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    電焊機行業現狀及發展趨勢

    返回列表來源:柏艾斯 發布日期:2017-03-15 16:20:51瀏覽:-查看手機網址
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    隨著市場競爭的日益加劇,適者生存,優勝劣汰將成為電焊機行業結構調整的必然趨勢。有些電焊機企業在競爭中發展壯大,甚至發展成大集團;有些企業將面臨破產,或被兼并、收購,從而退出電焊機行業。但無論是從目前電焊機產量構成比的發展趨勢,還是從電焊機的技術發展方向上看,我國電焊機今后將向高效、節能、機電一體化和成套方面發展。


    3.1 弧焊設備

      弧焊設備是量大面廣的焊接設備?;『冈O備從焊機自動化程度上分,有手工焊機、半自動焊機、自動化焊機、機器人焊機、智能化焊機;從電源性質上分,有交流焊機、直流焊機、交直流兩用弧焊機;從控制方式上分,有晶閘管焊機、IGBT逆變焊機、數字式焊機、微機(單片)控制弧焊機;從使用方式上分,有焊條電弧焊機、氣體保護焊機、埋弧焊機。

    a. 目前,在我國弧焊設備正在逐漸趕上和接近國際水平,我國弧焊設備生產品種多,產品齊全。電流從10多安到1250安、從書包大小到大型埋弧焊機、從手工操作到智能化焊接機器人都有生產;IGBT逆變和單片機控制技術在弧焊設備中普遍應用,并制成較為通用的控制器,但晶閘管焊機仍然具有穩定的市場;CO2焊機、MIG焊機更多的采用一脈一滴的精確控制技術,使焊接飛濺更少,焊縫成形更加美觀,焊接質量得到提高;數字式焊機的研制受到很多科研院所、大型企業的重視,并得到更多生產廠家的認知和歡迎;專家系統、智能化焊機、焊接質量監控與跟蹤系統(如弧長跟蹤,焊縫擺動裝置,機械、光學、電子式焊縫跟蹤等)的研究更加深入,應用越來越普遍;弧焊機器人在自動化生產、困難及有危害性生產環境中扮演著更加重要的角色;在弧焊設備的研制過程中,環保意識逐漸加強,軟開關技術、焊接設備的電磁兼容性、無鉛化生產、高頻防護、防觸電裝置受到許多研究者、廠商、使用者的重視;絕大部分焊接生產廠家通過了ISO9000質量體系及3C強制性產品認證,加強內部管理、提高產品質量、樹立品牌意識、提高市場競爭力已成為廣大焊接設備生產廠家的自覺行動。

    由于我國電焊機生產企業多,尤其是弧焊機生產廠家更是大大小小,遍布各地,焊機技術和質量水平不整齊,一些技術水平低、適應性較差、質量不穩定、參數波動范圍較寬的弧焊機仍有一定市場,這就需要生產廠家、用戶、質量檢測與監督部門共同努力,提高我國弧焊機生產的整體水平。同時,應加強高質量、輕型靈巧的自動化雙絲焊接設備研制,特別是雙絲氣保護焊機推廣應用,這種設備雖已有企業在生產,但數量仍很缺乏,很有推廣價值,特別是應用在堆焊方面會有更好發展前景。

    b. 大力發展氣體保護焊(送絲焊)、大力推進運用逆變電源是今后5年的工作方向。國產數字化焊機技術將達到國外20世紀90年代水平??煽毓鐲O2焊機、逆變CO2焊機的技術將更加成熟,熔滴過度形式多為一脈一滴。

    調整產品結構、提高產品檔次、順應市場要求。逆變式多功能氣體保護焊機,逆變式埋弧焊機,以良好的性能和可靠耐用的特點贏得客戶的好評。逆變焊機將向數字化、輕巧化、節能化、高可靠性化方向發展。

    數字化逆變電源、高效率氣體保護焊是未來15年的發展方向。焊機將實現數字化技術,智能化技術越來越成熟且水平更高。逆變CO2焊實現真正的一脈一滴。閉環控制全規范范圍內的熔滴過渡,一脈一滴控制也采用閉環控制。

    c. 內燃動力電焊機用于野外無電區施焊。國內如重慶運達機電設備制造有限公司、重慶凱達電焊設備廠、成都皮克電源有限公司、成都熊谷電器工業有限公司等研發的此類焊機,已形成野外焊接工作站、自驅動弧焊機、自驅動多功能弧焊機及稀土永磁發電機組等系列產品,主要用于砼電線桿接頭、鐵軌、轍岔、油管、氣管的焊接,并外銷售、轉銷到到美國和歐洲各國。

    焊機能滿足下向焊工藝要求,采用IGBT變頻技術,實現平、降兩種外特性。功能的選擇輸出,能在全電壓或全電流的調節區內得到滿意的動特性,實現藥芯焊絲半自動焊和纖維素焊條下向焊。

    四輪驅動已在焊機上得到應用,既可車載,也能在短距離工位移動時,通過遙控,焊機近距離平穩自動行走,適合公路、山道、旱田、沙地等路面條件。

    5年后將出現車載式(地膠輪)發電電焊機,專門用于野外搶險施焊,目前已準備裝在坦克搶險車上,作軍用電焊機。

    15年,發電電焊全自動送絲,電腦程控藥芯焊絲,多功能輸出。

    3.2 電阻焊設備

    我國電阻焊技術經歷了工頻交流、直流脈沖、三相低頻、次極整流、微機控制和質量監控技術水平的提升過程。目前,我國采用微機控制的次極整流的點/縫焊機、帶恒流輸出的質量控制電阻焊機的應用已較為普遍,電阻焊質量控制理論和技術、各種通用及專用電阻點/縫焊機、成套設備的研究和應用已較為普遍和成熟,接近國際先進水平。但我國逆變電阻焊機、柔性化電阻焊成套設備、電阻焊機的軟開關脈沖調制變換等技術的研究和應用,與國外先進技術相比,與弧焊設備的發展水平、更新換代速度相比,與國民經濟發展的需求相比,仍有很大距離。這些技術在日本、美國、德國等工業發達國家的研究已很深入,并在工業生產中得到普遍的應用;我國逆變電阻焊機的研究處在大專院校、科研單位、少數有技術實力的企業所進行的中、小功率實驗研究和少量試生產階段,一些重要的、技術要求較高的企業需要精密或大功率逆變電阻焊機,到目前為止,大多數依賴進口,或進口關鍵部件再配套機架、機械部件、加壓系統等組裝。所以說,逆變電阻焊機、柔性化電阻焊成套設備、逆變阻焊機器人,對與我國焊接設備研究單位及生產企業來說,是一個較大的研究領域,具有很大的市場前景和發展空間。

