緒論:寫(xiě)作既是個(gè)人情感的抒發(fā),也是對(duì)學(xué)術(shù)真理的探索,歡迎閱讀由發(fā)表云整理的11篇焊接技術(shù)的原理范文,希望它們能為您的寫(xiě)作提供參考和啟發(fā)。
焊接作為材料加工的重要手段,廣泛應(yīng)用于制造領(lǐng)域中,而數(shù)字化是裝備制造產(chǎn)業(yè)信息化、柔性化的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。將制造技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)傳感技術(shù)等相結(jié)合,建立包含焊接試驗(yàn)、焊接工藝制定、焊接教學(xué)管理、焊接質(zhì)量監(jiān)測(cè)、焊接設(shè)備管理、材料管理的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng),是焊接專業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和信息化提升乃至與智能制造接軌邁出至關(guān)重要的一步,也為技工院校培養(yǎng)適應(yīng)企業(yè)未來(lái)發(fā)展的高素質(zhì)高技能人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
一、焊接專業(yè)數(shù)字化管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的背景
縱觀技工院校焊接專業(yè)發(fā)展的歷程,結(jié)合人社部對(duì)一體化教學(xué)的要求,大多數(shù)技工院校都在努力探索和實(shí)踐“產(chǎn)教一體”的焊接專業(yè)人才培養(yǎng)模式,最終能實(shí)現(xiàn)學(xué)校工廠合一、教師師傅合一、教室車間合一、學(xué)生學(xué)徒合一、作品產(chǎn)品合一的教學(xué)模式。但學(xué)校要將企業(yè)文化、管理方式、質(zhì)量要求、效益效率綜合為教學(xué)內(nèi)容,并讓學(xué)員理解和實(shí)踐尚存諸多困難和不足。因此改變傳統(tǒng)的教學(xué)管理模式,引入數(shù)字化管理系統(tǒng)就成為較好的解決方案和必然途徑。
筆者歸納職業(yè)院校所用的類似焊接系統(tǒng)的發(fā)展,經(jīng)歷了焊機(jī)聯(lián)網(wǎng)版、焊機(jī)聯(lián)網(wǎng)+工位監(jiān)控版、數(shù)字化工位等版本,可以看出該系統(tǒng)的實(shí)用性、使用范圍和數(shù)字化程度越來(lái)越高,但也反映出與企業(yè)實(shí)際脫節(jié)、教學(xué)應(yīng)用少、過(guò)程控制欠缺等問(wèn)題,這也促使我們開(kāi)發(fā)出更好的系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)踐。
二、焊接專業(yè)數(shù)字化管理系統(tǒng)概述
數(shù)字化管理系統(tǒng)是基于信息技術(shù)的生產(chǎn)管理、工藝管理、質(zhì)量管理、物流管理、材料管理、教學(xué)管理的平臺(tái),是數(shù)字化焊接設(shè)備、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合,使操作者(學(xué)習(xí)者)、管理者(教師)、生產(chǎn)任務(wù)(學(xué)習(xí)任務(wù))、生產(chǎn)過(guò)程(學(xué)習(xí)過(guò)程)和設(shè)備不再是一個(gè)孤立的焊接單元,而是整個(gè)數(shù)字化管理系統(tǒng)的一部分,多者的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊接品質(zhì)、效率、成本和教學(xué)質(zhì)量的透明化和量化管理。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)在于對(duì)焊接生產(chǎn)特點(diǎn)的充分了解,是焊接生產(chǎn)過(guò)程有用信息的可靠采集、分析、應(yīng)用、歸檔、存儲(chǔ)、反饋等的綜合體現(xiàn)。
三、焊接專業(yè)數(shù)字化管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
1.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)
一是軟件結(jié)構(gòu)。采用客戶端/服務(wù)器(C/S)結(jié)構(gòu)的軟件結(jié)構(gòu)形式,如圖1所示。
二是聯(lián)網(wǎng)方式。可以采用有線、無(wú)線、U盤(pán)等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,并實(shí)現(xiàn)手機(jī)、電腦、平板等硬件端和微信、網(wǎng)頁(yè)等軟件端的實(shí)時(shí)管理和查詢。
2.系統(tǒng)模塊和框架
在焊接系統(tǒng)日益完善的基礎(chǔ)上,我們通過(guò)市場(chǎng)了解、企業(yè)調(diào)研、專家訪問(wèn)、開(kāi)發(fā)研討和思路創(chuàng)新,在焊接管理系統(tǒng)1.0上主要體現(xiàn)系統(tǒng)管理、工藝管理、材料管理、設(shè)備管理、質(zhì)量控制、教學(xué)管理和人員管理等七大模塊(圖2),并在系統(tǒng)的延續(xù)性和擴(kuò)展性上持續(xù)更新,使之同樣能在企業(yè)車間運(yùn)行,并一定程度上超前于大多數(shù)企業(yè)的實(shí)際管理水平。
四、焊接專業(yè)數(shù)字化管理系統(tǒng)的功能
本系統(tǒng)針對(duì)不同的模塊覆蓋不同的功能,且模塊間信息相互交叉讀取和協(xié)助,實(shí)現(xiàn)多功能、多任務(wù)和全方位的管理功能。
1.管理系統(tǒng)涵蓋的基本功能
系統(tǒng)應(yīng)該滿足的基本功能包括不同操作人員的管理和授權(quán)、焊前預(yù)加工及工藝管理、焊接材料的出入庫(kù)管理、焊接過(guò)程中的質(zhì)量控制與管理、焊后檢測(cè)、焊接數(shù)據(jù)歸檔及信息追溯、焊接教學(xué)和成績(jī)管理和設(shè)備管理等熱蕁
2.具體功能介紹
首先是操作者的管理與授權(quán)。系統(tǒng)為相關(guān)的操作人員發(fā)放各自唯一的、功能相匹配的用戶名和密碼,按照工作內(nèi)容給予使用權(quán)限,自動(dòng)記錄使用情況和教學(xué)情況,并跟蹤其工作軌跡,在非安全或跨區(qū)域進(jìn)行提示。
其次是焊前預(yù)加工及工藝管理。系統(tǒng)可以管理產(chǎn)品或作品的相關(guān)信息,輔以專家工藝系統(tǒng),可以按規(guī)范格式生成工藝報(bào)告和按需分配任務(wù),參數(shù)提前進(jìn)入規(guī)定設(shè)備并提示,實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)范自動(dòng)管理和人性化管理相結(jié)合。
再次是焊接材料的出入庫(kù)管理。系統(tǒng)對(duì)不同材料建立信息庫(kù),分配唯一的材料編碼,輔以掃描設(shè)備,實(shí)現(xiàn)材料的精準(zhǔn)管理和提示,并生成材料使用報(bào)告,減少浪費(fèi)和損壞,提高操縱者的效益意識(shí)。
還有焊接過(guò)程中的質(zhì)量控制和追溯。包括:系統(tǒng)中的設(shè)備借助傳感技術(shù),在焊接過(guò)程中自動(dòng)地做出一些避免缺陷、提高效率的響應(yīng);系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)焊接參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀況等超出允許范圍,自動(dòng)報(bào)警或停機(jī),并將報(bào)警信息反饋給系統(tǒng);按照需求增加實(shí)時(shí)跟蹤、熱成像等功能,實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程的可視化、數(shù)據(jù)化跟蹤并提示;對(duì)焊接全過(guò)程的工藝參數(shù)、宏觀微觀視頻、周圍環(huán)境條件進(jìn)行記錄并存儲(chǔ),保證一旦出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題能夠?qū)崿F(xiàn)全生產(chǎn)過(guò)程追溯,判斷問(wèn)題產(chǎn)生的原因,為后續(xù)質(zhì)量改善提供保證。
之后是焊后檢測(cè)管理。系統(tǒng)借助傳感技術(shù)對(duì)焊接完成的焊縫按照質(zhì)量要求進(jìn)行外觀成形快速檢測(cè),對(duì)進(jìn)行X光、超聲波探傷等檢測(cè)記錄結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)分析。
還有就是焊接教學(xué)管理。在教學(xué)過(guò)程中,針對(duì)任一學(xué)員都進(jìn)行精細(xì)化和個(gè)性化管理,不同學(xué)員訓(xùn)練的進(jìn)度和成績(jī)單獨(dú)存儲(chǔ);在實(shí)習(xí)過(guò)程中,針對(duì)不同課題、不同進(jìn)度進(jìn)行語(yǔ)音講解和操作提示;按照學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性考核,并生成學(xué)習(xí)報(bào)告和成績(jī)單,且教學(xué)進(jìn)度和成績(jī)可以通過(guò)各種客戶端進(jìn)行查詢。
最后是設(shè)備管理。記錄每臺(tái)設(shè)備的編號(hào)、安裝位置、安全區(qū)域、責(zé)任人、采購(gòu)時(shí)間、累計(jì)操作時(shí)間、使用率、實(shí)施保養(yǎng)提示等信息,并形成設(shè)備工作報(bào)告。
五、小結(jié)
時(shí)下,隨著大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“工業(yè)4.0”和“中國(guó)制造2025”等社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展變化,信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)、過(guò)程控制等技術(shù)手段的更新、推廣、應(yīng)用逐步加快,企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)要求技工院校高技能人才培養(yǎng)必將進(jìn)入數(shù)字化、精細(xì)化、高效化的發(fā)展軌道,筆者希望拙文能對(duì)技工院校焊接專業(yè)的同仁們?cè)跀?shù)字化管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)上提供思路和參考,為高技能人才創(chuàng)新培養(yǎng)提供技術(shù)支持。
參考文獻(xiàn):
[1] 蔡?hào)|紅,王旭光,楊旭東等.數(shù)字化焊接車間的技術(shù)基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)[J].電焊機(jī),2012(42).
