先进成形与智能技术 课件 第五章（5.5） 焊接技术的新进展

先进成形与智能技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造1目录CONTENTS第1章绪论第2章铸造成形技术第3章锻压成形技术第4章轧制成形技术第5章焊接成形技术第6章特种加工及增材制造技术第7章智能检测技术第8章金属成形过程智能控制技术第9章成形过程模拟仿真技术第10章数字孪生技术2第5章焊接成形技术5.5焊接技术的新进展战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3焊接，作为一种应用领域极其广泛的技术和工艺。它不像汽车、船舶、飞机、机械制造等行业那样会在终端工序上产生出一种能够望文生义、有形有样的产品，但却能覆盖和渗透到了国民经济的方方面面。我国的焊接专业，有中专、职高，也有本科、硕士、博士学位。2021版高职专业目录中「焊接技术与自动化」专业，已被更名为「智能焊接技术」。是一门纵向跨越中专到博士、横向跨越材料与机械的特色交叉学科。即看齐蓝翔学技术，又看齐清华搞学术。2022年6月，我国第三艘航母福建舰下海。其舰身每一条焊缝都是经过X射线检测，每条焊缝都对应到具体责任人。从中国第一台万吨水压机，到中国高铁的无缝钢轨，从航空母舰的飞行甲板，到载人宇宙飞船的密封舱。今天大国重器的荣光，是由焊接院士、焊接博士，和更多车间中的蓝领焊接技术工人，共同构筑起来的。中国焊接，正不断高精尖，日渐高大上。第5章焊接成形技术5.5焊接技术的新进展战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造5.5.1熔焊工艺新技术5.5.2计算机数值模拟技术5.5.3焊接机器人和智能化5.5.4极端条件下焊接技术4工业和信息化部发布的《“十四五”智能制造业发展规划》明确提出发展智能焊接机器人。不完全统计，我国在役工业机器人中约有一半被运用于汽车制造领域，而在这些工业机器人中，又有超过一半为焊接机器人。2022年，全球焊接机器人市场规模达到626.35亿，中国焊接机器人市场在全球占比39.66%。《2022-2027年中国焊接工具行业市场全景调研与发展前景预测报告》预计2023-2027年间，全球焊接机器人市场将以9%的复合增长率快速增长，2027年全球焊接机器人总体市场规模预计将达到1078亿元。第5章焊接成形技术5.5.1熔焊工艺新技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造5真空电弧焊接真空电弧焊接技术是可以对不锈钢、钛合金和高温合金等金属进行熔化焊及对小试件进行快速高效的局部加热钎焊的最新技术。该技术由俄罗斯发明，并迅速应用在航空发动机的焊接中。使用真空电弧进行涡轮叶片的修复、钛合金气瓶的焊接，可以有效地解决材料氧化、软化、热裂、抗氧化性能降低等问题。窄间隙熔化极气体保护电弧焊技术该技术具有比其他窄间隙焊接工艺更多的优势，在任意位置都能得到高质量的焊缝，且具有节能、焊接成本低、生产效率高、适用范围广等特点。利用表面张力过渡技术进行熔化极气体保护电弧焊表明，该技术必将进一步促进熔化极气体保护电弧焊在窄间隙焊接的应用。第5章焊接成形技术5.5.1熔焊工艺新技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6激光填料焊接激光填料焊接是指在焊缝中预先填入特定焊接材料后用激光照射熔化或在激光照射的同时填入焊接材料以形成焊接接头的方法。广义的激光填料焊接应该包括两类：激光对焊与激光熔覆，其中激光熔覆是利用激光在工件表面熔覆一层金属、陶瓷或其他材料，以改善材料表面性能的一种工艺。激光填料焊接技术主要应用于异种材料焊接、有色及特种材料焊接和大型结构钢件焊接等激光直接对焊不能胜任的领域。新型技术有：高速焊接技术激光-电弧复合热源焊接技术双丝及多丝电弧焊接技术冷金属过渡焊接技术第5章焊接成形技术5.5.1熔焊工艺新技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造7焊接增材制造技术金属构件增材制造(3D打印)的技术基础是焊接/连接。关桥院士提出了“广义”和“狭义”增材制造的概念，“狭义”的增材制造是指不同的能量源与CAD/CAM技术结合、分层累加材料的技术体系；而“广义”增材制造则以材料累加为基本特征，以直接制造零件为目标的大范畴技术群。通过"广义增材制造"的概念，更是把其他类型能源用于增材制造也涵盖其中，扩大了热源范围，有利于增材制造产业面的扩展，如氩弧堆焊成形、焊接修复、等离子喷涂成形、冷喷涂成形、线性摩擦焊块体组焊成形等。广义增材制造的技术内涵及分类第5章焊接成形技术5.5.2计算机数值模拟技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造8焊接热过程的数值模拟焊缝金属凝固和焊接接头相变过程的数值模拟焊接应力和应变发展过程的数值模拟非均质焊接接头的数值模拟焊接熔池形状和尺寸的数值模拟焊接过程的物理模拟第5章焊接成形技术5.5.3焊接机器人和智能化战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造9焊接机器人是焊接自动化的革命性进步，突破了焊接刚性自动化传统方式，开拓了一种柔性自动化新方式。焊接机器人的主要优点是：稳定和提高焊接质量，保证其均一性；提高生产率，可24小时连续生产；可在有害环境下长期工作，改善了工人劳动条件；降低对工人操作技术要求；可实现小批量产品焊接自动化；为焊接柔性生产线提供技术基础。纵观国内焊接自动化、智能化的发展历程，研究人员针对焊接过程复杂、多变性，开发出系列多源焊接传感器，收集焊前、焊接过程中数据，提取传感数据的特征信息，建立特征信息与焊接接头质量之间的关系，并应用一些控制策略保证焊接质量。图5-48点焊机器人系统图5-49以运载火箭贮箱为例的焊机器人智能化焊接总体实现效果第5章焊接成形技术5.5.4极端条件下焊接技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造10随着科学技术的不断进步，工程应用标准的不断提高，越来越多的极端条件对焊接技术提出了更苛刻的要求。如环境温度、腐蚀环境、磨损情况、真空环境变化对焊接结构在这些极端环境下的综合性能要求，分别对焊接材料结构、结构疲劳寿命评估和焊接新技术开发提出了新的挑战和要求。环境温度会显著改变焊接结构的性能与使用寿命。新评价体系和模型建立。极端条件下焊接包括在极端环境中焊接技术的开发。图5-48点焊机器人系统图5-49以运载火箭贮箱为例的焊机器人智能化焊接总体实现效果第5章焊接成形技术思考题战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造111.焊接的实质是什么？熔焊、压焊、钎焊有哪些区别？2.焊接冶金过程的特点是什么？焊条的药皮在冶金过程中起何作用？3.熔焊接头包括哪几部分？何谓焊接热影响区？从焊接方法和工艺上考虑，能否减少或消除焊接热影响区？4.产生焊接裂纹、焊接应力和变形的原因是什么？如何防止和矫正焊接变形？5.焊条药皮有何功用？按药皮性质的不同，焊条可分为哪几种类型？6.何谓酸性焊条？何谓碱性焊条？二者差异何在？焊接时应怎样选用？7.等离子弧焊、激光焊和电子束焊各有哪几种常用的方法？8.试比较常用的压力焊方法的特点及应用范围。9.试说明点焊、缝焊、对焊、摩擦焊的焊接过程特点和应用范围。10.钎焊与熔焊的实质有何差别？钎焊的主要适用范围有哪些？第5章焊接成形技术思考题战略性新兴领域教