焊接與切割裝備在工程機械制造高效焊接中的應用

山推工程機械股份有限公司推土機事業(yè)部總經(jīng)理 孫世超

焊接與切割裝備在工程機械制造高效焊接中的應用

山推工程機械股份有限公司推土機事業(yè)部總經(jīng)理 孫世超

【編者按】高效焊接一直是企業(yè)關注的重點，如何才能實現(xiàn)高效焊接，是否使用了先進的設備就屬于高效焊接，其實不然。本刊記者覺得，高效焊接主要結合實際產(chǎn)品結構，實現(xiàn)最大程度的利用各種先進的設備，達到高效焊接的目的。

工程機械制造作為我國裝備制造領域的重點行業(yè)之一，具有產(chǎn)品功能結構復雜、施工工況惡劣、對設備可靠性要求較高等業(yè)內公認的獨有特點，由此也決定其產(chǎn)品制造要求嚴格、工藝復雜，尤其是大型關鍵構件和傳動零部件，制造工序多達十幾個甚至更多。因此其工藝特點也代表機械行業(yè)先進制造技術水平，是工藝裝備新技術創(chuàng)新突破的試驗田。

隨著高端裝備制造業(yè)成為“中國制造2025”重點發(fā)展的十大支柱產(chǎn)業(yè)之一，工程機械行業(yè)也將會出現(xiàn)新的機遇期，未來10年或一段時期企業(yè)生產(chǎn)將面臨制造智能化、柔性化、自動化高度集成化的應用轉型期，其中各種高效的焊接與切割裝備將應用于工程機械企業(yè)的重點領域，也必將為企業(yè)工藝技術創(chuàng)新做出應有的貢獻。

眾所周知，高效、高精度焊接與切割作為目前先進技術的代表和發(fā)展趨勢，逐漸被企業(yè)所接受，并已在工程機械制造企業(yè)中得到了很好的應用，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)品零部件的質量，生產(chǎn)出更具市場競爭力的產(chǎn)品，為工程機械更新?lián)Q代提供工藝設備保障。然而企業(yè)應當從生產(chǎn)需求的實際出發(fā)，不要盲目選擇各種先進的焊接與切割裝備，應適應工廠工藝布局與產(chǎn)品工藝流程需要，這樣才能真正實現(xiàn)高效焊接與切割生產(chǎn)的最佳效果。本文將對工程機械企業(yè)生產(chǎn)中重點應用的高效焊接裝備

進行總結，希望能夠為廣大企業(yè)應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械結構件焊接或裝配加工的初始工序，其下料質量和效率直接影響了后續(xù)的生產(chǎn)組織和產(chǎn)品質量。切割工藝設備選擇隨著板材規(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落后的剪板、機械鋸切設備。就工程機械行業(yè)主流的板材下料設備有精細等離子切割、光纖激光切割、平板坡口切割、管相貫線切割、鉆切復合一體機、型鋼切割六大類；按能量束原理大類可分為激光、等離子、火焰等單一或復合切割工藝裝備，下面重點就激光和等離子切割等應用比較廣，較先進的切割裝備進行介紹。

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

目前在工程機械行業(yè)中的應用主要有平板下料、三維成形件下料等，激光切割技術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，可見目前國內中小功率光纖激光器得到了普遍應用，發(fā)展前景看好，厚板切割是未來的發(fā)展方向。激光切割設備主要有機器人激光切割設備、平板激光切割設備以及龍門式三維激光切割設備。目前國內外先進的激光切割設備企業(yè)主要有德國TRUPMF、瑞士BYSTR-ONIC、意大利PRIMA、深圳大族、上海團結普瑞瑪、奔騰楚天、武漢法利萊、蘇州領創(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