鋁合金電子束焊接技術(shù)是當(dāng)前一種高能束方法,具有熔透性高、接頭性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),成為了鋁合金焊接的重要方法之一。通過(guò)對(duì)鋁合金電子束焊接技術(shù)中的參數(shù)研究、原理分析,進(jìn)一步掌握電子束焊接技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn),并在實(shí)際中提高焊接技術(shù)的效果應(yīng)用,更好的促進(jìn)鋁合金在航天、交通、機(jī)械制作、電工化工等行業(yè)中的效果,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的全面提高。
一、簡(jiǎn)述鋁合金電子束焊接技術(shù)的含義和應(yīng)用特點(diǎn)
1、整體概念的掌握。鋁合金電子束焊接是指在一定的真空環(huán)境中,通過(guò)采用會(huì)聚的告訴電子流轟擊焊件連接部位,在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生大量的熱能,實(shí)現(xiàn)與被焊接金屬融合的一種有效焊接方式。能夠?qū)崿F(xiàn)功率密度高、穿透力強(qiáng)、精準(zhǔn)快速等一些特點(diǎn),通過(guò)采用電子束焊接方式,可以有效地減少熱影響區(qū),提升焊接的接頭強(qiáng)度,從而更好的避免熱裂紋等問(wèn)題的發(fā)生。在采取合理的焊接工藝措施后,接頭中的氣孔缺陷可得到很好的控制,保證焊縫應(yīng)具有的力學(xué)性能,滿足設(shè)計(jì)使用要求。
2、應(yīng)用原理的概述。通過(guò)利用電子槍產(chǎn)生的電子,使被高壓電場(chǎng)的速度急劇加大,并經(jīng)過(guò)磁透鏡聚焦,形成高密度、高能量的電子流,作用在焊縫處,能量發(fā)生轉(zhuǎn)換(動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能),使焊縫區(qū)的材料迅速熔為一體,在極短的時(shí)間內(nèi)冷卻凝固(冷卻速度約2200℃/s),從而實(shí)現(xiàn)焊接。
3、特征表現(xiàn)的概括。對(duì)于鋁合金電子束焊接技術(shù)的應(yīng)用,主要存在多方面的應(yīng)用特點(diǎn),可以從材料選用、尺寸大小等各個(gè)方面進(jìn)行分析。一是電子束焊接技術(shù)沒(méi)有引入焊接材料,要求通過(guò)待熔體的熔合,尤其是焊縫的純潔度比較高。二是鋁合金電子束的斑點(diǎn)尺寸很小,功率密度非常大,焊縫深度也比較寬,在焊接一些較厚的板底時(shí),不需要開(kāi)坡口,能有效節(jié)省材料和能源。三是鋁合金焊接的時(shí)候,焊接熱源的調(diào)節(jié)溫度范圍比較大而且易于精確調(diào)整,能有效的焊接各種貴金屬,并通過(guò)現(xiàn)代技術(shù)手段的應(yīng)用,控制電子束的偏移,并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜焊縫的自動(dòng)化焊接,具有具有熔透性高、接頭性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),成為了鋁合金焊接的重要方法之一。
二、分析鋁合金電子束焊接技術(shù)實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀和存在問(wèn)題
1、接頭缺陷的主要表現(xiàn)。盡管鋁合金電子束焊解決了鋁合金焊接存在的諸多問(wèn)題,但鋁合金焊接仍存在許多缺陷,主要包括氣孔、裂紋、焊縫成形不良以及合金元素?zé)龘p等。一是針對(duì)空心鋁球的電子束焊接,分析了氣孔和裂紋等缺陷產(chǎn)生的原因。二是對(duì)鋁合金電子束焊接氣孔進(jìn)行了分析,指出了各參數(shù)條件與氣孔產(chǎn)生之間的關(guān)系。三是研究了5A06鋁合金電子束焊接后熔池內(nèi)Mg元素的分布及其對(duì)焊縫硬度的影響,并分析了焊接工藝參數(shù)對(duì)Mg元素?zé)龘p行為的影響。四是對(duì)2A12鋁合金真空電子束焊接氣孔缺陷進(jìn)行了分析,表明影響焊縫度的主要因素是焊接過(guò)程中產(chǎn)生的氣孔缺陷,在采取一定的焊接工藝措施后,接頭中的氣孔缺陷可得到很好地控制,保證了焊縫所需的力學(xué)性能。
2、焊縫成形的方法應(yīng)用。通過(guò)對(duì)焊縫成形的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià),可以知道焊接質(zhì)量的好壞,因此,焊縫成形是評(píng)價(jià)焊縫質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),鋁合金電子束焊接由于具有焊縫深寬比大的優(yōu)勢(shì),更能體現(xiàn)出焊縫成形的體征。熔深作為影響鋁合金電子束焊接接頭性能的重要因素,尤其是在其他參數(shù)基本不變的情況下,電子束焊熔深和加速電壓U、電子束流Ib成正比,與束斑直徑(受聚焦電流If影響)、工作距離D、焊接速度v成反比,據(jù)此可以設(shè)計(jì)合適的工藝參數(shù),確保焊縫成形。采用低加速電壓、大束流、過(guò)剩熱輸入和低焊接速度的軟焊接規(guī)范,確保了2219鋁合金焊接中得到良好的焊縫成形和合理提高,為研究焊縫成形提供新方法。
3、綜合技術(shù)的全盤(pán)運(yùn)用。盡管鋁合金中的某些低沸點(diǎn)元素對(duì)誘導(dǎo)小孔的產(chǎn)生起到促進(jìn)作用,由于其電離能低,鋁合金激光焊,金屬蒸氣易于電離,導(dǎo)致等離子體本身吸收過(guò)多激光能量,使得作用于熔池中的激光能量降低,為了消除等離子體的不利影響,通常采取加大保護(hù)氣體流量、附加側(cè)面噴嘴吹除以及改變工件焊接位置等。在焊接過(guò)程中熔池中的金屬蒸氣和等離子體還會(huì)以一定的壓力和頻率從熔池中噴出,使得熔池底部的金屬在激光的直接照射下產(chǎn)生較大熔深。
三、探討鋁合金電子束焊接技術(shù)的發(fā)展情景和規(guī)模效益
1、焊接參數(shù)的具體應(yīng)用。在全面權(quán)衡焊接參數(shù)之間的制約性基礎(chǔ)之上,不斷完善設(shè)備參數(shù)之間的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用,對(duì)電子束流Ib、聚焦電流I、加速電壓U、焊接速度v和工作距離D等參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制,從設(shè)備上確保參數(shù)精度控制,為獲得理想優(yōu)化的焊接參數(shù)提供保證;另一方面,需要將數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、專家系統(tǒng)、模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等引入到電子束焊設(shè)備中,使設(shè)備能夠具有自調(diào)節(jié)最優(yōu)參數(shù)的能力。
2、鋁合金電子束焊接技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究逐步深入。在加強(qiáng)鋁合金電子束焊接技術(shù)的同時(shí),將理論研究作為提升焊接技術(shù)水平的一個(gè)重要目標(biāo),尤其是在當(dāng)前對(duì)鋁合金電子束焊接技術(shù)的理論研究還不夠成熟,有更多不完善的地方,在焊接技術(shù)的理論研討上,將來(lái)主要是圍繞電子束的流特性、電子束焊本質(zhì)、電子束焊接熔化原理、參數(shù)掌控、冶金結(jié)晶過(guò)程以及溫度控制、熱量吸收等多方面展開(kāi),尤其是電子束的缺陷機(jī)理以及防治措施上進(jìn)行深入的探討,在具體操作的基礎(chǔ)上,將實(shí)際應(yīng)用與理論研究結(jié)合起來(lái),針對(duì)當(dāng)前鋁合金電子束焊接技術(shù)應(yīng)用中的問(wèn)題和短腿,為電子束焊接技術(shù)的進(jìn)一步完善提供厚實(shí)的理論支持,并將收到更好的發(fā)展前景。
