先進(jìn)焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

張 晶

(天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 中國 天津 300131)

相比于傳統(tǒng)的焊接技術(shù)，目前在焊接行業(yè)所指的先進(jìn)焊接技術(shù)主要包括激光焊、電子束焊和攪拌摩擦焊這3種焊接技術(shù)。本文將就這3種技術(shù)做一個簡要的討論。

1 先進(jìn)焊接技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

1.1 在航空領(lǐng)域的應(yīng)用

目前各國在飛機(jī)制造、航空航天等領(lǐng)域廣泛使用這幾項技術(shù)。尤其在飛機(jī)制造領(lǐng)域，作為下一代飛機(jī)制造的主要連接方法，先進(jìn)焊接技術(shù)替代鉚接技術(shù)已經(jīng)成為了趨勢。首先是航空航天材料的革新。高性能、多功能、復(fù)合化和高環(huán)境相容性是未來航空材料的發(fā)展趨勢。隨著科技的發(fā)展和對飛機(jī)、太空船等使用要求的提高，飛機(jī)機(jī)體和發(fā)動機(jī)材料結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了4個階段的發(fā)展，正在跨入第五階段即機(jī)體材料結(jié)構(gòu)為復(fù)合材料、鋁合金、鈦合金、鋼結(jié)構(gòu)（以復(fù)合材料為主）、發(fā)動機(jī)材料結(jié)構(gòu)為高溫合金、鈦合金、鋼、復(fù)合材料。飛機(jī)制造中采用了各種焊接技術(shù)。焊接結(jié)構(gòu)件在噴氣發(fā)動機(jī)零部件總數(shù)中所占比例已超過50%，焊接的工作量已占發(fā)動機(jī)制造總工時的10%左右。

激光焊廣泛應(yīng)用于航空航天制造業(yè)，特別是武器裝備和飛行器結(jié)構(gòu)制造中，如飛機(jī)大蒙皮的拼接、蒙皮與長衍的焊接、機(jī)身附件的裝配（如腹鰭和襟翼的翼盒）、薄壁零件的制造（如進(jìn)氣道、波紋管 等）以及航空渦輪發(fā)動機(jī)葉片的修復(fù)、合金飛行舵翼焊接、燃料貯箱加強(qiáng)筋條激光焊代鉚等。

作為一種精密焊接工藝，電子束焊接廣泛用于航空航天工業(yè)多種零部件的加工中，如飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件（起落架、框、腹鰭等）和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子部件、燃燒室機(jī)匣高壓渦輪組件以及航空繼電器及波紋管的焊接等?，F(xiàn)在，電子束焊接技術(shù)已經(jīng)成為大型飛機(jī)制造公司的標(biāo)準(zhǔn)配置，是制造飛機(jī)主、次承力結(jié)構(gòu)件和機(jī)翼骨架的必選技術(shù)之一，也是衡量飛機(jī)制造水平的一把標(biāo)尺。

攪拌摩擦焊在航空航天業(yè)的應(yīng)用主要包括以下幾個方面：機(jī)翼、機(jī)身、尾翼；飛機(jī)油箱；飛機(jī)外掛燃料箱；運(yùn)載火箭、航天飛機(jī)的低溫燃料筒；軍用和科學(xué)研究火箭和導(dǎo)彈；熔焊結(jié)構(gòu)件的修理等。

由以上資料可以看出，隨著新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)，在航空航天領(lǐng)域，先進(jìn)焊接技術(shù)這逐漸取代傳統(tǒng)制造技術(shù)而成為主流發(fā)展趨勢。

1.2 在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用

電子束焊接主要用于變速箱齒輪、行星齒輪框架、后橋、汽缸、離合器、發(fā)動機(jī)增壓器渦輪等部件的焊接。焊接熱處理強(qiáng)化或冷作硬化的材料是，接頭的力學(xué)性能不發(fā)生變化。同時，可以焊接內(nèi)部需保持真空度的密封件、靠近熱敏元件的焊件、形狀復(fù)雜且精密的零部件，也可以同時施焊具有兩層或多層接頭的焊件，這種接頭層與層之間可以間隔幾十毫米。

激光焊技術(shù)主要用于車身拼焊、框架結(jié)構(gòu)和零部件的焊件。激光拼焊是指在車身設(shè)計制造中，根據(jù)車身不同的設(shè)計和性能要求，選擇不同規(guī)格的鋼板，通過激光裁剪和拼裝技術(shù)完成車身某一部位的制造。激光拼焊具有減少零件和模具數(shù)量，減少電焊數(shù)目，優(yōu)化材料用量，減小零件重量，降低成本，提高車底剛度和制造精度等優(yōu)點(diǎn)。激光焊接的零部件，無焊接變形，焊接速度快，不需要焊后熱處理，激光焊接已廣泛應(yīng)用于變速器齒輪、車閘和保險桿。車門鉸鏈等零部件的焊接。