圖2 激光器

圖3 精細等離子

圖4 精細等離子切割

（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等離子小孔切割技術，該技術是平板切割功能的拓展，采用高速度高精度龍門數(shù)控機床、精細等離子切割電源，高性能多軸數(shù)控系統(tǒng)，通過自動控制氣體流量、提高弧束挺度，減少割面錐度，達到較好的圓孔切割效果，可以用于工程機械用5～25mm中厚板的切割，實現(xiàn)徑厚比為1:1的小圓孔切割，在一定的范圍內可以取代鉆孔，減少冷加工工序和加工工時，同時實現(xiàn)復合切割工序，或取代激光切割，有效降低激光切割機采購成本。目前國內具有這方面的生產(chǎn)能力的企業(yè)主要有梅塞爾（中國）、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海寶、美國維克多、凱爾貝等企業(yè)如圖5所示。

智能化焊接裝備

進入21世紀以來，隨著焊接技術的快速發(fā)展，各種焊接裝備的智能化、自動化、數(shù)字化水平越來越高，成本也越來越低。尤其是國家重大工程對焊接技術的要求，推動傳統(tǒng)的焊接向自動化、智能化以及“高精度控形”、“低損傷控性”的先進制造模式的轉變，因此也促進了各種智能化焊接裝備在企業(yè)的大量應用，特別是焊接機器人、智能化焊接電源、激光焊接裝備及焊接專機等。

圖5 等離子電源

圖6 雙絲焊接機器人

圖7 激光焊接

（1）焊接機器人 工業(yè)機器人具有自動化、智能化、機械化程度高等特點，能夠不間斷高效的運行預先設定的動作，因此，能夠很大程度上降低工人的勞動強度，提升產(chǎn)品的焊接效率。近年來，國家大力發(fā)展智能化工業(yè)機器人的戰(zhàn)略，促使工業(yè)機器人取得了快速的發(fā)展，工程機械企業(yè)快速響應，如徐工、中聯(lián)、三一、山推等國內工程機械行業(yè)大型企業(yè)，已經(jīng)建立了具有特色的中厚板鋼結構件機器人自動化焊接生產(chǎn)線，打破了國外公司對焊接自動化技術的長期壟斷。相比手工焊的焊接速度難以超過500mm/min，而先進的自動化焊接已達到了每分鐘幾米甚至十幾米，這都進一步促進了工業(yè)機器人在企業(yè)中的應用，使中國成為世界機器人第一消費大國。目前，工業(yè)機器人研制開發(fā)企業(yè)主要有國外的ABB、KUKA、徠斯、松下、安川、發(fā)那科、柯馬等，國內的埃斯頓、杰瑞、北京時代等如圖6所示。

（2）數(shù)字化智能焊接電源焊接電源是焊接質量好壞的關鍵因素，其技術也從原來的模擬信號發(fā)展為數(shù)字化階段，智能焊接電源能夠實現(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)質量和效率，同時能夠實現(xiàn)遠程控制或監(jiān)控的智能化特點，很大程度上降低了焊接工人對焊接參數(shù)的干預，為焊接信息化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的實施奠定基礎。目前，先進數(shù)字化智能焊接電源主要有伊薩、福尼斯、松下、北京時代、肯倍、山東奧太、瑞凌、佳士、凱爾達等企業(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應用的重要方面之一，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向內部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池，達到焊接的目的。具有熱影響區(qū)窄、焊接變形小，焊接速度快、殘余應力低、焊縫深寬比大和焊接接頭強韌性高等優(yōu)點。從20世紀70年代發(fā)展至今，已形成激光電弧符合焊接技術、高效焊接堆焊技術、激光誘導電弧焊接技術，針對工程機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-電弧復合焊、超窄間隙多層填絲激光焊和真空及局部負壓激光焊等主要工藝方法。目前主要有德國通快、羅芬、美國IPG、日本米亞基、深圳大族等企業(yè)。

結語

本文對工程機械制造領域主要的高效焊切技術進行了簡單闡述。目前在工程機械制造企業(yè)中，已經(jīng)形成了大型與小型焊切設備相結合、多種多代焊切技術裝備相兼容的格局。隨著中國制造2025裝備制造業(yè)技術創(chuàng)新的深入推進，必將會出現(xiàn)越來越多的新型焊切技術及工藝裝備，更好地提高零部件和產(chǎn)品的工藝制造水平，同時促進工程機械制造企業(yè)朝著柔性化、自動化和智能化方向發(fā)展，爭當高端裝備制造業(yè)技術創(chuàng)新的排頭兵。