3、數(shù)值模擬技術(shù)的逐步推廣應(yīng)用。在加強(qiáng)對(duì)鋁合金電子束焊接技術(shù)的監(jiān)控方面展開(kāi)研究的基礎(chǔ)上,可以采用圖像處理技術(shù)來(lái)檢測(cè)鋁合金電子束焊接的全過(guò)程,并通過(guò)現(xiàn)代化信息技術(shù)的開(kāi)展,實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁合金電子束焊接技術(shù)中熔池與焊接質(zhì)量的相關(guān)模型,尤其是是對(duì)鋁合金電子束焊接過(guò)程中檢測(cè)產(chǎn)生的帶電粒子,進(jìn)行深入的檢測(cè),將電子束焊接原理得到進(jìn)一步的完善和提高。可以有效加強(qiáng)數(shù)值模擬技術(shù)在鋁合金電子束焊接中的作用現(xiàn)顯示,完善鋁合金電子束焊接的熱源模型,推進(jìn)鋁合金電子束焊溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、鋁合金電子束焊焊縫成形、電子束焊接缺陷產(chǎn)生機(jī)理及防止措施等方面的模擬研究工作,并與實(shí)際試驗(yàn)相互結(jié)合,將其結(jié)果用來(lái)指導(dǎo)實(shí)際工況。
四、總結(jié)
從鋁合金電子束焊接技術(shù)的應(yīng)用原理和特征表現(xiàn)出發(fā),在全面分析電子束焊接技術(shù)的現(xiàn)狀,并通過(guò)一些其他的焊接技術(shù),譬如MIG 焊、TIG焊,攪拌摩擦焊等的實(shí)踐比較和應(yīng)用,加大對(duì)鋁合金電子束焊接技術(shù)的深入研究,并不斷改善設(shè)備管理模式,完善工藝制作技術(shù),更好的推廣鋁合金電子束焊接技術(shù)在各個(gè)工業(yè)以及其他領(lǐng)域的應(yīng)用,推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展。
Ultra-sonic Welding Technology in the Application of Industrial Product Design’s Exploration
HE Jun-hua1 MA Wen-juan2 LV Shuang-shuang3 WENG Mao-hong1 GUAN Jun1 GONG Yun1
(1.School of Engineering, Zhejiang A&F University, Lin’an Zhejiang, 311300, China;
2.School of Agricultural and Food Science, Zhejiang A&F University, Lin’an Zhejiang, 311300, China;
3.School of Landscape Architecture and Architecture, Zhejiang A&F University, Lin’an Zhejiang, 311300, China)
【Abstract】The article through to the illustration of the principle of ultra-sonic welding and the affecting factors of ultra-sonic probe, analyseing the advantages and disadvantages of ultra-sonic welding technology, combined with the author’s design practice, explore the development of ultrasonic welding technology, topic and is based on the exploration on the application felid of ultra-sonic welding technology in the future.
【Key words】Ultra-sonic; Welding technology; Industrial product
在工業(yè)產(chǎn)品制作中,經(jīng)常會(huì)用到一些工業(yè)材料,像塑料、金屬、木材等一些其他工業(yè)材料。在日常生活中我們經(jīng)常會(huì)看到某件產(chǎn)品不只用一種材料來(lái)制作;我們也經(jīng)常看到一件產(chǎn)品由多個(gè)部分組成、并且各部分之間還會(huì)產(chǎn)生空隙,這不僅會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量,還會(huì)影響產(chǎn)品的美觀度。這就要求把它們彼此之間焊接起來(lái)。隨著技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)焊接技術(shù)的要求越來(lái)越高,目前傳統(tǒng)的焊接技術(shù)不但成本較高,而且焊接的質(zhì)量不高,往往會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的縫隙。因此人們希望運(yùn)用新的焊接技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
1943年,在總結(jié)前人理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)上,美國(guó)的Behl發(fā)明了超聲波焊,從此推動(dòng)了超聲波焊接技術(shù)的發(fā)展。由于超聲波焊接技術(shù)具有節(jié)能、無(wú)須裝配散煙散熱裝置、焊接時(shí)無(wú)須焊接附件、成本低、效率高、密封性好、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),超聲波焊接技術(shù)發(fā)展的越來(lái)越快。
1 超聲波焊接技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品中的應(yīng)用現(xiàn)狀
像在航空航天、核能工業(yè)、電子工業(yè)等這樣一些精度要求很高的工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域中,使用傳統(tǒng)的焊接技術(shù)很難達(dá)到技術(shù)要求,而且成本高、效率低。目前,超聲波焊接技術(shù)在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用,像醫(yī)療機(jī)械、包裝、五金等行業(yè);能焊接的產(chǎn)品也很多,像汽車零部件、光學(xué)鏡頭、U盤(pán)等。
2 超聲波焊接技術(shù)的原理和特點(diǎn)
超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波,因此能量大。超聲波焊接是利用超聲波頻率(超過(guò)20000赫茲)的機(jī)械振動(dòng)能量,連接同種或異種金屬、半導(dǎo)體、塑料及金屬陶瓷等材料的特殊焊接方法[1]。超聲波作用于熱塑性的塑膠表面時(shí),會(huì)產(chǎn)生每秒上萬(wàn)次的高頻振動(dòng),這種達(dá)到一定振幅的高頻振動(dòng),通過(guò)上焊件把超聲波能量傳到焊區(qū),又由于焊區(qū)即兩個(gè)焊接的交界面處聲阻比較大,因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫。又由于塑料制品導(dǎo)熱性差,一時(shí)還不能及時(shí)散發(fā)出聚集的能量,因此能量就會(huì)聚集在焊區(qū),致使兩個(gè)塑料的接觸面迅速熔化,加上一定的壓力后,就會(huì)使其融合成為一體。當(dāng)超聲波停止作用后,讓壓力再持續(xù)幾秒鐘,使其凝固成型,這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈,從而達(dá)到焊接的目的。在對(duì)金屬進(jìn)行超聲波焊接時(shí),既不向工件輸送電流也不向工件施以高溫?zé)嵩矗皇窃陟o壓力作用之下,將彈性振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜ缑骈g的摩擦功、形變能及有限的溫升,使得焊接區(qū)域的金屬原子被瞬間激活,兩相界面處的分子相互滲透,最終實(shí)現(xiàn)金屬焊件的固態(tài)連接。其焊接原理示意圖如圖1所示[2]。