    a. 未來5年,中、大功率逆變電阻焊是我國電阻焊機主要研究內容及發展方向。電阻焊微機控制質量監控、智能化及專家系統、柔性化電阻焊成套設備、阻焊機器人、電阻焊機的軟開關技術以及大功率快恢復整流二極管國產化研制、個性化專用電阻焊設備等也是重要的研究內容和專業生產方向。專門適用于鍍層材料、鋁合金材料焊接要求,以及精密零件焊接的電阻焊機的研制更引人重視,焊接工藝與設計研發技術密切配合,專用焊機更具個性化。

    未來15年,我國電阻焊機總體水平進一步提高,達到國際先進水平。逆變電阻焊技術將比較成熟,并大量用于焊接生產;普遍采用微機控制,數字化水平更高;逆變阻焊機器人的研究更加深入和應用更為廣泛。逆變電阻焊機、阻焊機器人進口數量減少,基本實現國產化。

    b. 目前,我國閃光焊機與國際先進水平相比仍有較大距離。手動凸輪式閃光焊機仍是許多設備廠家首選的生產產品;一些技術力量較強的研究院所及企業則以生產氣/液夾緊、加壓、頂鍛及液壓伺服機構實現燒化曲線的閃光焊機為主;微機控制技術在閃光焊機研制中得到普遍應用;專用及帶去毛刺、去飛邊、整形等功能的成套閃光焊設備在輪圈、錨鏈、鋸條、鋼筋、平板及集中截面等焊接中大量使用。但我國閃光焊機自動化水平較低,大截面(如鋼軌、載重車輪轂)所需大功率(幾百甚至上千kW),并具有焊前預熱、焊后回火、微機質量控制和數字顯示等功能閃光焊機,大多是進口產品。正式因為這一技術和市場發展的需求,一些有實力和市場眼光的科研院所和企業,正瞄準這一方向進行技術改造和產品研制。

    今后5年內,我國微機控制、氣/液連動閃光焊機技術更成熟,設備加工精度提高,焊接質量更穩定;主要發展方向是大功率、微機質量監控閃光焊機的研制,并在鐵道等行業中得到應用,部分取代進口產品;小功率精密閃光焊機的研制,用于細絲(如不銹鋼絲、鎢絲)或薄件的焊接。

    未來15年內,大功率閃光焊機恒流控制、關鍵參數采集及焊接質量評定、逆變技術在閃光焊機中得到應用,大功率、高品質閃光焊機基本實現國產化,并有部分產品出口創匯。

    3.3 特種焊設備(激光焊、電子束焊、攪拌摩擦焊等)

    焊接一直是高污染的行業之一,改善焊工的工作條件,減少煙塵已經成為焊接工作者所面臨的重要問題。隨著科學的發展,低成本激光發生器的出現,必然會使激光焊等高效、高質量的潔凈焊接技術日益普及,和電子束焊、等離子焊等高能束焊接一起進入普普通通的加工制造企業中。

    3.3.1 激光焊

    近年來,我國在大功率激光的研制方面取得了巨大的成果,所研制的激光器功率已達到并超過了萬瓦級,形成了激光焊接、切割、打孔、表面處理、合金化、熔覆、快速成型制造、直接成型、光刻等十幾種應用工藝,在汽車、電子、航空航天、機械、冶金、鐵道、船舶等工業領域廣泛應用。一些著名高校、院所激光焊接及切割設備及工藝研究力量不斷加強,如,北京工業大學激光工程研究院、上海交通大學閔行新校區激光制造實驗樓、華中科技大學激光技術國家重點實驗室、武漢楚天激光集團等。由于我國對激光光束質量的研究不夠深入,在實際應用方面與國際先進水平相比存在很大差距。大功率激光焊接切割設備、激光—電弧復合焊設備的研究和應用基本停留在實驗室階段,使得目前用于激光制造的大功率激光器只能依賴進口。

    未來5年,我國應加強激光焊機研究。大功率CO2 、YAG激光焊接切割設備、激光—電弧復合焊設備的研究是重要的發展方向,這些先進技術設備是我國生產實際中急需的設備。擴大其在軍事、航空航天、汽車制造、艦船等領域的應用,部分替代進口產品和傳統焊接工藝(電阻點/縫焊、弧焊)。

    未來15年,在嫁接引進國外激光焊接切割關鍵技術及設備的基礎上實現跨越式的發展,能夠有我們自己研制的大功率激光焊接切割用于生產線中,更多焊接設備生產廠家研發成熟的激光—電弧復合焊設備,此技術和設備已被更多的生產廠認可和采用,并盼望其成本更低,應用更廣泛。

    3.3.2 電子束焊機

    電子束焊接技術經歷了四十多年的發展歷程。電子束技術的基礎理論研究已取得了重大的進展,中小功率電子束焊機相對已比較成熟。電子束焊接的應用研究也取得了長足的進步,在很多工業領域已被成功地廣泛應用。

    a. 國外電子束焊機的技術水平現狀有以下幾個特點

    ⑴1~60kW、50kV~180kV電子束焊機技術性能已經成熟,通用型焊機已可批量商業化生產。對鋼板的一次性焊接深度可達300mm,焊接室最大容積達到2000m3。

