隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的手工焊接已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代高科技產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量要求。現(xiàn)代焊接生產(chǎn)科技正朝著機(jī)械化、自動(dòng)化和數(shù)位化的方向發(fā)展。近年來(lái)，焊接自動(dòng)化在實(shí)際工程中的應(yīng)用已迅速發(fā)展成為先進(jìn)生產(chǎn)科技的重要組成部分。本文介紹了不同焊接方法的特點(diǎn)和應(yīng)用，焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及其在智慧生產(chǎn)中的影響。

真空擴(kuò)散焊技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程、造船、建筑工程、電力設(shè)備生產(chǎn)、航空航天等領(lǐng)域。焊接工藝特點(diǎn)：

①節(jié)省金屬材料，結(jié)構(gòu)重量輕。

②焊接工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。

③焊接接頭具有良好的機(jī)械財(cái)產(chǎn)和密封財(cái)產(chǎn)。

④通過(guò)形成這種重金屬結(jié)構(gòu)，可以充分利用數(shù)據(jù)的特性。

隨著金屬的應(yīng)用，焊接技術(shù)逐漸興起和發(fā)展。

1885年碳弧焊的出現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代焊接技術(shù)的開(kāi)始。在上世紀(jì)初，使用了碳弧焊和氣焊。

20世紀(jì)30年代，美國(guó)人羅賓諾夫發(fā)明了使用焊絲和焊劑的電弧焊接，進(jìn)一步發(fā)展了焊接機(jī)械化。

1951年，蘇聯(lián)巴頓焊接研究所建立了電渣焊，為大厚度零件提供了一種有效的焊接方法。

1953年，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的出現(xiàn)促進(jìn)了氣體保護(hù)焊科技的應(yīng)用和發(fā)展。

1957年，美國(guó)儀器發(fā)明了等離子弧焊。20世紀(jì)60年代，出現(xiàn)了電子束和激光焊接等先進(jìn)的焊接方法，使焊接技術(shù)的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)新的水平。

20世紀(jì)80年代，隨著工業(yè)機(jī)器人在發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的普及，焊接技術(shù)開(kāi)始向自動(dòng)化發(fā)展。

智慧焊接機(jī)器人的應(yīng)用是焊接技術(shù)自動(dòng)化的重要標(biāo)志。焊接機(jī)器人屬于工業(yè)機(jī)器人范疇，是電子集成控制的綜合產(chǎn)品，是整個(gè)數(shù)位化工廠系統(tǒng)的重要組成部分。許多數(shù)位化科技的發(fā)展對(duì)焊接機(jī)器人的發(fā)展具有一定的參考價(jià)值。例如，虛擬實(shí)境科技可以模擬焊接機(jī)器人的焊接過(guò)程。智慧感測(cè)器科技的發(fā)展為焊接機(jī)器人提供了視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、改進(jìn)的觸摸和其他感測(cè)器功能。焊接機(jī)器人正逐漸應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)。為了發(fā)展智慧生產(chǎn)，我們需要加強(qiáng)機(jī)器人焊接技術(shù)的可靠性，專注于改進(jìn)加工技術(shù)，提高產(chǎn)品品質(zhì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

在數(shù)位化轉(zhuǎn)型和智能化生產(chǎn)的興起下，電腦、微電子、數(shù)控、信息處理、工業(yè)機(jī)器人、激光技術(shù)等世界上許多高科技和高科技科研成果被廣泛應(yīng)用于焊接領(lǐng)域，為焊接技術(shù)和智慧生產(chǎn)的發(fā)展創(chuàng)造了高附加值。作為先進(jìn)生產(chǎn)科技的重要組成部分，焊接技術(shù)將與其他能源利用科技相結(jié)合，成為智慧生產(chǎn)的重要基石，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方法的創(chuàng)新。現(xiàn)時(shí)，許多工業(yè)產(chǎn)品沒(méi)有焊接技術(shù)是無(wú)法制造的。真空擴(kuò)散焊已深入現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，在智能化生產(chǎn)中發(fā)揮了非常重要和不可替代的作用。

圖1智慧制造基石

各種焊接方法及其應(yīng)用

根據(jù)焊接過(guò)程中加熱程度和工藝特點(diǎn)的不同，焊接方法可分為三類：

（1）熔焊，包括電弧焊、氣焊、電子束焊、激光焊等；

（2）壓力焊接，包括電阻焊接、摩擦焊接、超聲波焊接、爆炸焊接等；

（3）焊接分為焊接和焊接。

圖2焊接分類圖

2.1熔焊

熔焊是指在焊接過(guò)程中，金屬組合在高溫的影響下進(jìn)入熔化狀態(tài)以形成實(shí)心焊接接頭的焊接方法。它的特點(diǎn)是：結(jié)合金屬的局部熔化需要一個(gè)能量集中、熱量充足的熱源，然后冷卻晶體，使顆粒或原子彼此達(dá)到網(wǎng)格的距離，從而形成結(jié)合力；必須有效保護(hù)焊縫不與空氣接觸，以避免改變焊縫成分和不良性能。