2.1 超聲波焊接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比較,超聲波焊接技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn):(1)焊接速度快、焊接精度高、焊接焊點(diǎn)強(qiáng)度高;(2)焊接范圍廣、穩(wěn)定性好、被焊接后的工件變形很小;(3)焊接物表面清潔美觀、平整光滑;(4)焊接時(shí),不需添加焊接劑,對(duì)被加工物不產(chǎn)生污染、不產(chǎn)生有害氣體,因此是一種環(huán)保的焊接方法;(5)焊接時(shí),只需提供較小的動(dòng)力即可進(jìn)行焊接,耗能低;(6)操作簡(jiǎn)單、成本低、效率高、密封性好。
圖1 超聲波金屬焊接原理示意圖
2.2 超聲波焊接技術(shù)的缺點(diǎn)
盡管超聲波焊接技術(shù)有很多的優(yōu)點(diǎn),但也存在不足之處,因此不得不加以重視。超聲波焊接技術(shù)有如下缺點(diǎn):(1)對(duì)超聲波焊接機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠全面;(2)對(duì)金屬進(jìn)行焊接時(shí),焊件不能太厚;(3)對(duì)超聲波焊接技術(shù)的影響因素比較多,不易進(jìn)行把握分析和總結(jié);(4)制造一些大功率的超聲波焊接機(jī)成本高、而且比較困難;(5)對(duì)焊接好后的工件進(jìn)行焊接處質(zhì)量檢測(cè)比較困難,因此給大批量生產(chǎn)帶來(lái)阻礙。
3 影響超聲波焊接質(zhì)量的因素
雖然超聲波焊接技術(shù)有眾多優(yōu)點(diǎn),但其焊接質(zhì)量與熔融量、材料的材質(zhì)等因素有關(guān),概括起來(lái)主要包括以下幾方面的因素,如圖2所示。
圖2 影響超聲波焊接質(zhì)量的因素
(1)焊接材料的材質(zhì):一般來(lái)說(shuō)焊接質(zhì)量與材料的物性和材料的改性有關(guān)。材料的物性包括材料的彈性模量、摩擦系數(shù)、熱導(dǎo)率、熔點(diǎn)等。物件的焊接質(zhì)量與材料的彈性模量、摩擦系數(shù)、熱導(dǎo)率成正比,與其密度、熔點(diǎn)成反比。材料的改性指的是在適宜的工藝條件下加入一些填料以改善材料的原有性能,使其滿足客戶的使用要求。在適宜的工藝條件下加入一些性能相近的材料,可以提高焊接接頭強(qiáng)度。
(2)焊頭與焊件的接觸面:焊接面的清潔度、材料表面的粗糙度會(huì)影響焊件的焊接質(zhì)量。增加材料的表面粗糙度可以提高焊接質(zhì)量;焊接面的清潔度越高,焊接質(zhì)量也越高。
(3)其他因素:焊接技術(shù)的工藝參數(shù)、焊接件的結(jié)構(gòu)、連接形式、焊接時(shí)的熔融量、超聲波的功率等。為達(dá)到最佳的焊接效果,在產(chǎn)品研發(fā)階段,要對(duì)這些因素進(jìn)行綜合考慮。
4 超聲波焊接技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用案例
正如以上所述,基于超聲波焊接技術(shù)的產(chǎn)品研發(fā),先要進(jìn)行綜合考慮影響焊接質(zhì)量的因素,然后結(jié)合產(chǎn)品的市場(chǎng)前景,產(chǎn)品的成本,生產(chǎn)技術(shù)要求等條件,合理生產(chǎn)設(shè)計(jì)要素。
下面僅就一個(gè)設(shè)計(jì)案例――美國(guó)蘋(píng)果公司發(fā)明的超聲波塑料與金屬焊接專利技術(shù)進(jìn)行解讀,從實(shí)踐的角度來(lái)理解超聲波焊接技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。原有技術(shù)的不足:在還沒(méi)有發(fā)明這項(xiàng)專利技術(shù)之前,所有的便攜式設(shè)備(如手機(jī))不能將金屬與塑料進(jìn)行融合,因此某些部件不能用塑料部件來(lái)代替,這樣生產(chǎn)出來(lái)的手機(jī)不僅厚重、外形呆板而且缺少個(gè)性,設(shè)計(jì)上也不夠自由、缺少靈活性。并且制作成本高、操作復(fù)雜、使用不方便,按鍵操作過(guò)多時(shí),會(huì)接觸不靈。解決案例:采用全新的超聲波塑料與金屬焊接技術(shù),在手機(jī)內(nèi)部某些部件使用塑料材質(zhì),減輕了手機(jī)的重量的同時(shí)也減少了金屬的使用量。在殼體方面采用一次成型工藝,使外殼更加簡(jiǎn)約、流暢,操作簡(jiǎn)單,設(shè)計(jì)靈活,給人一種高端、大氣的感覺(jué)。先進(jìn)的超聲波焊接技術(shù)一般還要使用多種材料融合的技術(shù)工藝,設(shè)計(jì)更加的自由和靈活,設(shè)計(jì)線條采用極簡(jiǎn)主義的風(fēng)格,色彩上運(yùn)用淺色,給人輕松、愉悅的感覺(jué)。在結(jié)構(gòu)上更符合超聲波焊接工作原理,使焊接質(zhì)量更佳。
5 針對(duì)超聲波焊接技術(shù)應(yīng)用的案例得出的結(jié)論和展望
通過(guò)這次調(diào)研,作者通過(guò)對(duì)超聲波焊接技術(shù)的了解,對(duì)超聲波焊接技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行研究,由于條件有限,在調(diào)查研究過(guò)程中還有不足之處,在此將在調(diào)研過(guò)程中涉及到的問(wèn)題及解決辦法總結(jié)一下,為后面進(jìn)一步研究做鋪墊。針對(duì)焊接質(zhì)量的問(wèn)題,我們得出在焊接時(shí)應(yīng)保持接觸面清潔和材料表面的粗糙度。要了解用戶需求,針對(duì)特定的用戶進(jìn)行設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)出多種不同的外觀形態(tài),為不同的客戶量身打造;在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該考慮情趣化的問(wèn)題,設(shè)計(jì)出更加有情趣化的產(chǎn)品,營(yíng)造輕松愉悅的環(huán)境。針對(duì)超聲波焊接技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的展望,作者經(jīng)過(guò)探索發(fā)現(xiàn)可以在工作時(shí)增加音樂(lè)播放功能,使焊接過(guò)程輕松、愉快。未來(lái)的超聲波焊接技術(shù)也將更加的人性化。
引言
在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下,近來(lái)在社會(huì)各領(lǐng)域中開(kāi)始廣泛運(yùn)用鎂合金材料及其焊接技術(shù)。相較于鋁合金材料,鎂合金在質(zhì)量、密度等性能參數(shù)方面具有較大的優(yōu)勢(shì),其承載沖擊能力較強(qiáng),并且有機(jī)物與堿對(duì)其腐蝕作用較小,并且這種金屬結(jié)構(gòu)材料具有較強(qiáng)的鑄造性,因此在工業(yè)生產(chǎn)與其他領(lǐng)域中,這種材料具有較高的應(yīng)用價(jià)值與研究意義。
一、鎂合金的焊接特點(diǎn)分析
鎂合金具有非常活潑的化學(xué)性質(zhì),尤其是在高溫環(huán)境之下,鎂合金與氧結(jié)合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能性非常高,其氧化反應(yīng)之后形成的物質(zhì)的熔點(diǎn)非常高,在鎂合金焊接技術(shù)的應(yīng)用中往往會(huì)產(chǎn)生一些負(fù)面影響。鎂合金在焊接中往往存在諸多影響因素,例如熱應(yīng)力、氧化、蒸發(fā)、薄件燒穿與塌陷以及晶粒問(wèn)題等,一旦控制不當(dāng),就會(huì)導(dǎo)致鎂合金焊接難以達(dá)到預(yù)期效果。因此,在鎂合金焊接中,必須對(duì)以下幾方面內(nèi)容予以高度關(guān)注。