    ⑵焊接應用領域日趨擴大,焊接應用工藝非常成熟,國外大型汽車廠及大型航空發動機和電力行業的大型發電機的重要零部件生產,都有成熟固定的電子束焊接工藝。

    ⑶已開發出一系列特種用途,超高壓、大功率的電子束焊機。目前國外的電子束焊機,已從高真空型發展到低真空和非真空型,功率從幾千瓦發展到上百千瓦,從標準的通用焊機發展到高效率的專用焊機及焊接生產線,自動化程度不斷地提高。目前最新的進展有:加速電壓600kV,功率300kW的超高壓電子束焊機的問世,雙槍及填絲電子束技術的研究,非真空電子束焊接及生產率高達500件/小時的非真空電子束焊接在汽車制造領域的應用等。

    b. 國外電子束焊接技術的發展有以下趨勢

    ⑴進一步完善與提高大功率、超高壓電子束焊接設備的技術性能,并拓展其市場應用領域,逐步走向商業化生產。

    ⑵利用現代計算機技術、控制技術與傳感技術,發展智能化的柔性電子束焊接設備。

    ⑶利用新的真空技術的發展成果,進一步開發適合工業化應用的局部真空及非真空電子束焊接設備。

    ⑷加強電子束焊接的基礎研究工作,進一步深入研究電子束與材料交互作用的機理。開發具有束流品質診斷與精確控制性能的產品。

    ⑸研究開發復合型、多功能型的新型電子束焊接設備。

    c. 國內電子束焊接技術現狀及發展趨勢

    我國已有30多年電子束焊接技術的研究開發、應用歷史。目前1kW~15kW、60kV中小功率、中壓型電子束焊機以國內自行生產為主,大功率、高壓電子束焊機主要以從國外引進為主,部分設備是以中外合作方式生產。目前我國電子束焊機擁有量約為200多臺,并呈繼續增長之勢。

    國內的電子束焊接應用發展比較迅速。在航空工業領域發動機轉子部件、機匣、功率軸等十幾種零件均已固定使用電子束焊機工藝,汽車工業的變速箱齒輪、離合器齒輪廣泛采用電子束焊接工藝。電子儀表行業中壓力膜盒、電磁閥閥芯、航空繼電器及波紋管的焊接也大量采用電子束焊接工藝手段。

    國內的高壓大功率電子束焊機仍處于研制階段,技術質量有待提高。高壓大功率、大焊接室的電子束焊接設備是我國電子束設備研制開發的一個重要方向。其核心關鍵部件的技術及其加工制造也是我國需要重點攻克的一個技術難關。此外,國內正在積極開展高品質的束流源發生器的基礎研究與局部真空焊接設備的研制,以滿足國內用戶不斷增長的需求。

    3.3.3 攪拌摩擦焊

    攪拌摩擦焊技術從1991由英國焊接研究所發明至今,已經歷了從技術研究到高層次的工程化和工業化應用階段,形成了一個新的產業。如,在美國宇航制造工業、北歐船舶制造工業、日本高速列車制造等領域得到廣泛應用。目前,全世界已有十幾個廠家得到英國焊接研究所授權,成為專業化的攪拌摩擦焊制造商。2002年,我國北京賽福斯特技術有限公司成為中國唯一得到授權的研發企業。目前,已有十幾臺攪拌摩擦焊用于我國的教學、科研和焊接生產;2004年,平面二維FSW設備研制成功,并已用于熱沉器類產品的焊接生產,該設備還能容易地實現尺寸較小的曲線焊縫的焊接或空洞修補;制訂了《鋁及鋁合金攪拌摩擦焊質量標準》(Q/9S103-2004)和《鋁及鋁合金攪拌摩擦焊工藝標準》(Q/9S102-2004);攪拌頭的研究也取得了突破。

    經過兩年多的技術積累和市場推廣,預測在3~5年內,攪拌摩擦焊技術有望首先擴大應用到我國航空航天工業中,實現我國航空航天焊接制造技術的跨越式發展。同時,在軌道列車、快速艦船領域亦有廣闊的應用前景。

    高質量的攪拌摩擦焊連接,有賴于焊接過程對各工藝參數的精確控制:各軸的負荷、攪拌頭溫升、焊接主軸轉速及焊接速度等;精密設計的攪拌頭、具有良好剛性的數控機床,以及采用高精度的機器人,實現各類接頭的可靠性連接是發展目標。攪拌頭材料的正確選擇,攪拌頭型面的優化設計和壽命提高,并將其應用于高強度、高熔點金屬材料的焊接是今后幾年乃至十幾年的重要研究內容。

    線性摩擦焊技術研究,設備開發及推廣應用也是有待開展的重要工作內容。

    綜上所述,摩擦焊及其加工技術可謂是萬變不離其宗,其實質就是壓力與運動摩擦。通過改變運動摩擦的形式,或與其他形式的運動合成,或對局部塑性變形進行有效控制等,就可以演變出多種摩擦加工工藝。從攪拌摩擦焊和相關工藝的發展可以看出,綜合集成將是先進焊接技術發展的主要方向。國內有關攪拌摩擦焊及摩擦加工技術的研究尚處于起步階段,其研究與應用水平與國外的差距很大,在跟蹤先進技術的同時必須注意加強技術創新能力。

    3.4 焊接機器人及自動化焊機

    目前我國的焊接自動化率只有20%左右,國家從上個世紀末開始逐漸在各個行業推廣氣體保護焊,取代手工電弧焊,現已初見成效??梢灶A計在21世紀的前10年,我國的焊接技術仍然是在傳統的框架內繼續增長與改進,智能型焊接也會在特定領域適當發展。