熔焊包括電弧焊、氣焊、電子束焊、激光焊等。

圖3熔焊分類圖

電弧焊是利用電弧作為熱源的熔焊方法，包括焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊、等離子弧焊等。焊條電弧焊是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法，因此焊縫的質(zhì)量取決于焊工的操作科技。埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法，有焊接生產(chǎn)率高、成本較低、焊縫質(zhì)量好、勞動(dòng)條件好等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)時(shí)廣泛使用的一種生產(chǎn)效率較高的機(jī)械化焊接方法。但顆粒狀的焊劑使得埋弧焊只能進(jìn)行平面焊接，如果焊接面傾斜太大，很可能焊接失??；且埋弧焊不適合焊接薄板和短焊縫。埋弧焊適用于5mm以上較厚的工件，碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼以及某些有色金屬都可用埋弧焊的管道。

最能發(fā)揮埋弧焊快速、高效特點(diǎn)的生產(chǎn)領(lǐng)域是造船、鍋爐、化工容器、大型金屬結(jié)構(gòu)等工業(yè)制造部門。例如，工業(yè)鍋爐鋼架中的梁柱在采用焊條電弧焊焊接時(shí)，由于是單條焊縫焊接，效率低，焊后箱型梁易產(chǎn)生扭曲；改用埋弧焊進(jìn)行雙邊角縫焊接后，焊件的扭曲問(wèn)題得到解決，且焊接效率提升。今后隨著對(duì)埋弧焊焊接管道的改進(jìn)，其將在箱型梁的焊接中得到更為廣泛的應(yīng)用。

氣體保護(hù)焊是一種用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊，氬弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是兩種應(yīng)用較為普遍的氣體保護(hù)焊。氬弧焊又稱氬氣體保護(hù)焊，就是在電弧焊的周圍通上氬弧保護(hù)性氣體，將空氣隔離在焊區(qū)之外，防止焊區(qū)的氧化。因而氬弧焊有焊件不易氧化、焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形、焊縫致密成形美觀等優(yōu)點(diǎn)；但其設(shè)備成本較高且輻射大。氬弧焊主要用于焊接易氧化的有色金屬和合金鋼，如鋁、鎂、鈦及其合金、不銹鋼等。同時(shí)為降低焊接成本，氬弧焊應(yīng)盡量在室內(nèi)進(jìn)行。

激光焊是一種以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的方法。激光焊有以下優(yōu)點(diǎn)：焊件不易被氧化，可在空氣中焊接；不需與工件接觸，可焊接難以接近的接頭；焊接熱影響區(qū)極小，焊件變形量極小。但其設(shè)備有效系數(shù)低、功率較小，焊接厚度受限。激光焊特別適用于焊接排列密集、對(duì)受熱敏感的焊件，現(xiàn)時(shí)已廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、電子工業(yè)、機(jī)械制造、感測(cè)器行業(yè)等。

在汽車工業(yè)中，激光焊接可以達(dá)到兩塊鋼板之間的分子結(jié)合，從而提升車身強(qiáng)度和結(jié)合精度；此外，采用激光焊接可以在汽車制造中用更多的沖壓件代替鑄造件，用連續(xù)的激光焊縫代替分散的點(diǎn)焊縫，可以減少搭接寬度，降低車身結(jié)構(gòu)本身的體積，從而減少車身的重量，滿足了汽車節(jié)能減排的要求。因此，激光焊接技術(shù)通常被用于車身焊接的關(guān)鍵工位以及對(duì)工藝有特殊要求的部位，如用于車頂與側(cè)圍外板焊接能解決焊接強(qiáng)度、效率、外觀及密封性的問(wèn)題；用于后蓋焊接可解決直角搭接問(wèn)題；用于車門總成的激光拼焊可有效提高焊接質(zhì)量及效率。現(xiàn)時(shí)激光焊接技術(shù)已經(jīng)被世界上部分生產(chǎn)高檔轎車的大汽車制造商和領(lǐng)先的配件供給商所采用。