1、熱應(yīng)力
研究表明,與鋼材料相比,鎂合金具有兩倍的熱膨脹系數(shù),這一特點(diǎn)使得鎂合金在焊接過(guò)程中的熱應(yīng)力問(wèn)題十分突出,在熱應(yīng)力作用之下,工件的整體性能會(huì)受到嚴(yán)重的影響,例如形狀、尺寸等等。與此同時(shí),在溫度上鎂合金表層與內(nèi)心存在一定的差異,熱應(yīng)力會(huì)增加表層收縮力,進(jìn)而對(duì)內(nèi)心部分產(chǎn)生拉力,進(jìn)而導(dǎo)致工件發(fā)生形變,情況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成工件出現(xiàn)裂縫。
2、氧化與蒸發(fā)
鎂是鎂合金材料的主要成分,其具有十分活潑的化學(xué)性質(zhì),尤其是在高溫條件之下,鎂與氧會(huì)發(fā)生化學(xué)反映并生成氧化鎂,這種物質(zhì)難以融化,并以細(xì)小顆粒夾渣的形式存在于鎂合金中,進(jìn)而對(duì)鎂合金整體質(zhì)量產(chǎn)生影響。
3、薄件燒穿與塌陷
在鋁鎂合金焊接過(guò)程中,由于生成的雜質(zhì)氧化鎂與鎂合金的熔點(diǎn)存在較大的差異,并且鎂合金的熔點(diǎn)要比氧化鎂薄膜低很多,如此就會(huì)導(dǎo)致鎂合金在焊接中受到氧化鎂的限制,進(jìn)出現(xiàn)燒穿、坍塌等現(xiàn)象,對(duì)焊接效果造成影響,增加二者融合的難度。
4、晶粒問(wèn)題
鎂合金這種金屬的熔點(diǎn)相對(duì)較低,其具有良好的導(dǎo)熱性能,然而在具體焊接中,焊接熱源的選擇往往會(huì)優(yōu)先考慮較高的使用功率,如此一來(lái)就會(huì)使一些較大的晶粒存在于焊接的縫口處,同時(shí)也會(huì)增加焊接部位的溫度,一旦有晶粒出現(xiàn),那么就會(huì)影響到鎂合金的整體力學(xué)性能,導(dǎo)致其作用與效果難以得到有效發(fā)揮。
5、熱裂與氣孔問(wèn)題
相關(guān)研究顯示,在鎂合金焊接中,鎂元素與鋁、銅等很容易發(fā)生反應(yīng)并形成共晶體,通常情況下這些共晶體具有較低的熔點(diǎn),其表面出現(xiàn)裂縫的可能性非常高。并且在溫度不斷升高的情況下,鎂合金焊接的氫氣越來(lái)越少,進(jìn)而使部分氫氣孔得以形成,最終對(duì)工件整體質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。
二、鎂合金焊接技術(shù)
1、鎢極惰性氣體保護(hù)焊
鎢極惰性氣體保護(hù)焊又被稱為T(mén)IG焊,這種方法的原理是基于惰性氣體的保護(hù),通過(guò)鎢電極與工件間產(chǎn)生的電弧熱作用,實(shí)現(xiàn)母材的融化與焊絲填充,在鎂合金焊接中,鎢極惰性氣體保護(hù)焊的應(yīng)用的特點(diǎn)在于不容易融于金屬,而且與金屬不會(huì)發(fā)生反應(yīng)。此外,TIG焊的另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于焊接中能夠?qū)ぜ砻娴难趸び枰郧宄瑢?duì)于一些具有活潑化學(xué)性質(zhì)的有色金屬、不銹鋼以及合金等焊接而言,這種焊接技術(shù)具有較強(qiáng)的適用性,在對(duì)電流進(jìn)行合理調(diào)整的情況下,一些超薄的鎂合金焊接甚至不會(huì)出現(xiàn)融化現(xiàn)象。
2、熔化極惰性氣體保護(hù)焊
熔化極惰性氣體保護(hù)焊又被稱為MIG焊,其原理是通過(guò)氬氣或富氬氣體的保護(hù),采用連續(xù)送進(jìn)可融化的焊絲與在焊絲工件中燃燒的電弧作為熱源,以此進(jìn)行焊接作業(yè)。對(duì)于鎂合金焊接而言,通過(guò)MIG焊的熔滴過(guò)渡,焊接的整體效果在穩(wěn)定性與均勻性方面都比較突出,因此鎂合金表面與內(nèi)心的差異得到了有效控制,焊縫成形的美觀性與均勻性較強(qiáng),具有相對(duì)理想的焊接效果。在MIG焊的應(yīng)用中,電弧氣氛的氧化性很弱,基于此,MIG焊在碳鋼、高合金鋼的焊接中,能夠?qū)σ恍┗顫娊饘偌捌浜辖疬M(jìn)行焊接,例如鋁和鋁合金、鎂和鎂合金等等。此外,基于MIG焊的應(yīng)用,整個(gè)焊接具有更高的工藝性,焊接效率也得到了大幅度提升。
3、拌摩擦焊
攪拌摩擦焊又被稱為FSW,這種焊接技術(shù)的原理是基于工件端面的運(yùn)動(dòng)與摩擦作用產(chǎn)生的熱能,使工件的熱塑性狀態(tài)得以實(shí)現(xiàn),然后在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行頂鍛與焊接。與常規(guī)摩擦焊相比,攪拌摩擦焊具有相同的機(jī)理,并且這種焊接技術(shù)同樣是對(duì)摩擦熱與塑形變形熱加以運(yùn)用,并以此作為焊接熱源進(jìn)行焊接作業(yè)。在鎂合金焊接中,F(xiàn)SW屬于一種固相焊接方法,例如有的金屬具有較低熔點(diǎn),對(duì)于此類材料的焊接FSW的適用性就相對(duì)較強(qiáng),并且在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)工件表面的清潔度要求并不高,對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響也較小,可見(jiàn)在鎂合金焊接技術(shù)中,這種技術(shù)的環(huán)保性相對(duì)突出。
4、電子束焊
電子束焊又被稱為EBW,這種焊接技術(shù)是基于加速與聚焦的電子束的應(yīng)用,對(duì)置于真空或非真空中的焊件進(jìn)行轟擊,從中產(chǎn)生熱能并實(shí)現(xiàn)焊接。就理論層面而言,電子束焊涉及到的內(nèi)容相對(duì)廣泛,例如機(jī)械、真空、高電壓與電磁場(chǎng)理論、電子光學(xué)等等。對(duì)于鎂合金焊接而言,電子束焊技術(shù)的應(yīng)用對(duì)不同金屬與合金材料的適應(yīng)性較強(qiáng),特別是在鎂合金發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí),其生成的氧化鎂不易融化,通過(guò)電子束焊技術(shù),其焊接效果能夠趨于穩(wěn)定與理想,并且電子束能夠?qū)缚p進(jìn)行精準(zhǔn)定位,不會(huì)存在精度與重復(fù)性誤差,因此在鎂合金焊接中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
5、激光焊和激光-TIG復(fù)合焊
激光焊簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)BW,其原理是將激光束作為熱源進(jìn)行焊接。在焊接中會(huì)對(duì)激光器加以運(yùn)用并將高功率密度的激光束發(fā)射聚縮在工件表面對(duì)其產(chǎn)生轟擊作用,從而使熱能得以產(chǎn)生,使工件融化并實(shí)現(xiàn)焊接目的。通過(guò)對(duì)激光焊的改進(jìn),激光-TIG復(fù)合焊逐漸得到應(yīng)用,這種焊接技術(shù)是將前文所述的鎢極惰性氣體保護(hù)焊與激光焊結(jié)合到一起,以此提高焊接質(zhì)量。
三、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,鎂合金焊接中依然存在一些缺陷,例如鎂合金對(duì)氧氣的化學(xué)親和力一直以來(lái)都難以得到有效控制,例如在鎂合金碎屑或粉塵在高溫條件之下發(fā)生爆炸的可能性非常高,進(jìn)而對(duì)工件質(zhì)量與安全構(gòu)成一定威脅。由此可見(jiàn),針對(duì)鎂合金及其焊接技術(shù)的研究與應(yīng)用具有重要意義。
參考文獻(xiàn)
[1] 孫德新,孫大千,李金寶等.鎂合金焊接技術(shù)的研究進(jìn)展及應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào),2006,20(8):122-126.