    我國焊接機器人技術研究始于20世紀70年代,應用面及數量與發達國家比尚處于初級階段,與發達國家相比差距較大。近年來,我國焊接機器人融合了國外的成熟技術,得到了迅速發展,清華大學、南昌大學、哈爾濱工業大學、華南理工大學等高校和科研機構的焊接機器人研究水平不斷提高,一些技術,如爬行式焊接機器人在國際上也處于領先地位,這些院所及首鋼莫托曼機器人有限公司、唐山松下產業機器有限公司、OTC公司等廠家的焊接機器人已開始走向實用化階段。目前,我國用于汽車、摩托車、造船、電力、石化等領域的弧焊/點焊機器人大多是進口,如,COMAU、KUKA、OTC機器人在8萬輛長安之星焊接線上的應用。這些進口的焊接機器人使用,使焊接質量得到了極大改善,有效提高了企業的勞動生產效率,減輕了工人的勞動強度。但這些進口設備仍有焊接位置偏移后重新示教、弧焊機器人焊縫跟蹤、 焊接機器人備品備件、機器人的校軸過程占用過多時間、機器人電器控制系統、機器人與其他設備或工位上障礙物碰撞等問題急需解決。

    焊接機器人技術的研究與實際應用是今后5年我國焊接設備技術進步的重要標志。消化吸收國外先進技術,減少進口,研制具有我國知識產權的、國際先進水平的焊接機器人,保證質量、增加數量,將其應用從汽車、摩托車焊接擴展造船、電力、核能、石化等領域。推動我國焊接切割機器人的研制和產業化進程。逐步用自動化焊切設備,替代手工和半自動化設備,縮小我國與世界先進水平的巨大差距。從購買國外焊接機器人到消化吸收、自主開發,并形成具有知識產權的焊接機器人系統。

    未來15年,自動化焊機的研制、生產推廣達到世界先進水平,使用比例和國際接軌。我國焊接機器人在實際焊接生產中的應用領域及數量將大幅增加,并有水下焊接、太空及失重條件的焊接機器人研制成功。結合逆變電阻焊機技術的發展、激光—電弧復合焊技術的提高、焊接生產個性化要求的提高,更加先進的點焊/弧焊機器人、專用機器人、智能化的新一代焊切機器人將應用在生產實際中。

    3.5 專用、成套設備

    隨著技術進步和社會發展,對專用、成套設備的技術性能要求越來越高,需量也不斷增大。這方面,我國有實力的焊接研究院所、知名企業進行了長期的技術研究、市場開發、人才儲備和科學化現代化管理。成都電焊機研究所、成都焊研科技有限責任公司、四川成焊寶瑪焊接裝備工程有限公司、成都焊研威達自動焊接設備有限公司的產品和技術,不僅在很大程度上滿足了國內不同用戶的需求,而且有部分專用、成套焊接設備出口創匯。如,成都焊研科技有限責任公司作為我國電焊機行業最早從事自動焊接設備開發的高新技術企業之一,不僅為國內汽車、摩托車、家電、航空航天、軍工、工程機械、壓力容器、造船、礦山及機械制造業等各行業提供了千余套高效、節能的專用自動焊接設備,產品還出口美國、歐洲、東南亞及非洲各國。該公司生產的自動焊接設備已廣泛應用于一汽集團、東風集團、上海大眾、重汽集團、柳州五菱、春蘭集團、美的集團、廣東美芝、格蘭仕公司、實德集團、神鋼集團、蘇州施耐德等大中型企業。為用戶單位解決了大量焊接技術難題,取得了一批具有國際國內先進水平的研究成果,贏得了國內外用戶的廣泛贊譽。四川成焊寶瑪焊接裝備工程有限公司在引進、吸收法國先進的設計制造標準、技術以及成功的工程管理經驗的基礎上,通過不斷努力,承擔了許多重大的焊接成套設備設備項目的開發設計制造的“交鑰匙”工程。按照ISO9001建立的公司質量管理體系使其為汽車工業及其他工業部門提供的焊接生產線、焊接機器人系統、專用焊接設備具有國際先進水平。在此,我們可以高興地說,在專用成套焊接設備生產領域,我國焊接研究和生產企業已經突破了國外的封鎖。

    那么,為什么專用成套設備在我國進口焊接設備中仍占有較大的比例?這不僅僅是用戶企業對國外產品的迷信,更重要的是反映出我國專用成套焊接設備技術方面存在不足,尤其是隨著技術的發展,用戶給專用成套設備提出了更高的要求。

    在未來的5至15年,我國的成套焊接設備制造企業不但要在提高技術、設計水平上做出努力,還要在企業質量管理、各種基礎件、配套件的選用方面下功夫,實現專用成套焊接設備生產自動化,爭取在專用、成套焊接設備方面取得新的突破。同時,由于專用成套焊接設備每臺(套)的技術要求各異,用途各不相同,研制和生產周期比通用焊機長,但往往用戶的需求是很及時的,這就要求專用成套焊接設備生產企業要有更多的技術和人才儲備,特別要在專用成套焊接設備通用化方面下功夫,提前做好基礎研究,才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。對于這一點,我國一些著名的專用成套焊接設備生產企業已成竹在胸。

    在產品上,要繼續開發國民經濟各行業急需的成套焊接設備,如汽車總裝焊接生產線(包括焊接機器人系統、高精度傳輸裝置、中心控制系統等);電站鍋爐、壓力容器行業的重型容器焊接中心、集裝箱焊接生產線、大型三通的馬鞍形接頭的全自動焊接裝置。開發、研制高科技含量的特種專用設備,如大功率電子束焊機、大功率激光焊機以及數控切割等,為國家重大項目研制高起點、高水平的成套焊接設備,提供交鑰匙工程,保證焊接質量和可靠性是專用成套焊接設備今后的發展趨勢。

    3.6 切割設備

    現代制造業用到的熱切割方法主要有:火焰切割、等離子弧切割和激光切割,而與之相配的自動化執行機構通常分為數控切割機和切割機器人兩大類。世界上第一臺數控切割機誕生至今已走過了40多年的歷史,在全球科技人員持續不懈地努力開發下,數控切割的技術、工藝、配套軟件等各方面已取得了豐碩的成果,并向市場提供了門類齊全的用于板材切割、型材切割、管子相貫線切割、3D曲面切割的數控切割設備。機器人切割設備正日益成為汽車、航空航天、造船、海洋平臺、鋼結構等行業在型材切割、三維曲面切割、柔性切割等方面保持產品競爭能力的一支不可缺少的關鍵力量。