2.2壓焊

壓焊指在加熱或不加熱狀態(tài)下對(duì)組合焊件施加一定壓力，使其產(chǎn)生塑性變形或融化，并通過(guò)再結(jié)晶和擴(kuò)散等作用，使兩個(gè)分離表面的原子達(dá)到形成金屬鍵而連接的焊接方法。其特征為：若加熱，則加熱的目的是為使金屬軟化，使數(shù)據(jù)在施加壓力下更易產(chǎn)生塑變；變形小，裂紋少。

壓焊包括電阻焊、摩擦焊、超聲波焊、爆炸焊等。

圖4壓焊分類圖

電阻焊接是一種利用通過(guò)焊接部分和接觸部分的電流產(chǎn)生的電阻熱作為熱源來(lái)局部加熱焊接部分并同時(shí)對(duì)焊接加壓的方法。電阻焊具有生產(chǎn)效率高、成本低、節(jié)省數(shù)據(jù)、易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)時(shí)還沒(méi)有可靠的無(wú)損檢測(cè)方法，只能通過(guò)破壞性試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)焊接質(zhì)量。電阻焊分為電阻點(diǎn)焊、縫焊和凸焊。

摩擦焊接是一種壓接方法，利用焊接件表面之間摩擦產(chǎn)生的熱量使端面處于熱塑性狀態(tài)，然后快速鍛造完成焊接。其優(yōu)點(diǎn)是：焊件的焊接表面不易氧化，接頭質(zhì)量好，不易產(chǎn)生缺陷，廢品率低，操作簡(jiǎn)單，成本低。然而，由于焊機(jī)電機(jī)功率的限制，現(xiàn)時(shí)可摩擦焊接的最大截面為20000mm2。同時(shí)，摩擦焊機(jī)的一次性投資成本較高。

超聲波焊接使用高頻振動(dòng)波傳輸?shù)叫枰附拥膬蓚€(gè)物體的表面。在壓力下，物體的兩個(gè)表面相互摩擦，形成分子層之間的融合。其優(yōu)點(diǎn)是：清潔無(wú)污染，對(duì)焊接金屬表面要求低，可焊接氧化或電鍍，成本低，效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。然而，超聲波焊接所需的功率隨著工件厚度和硬度的新增呈指數(shù)增長(zhǎng)，因此它僅限于焊絲、箔、薄板、帶材和其他薄件的焊接，并且在許多情況下僅適用于搭接接頭。超聲波焊接技術(shù)廣泛應(yīng)用于微電子器件和精加工工藝，如鋰離子電池行業(yè)的應(yīng)用。在鋁殼電池的制造過(guò)程中，采用超聲波焊接機(jī)對(duì)層數(shù)較多的電極接線片進(jìn)行預(yù)焊，然后需要焊接焊接后的電極接線頭和蓋板接線片接頭。在軟包裝電池的生產(chǎn)中，正極和負(fù)極的電極接頭需要分別焊接在正極和負(fù)極接頭上并纏繞。在此過(guò)程中，極接頭焊接需要使用超聲波焊機(jī)。

2.3釬焊

釬焊是指在將填充金屬加熱到低于填充金屬和填充金屬的熔點(diǎn)，同時(shí)達(dá)到填充金屬的熔化溫度后，用液態(tài)填充金屬填充固體工件的間隙，從而連接金屬的焊接方法。根據(jù)焊料的熔點(diǎn)，可分為釬焊和硬釬焊。

釬料的熔點(diǎn)低于450℃，接頭強(qiáng)度低。用于無(wú)應(yīng)力或工作溫度低的工件。它主要用于電子工業(yè)。最常見(jiàn)的是錫鉛合金作為填充金屬的焊接。通常需要使用軟焊料來(lái)改善其潤(rùn)濕性。焊料有很多種，在電子工業(yè)中常用的是松香和氯化鋅溶液。

釬料的熔點(diǎn)高于450℃，接頭強(qiáng)度高。通常使用銀基和銅基填充金屬，它們適用于高工作應(yīng)力和高環(huán)境溫度的場(chǎng)合。例如，硬質(zhì)合金工具和地質(zhì)鉆頭的焊接。加熱方法包括火焰加熱、高頻感應(yīng)加熱等。常用的填充金屬是硼砂和硼酸。

更多焊接方法的特點(diǎn)和應(yīng)用見(jiàn)表1：

表1各焊接管道及其應(yīng)用

焊接技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

焊接技術(shù)廣泛應(yīng)用于許多重要的工業(yè)領(lǐng)域，為促進(jìn)工業(yè)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，焊接技術(shù)已成為一項(xiàng)重要的制造技術(shù)。焊接技術(shù)隨著工業(yè)及科技的發(fā)展和進(jìn)步，其發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：