目前，攪拌摩擦焊在汽車制造工業(yè)中的應(yīng)用主要為：發(fā)動機(jī)引擎和汽車地方車身支架，汽車輪轂，液壓成型管附件，汽車車門預(yù)成型件，轎車、旅行車、卡車、摩托車等的車體空間框架，載貨車的尾部升降平臺汽車起重器，汽車燃料箱，公共汽車，和機(jī)場運(yùn)輸車，鋁合金電梯，鋁合金汽車修理等。

2 技術(shù)創(chuàng)新的趨勢

目前的設(shè)備主要用于航天、軍工、船舶、交通等關(guān)系國計民生的行業(yè)，隨著各種技術(shù)尤其是先進(jìn)連接技術(shù)的創(chuàng)新，會逐漸進(jìn)入到普通民用工業(yè)領(lǐng)域。有如下3個趨勢：1、小型化。2集成化、3、信息化：

2.1 小型化

隨著各種新技術(shù)的涌現(xiàn)和融合，這些應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)的設(shè)備將不斷的小型化以適應(yīng)普通的生產(chǎn)需求。同時還可以在同等工作要求下精簡設(shè)備、降低成本，使普通的小企業(yè)也可以享受這種高效、優(yōu)質(zhì)的技術(shù)。激光輔助攪拌摩擦焊（LAFSW），就是在焊前通過激光進(jìn)行輔助加工，得到滿意效果，還可以加工非金屬和不導(dǎo)電的材料，大大擴(kuò)大了該技術(shù)的使用范圍。同時，還可以將已有焊接技術(shù)進(jìn)行嫁接，以期達(dá)到更佳效果。目前，已有文獻(xiàn)稱將等離子弧成功應(yīng)用于攪拌摩擦焊的輔助工藝。

2.2 集成化

現(xiàn)在主流的先進(jìn)焊接技術(shù)大部分都是獨(dú)立運(yùn)行，很少與其他的焊接技術(shù)一同使用。這一狀況將逐步扭轉(zhuǎn)。先進(jìn)焊接技術(shù)固然設(shè)備龐大，運(yùn)行復(fù)雜，但是如何能加大與其他技術(shù)的配合，如普通的焊接方法、焊接檢測技術(shù)、表面處理技術(shù)等，將使該設(shè)備和技術(shù)有更廣闊的應(yīng)用空間，同時提高了生產(chǎn)效率。例如，在生產(chǎn)完成的同時就可完成檢測等后續(xù)工作，一但發(fā)現(xiàn)問題可立刻糾正。這樣就避免了重復(fù)操作帶來的損失。

2.3 信息化

隨著計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用與結(jié)合，將有著大量的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)論共大家參考。于是，我們可以基于網(wǎng)路信息的平臺，運(yùn)用諸如云計算一類的技術(shù)，建立龐大的經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫，使大家對先進(jìn)焊接技術(shù)實現(xiàn)經(jīng)驗化的使用。整個行業(yè)共同針對該技術(shù)研發(fā)一套專業(yè)數(shù)據(jù)庫，形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。使得對各種材料和各種工藝要求可以有不同的參數(shù)可供選擇，具體如焊前處理、焊接參數(shù)、焊接檢測與監(jiān)控、焊后處理四個模塊。使我國工業(yè)整體上水平，達(dá)到產(chǎn)業(yè)升級。

3 結(jié)語

焊接作為一種傳統(tǒng)技術(shù)又面臨著21世紀(jì)的挑戰(zhàn)。一方面，材料作為21時間的支柱已顯示出：5個方面的變化趨勢，即從黑色金屬向有色金屬變化；從金屬材料向非金屬材料變化；從結(jié)構(gòu)材料向功能材料變化；從多維材料向低維材料變化；從單一材料向復(fù)合材料變化。新材料的連接對焊接技術(shù)提出了更高的要求。另一方面，先進(jìn)制造技術(shù)的蓬勃發(fā)展，正從信息化、集成化、系統(tǒng)化、柔性化等幾個方面對焊接技術(shù)的發(fā)展提出了越來越高的要求。先進(jìn)焊接技術(shù)將逐步實現(xiàn)上述要求，提升整個制造業(yè)水平。

［1］李亞江，吳娜.先進(jìn)焊接技術(shù)在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù).2010（9）.

［2］航空航天先進(jìn)特種焊接技術(shù)應(yīng)用調(diào)查報告[J].巖石航空制造技術(shù).2010（9）：58.

［3］曹朝霞，主編.特種焊接技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010：8,31.

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［5］張晶.攪拌摩擦焊研究現(xiàn)狀及創(chuàng)新設(shè)想[J].科技信息，2011，11.