    目前,火焰切割仍是機械制造中一種不可缺少的熱切割加工手段,并在切割中、大厚度鋼板、切割多種形狀的焊接坡口和多割炬大批量切割直條鋼板等應用場合還有一定的優越性,因此,火焰切割在今后相當長的時期內,將作為其他先進熱切割的補充,繼續發揮其作用。近年來,我國自動化火焰切割所取得的明顯進步表現為:在切割用氧氣方面,積極提倡使用具有顯著技術和經濟價值的高純度液態氧;而在切割用燃氣的選用上,則大力推廣用經濟、安全、切口質量好、環保無污染的液化石油氣等新型工業燃氣來替代乙炔。這兩項工作收效顯著,發展勢頭良好。

    今后一段時期內,在1~38 mm厚的碳鋼以及有色金屬的切割中,等離子弧切割仍然將占據主導地位,并且有廣闊發展空間。

    工業中常用的激光切割光源主要有2種,即CO2氣體激光和Hd:YAG固體激光。這兩種激光的波長是不同的,前者為10.6μm,后者是1.06 μm。短波長的Hd:YAG激光最突出的優勢是激光束可以通過光纖維傳輸,加工柔性好,能方便地用作(機器人)三維切割;而即CO2激光是靠光學反射鏡傳送的,盡管它也能用于三維切割,但實現起來比較麻煩,因而它更多地被用在(數控)二維平面切割中。

    自動化激光切割技術自成功地用于工業生產以來,人們對激光發生器的效率、切割質量、運行的可靠性、使用和維護成本等多項指標提出了越來越高的要求。經過制造商長期不斷地改進和完善,使激光切割在技術進步和綜合經濟效益方面較傳統熱切割方法的優勢逐漸顯現出來,從而更加堅定了各界人士對其未來美好前景的信心。

    3.6.1 數控等離子、火焰切割機

    我國數控切割技術的開發工作開始于20世紀80年代初,起步是數控火焰切割機。到了20世紀90年代,在數控火焰切割技術趨于成熟并獲得廣泛應用的基礎上,又通過嫁接引入國際上先進的等離子切割系統,采取引進和自主開發相結合的方法,開展了數控等離子切割機的研制。歷經20多年,終于取得了可喜的成就,目前國產數控等離子、火焰切割機門類和規格已相當齊全,其中部分產品在技術性能指標和功能上均已接近或達到國際水平,產業化進展順利,并已具備一定的經營規模。

    伴隨著數控等離子、火焰切割技術的成熟,其在國內造船、壓力容器、工程機械、電站設備、橋梁和鋼結構等行業得到了廣泛應用,徹底改變了以往手工和半自動切割的低效率狀況,從根本上緩解了我國機械制造業飛速發展所帶來的鋼板和其他金屬板材切割量急劇增大的巨大壓力,為今后在整個制造業擴大應用數控等離子、火焰切割機,以應對未來新的挑戰打下了基礎。

    3.6.2 數控激光切割機

    我國對激光技術的研究起步很早,同時激光和光電子被列入了國家“863”計劃而受到廣泛的重視。然而由于歷史的原因,雖然我國的激光科研力量較強,但激光產業同國際水平間卻存在著相當大的差距,數控激光切割設備中的許多關鍵器件都得依賴進口,我國在這方面技術水平已遠遠落后于發達國家。為了改變這一現狀,近年來我國許多研究機構和企業,以面向市場、應用和未來的態度,對擁有的物質、人力、技術、科技成果、乃至運行機制進行了重新整合,并走出國門尋找合作伙伴,或引進外資和技術,以期借助于國外的資金、先進的技術和管理水平,實現在這一領域跨越式的發展,現取得了令人矚目的成績,其中,上海團結普瑞瑪激光設備有限公司、沈陽普瑞瑪激光切割機有限公司、楚天激光集團等企業已向市場推出了追趕當今世界水平的數控激光切割機。

    數控激光切割機在我國的汽車、電梯制造、包裝機械、紡機、電氣開關柜、航空航天等工業部門的鈑金加工領域已取得了較為成功的應用,但在造船、工程機械等中、厚板材切割量龐大的行業應用甚少,相比之下,在這一點上我國與工業先進國家的差距就顯得更大。同時這一現實狀況又從另一個側面預示了:性能優良、價格有競爭力、并且能夠勝任中、厚板切割的高功率、大型數控激光切割機在未來中國的市場潛力是極其巨大的。

    3.6.3 機器人切割

    我國切割機器人在生產實踐中的應用領域狹窄(主要出現在汽車制造、航空航天工業),應用規模與國外相比差距更大。究其原因:首先,我國工業機器人整體技術水平與國際先進水平存在一定的差距,至今還沒有形成自己的機器人產業,從現有的機器人產品來看,還存在著品種規格雜、零部件通用化程度低、功能不達標、質量及可靠性不穩定等問題;其次,我國切割機器人應用工程起步較晚,使得對適合切割作業機器人的操作機結構形式、控制技術、編程方法等知識了解掌握不夠,外加相關的自動化成套裝備的整體配套能力也未形成;再者,依據我國現時國情,用機器人替代原有的人工作業,一旦投入勢必要考慮到產出回報率的風險普及應用也因此多少會面臨一定的阻力。如此方方面面的不如人意,造成了我國制造行業大部分企業不得已而仍然大量地沿用傳統的生產方式。這種情形一方面制約了相關行業自身技術進步和產品質量的提高,另一方面也導致了我國自主設計和生產的切割機器人實用化和產業化步伐緩慢,現代化的切割機器人只得長期依賴進口,產品幾乎被國外公司所壟斷。就拿近幾年的北京·埃森焊接與切割展覽會來說,人們已經可以明顯地感覺到:中國未來焊接與切割機器人巨大的市場潛力在吸引全球機器人制造商們關注的同時,也正在愈來愈被他們所瓜分和壟斷。