1、提高焊接生產(chǎn)率，推動(dòng)焊接工藝的高速化和高效化。提高生產(chǎn)率的方法有兩種：第一是提高焊接焊接率，第二種方法是減少坡口截面和金屬焊接，最突出的成果是窄間隙焊接。窄間隙焊接以氣體保護(hù)焊為基礎(chǔ)，采用單絲、二絲、三絲進(jìn)行焊接，無(wú)論接頭厚度如何，均可采用接合形式，所需熔敷金屬量降低數(shù)倍、幾十倍，從而大大提高生產(chǎn)率。高效、快速、高品質(zhì)的焊接方法將成為焊接技術(shù)的主力軍。

2、焊接管道智能化、自動(dòng)化水平的提高是當(dāng)今世界先進(jìn)工業(yè)國(guó)的重點(diǎn)發(fā)展方向。焊接管道的智能化、自動(dòng)化水平主要體現(xiàn)在焊接機(jī)器人科技的發(fā)展水平上，現(xiàn)時(shí)廣泛應(yīng)用的焊接機(jī)器人大多屬于示教再現(xiàn)型。由于這樣機(jī)器人不具備對(duì)工件的組裝誤差、焊接中的熱變形等環(huán)境變化及工作對(duì)象的變化的調(diào)節(jié)能力，因此具有新一代的多種傳感功能開(kāi)發(fā)能夠自動(dòng)創(chuàng)建焊接參數(shù)的智慧型機(jī)器人將成為主要發(fā)展方向。

3、焊接技術(shù)的前進(jìn)離不開(kāi)新興技術(shù)和數(shù)據(jù)的發(fā)展。例如，陶瓷材料和復(fù)合材料的發(fā)展促進(jìn)了真空釬焊、真空擴(kuò)散焊的發(fā)展，航天科技的發(fā)展也將促進(jìn)空間焊接技術(shù)的發(fā)展。

4、繼續(xù)開(kāi)發(fā)和研究新熱源。焊接技術(shù)幾乎運(yùn)用了全世界所有可用的熱源，其中包括火焰、電弧、電阻、超聲波、摩擦、等離子體、電子束、激光束、微波等，歷史上所有熱源的出現(xiàn)，都伴隨著新焊接技術(shù)的出現(xiàn)。但是，到目前為止，焊接熱源的開(kāi)發(fā)和研究還沒(méi)有結(jié)束。

5、節(jié)能環(huán)保焊接技術(shù)的發(fā)展成為必然趨勢(shì)。眾所周知，焊接耗能非常大，許多新技術(shù)的出現(xiàn)就是為了實(shí)現(xiàn)這一節(jié)能目標(biāo)。例如電阻點(diǎn)焊，利用電子技術(shù)的發(fā)展，將交流點(diǎn)焊機(jī)改為二次整流點(diǎn)焊機(jī)，可以提高焊機(jī)的功率因素，減少焊機(jī)容量，達(dá)到相同的焊接效果。

焊接技術(shù)進(jìn)步的顯著表現(xiàn)是焊接工藝從機(jī)械化向自動(dòng)化、智能化、信息化發(fā)展。未來(lái)的焊接技術(shù)，一方面要開(kāi)發(fā)新的焊接方法、焊接設(shè)備和焊接材料，進(jìn)一步提高現(xiàn)有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能量的改善等焊接質(zhì)量和安全可靠性。運(yùn)用電子技術(shù)和控制科技，改進(jìn)電弧的技術(shù)性能，開(kāi)發(fā)可靠輕巧的電弧跟蹤方法。

另一方面，焊機(jī)要實(shí)現(xiàn)程序控制、數(shù)控等，提高焊接機(jī)械化和自動(dòng)化水平。開(kāi)發(fā)一種從準(zhǔn)備工序、焊接到質(zhì)量監(jiān)控全過(guò)程自動(dòng)化的專用焊機(jī)，在自動(dòng)焊接生產(chǎn)線上，可以推廣和擴(kuò)大數(shù)控焊接機(jī)器人和焊接機(jī)器人，提高真空擴(kuò)散焊生產(chǎn)水平，改善焊接衛(wèi)生安全條件。

結(jié)束語(yǔ)

焊接技術(shù)在當(dāng)前我國(guó)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，已被人們廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，這不僅有助于我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建設(shè)，也給人們的生活帶來(lái)便利。

并且，為了提高焊接加工技術(shù)水平和工作效率，人們也將許多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和理念應(yīng)用于其中，新型焊接技術(shù)的應(yīng)用、焊接自動(dòng)化以及機(jī)器人的發(fā)展和多種高新技術(shù)在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用，必將提高焊接領(lǐng)域的自動(dòng)化程度，提高生產(chǎn)效率從而有效地推動(dòng)我國(guó)制造行業(yè)的發(fā)展。