智能焊接技术在机械制造中的应用

智能焊接技术在机械制造中的应用

刘玉森

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摘要：智能焊接作为智能制造工程中的一部分，已成为促进产业优化与提升“智造”水平的关键因素。基于智能制造大背景下，不断涌现出新型的智能焊接技术，但其发展始终需要以焊接材料作为支撑，尤其是在智能制造背景下，焊接材料的研制面临着新的需求和挑战，只有不断提升焊接材料的品质，赋予焊接材料新的特征，才能实现智能制造下优质高效焊接技术的不断发展和应用。基于此，本文章对智能焊接技术在机械制造中的应用进行探讨，以供参考。

关键词：智能焊接技术；机械制造；应用

引言

机械行业要继续进行新技术的研究和开发，以达到更高的加工精度，从而实现机械制造的智能化、国际化、现代化。目前，我国机械制造业的竞争已日趋激烈，无论是从质量角度还是技术角度都是如此。机械制造企业对新技术的开发与精度的需求与日俱增，使当今的机械制造正朝着智能化、全球化的方向发展。机械制造是现代机械制造和精密加工中的一个关键环节，并在此基础上，进一步探讨了智能焊接技术，并指出了其在实际中的应用和价值。

一、机械设计制造

机械的设计和制造是指在我国从事各种化学机械、机床、仪表、纺织、工具、起重机运输及其他机械设备生产的工业部门，重要作用是为促进国民经济发展提供技术设备。总体而言，我国机械制造业设备所含的高新技术相对较少，这严重制约了制造技术的发展。在计算机技术快速发展的推动下，无论是网络技术还是移动终端技术，都与机械设计和制造交叉配合，推动相关产业快速发展。计算机辅助设计技术有效地与机械设计和制造相结合，优化整个生产过程，简化制造单元和模块，全生产流程被整合成一个整体。它不仅提高了机械设计和制造企业的竞争力，也适应了整个行业的发展需求。

二、智能焊接技术概述

焊接就是通过各种手段将金属端面熔化，从而将两个或者多个分散的主体的原子结合而形成一个整体。我国的焊接技术主要分为两个发展阶段：第一阶段是20世纪80年代之前，当时以手提焊机、氩弧焊机、二氧化碳气体保护焊为主要设备；第二阶段是20世纪80年代后，从发达国家引进的成套的焊接设备，其中以自动焊接、焊接机器人等为具体代表。与传统焊接方式不同，智能焊接技术基于最新的工业4.0和网络物理系统、数字孪生、物联网和大数据、云计算和云制造、虚拟和增强现实技术、5G和区块链技术等新平台，融入了传感技术、信号处理和特征提取、建模与仿真、决策和人工智能和机器学习等新技术，再经过系统集成，在监控、诊断和理解、评价和预测、过程控制四个方面实现智能化，进而对整个焊接过程实现智能规划，具有上下环节动态感知、智能识别、场景分类、目标设定＆优先、决策制定、预测＆规划、组织协调和学习认知等多种特征。

三、智能焊接技术在机械制造中的应用

（一）机器人焊接技术

机器人焊接技术是一种利用机器人自动化进行焊接的方法，其主要原理是通过编程控制机器人按照特定的路径和参数执行焊接操作。机器人焊接技术不仅可以提高焊接的质量和精度，还可以提高生产效率和生产效益。机器人焊接技术的核心是焊接机器人，焊接机器人通常由机器人控制器、机械臂、焊接工具和传感器组成。机器人控制器是机器人的大脑，它通过编程让机器人按照特定的路径和参数执行焊接操作。机械臂是机器人的手臂，它通过控制焊接工具的位置、方向和速度来实现焊接操作。

（二）激光焊接技术

激光焊接技术是一种对金属材料进行加工的技术，它是在金属材料表面进行激光照射。激光束斑直径很小，能量密度极高，功率密度达106～108W/cm2，深宽比大，最高可达10∶1，对高熔点金属等难焊材料有较好的焊接效果，并可用于异种材料、非金属材料的焊接。当金属材料吸收激光后，转换为热能，使其融化后降温结晶，以此来完成后续的各项焊接工作。目前，该技术共分为两种机制，一种是热导焊接，另一种是激光深熔焊接，如图1所示。图1中，“1”表示在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔；“2”表示这个充满蒸汽的小孔几乎可以吸收全部的入射光束能量，热量从高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化；“3”表示在光束照射下使小孔内充满高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，小孔移动后形成的空隙被熔融金属充填，并形成焊缝。

图1激光焊接技术两种机制

（三）光电信号焊接技术

焊接的本质是通过电弧产生高强度的能量释放形成强烈的热力效应,从而实现材料间的连接或切割,因此电弧的稳定性直接关系到焊接的稳定性,电弧的飞溅大小直接关系到焊缝形成的大小。电弧发生时会产生强烈的光电信号、声信号、熔滴影像等,这些信号是电弧能量释放和作用形式的体现,因此对光电信号检测就体现在对电弧检测,定位到光电信号就能定位到相应的电弧,最终能够实现实时动态的焊接情况检测。

（四）焊接质量控制

1.科学合理规划焊接工艺次序

焊接残余应力和焊接变形与焊接工艺次序的选择有一定关联。焊接作业前，对焊接位置和焊接工艺所选定的焊接次序进行统筹规划和科学合理的安排，继而达到科学合理且有针对性的调整焊接次序，可以为焊接残余应力和焊接变形的控制打下夯实基础。

2.编制专项施工方案

为保证焊接能够按照相关规范和标准进行施工，在正式施工前，还需要编制专项施工方案，明确焊接工艺、质量控制措施。编制好的专项方案要呈递给现场监理进行审核，审核通过后才能施工。在施工中焊缝质量直接关系到总体施工质量，需要严格把控好焊接质量，并加强质量检测和验收。先目测再试验检测。焊接完后，先目测是否存在漏接、褶皱、空鼓、烫损等质量问题，目测无误后，再进行充气和真空检测，检测结果要上报给监理单位进行审核，审核通过后，方可进行下一道工序施工。

3.做好焊接设备的管理工作

焊接设备是影响焊接质量的重要因素之一。因此，在实际的制造工作中，管理人员应当根据焊接设备的型号、参数、使用功能制定科学合理的使用标准，并要求作业人员严格按照标准进行焊接作业。与此同时，根据焊接设备的实际运行情况，制定检修维护计划，并安排专业的工作人员对焊接设备进行定期检修，以保证焊接设备的良好工作状态。若是在检修时发现焊接设备存在故障问题，及时查找故障原因并进行维修处理。

结束语

综上所述，在智能制造大背景下，焊接技术的发展既面临着机遇也面临着挑战，焊材研发人员应紧跟国家政策方针，抓住机遇，通过政府顶层设计、行业组织规划和企业需求对接等多个方面进行智能焊接技术的研制工作，加快跨专业、多学科协同，拓展外延式发展模式，加强产学研用合作，提升开发实力和科研能力，在不久的将来，在智能焊接技术方面，国内将突破系列关键技术，形成自有的标准规范，实现高端焊接技术的国产化与自主化，赋能中国制造，助力中国焊接行业及中国工业高质量发展。

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