    如今,我國切割機器人的形勢已時不我待,要抓緊發揮產、學、研相結合的優勢,在完善和提高已經取得的技術和應用成果的基礎上,盡快化大力氣拓展切割機器人的應用領域及應用規模。毋庸置疑,隨著我國制造業產品升級和技術進步的加快,切割機器人自動化生產線及切割機器人自動化成套裝備的市場會越來越大,除了在汽車制造、航空等領域外,還要加倍努力將機器人切割技術介紹、推廣到造船、海洋平臺、工程機械、鋼結構等鋼材切割量急劇增加的行業中去,這樣一來,既能夠解決這些行業對先進切割技術的迫切需求,又可以彌補過去在此層面上工作的不足,逐步向國際潮流靠攏。

    機器人的研究、開發早已被列入了863高科技發展規劃,充分體現了國家對這一問題的重視。國內的切割機器人研究機構和制造廠商最了解我國企業的資源、生產和工藝的現狀,因此我們有理由相信,國產切割機器人(包括已本土化生產的國外品牌產品),在產品價格、技術支持、售后服務、工程的設計和實施等方面占有優勢,只要把握好當前良好的發展機遇,加快切割機器人的產業化進程,必定能夠研制出適合國情、滿足國內市場需求的產品和系統,從根本上扭轉國外產品的壟斷局面,振興民族工業。

    就目前而言,國產數控等離子、火焰切割機的主要技術性能指標已接近國際上同類產品的水平,并且由于存在價格及服務上的優勢而被國內制造業界所認知和接受,獲得了廣泛的應用,情況令人鼓舞,后續發展態勢健康良好。我國的數控激光切割機和切割機器人,在開發研制技術水平、產業經營規模、產品規格品種、應用領域和現役設備數量等許多面同發達國家相比還在著相當大的差距,我們要實事求是地面對這一落后的現實,同時充分意識到激光和機器人都是受國家產業政策扶植的“863”計劃項目,堅定信心,把握住我國經濟騰飛和制造業迅猛發展所帶來的市場機遇,開拓出數控激光切割機和切割機器人研制和推廣應用工作的新局面,力爭使我國的自動化熱切割事業早日跨入世界先進行列。

    目前,國內有實力的單位正在進行船舶型材柔性自動化切割加工生產線、管子自動化加工(含切割與焊接工序)生產線、船用鋼板和型材(切割)加工中心、數控火焰切割機、數控等離子切割機、數控型材/管子相貫線切割機、切割機器人的研究。將通過引進關鍵設備后,集成制造生產線,并在此基礎上消化吸收國外先進的技術、工業裝備,研制國產化產品,如管子法蘭焊機,型材切割自動化設備等,以形成成套的生產加工線。數控等離子、火焰切割機基本滿足性能和功能上的要求,并已形成產業規模,在國內各行業獲廣泛應用,數控管子切割機也已商品化,數控型材切割機研制初期,切割機器人研制水平較低,至今未能形成產業。

    5年內,我國將研制出具有代表性的專用和成套設備切割設備,其加工性能更優、柔性更好。布局合理、具有物流和節省各項費用優點的鋼板加工中心將逐步在各行業地區形成。大功率、高切割質量、低能耗、綠色環保措施的等離子切割機將占主導地位,現時的常規等離子將退出市場。具有競爭優勢的激光切割將對傳統切割形成沖擊。切割機器人將在機械制造行業被更廣泛的接受和應用??茖W合理、省材、高效的專業套料切割軟件,將越來越受到設備制造商和設備使用者的重視,并在切割設備的研制過程中大量配套采用。

    15年間,行業和區域性的切割、焊接加工中心成為主流,而其他的廠家都逐步成為總裝廠。數字化、高度信息化技術已日臻完美,并向智能化全面發展。廣泛采用激光、水射流等新型高效、低耗、環保等切割方法。信息技術、網絡技術、機器人技術使切割的遠程控制、無人化車間、切割與焊接一體化柔性加工生產線等都變成現實。

    3.7 輔機具及配套件

    我國焊接送絲機生產,有以南通振康機械有限公司為代表的一批生產企業,他們有十幾年的研究生產經驗。主要生產CO2送絲機、電弧噴涂送絲機、TIG送絲機、埋弧焊自動送絲機。以南通振康機械有限公司為例,“十五”期間,生產的CO2送絲機每年增長50%以上,截止到2004年12月,其生產、銷售送絲機大小合計7萬臺套,2005年受宏觀調控的影響,遞增量可能會下降,預計增量20%。

    從我國的焊接行業的總體情況來看, 5年后CO2焊機應該進一步增長,全國的總需求量將達到20萬臺。微型送絲機出口勢在必行。

    目前,我國送絲機的整體水平基本達到日本水平,經過5年的繼續努力,有望趕上超出日本水平。

    總之,質量指標是由企業理念決定,增長率取決于國家的經濟方針,任何企業都沒有辦法解決固定的增長率,生產能力可以設計,宏觀調控無法想象和控制。

    后5年的電焊機行業應著眼于半自動化、自動化焊接,CO2焊接、埋弧自動焊機,這是最有希望的增長點。

    中國的藥芯焊絲發展已較快,近年來年產量在4~5萬噸,但是量還是不大。目前的送絲焊,無論是焊機,還是送絲機,大多是用于氣體保護焊的,對于藥芯焊絲應該有專用設備,才能更好地體現出其優越性能。今后5年和更長時間的重要工作,藥芯焊絲焊接設備和技術將得到不斷進步與發展,研究適合藥芯焊絲的送絲設備,并不斷的完善。


