山推工程機(jī)械股份有限公司推土機(jī)事業(yè)部總經(jīng)理 孫世超

焊接與切割裝備在工程機(jī)械制造高效焊接中的應(yīng)用

山推工程機(jī)械股份有限公司推土機(jī)事業(yè)部總經(jīng)理 孫世超

【編者按】高效焊接一直是企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，如何才能實(shí)現(xiàn)高效焊接，是否使用了先進(jìn)的設(shè)備就屬于高效焊接，其實(shí)不然。本刊記者覺得，高效焊接主要結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)最大程度的利用各種先進(jìn)的設(shè)備，達(dá)到高效焊接的目的。

工程機(jī)械制造作為我國(guó)裝備制造領(lǐng)域的重點(diǎn)行業(yè)之一，具有產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工工況惡劣、對(duì)設(shè)備可靠性要求較高等業(yè)內(nèi)公認(rèn)的獨(dú)有特點(diǎn)，由此也決定其產(chǎn)品制造要求嚴(yán)格、工藝復(fù)雜，尤其是大型關(guān)鍵構(gòu)件和傳動(dòng)零部件，制造工序多達(dá)十幾個(gè)甚至更多。因此其工藝特點(diǎn)也代表機(jī)械行業(yè)先進(jìn)制造技術(shù)水平，是工藝裝備新技術(shù)創(chuàng)新突破的試驗(yàn)田。

隨著高端裝備制造業(yè)成為“中國(guó)制造2025”重點(diǎn)發(fā)展的十大支柱產(chǎn)業(yè)之一，工程機(jī)械行業(yè)也將會(huì)出現(xiàn)新的機(jī)遇期，未來10年或一段時(shí)期企業(yè)生產(chǎn)將面臨制造智能化、柔性化、自動(dòng)化高度集成化的應(yīng)用轉(zhuǎn)型期，其中各種高效的焊接與切割裝備將應(yīng)用于工程機(jī)械企業(yè)的重點(diǎn)領(lǐng)域，也必將為企業(yè)工藝技術(shù)創(chuàng)新做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

眾所周知，高效、高精度焊接與切割作為目前先進(jìn)技術(shù)的代表和發(fā)展趨勢(shì)，逐漸被企業(yè)所接受，并已在工程機(jī)械制造企業(yè)中得到了很好的應(yīng)用，一方面為企業(yè)提供高的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；另一方面也提高了產(chǎn)品零部件的質(zhì)量，生產(chǎn)出更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，為工程機(jī)械更新?lián)Q代提供工藝設(shè)備保障。然而企業(yè)應(yīng)當(dāng)從生產(chǎn)需求的實(shí)際出發(fā)，不要盲目選擇各種先進(jìn)的焊接與切割裝備，應(yīng)適應(yīng)工廠工藝布局與產(chǎn)品工藝流程需要，這樣才能真正實(shí)現(xiàn)高效焊接與切割生產(chǎn)的最佳效果。本文將對(duì)工程機(jī)械企業(yè)生產(chǎn)中重點(diǎn)應(yīng)用的高效焊接裝備

進(jìn)行總結(jié)，希望能夠?yàn)閺V大企業(yè)應(yīng)用起到拋磚引玉的作用。

板材切割智能裝備

板材切割下料是工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件焊接或裝配加工的初始工序，其下料質(zhì)量和效率直接影響了后續(xù)的生產(chǎn)組織和產(chǎn)品質(zhì)量。切割工藝設(shè)備選擇隨著板材規(guī)格、材料、重要度、精度的不同要求也不盡相同，但目前已基本上淘汰了技術(shù)落后的剪板、機(jī)械鋸切設(shè)備。就工程機(jī)械行業(yè)主流的板材下料設(shè)備有精細(xì)等離子切割、光纖激光切割、平板坡口切割、管相貫線切割、鉆切復(fù)合一體機(jī)、型鋼切割六大類；按能量束原理大類可分為激光、等離子、火焰等單一或復(fù)合切割工藝裝備，下面重點(diǎn)就激光和等離子切割等應(yīng)用比較廣，較先進(jìn)的切割裝備進(jìn)行介紹。

（1）激光切割 激光切割對(duì)比于火焰、等離子切割在中薄板的下料中，切割效率和切割質(zhì)量有一個(gè)飛躍性、質(zhì)的提高。激光切割后，不需要再進(jìn)行后續(xù)加工，因而可以有效提高生產(chǎn)效率，降低人工成本，同樣屬于高端先進(jìn)制造。

目前在工程機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用主要有平板下料、三維成形件下料等，激光切割技術(shù)也從最初的固體激光、CO2激光發(fā)展到光纖激光，其中60%主要用于10mm以下的薄板切割，30%用于16mm以下中厚板切割和10%用于20mm以上厚板的切割，可見目前國(guó)內(nèi)中小功率光纖激光器得到了普遍應(yīng)用，發(fā)展前景看好，厚板切割是未來的發(fā)展方向。激光切割設(shè)備主要有機(jī)器人激光切割設(shè)備、平板激光切割設(shè)備以及龍門式三維激光切割設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的激光切割設(shè)備企業(yè)主要有德國(guó)TRUPMF、瑞士BYSTR-ONIC、意大利PRIMA、深圳大族、上海團(tuán)結(jié)普瑞瑪、奔騰楚天、武漢法利萊、蘇州領(lǐng)創(chuàng)等（見圖1），而激光器主要有IPG、通快、羅芬等（見圖2）。

圖1 激光切割機(jī)

