過近十天的參觀與交流，學(xué)到了很多東西。

一、焊接與切割展展會(huì)

由德國焊接學(xué)會(huì)主辦的埃森焊接與切割展覽會(huì)是世界上最大的焊接、切割類展覽會(huì)之一，展出內(nèi)容代表著目前世界上焊接與切割領(lǐng)域內(nèi)最先進(jìn)的焊接材料、工藝技術(shù)以及自動(dòng)化設(shè)備。本屆展會(huì)的內(nèi)容較突出的特點(diǎn)是焊接自動(dòng)化的飛速發(fā)展，從普通的氣體保護(hù)焊到先進(jìn)的攪拌摩擦焊完全可以由機(jī)器人操作，代替了傳統(tǒng)的手工操作，靈活的機(jī)械手臂和精準(zhǔn)的數(shù)控平臺(tái)大大提高了焊接效率和質(zhì)量。焊縫的自動(dòng)跟蹤技術(shù)保證了焊接精度，焊縫在線檢測(cè)技術(shù)提高了焊接效率和質(zhì)量。水刀切割較傳統(tǒng)的熱切割技術(shù)，不會(huì)產(chǎn)生煙塵和有害氣體，完全實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。德國的微型真空電子束焊接設(shè)備更加精巧，真空室只有人的頭部大小。

1.焊割設(shè)備的數(shù)字化、自動(dòng)化程度高

本屆焊接展覽會(huì)的一個(gè)最大看點(diǎn)就是焊割設(shè)備的數(shù)字化、自動(dòng)化程度高，除了焊條電弧焊、氬弧焊設(shè)備，大部分焊割設(shè)備均采用了NC數(shù)控系統(tǒng)和人機(jī)界面，操作者可以根據(jù)不同的焊接件通過人機(jī)操作界面自由設(shè)定焊接參數(shù)或編制焊接程序，并將焊接程序儲(chǔ)存于NC控制系統(tǒng)，最多可儲(chǔ)存焊接程序上百個(gè)，實(shí)現(xiàn)了智能化焊接，同時(shí)再配以機(jī)器人或機(jī)械臂系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全方位高效自動(dòng)化焊接或切割。不但降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，大大提高了效率，同時(shí)可獲得穩(wěn)定、可靠的高質(zhì)量焊縫，并且焊接工藝重復(fù)性、再現(xiàn)性好，焊接質(zhì)量一致性好。

筆者與專家合影

各大廠商紛紛用盡渾身解數(shù)來吸引參觀者的眼球。如ABB公司利用兩個(gè)機(jī)器人協(xié)同“工作”，每個(gè)機(jī)器人末端手臂均“抓”著一個(gè)如家用電視大小的顯示屏，然后共同組成一個(gè)畫面。FANUC公司推出的兩個(gè)機(jī)器人協(xié)同“焊接”籃球球線的展示。眾所周知，籃球表面有好多球線，這些球線的走向很好地代表了目前各種復(fù)雜焊縫的形狀，如馬鞍形、相貫線等。這些焊縫如果僅僅使用一個(gè)焊接機(jī)器人的話，是很難實(shí)現(xiàn)的，而如果采用兩個(gè)機(jī)器人協(xié)同工作，便很容易實(shí)現(xiàn)。FANUC公司很好地解決了這些問題，并且從其公司展出的內(nèi)容可以看出，這些問題解決的相當(dāng)漂亮。

機(jī)器人的協(xié)同運(yùn)動(dòng)是本屆埃森展的一大亮點(diǎn)。傳統(tǒng)的一臺(tái)焊接機(jī)器人配備一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)，只有8個(gè)自由度，雖然可以焊接一些形狀復(fù)雜工件的復(fù)雜焊縫，但是隨著產(chǎn)品小批量、多樣化的發(fā)展，一個(gè)機(jī)器人配備一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)已經(jīng)完全不能滿足要求。而兩個(gè)機(jī)器人的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，一共可以產(chǎn)生12個(gè)自由度，這樣大大增加了其“柔性度”，完全可以勝任各種復(fù)雜的焊縫，如圖1所示。這些技術(shù)如在兵器行業(yè)的車體、炮塔等大型結(jié)構(gòu)件的焊接上推廣應(yīng)用，既可以實(shí)現(xiàn)高速高效焊接，又可以降低制造成本，大大縮短制造周期。