    4 重點發展態勢


    4.1 逆變式焊接電源所占比重將越來越大

    逆變式焊接電源由于具有焊接性能好、動態反應速度快、動特性好、體積小、重量輕、效率高、焊接速度高、多功能、有利于實現焊接機械化和自動化的優點,已成為弧焊電源的發展方向。2000年,國家將IGBT逆變電源列入高科技產品目錄,這是電焊機行業唯一被列入的產品。今后5年,逆變焊機產量每年仍將以近30%的速度增長。

    4.2 自動、半自動電焊機,尤其是高效節能的CO2焊機將得到快速的發展

    自動、半自動電焊機主要是指自動、半自動氣體保護焊機、埋弧焊機等產品,是實現優質、高效焊接工藝的必備,尤其是CO2氣體保護焊機,還具有節能、生產效率高、成本低、焊接品質好、有利于實現焊接自動化等特點。

    目前,通過電焊機行業的自行開發、設計、引進技術和合資生產,使我國的自動、半自動焊機的技術水平有了很大的提高,同時也推動了我國機電一體化焊接設備的發展。

    自動、半自動電焊機的技術發展方向正朝著以下趨勢發展:

    a. 高組合化和多功能,即以標準型多功能的弧焊電源為主體,配以各種功能裝置,實現多種用途。

    b. 氣體保護焊機中,脈沖焊接進一步向同步脈沖最佳控制方向發展,將微機、逆變技術用于MIG/MAG/CO2焊機,通過精確控制輸出脈沖,減少飛濺。

    c. 應用微機實現焊機自適應控制,利用微機控制弧焊機電源的動態、靜態特性,自動調節焊接規范和焊接參數,改善焊接性能,保證焊縫一致性,獲得高質量焊縫。

    d. 逆變式氣體保護焊機(特別是CO2焊機)將得到更大的發展。為實現更可靠的引弧和更理想的波形控制,要求電源具有更好的動態響應能力,所以逆變電源用于CO2焊將有更廣闊的前途。

    4.3 自動化焊接技術及其設備將以前所未有的速度得到發展

    三峽工程、西氣東輸工程、航天工程、船舶工程等國家大型基礎工程有力地促進了先進焊接工藝特別是焊接自動化技術的發展與進步。汽車及零部件的制造對焊接的自動化程度要求也日新月異,我們可以這樣來概括未來我國電焊機行業的發展趨勢,即“高效、自動化、智能化”。目前我國的焊接自動化率還不足30%,同發達工業國家的近80%差距尚遠。從上個世紀末國家逐漸在各個行業推廣自動焊的最基礎焊接方式---氣體保護焊,來取代傳統的手工電弧焊,現已初見成效??梢灶A計在未來的10年,國內自動化焊接技術及其設備將以前所未有的速度得到發展。

    a. 熔化極氣體保護焊逐漸取代手工電弧焊將成為焊接的主流,預計未來10年內實芯焊絲占焊材消耗量的比例會由現在的15%增長到30%,藥芯焊絲由現在的2%增長到20%,埋弧焊焊材也將在10%的水平上繼續增長。其中藥芯焊絲的增長幅度明顯加大,在未來20年內會超過實芯焊絲,最終會成為焊接中的主導產品。

    b. 高效、節能并能夠自動調節焊接參數的智能型的逆變焊機會逐漸取代手弧焊機和普通晶閘管焊機,而且焊機的操作趨向于簡單化、智能化,以符合當今淡化操作技能的趨勢。

    c. 在汽車、造船、工程機械和航空航天等領域較廣泛應用適用于不同場合的智能化焊接機器人,大幅度提高焊接質量和生產效率。

    可喜的是我國很多行業部門和大型企業已經意識到這些問題,船舶工業早已經率先提出,到2005年船廠的高效率焊接要達到80%以上,其中二氧化碳焊接應用率達到55%,焊接機械化率、自動化率要達到70%左右。

    4.4 成套、專用焊接設備的應用將會也來也廣闊。

    近年來,電焊機行業在專用成套焊接設備制造方面有了一定的發展,除繼續為汽車、冶金、石油化工、輕工等傳統產業提供部分所需要電焊機外,還部分承擔了國家重點工程焊接裝備的供貨工作,如承擔了西氣東輸工程中輸氣管道用的大直縫管焊接生產線的研制任務。此外,機器人焊接、切割及搬運系統也已經在汽車、摩托車、工業電器、化工機械以及民用產品制造等眾多領域得到應用。

    各工業部門,為了提高生產的效益,以最低的生產成本,滿足市場對產品的高水平高質量的要求,都在千方百計地設法提高焊接生產過程的機械化、自動化水平,也給焊接專用成套設備提出了更高的要求,如,從“小成套”到“大成套”,包括生產線、焊接工裝、焊接機床和成套焊接工藝等,有些工程要求承制方提供產品生產全過程的成套設備,除焊裝設備外,還需要其它加工設備、檢測裝置等,即要求實現交鑰匙工程;交貨周期急劇縮短,要求制造單位既要有足夠的技術力量和技術儲備,還要有強大的生產能力和制造經驗;產品有極高的可靠性和耐用性,很多產品要求連續運轉,24小時不停機;制造企業要有較強的承接能力和質量保證能力,一般均要求企業通過ISO9001質量管理體系認證等。

    我國的成套焊接設備制造企業不但要在提高技術、設計水平上做出努力,還要在企業質量管理、各種基礎件、配套件的選用方面投入下功夫,爭取在專用、成套焊接設備方面取得新的突破。