圖2 激光器

圖3 精細(xì)等離子

圖4 精細(xì)等離子切割

（2）等離子切割下料 等離子切割下料（見圖3～圖4）主要用于中厚板高效加工的一種手段，對(duì)于焊接用板材的切割下料，還需要有坡口加工、孔加工

的能力。在此特別要說明的是精細(xì)等離子小孔切割技術(shù)，該技術(shù)是平板切割功能的拓展，采用高速度高精度龍門數(shù)控機(jī)床、精細(xì)等離子切割電源，高性能多軸數(shù)控系統(tǒng)，通過自動(dòng)控制氣體流量、提高弧束挺度，減少割面錐度，達(dá)到較好的圓孔切割效果，可以用于工程機(jī)械用5～25mm中厚板的切割，實(shí)現(xiàn)徑厚比為1:1的小圓孔切割，在一定的范圍內(nèi)可以取代鉆孔，減少冷加工工序和加工工時(shí)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)合切割工序，或取代激光切割，有效降低激光切割機(jī)采購成本。目前國(guó)內(nèi)具有這方面的生產(chǎn)能力的企業(yè)主要有梅塞爾（中國(guó)）、無錫華聯(lián)、上海通用重工、江蘇博大等，等離子電源主要有美國(guó)海寶、美國(guó)維克多、凱爾貝等企業(yè)如圖5所示。

智能化焊接裝備

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著焊接技術(shù)的快速發(fā)展，各種焊接裝備的智能化、自動(dòng)化、數(shù)字化水平越來越高，成本也越來越低。尤其是國(guó)家重大工程對(duì)焊接技術(shù)的要求，推動(dòng)傳統(tǒng)的焊接向自動(dòng)化、智能化以及“高精度控形”、“低損傷控性”的先進(jìn)制造模式的轉(zhuǎn)變，因此也促進(jìn)了各種智能化焊接裝備在企業(yè)的大量應(yīng)用，特別是焊接機(jī)器人、智能化焊接電源、激光焊接裝備及焊接專機(jī)等。

圖5 等離子電源

圖6 雙絲焊接機(jī)器人

圖7 激光焊接

（1）焊接機(jī)器人 工業(yè)機(jī)器人具有自動(dòng)化、智能化、機(jī)械化程度高等特點(diǎn)，能夠不間斷高效的運(yùn)行預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作，因此，能夠很大程度上降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升產(chǎn)品的焊接效率。近年來，國(guó)家大力發(fā)展智能化工業(yè)機(jī)器人的戰(zhàn)略，促使工業(yè)機(jī)器人取得了快速的發(fā)展，工程機(jī)械企業(yè)快速響應(yīng)，如徐工、中聯(lián)、三一、山推等國(guó)內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)大型企業(yè)，已經(jīng)建立了具有特色的中厚板鋼結(jié)構(gòu)件機(jī)器人自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線，打破了國(guó)外公司對(duì)焊接自動(dòng)化技術(shù)的長(zhǎng)期壟斷。相比手工焊的焊接速度難以超過500mm/min，而先進(jìn)的自動(dòng)化焊接已達(dá)到了每分鐘幾米甚至十幾米，這都進(jìn)一步促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人在企業(yè)中的應(yīng)用，使中國(guó)成為世界機(jī)器人第一消費(fèi)大國(guó)。目前，工業(yè)機(jī)器人研制開發(fā)企業(yè)主要有國(guó)外的ABB、KUKA、徠斯、松下、安川、發(fā)那科、柯馬等，國(guó)內(nèi)的埃斯頓、杰瑞、北京時(shí)代等如圖6所示。

（2）數(shù)字化智能焊接電源焊接電源是焊接質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素，其技術(shù)也從原來的模擬信號(hào)發(fā)展為數(shù)字化階段，智能焊接電源能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化控制，提升了焊接參數(shù)的穩(wěn)定性，最終提升產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制或監(jiān)控的智能化特點(diǎn)，很大程度上降低了焊接工人對(duì)焊接參數(shù)的干預(yù)，為焊接信息化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的實(shí)施奠定基礎(chǔ)。目前，先進(jìn)數(shù)字化智能焊接電源主要有伊薩、福尼斯、松下、北京時(shí)代、肯倍、山東奧太、瑞凌、佳士、凱爾達(dá)等企業(yè)。

（3）激光焊接裝備 激光焊接（見圖7）作為激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一，其主要是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方

法，其原理為激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池，達(dá)到焊接的目的。具有熱影響區(qū)窄、焊接變形小，焊接速度快、殘余應(yīng)力低、焊縫深寬比大和焊接接頭強(qiáng)韌性高等優(yōu)點(diǎn)。從20世紀(jì)70年代發(fā)展至今，已形成激光電弧符合焊接技術(shù)、高效焊接堆焊技術(shù)、激光誘導(dǎo)電弧焊接技術(shù)，針對(duì)工程機(jī)械用中厚板要求激光束的單位能量更高，激光的功率更大，通常為≥15kW，并形成高功率激光深熔焊、高功率激光-電弧復(fù)合焊、超窄間隙多層填絲激光焊和真空及局部負(fù)壓激光焊等主要工藝方法。目前主要有德國(guó)通快、羅芬、美國(guó)IPG、日本米亞基、深圳大族等企業(yè)。

結(jié)語

本文對(duì)工程機(jī)械制造領(lǐng)域主要的高效焊切技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述。目前在工程機(jī)械制造企業(yè)中，已經(jīng)形成了大型與小型焊切設(shè)備相結(jié)合、多種多代焊切技術(shù)裝備相兼容的格局。隨著中國(guó)制造2025裝備制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的深入推進(jìn)，必將會(huì)出現(xiàn)越來越多的新型焊切技術(shù)及工藝裝備，更好地提高零部件和產(chǎn)品的工藝制造水平，同時(shí)促進(jìn)工程機(jī)械制造企業(yè)朝著柔性化、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展，爭(zhēng)當(dāng)高端裝備制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的排頭兵。