焊工大賽中國隊(duì)獲獎(jiǎng)選手

圖1 展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)及焊接機(jī)械手

2.焊接設(shè)備的功率大型化及設(shè)備小型化

為了滿足一些大厚度零部件的焊接生產(chǎn)需求，各種大功率焊接設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，特別是高能束焊接設(shè)備，如：激光、電子束焊接設(shè)備，隨著其設(shè)備制造的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸的突破，已生產(chǎn)出一些大功率或超大功率的焊接設(shè)備。目前大功率激光器功率可達(dá)10kW以上，已可用于組合齒輪及厚板的焊接；英國CVE的大功率電子束焊機(jī)，功率可達(dá)100kW以上，可以一次焊透380mm厚不銹鋼板，同時(shí)還可應(yīng)用于電子束自由成形制造技術(shù)及表面精密成形，為高能束加工技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用提供了更廣闊的前景。

隨著技術(shù)進(jìn)步，以及為了適應(yīng)一些特定的精密零件焊接或便于野外作業(yè)，焊接設(shè)備不斷向小型化、微型化方向發(fā)展，如圖2所示。本屆展會(huì)的另一大特點(diǎn)就是所展出的焊機(jī)已經(jīng)由傳統(tǒng)的“傻、大、笨、粗”趨于小型化和便利化。焊接及切割設(shè)備體積小、重量輕、便攜，完全可以滿足不同環(huán)境、不同場(chǎng)合的焊接需要。典型小型焊接設(shè)備有德國FOCUS生產(chǎn)的微型電子束焊接設(shè)備，功率2kW，真空室尺寸200mm2，整個(gè)焊接系統(tǒng)只有辦公桌大小，可滿足各種小尺寸精密零件的焊接。上海滬工系列迷你逆變電弧焊機(jī)，最小尺寸僅有185mm×75mm×140mm，重量僅有1.8kg，便于攜帶，極大的滿足了野外作業(yè)要求。這對(duì)于大型兵器裝備服役狀態(tài)下的修復(fù)具有重要意義。

圖2 大直徑螺柱焊樣品

3.特殊用途的焊接設(shè)備

日本松下生產(chǎn)的用于鍍鋅鋼板焊接的MIG焊接設(shè)備，采用逆變脈沖弧焊電流技術(shù)，通過破壞焊縫表面鍍鋅層，可獲得無飛濺、無氣孔缺陷的優(yōu)質(zhì)焊縫；用于零件修復(fù)的帶極堆焊設(shè)備，采用帶板堆焊大大提高了熔敷效率，而且堆焊的質(zhì)量有很大提高，如圖3所示。

圖3 帶極堆焊樣件

窄間隙焊接設(shè)備，適用于35mm以上厚板的焊接，焊接時(shí)無需開坡口，預(yù)留間隙，通過控制焊絲在預(yù)留間隙內(nèi)的擺動(dòng)角度實(shí)現(xiàn)快速填充焊接，大大地提高材料利用率以及節(jié)省焊接材料消耗。

數(shù)控萬能平面水切割機(jī)（水刀），具有切割速度快、效率高、無熱變形、無污染、不受材料材質(zhì)限制的新型冷態(tài)切割設(shè)備，適合于任意圖形、各種材料的平面切割；此外還有諸如攪拌摩擦焊、等離子弧焊、埋弧焊、螺柱焊、電阻焊、高頻感應(yīng)加熱等一些先進(jìn)的焊接技術(shù)及設(shè)備。

4.焊接輔助設(shè)備的發(fā)展

焊接過程監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)，可通過TPS傳感器對(duì)剛成形、紅熱的焊縫作垂直的溫度掃描，對(duì)焊縫垂直切面上的熱能分布進(jìn)行描述，從而對(duì)焊接過程的缺陷進(jìn)行在線實(shí)時(shí)有效地監(jiān)測(cè)確保產(chǎn)品的焊接質(zhì)量?？梢詫?duì)每個(gè)產(chǎn)品、每個(gè)焊縫的缺陷進(jìn)行在線實(shí)時(shí)的測(cè)量、檢查，并對(duì)有問題的焊接進(jìn)行及時(shí)報(bào)警，并對(duì)所有焊接信息進(jìn)行記錄、保存，還可以通過網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。SprayWatch和DPV/CPS－2000的噴涂在線監(jiān)測(cè)設(shè)備在業(yè)內(nèi)應(yīng)用較好，其設(shè)備向更加小巧便攜化發(fā)展。