    今后5~15年,專用及成套焊接設備的開發重點有:

    a. 焊接機械化自動化的關鍵技術和部件的研究開發

    研究高性能的焊接電源,標準化積木化的焊機部件,焊接參數檢測及控制技術,焊接過程自適應控制技術,生產線標準傳輸單元,裝焊夾具的標準構件等等,都是當前應立即著手開展研究的課題。

    b. 繼續開發國民經濟各行業急需的成套焊接設備,如汽車總裝焊接生產線(包括焊接機器人系統、高精度傳輸裝置、中心控制系統等);電站鍋爐、壓力容器行業的重型容器焊接中心、集箱焊接生產線、大型三通的馬鞍形接頭的全自動焊接裝置。

    c. 開發、研制高科技含量的特種專用電焊機,如大功率電子束焊機、大功率激光焊機等。

    d. 為國家重大項目研制高起點,高水平的成套焊接設備,提供交鑰匙工程,保證焊接質量和可靠性。

    4.5 電焊機電磁兼容得到重視并研究解決

    4.5.1 電焊機電磁兼容的現狀

    隨著電力電子設備在機械加工等工業中的普遍采用,清潔電網和電磁空間也成為環境保護的重要內容。“電磁污染”已經繼“水、氣、渣、聲”之后被確定為第五大環境污染源。電磁環境問題日益突出,引起世界各工業發達國家的重視。

    自進入WTO以來,為了提高我國電氣電子產品的安全性和可靠性,我國也將電氣電子產品的電磁兼容性要求納入到國家強制性產品認證范圍,電焊機的電磁兼容性問題由于技術原因和我國電焊機行業現狀暫時未納入強制認證產品目錄。

    近年來,隨著微電子技術的發展的應用,設備小型化和數字化已成為技術發展的主流。在電焊機行業中,逆變焊接的研制成功對焊接電源的技術進步具有“革命性”意義。逆變焊接電源具有熱效率高、節能、成型好、控制精度高、體積小、重量輕等優點,具有極其廣闊的發展前景,是焊接電源的發展方向。IGBT逆變電源已被國家列入重點支持的高新技術產品目錄。

    目前,嚴重制約逆變電源發展的問題之一就是其對環境的污染問題。在出口方面,由于受歐盟CE指令的EMC要求的限制,我國逆變焊接電源很難進入歐洲市場。中國已經加入世界經貿組織,隨著世界經濟一體化進程的加快,我國也將對逆變電源污染問題采取一系列措施進行治理。因此,電焊機行業如不加快逆變電源的綠色化改造進程,我們的逆變電源就很可能被擠出國際甚至國內市場,這將是焊接電源技術的一個大倒退。

    因此,加強逆變電源綠色化設計工作,對我國的逆變電源占領國內市場并走向國際市場,推動電焊機行業技術進步都具有重要意義。

    4.5.2 電焊機電磁兼容今后5年應解決的問題

    a、建立電焊機電磁兼容性分析與測試平臺,掌握和熟

    悉電焊機電磁兼容性測試技術;全國電焊機標準化委員會應制定適合中國國情的電焊機電磁兼容國家標準;

    b、通過建立不同復雜程度模型的方法,在電力電子仿真軟件SABER上建立針對諧波抑制裝置的、精度與速度合適的系統仿真(研究低頻響應特性)、電路仿真(研究電路拓撲性能)和器件仿真(研究器件工作狀態)三個級別的計算機仿真工作平臺,并利用場路結合理論,將上述三個平臺綜合成電焊機電磁兼容性預測的計算機仿真平臺。利用這個平臺對市場上不同技術類別的電焊機電磁兼容水平進行預測與分析。

    c、在諧波抑制技術的電路級仿真工作平臺上,對各種諧波抑制方案進行分析論證,確定合理焊接逆變電源的諧波抑制電路;同時對逆變焊接電源應采取的各種電磁兼容性技術措施進行仿真優化研究;從電磁兼容性提高的角度對電焊機的焊接工藝參數設置進行優化;

    d、開展對電焊機機箱、控制電纜、焊接電纜以及焊接電源內部各個部件的場路結合的之間的互相耦合問題。研究并解決各種類型的不同結構方式的電焊機電磁兼容性問題,從而推動電焊機行業的技術進步,為我國電焊機全面走向世界打下良好的基礎。

    4.6 電焊機測試技術將得到飛速發展

    a.測試技術對行業技術進步具有積極的推動作用

    目前,我國大多數電源生產企業使用的電源測試系統主要由繼電器、接觸器、指針式儀表等分立器件組成,只能滿足基本要求,并且存在一些缺陷:如技術含量低、自動化水平低、試驗人員勞動強度大、設備生產復雜、設備故障率高、維護難度較大等,而對于動特性等性能指標根本無法作出有效評定。因而,研發新一代大功率電源測試技術及設備就尤為迫切。

    電焊機測試技術的發展一方面可以提高電焊機電源的技術水平以縮短與發達國家的差距,另一方面又可大大改善生產企業的工藝水平,提高工作效率、減少誤差、減輕勞動強度,在增強企業市場競爭力的同時增加企業效益。目前國內大多數電源生產企業已充分意識到高檔電源測試設備對產品質量提高的重要性。再者,測試技術屬行業共性服務技術,測試技術發展有利于建立我國大功率電源測試研發基地,配合我國的CCC認證工作,為大功率電源測試提供技術支持和人才培訓服務,還能產生極大的社會效益,

    b.今后5~15年測試技術研發的工作內容和急需解決的關鍵問題

    (1)建立大功率電源檢測分析與測試平臺,掌握和熟悉大功率電源測試技術;研究解決數字化電源測試系統在電焊機等大功率電源性能測試中的可靠性;

    (2)對電焊機電源檢測系統進行分析,在現有技術儲備和消化吸收國外同類設備的基礎上,解決在電焊機強干擾下的電流、電壓的測試準確度的問題;解決三相不平衡負載功率因數的測量;解決500A無感動態負載在交流條件下的功率因數問題;解決測試系統長時間穩定工作問題;解決操作人員、測試規范、被測產品的可追溯性,數據自動記錄、報表處理和檔案管理等有關問題,從而使我國的電焊機電源測試技術達到國際先進水平。

    本世紀的頭10年,將是電焊機行業飛速發展的有利時期。電焊機行業任重而道遠,我們要樹立知難而上的決心,抓住機遇,為我國電焊機行業的騰飛而努力奮斗。


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