自動(dòng)焊接技術(shù)是將焊接原理、自動(dòng)控制原理、機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理等進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合的一種加工技術(shù),它實(shí)現(xiàn)了焊接過(guò)程的自動(dòng)化。在自動(dòng)焊接技術(shù)中,通過(guò)工件夾緊機(jī)構(gòu)、脫料機(jī)構(gòu)、焊槍夾緊機(jī)構(gòu)、焊槍氣動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等裝置完成了對(duì)工件和焊接設(shè)備的安裝與定位,再通過(guò)導(dǎo)軌床體、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)、氣動(dòng)尾頂滑臺(tái)機(jī)構(gòu)等裝置實(shí)現(xiàn)了焊槍與工件的前后、左右、上下運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)前,自動(dòng)焊接技術(shù)不僅采用了上述的各種原理和技術(shù),同時(shí)大量運(yùn)用了數(shù)字化技術(shù)和人工智能化技術(shù),使得自動(dòng)焊接技術(shù)向更高的一個(gè)技術(shù)平臺(tái)延伸。埋弧焊、等離子弧焊、激光焊、激光復(fù)合焊、MIG/MAG焊、TIG焊、機(jī)器人焊接等都是自動(dòng)焊接常用的設(shè)備與方法[1]。
二、機(jī)械加工行業(yè)對(duì)自動(dòng)焊接的需求
在當(dāng)今這個(gè)科學(xué)技術(shù)如此發(fā)達(dá)的時(shí)代,以往那種手動(dòng)焊接技術(shù)已經(jīng)很難滿足時(shí)展的需要,隨著自動(dòng)焊接技術(shù)的不斷發(fā)展,該技術(shù)對(duì)機(jī)械行業(yè)造成了非常深遠(yuǎn)的影響,自動(dòng)焊接技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)械加工領(lǐng)域中不可缺失的一部分。我國(guó)于五年前就已經(jīng)成為了世界上最大的鋼材消耗國(guó),用鋼量已經(jīng)超過(guò)了2億噸,2014年我國(guó)的焊接材料生產(chǎn)總量為568萬(wàn)噸,其中僅埋弧焊絲的產(chǎn)量占比約10.5%,59.6萬(wàn)噸,年均增長(zhǎng)率保持在10%左右。截止目前為止,從我國(guó)焊接領(lǐng)域的現(xiàn)狀來(lái)看,自動(dòng)焊接及時(shí)滿足了機(jī)械加工領(lǐng)域中以下四個(gè)方面的需求。
(一)降低了人工成本
從企業(yè)的成本方面來(lái)講,自動(dòng)焊接技術(shù)因其工作效率高,大大降低了人工成本。在當(dāng)今這個(gè)人工成本高漲的時(shí)代,自動(dòng)焊接技術(shù)大大緩解了企業(yè)的用人成本,因此降低了企業(yè)的投入成本。
(二)降低了焊接危害
焊接技術(shù)被人們認(rèn)為是一種對(duì)工作者身體有害的工種,手動(dòng)弧焊中產(chǎn)生的弧光、煙塵、高溫對(duì)人體的健康有著較大的影響,同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間的焊接操作對(duì)于工作者來(lái)講是屬于高強(qiáng)度的勞動(dòng)。隨著自動(dòng)焊接技術(shù)的應(yīng)用,不僅降低了工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度,還進(jìn)一步緩解了人工焊接對(duì)工作者帶來(lái)的壓力與危害。
(三)滿足了較高的焊接質(zhì)量要求
對(duì)于高強(qiáng)度的焊接作業(yè)要求,如果僅僅是依靠人工手動(dòng)來(lái)完成,焊接質(zhì)量難以保證。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高,對(duì)于需要焊接加工的產(chǎn)品也逐漸向精細(xì)化、多元化的方向傾斜。因此,自動(dòng)焊接因其種種優(yōu)勢(shì)取代了人工手動(dòng)焊接。
(四)滿足了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的要求
隨著我國(guó)市場(chǎng)化經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)力也在不斷的升溫,隨著機(jī)械加工與制造行業(yè)全球化的到來(lái),一個(gè)企業(yè)焊接設(shè)備與焊接工藝的好壞直接決定了該企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力[2]。自動(dòng)焊接作為一種高效、節(jié)能、環(huán)保的先進(jìn)加工設(shè)備和工藝,無(wú)疑在很大程度上提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
三、自動(dòng)焊接在機(jī)械加工中的應(yīng)用
自動(dòng)焊接設(shè)備是一種具有較高自動(dòng)化程度的焊接設(shè)備,屬于自適應(yīng)控制類專機(jī)。它通過(guò)自身配備的傳感器與電子檢測(cè)線路,可自動(dòng)跟蹤焊縫的軌跡導(dǎo)向,甚至還可以自動(dòng)完成對(duì)焊接參數(shù)地設(shè)置與調(diào)整。此外,它還能夠利用諸如視覺(jué)傳感觸角傳感器、光敏傳感器等高等級(jí)傳感器,通過(guò)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)的配合,實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)調(diào)整的智能化,且人工操作十分簡(jiǎn)便。但是由于受到很多條件的限制,智能化焊接在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用較少 [3]。本文主要從自動(dòng)化焊接專機(jī)與焊接機(jī)器人兩方面來(lái)探討自動(dòng)焊接在機(jī)械加工中的應(yīng)用。
(一)自動(dòng)化焊接專機(jī)的應(yīng)用
自動(dòng)化焊接專機(jī)常用于一些大型設(shè)備的批量生產(chǎn)中,雙絲焊接是自動(dòng)化焊接專機(jī)采用的主要焊接方式,比如在推土機(jī)的焊接生產(chǎn)中,雙絲焊接主要應(yīng)用于主臂和車架的焊接。自動(dòng)化焊接專機(jī)的使用大大提高了機(jī)械加工的生產(chǎn)效率,雙絲焊接的效率一般是人工單絲焊接的2倍,而且采用雙絲焊接,熔深較深,焊縫的力學(xué)性能更好。焊接自動(dòng)化專機(jī)可用于直線、曲線等多種形式焊縫的焊接,焊接效率高,焊接過(guò)程中焊件的變形小,質(zhì)量易于保障,適合大批量生產(chǎn)作業(yè),同時(shí)還具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),在機(jī)械加工中的應(yīng)用較為廣泛。自動(dòng)化焊接專機(jī)具有很高的性價(jià)比。
(二)焊接機(jī)器人的應(yīng)用
焊接機(jī)器人因其柔性化和數(shù)字化程度高、精度高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn),在機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)能力與競(jìng)爭(zhēng)力方面起了非常重要的作用。焊接機(jī)器人在復(fù)雜的焊件中表現(xiàn)更為優(yōu)異,它能夠滿足復(fù)雜焊接件的加工要求。
激光技術(shù)是基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展之上所形成的一種現(xiàn)代科形式,在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的合理應(yīng)用,能夠促進(jìn)機(jī)械加工質(zhì)量不斷提升,提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的整體性能,從而推進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的順利開(kāi)展。
1 激光技術(shù)概述
1.1工作原理
科學(xué)研究表明,激光具有平行光束,同{性和單色波長(zhǎng)的性能特征。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中,使用電管以電流或者光的能量對(duì)一些原子里含有易激發(fā)的物質(zhì)或者某些晶體進(jìn)行撞擊,撞擊后原子所帶的電子處于一種高能量狀態(tài),當(dāng)高能量的電子轉(zhuǎn)化為平和的低能量時(shí),原子會(huì)產(chǎn)生更大的能量,繼而放出光子;該狀態(tài)下,被釋放出來(lái)的光子又不斷撞擊原子,原子繼續(xù)產(chǎn)生光子,不斷循環(huán)進(jìn)行撞擊與釋放,而且持續(xù)往同一個(gè)方向運(yùn)行,由此集中形成該方向的一束具有極強(qiáng)能量的光,形成所謂的激光原理。聚集的激光能量強(qiáng)大,可穿透各種材質(zhì)。例如紅寶石激光,該激光輸出脈沖的全部能量不足以讓冷水沸騰,卻擁有穿透5mm鋼板的能量。可見(jiàn),盡管激光的光能一般,但功率密度極高,穿透力強(qiáng)大,這是一般的光束無(wú)法企及的,因此激光的這一優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于諸多行業(yè)。
1.2優(yōu)越性