焊縫跟蹤和焊接過程自適應(yīng)控制系統(tǒng)，通過激光視覺自動(dòng)導(dǎo)找跟蹤焊縫，并隨時(shí)自動(dòng)調(diào)整焊槍位置，以避免焊縫焊偏，可獲得高質(zhì)量的焊縫。

FRONIUS公司的虛擬焊接設(shè)備可為焊工培訓(xùn)提供直觀、便捷的聯(lián)系方式，不需要通過實(shí)際的焊接過程即可觀測(cè)到真實(shí)的焊接現(xiàn)象。

5.焊接材料的發(fā)展

除了焊接設(shè)備以外，焊接材料制造企業(yè)的展出也占了很大的面積。本次展會(huì)所參展的焊接材料企業(yè)有幾百家，加拿大INDALCO公司、法國SAF、瑞典的ESAB等國外知名的焊材制造企業(yè)都帶來了最新產(chǎn)品；國內(nèi)焊材制造企業(yè)如浙江宇光鋁業(yè)、武漢天高、北京嘉克等公司也都拿出自己有代表性的產(chǎn)品參展，且得到了不同程度的關(guān)注。這說明國內(nèi)的焊接材料制備技術(shù)已步入世界高端焊材的門檻，得到國外同行的認(rèn)可，同時(shí)也可看出焊接材料行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)程度非常激烈，我們國內(nèi)的高校和研究所等科研單位在產(chǎn)品的研發(fā)創(chuàng)新方面還有更多的工作要做，如圖4、圖5所示。

圖4 耐磨材料堆焊

圖5 齒輪耐磨材料的高頻焊接

二、第66屆國際焊接學(xué)會(huì)年會(huì)

國際焊接學(xué)會(huì)是世界焊接屆最高的國際組織，具有世界級(jí)的代表性和權(quán)威性，是進(jìn)行國際交流最重要的渠道和場(chǎng)所。本次會(huì)議是國際焊接學(xué)會(huì)的第66屆年會(huì)，于2013年9月12～17日在德國埃森舉行，由德國焊接學(xué)會(huì)承辦，會(huì)議主題是“焊接自動(dòng)化”，來自世界上五十多個(gè)國家的專家和學(xué)者參加本次會(huì)議。會(huì)議包括國際會(huì)議和各分委會(huì)的分組會(huì)議。此次是本人第一次參加國際焊接學(xué)會(huì)的年會(huì)并且做了報(bào)告，雖然與焊接界的前輩還存在很大的差距，但論文能夠被接受并作報(bào)告說明論文的質(zhì)量是被認(rèn)可的。此外，在會(huì)下的交流過程中認(rèn)識(shí)了國內(nèi)外的很多專家，國內(nèi)有清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)及航空材料研究院等的老師和專家；國外有美國焊接學(xué)會(huì)、新加坡焊接學(xué)會(huì)、烏克蘭焊接學(xué)會(huì)及德國焊接學(xué)會(huì)等國的專家。他們所從事的專業(yè)及研究方向在一定程度上代表了世界上焊接技術(shù)研究的最前沿，通過與他們的交流既能了解焊接技術(shù)及工藝的發(fā)展方向，又能學(xué)到先進(jìn)的科學(xué)方法。

三、國際焊工比賽

中歐國際焊接技能對(duì)抗賽是本次活動(dòng)的又一項(xiàng)重要內(nèi)容，參賽的選手熟練的焊接技術(shù)，所焊接的一塊塊試板簡直就是一件件藝術(shù)品，很好的展現(xiàn)了嫻熟的技術(shù)及扎實(shí)的焊接功底；颯爽的英姿展現(xiàn)了焊接人勇猛帥氣的形象。中國選手取得了四項(xiàng)賽事的兩個(gè)冠軍，也證明了中國年輕的焊接人已可以站在國際焊接的舞臺(tái)上，中國的焊接技術(shù)在國際上已占有一席之地。

通過這次參觀，我不但開拓了視野，對(duì)相關(guān)專業(yè)的世界前沿技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)有了更加直觀的了解，而且也為今后的研究工作奠定了更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。