激光加工技術(shù)原理充分展示了該技術(shù)于其他處理技術(shù)的區(qū)別與優(yōu)點(diǎn)。激光機(jī)工技術(shù)與材料進(jìn)行零接觸加工,沒(méi)有對(duì)原件進(jìn)行任何的直接性沖擊。這一系列光束特性為激光加工技術(shù)帶來(lái)了應(yīng)用方面的先進(jìn)性。根據(jù)激光加工技術(shù)的零接觸加工原理,在對(duì)機(jī)械進(jìn)行處理時(shí),不會(huì)影響機(jī)械的原型,破壞性極低;激光光束具有極高的能量密集度,對(duì)于局部加工的機(jī)械,加工時(shí)間段,在激光照射部位沒(méi)有任何不良影響,因此,在加工完畢后,機(jī)械受光束的熱能量影響小,減少了不必要的后續(xù)加工程序;激光光束對(duì)于導(dǎo)向和聚焦工作十分靈活,能根據(jù)控制靈活實(shí)現(xiàn)所需調(diào)整,配合十分默契,在復(fù)雜機(jī)械的加工上得以領(lǐng)先應(yīng)用。可見(jiàn),激光加工技術(shù)的使用十分有效,對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量也得到較好保證,生產(chǎn)效率明顯提高,在進(jìn)行高精尖產(chǎn)品的加工上也得到了充分利用,加工過(guò)程不會(huì)造成污染,節(jié)省了材料,其優(yōu)越性顯著。
2 激光技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用
2.1激光切割技術(shù)
激光切割技術(shù)是激光加工技術(shù)中的重要組成部分,基于激光光束高密度對(duì)材料表面進(jìn)行精準(zhǔn)掃描,在短時(shí)間內(nèi)促使被掃描部分迅速上升至上千攝氏度的高溫狀態(tài),并在被掃描部分熔化后以高壓氣體吹走融化部分,從而實(shí)現(xiàn)激光切割。激光切割技術(shù)作為激光技術(shù)中的重要形式,在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中發(fā)揮著重要的作用,能夠通過(guò)激光光束聚能而達(dá)到目標(biāo),其在實(shí)際應(yīng)用中能夠產(chǎn)生較高的能量,因此與一般加工方式相比更具優(yōu)越性與可靠性。基于激光切割技術(shù)的應(yīng)用,農(nóng)業(yè)機(jī)械制造質(zhì)量得到可靠保證,在激光切割條件下,金屬材料能夠保持完整形態(tài)不變,在有效節(jié)約加工材料的同時(shí),能夠提高工作效率,降低成本,從而保障生產(chǎn)加工的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
就農(nóng)業(yè)機(jī)械制造來(lái)看,其需要以厚度較大的金屬材料作為支持,以促進(jìn)機(jī)械制造加工各項(xiàng)操作的順利開(kāi)展。一般加工制造方法無(wú)法滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械制造的綜合要求,無(wú)法達(dá)到加工目的,并且所制造的農(nóng)業(yè)機(jī)械精準(zhǔn)度不足。而激光技術(shù)的合理應(yīng)用,具有較強(qiáng)的穿透力,通過(guò)激光切割技術(shù),即便是相對(duì)厚重的金屬板也能夠?qū)崿F(xiàn)有效切割,保證工件制造精度,在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用,為機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量與精度提供可靠保證,并降低機(jī)械制造材料成本,因而具有良好的應(yīng)用價(jià)值。
2.2激光焊接技術(shù)
激光焊接技術(shù)在當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中也發(fā)揮著重要的作用,一般焊接技術(shù)是無(wú)法與之相媲美的。激光光束能夠?qū)崿F(xiàn)能量的聚集,而激光焊接技術(shù)正是通過(guò)能量的聚集將光束照射到待焊接工件表面,促使其部分溶解,之后進(jìn)行規(guī)范焊接并加以冷卻處理。激光焊接技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有熔池凈化功能,保證金屬焊縫絕對(duì)純凈,從而對(duì)相同或不同的金屬材料進(jìn)行規(guī)范焊接。激光焊接技術(shù)是基于熱傳導(dǎo)原理的基礎(chǔ)上所實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)激光照射于材料面時(shí),表面受熱并逐步向內(nèi)分散,內(nèi)部受熱并使得工件熔化,促使熔池形成,為焊接操作的順利進(jìn)行提供可靠保證。在焊接過(guò)程中,部分金屬器械部位難以靠近,傳統(tǒng)焊接技術(shù)無(wú)法得到有效應(yīng)用,焊接難度較大,而激光焊接技術(shù)則能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、零接觸焊接,應(yīng)用便捷程度較高。
激光焊接技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用,通過(guò)其自身良好的電磁學(xué)性能、機(jī)械性能以及抗腐蝕性能,能夠在一定程度上控制焊接材料變形問(wèn)題,保證后重金屬穿透效果,從而提高農(nóng)業(yè)機(jī)械制造的精準(zhǔn)度與可靠性。在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中可以對(duì)激光焊接技術(shù)加以引進(jìn)與應(yīng)用,包括播種機(jī)、收割機(jī)等,此類設(shè)備與地面接觸較多,往往會(huì)產(chǎn)生較大的阻力,從而對(duì)機(jī)械設(shè)備接觸面磨損較為嚴(yán)重。通過(guò)激光焊接技術(shù)的合理應(yīng)用,能夠有效提高農(nóng)業(yè)機(jī)械焊接面質(zhì)量,延農(nóng)業(yè)機(jī)械使用壽命,并有助于優(yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用性能,推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的高效開(kāi)展。
2.3激光快速成型技術(shù)的應(yīng)用
激光快速成型技術(shù)的應(yīng)用較為先進(jìn),該技術(shù)的工作原理主要通過(guò)將CAD、CAM、CNC、激光、精密伺服驅(qū)動(dòng)和新材料等技術(shù)集成綜合運(yùn)用集成。與傳統(tǒng)制造方法相比具有互換性高,復(fù)制性好,成本低,加工周期短等優(yōu)點(diǎn)。激光快速成型技術(shù)采用非接觸的加工模式,沒(méi)有傳統(tǒng)加工的殘余力問(wèn)題,工具的更新問(wèn)題,無(wú)切割、噪聲等,有利于保護(hù)環(huán)境;可實(shí)現(xiàn)快速鑄造,快速模具制造,特別適用于新品的開(kāi)發(fā)和單件零件的生產(chǎn)。據(jù)資料顯示,采用激光快速成型技術(shù)后,制造費(fèi)用可降低50%以上,加工周期可縮短至80%,具有很大的優(yōu)越性。但這一優(yōu)越性在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的運(yùn)用還比較有限,主要是由于農(nóng)機(jī)制造向來(lái)都是以傳統(tǒng)的制造方式生產(chǎn),對(duì)激光技術(shù)的了解不足,沒(méi)有投入到使用中。但隨著農(nóng)業(yè)工業(yè)化的繼續(xù)發(fā)展,農(nóng)機(jī)制造企業(yè)自身的實(shí)力也不斷提高,市場(chǎng)對(duì)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量方面有更高的要求,激光加工技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造方面的應(yīng)用趨勢(shì)不可避免。
3 結(jié)束語(yǔ)
總而言之,為促進(jìn)激光技術(shù)的優(yōu)越性及獨(dú)特性得到充分發(fā)揮,加大力度探討激光技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用是非常必要的。激光技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景,在工業(yè)、化學(xué)、電子等行業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用,基于其時(shí)間控制性與空間控制性能夠促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造各項(xiàng)工作的高效開(kāi)展,從而為社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)提供可靠的技術(shù)支持,促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展進(jìn)步。
參考文獻(xiàn):
中圖分類號(hào):TG47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)14-0120-01
焊接技術(shù)作為生產(chǎn)汽車的必要技術(shù),其存在很多的優(yōu)勢(shì),同時(shí)也面臨著諸多挑戰(zhàn)。一方面材料在新的時(shí)代已經(jīng)產(chǎn)生了一些變化,實(shí)現(xiàn)了從黑色金屬向有色金屬的過(guò)渡,實(shí)現(xiàn)了從金屬材料向非金屬材料的過(guò)渡,材料的結(jié)構(gòu)和功能也發(fā)生了一些變化,實(shí)現(xiàn)了從多維性材料向低維性材料的過(guò)渡。現(xiàn)在單一的材料已經(jīng)不常見(jiàn)了,復(fù)合材料的應(yīng)用在增多,新材料應(yīng)用于汽車制造業(yè)必然對(duì)焊接技術(shù)提出了更高的要求。本文對(duì)焊接新技術(shù)進(jìn)行分析,闡述焊接技術(shù)在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用。
1 焊接技術(shù)在轎車生產(chǎn)中的應(yīng)用
在汽車的生產(chǎn)過(guò)程中,人們運(yùn)用電阻焊接的方法,這種方法運(yùn)用電學(xué)、傳熱學(xué)和冶金學(xué)等多門(mén)學(xué)科,因此,要想使焊接質(zhì)量提高,就必須對(duì)電學(xué)的相關(guān)因素進(jìn)行控制。電阻焊接工藝是在制定參數(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的,現(xiàn)在隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了數(shù)值模擬技術(shù),計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的篩選工作,人們?cè)谲囬g就不用再花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)篩選數(shù)據(jù),節(jié)約了大量的人力、物力和財(cái)力,提高了汽車制造商的經(jīng)濟(jì)效益。尤其是在近幾年來(lái)汽車制造業(yè)的蓬勃發(fā)展,在汽車車身的薄板結(jié)構(gòu)的裝配過(guò)程中,使用電阻焊接的方法,采用鋁合金等新的復(fù)合材料,增強(qiáng)了焊接的性能。
2 自動(dòng)焊接技術(shù)的特征
自動(dòng)焊鉗是由鉗身、電極、加壓器和安裝板等組成。電極直接應(yīng)用于導(dǎo)電,形成焊接點(diǎn),并可以發(fā)揮良好的散熱效果,根據(jù)焊接的位置和周圍工件形狀的差異,電極可以制作成彎形、直形和帽形,在進(jìn)行焊接時(shí),電極帽和電極桿要頻繁地與零件接觸,要承受焊接時(shí)帶來(lái)的壓力,因此,電極帽和電極桿容易發(fā)生變形和磨損,因此,需要經(jīng)常更換電極帽和電極桿。為了在焊接過(guò)程中節(jié)約材料,要將電極進(jìn)行分離式設(shè)計(jì),將電極的夾頭和電極帽分開(kāi)設(shè)計(jì),夾頭和電極帽用椎體進(jìn)行連接,這樣容易被磨損的電極桿就可以設(shè)計(jì)成能互換的通用件,這樣就提高了焊鉗的使用效率。
自動(dòng)焊鉗有氣壓和油壓兩種加壓動(dòng)力源,氣壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)易,且可靠性比較高,系統(tǒng)的反應(yīng)速度快,系統(tǒng)的使用效率高,因此,氣動(dòng)加壓的方法被汽車制造業(yè)廣泛應(yīng)用。氣缸應(yīng)該確保焊接時(shí)有充足的焊接壓力,它的大小應(yīng)當(dāng)根據(jù)焊接部位的沖壓件沒(méi)有壓痕為標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)要確保焊接的牢固,在對(duì)薄板進(jìn)行焊接時(shí),壓力一般在3000-5000N,為了保障氣缸的外形尺寸比較合理,一般在焊接時(shí)采用活塞增壓氣缸。
在電極臂內(nèi)應(yīng)該設(shè)置冷卻水管,是焊鉗在工作時(shí)可以行使冷卻水循環(huán)的通路,確保電極具有良好的冷卻設(shè)施。
安裝板是自動(dòng)焊接技術(shù)與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)合體,整個(gè)焊接過(guò)程是通過(guò)安裝板的連接實(shí)現(xiàn)各點(diǎn)的連接的。安裝板與焊鉗之間的位置要根據(jù)焊接的要求來(lái)設(shè)定,在實(shí)際情況下,一定要保障自動(dòng)焊鉗與機(jī)械裝置之間是絕緣的,通過(guò)使用絕緣套和絕緣墊片來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者的絕緣。
3 車身自動(dòng)焊接技術(shù)分析
自動(dòng)焊鉗通過(guò)安裝板與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接,采用機(jī)械裝置的驅(qū)動(dòng)力來(lái)完成“原位―到位―焊接―移位―再焊接―回位”的操作,完成每個(gè)位置的焊接后,可以將自動(dòng)焊鉗看作三自由度的機(jī)器人,這樣可以高效地對(duì)工件進(jìn)行定位,同時(shí)又能提高焊接的效率,減少人力耗損。
1)運(yùn)動(dòng)形式。自動(dòng)焊鉗在車身的焊接工作中可以確定焊接點(diǎn),也可以采用自動(dòng)焊鉗進(jìn)行多個(gè)焊接點(diǎn)的連接,自動(dòng)焊鉗按照基座的運(yùn)動(dòng)形式可以分為固定式焊接、旋轉(zhuǎn)式焊接和移動(dòng)式焊接。
在焊接的過(guò)程中,自動(dòng)焊鉗的電極的閉合位置的確定應(yīng)該根據(jù)工件數(shù)模的原理來(lái)確定,電極的方向必須與焊接處的工件面成垂直狀態(tài),與焊接夾具的工作原理相同,自動(dòng)焊鉗在不工作的時(shí)候,應(yīng)該將工件取出。進(jìn)行焊接時(shí),可以按照固定的支架將自動(dòng)焊鉗與焊臺(tái)連接,在實(shí)際的操作中常常避開(kāi)與工件的干涉,將自動(dòng)焊鉗移動(dòng)。自動(dòng)焊鉗在氣缸的驅(qū)動(dòng)中進(jìn)旋轉(zhuǎn),這種措施比較簡(jiǎn)單、可靠,已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于汽車制造中。
2)自動(dòng)焊接系統(tǒng)。自動(dòng)焊接系統(tǒng)是由自動(dòng)焊鉗、焊鉗變壓器、時(shí)間調(diào)節(jié)裝置和二次回路構(gòu)成的,焊接的變壓器與整流器可以為焊接工作提供電力資源,一臺(tái)焊接變壓器只能給一把焊鉗提供電源。時(shí)間調(diào)節(jié)器將焊接電流的頻率改變,起到調(diào)節(jié)焊接時(shí)間的作用。二次回路實(shí)現(xiàn)了焊接變壓器與自動(dòng)焊鉗的鏈接,使之形成焊接的二次回路,二次回路是由銅電極和二次電纜組成,銅電極和焊鉗的運(yùn)行狀態(tài)是由行程開(kāi)關(guān)控制的,形成開(kāi)關(guān)對(duì)銅電極的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)后將檢測(cè)信號(hào)發(fā)送到主控制系統(tǒng),協(xié)調(diào)焊鉗的運(yùn)行,整個(gè)焊鉗在主控制系統(tǒng)的控制下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的焊接。
驅(qū)動(dòng)氣缸為焊鉗提供驅(qū)動(dòng)力,速度的調(diào)整采用的是出口節(jié)流的方式,保證焊鉗具有較大的啟動(dòng)速度,可以平穩(wěn)地運(yùn)行,焊鉗具有較強(qiáng)的緩沖能力。加壓氣缸為自動(dòng)焊鉗提供了加壓力。焊鉗的壓力與焊點(diǎn)處部件的厚度密切相關(guān),因此,要對(duì)減壓閥進(jìn)行控制,從而對(duì)進(jìn)氣壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4 焊接技術(shù)在汽車制造業(yè)中應(yīng)用的趨勢(shì)
現(xiàn)在,機(jī)器人焊接技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè),汽車的底盤(pán)、導(dǎo)軌和座椅的框架都需要焊接技術(shù)。自動(dòng)化柔性生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,使機(jī)器人焊接技術(shù)集靈活性和自動(dòng)化于一體,實(shí)現(xiàn)了焊接生產(chǎn)線的自動(dòng)化。機(jī)器人焊接技術(shù)安裝了焊鉗存儲(chǔ)庫(kù),焊接工人可以根據(jù)焊接的不同位置從存儲(chǔ)庫(kù)中自行選擇合適的焊鉗,傳輸設(shè)施已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人駕駛的柔性化更好的感應(yīng)型導(dǎo)向車。隨著汽車制造業(yè)的不斷發(fā)展,汽車車身的焊接技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化發(fā)展,現(xiàn)代化的管理方法與先進(jìn)的焊接技術(shù)的統(tǒng)一,對(duì)汽車制造業(yè)的發(fā)展具有重大的意義。
5 結(jié)束語(yǔ)
近年來(lái),國(guó)內(nèi)外都比較重視焊接技術(shù)的發(fā)展和改善,焊接技術(shù)的發(fā)展對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能,提高制造業(yè)生產(chǎn)效率,減少生產(chǎn)過(guò)程中成本的消耗具有深遠(yuǎn)的意義。焊劑技術(shù)作為汽車制造業(yè)不可或缺的加工技術(shù),在迅猛發(fā)展的同時(shí)也受到了信息化巨浪的沖擊。我國(guó)為了促進(jìn)汽車制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,應(yīng)該將計(jì)算機(jī)技術(shù)與焊接技術(shù)統(tǒng)一,改進(jìn)對(duì)焊接程序的編制,減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的時(shí)間,通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)高效而準(zhǔn)確地獲取焊接的信息,以此來(lái)提高我國(guó)汽車制造業(yè)的水平,使汽車制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有所提高。
參考文獻(xiàn)
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隨著焊接工藝在汽車制造中的不斷應(yīng)用和發(fā)展,對(duì)于焊接的功能實(shí)現(xiàn)和外觀都有著不斷提高的要求,為適應(yīng)社會(huì)需求,人們不斷研究新的焊接技術(shù)工藝,以達(dá)到高質(zhì)量、高效率、成本低、美觀大方的目的。混合激光焊接技術(shù)的應(yīng)用,讓我們離目標(biāo)越來(lái)越近。
一、混合激光焊接技術(shù)的工作原理
混合激光焊接技術(shù)是采用傳統(tǒng)的金屬及氣體電弧焊和激光焊接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),進(jìn)行合理化結(jié)合,主要利用電弧加熱填充金屬和工件,達(dá)到金屬融合的效果。
混合激光焊接技術(shù)受氣體等因素的影響較多,為達(dá)到降低機(jī)器成本的目的,我們要通過(guò)對(duì)各個(gè)有影響的參數(shù)進(jìn)行控制,減小諧振腔的尺寸,降低混合激光焊接技術(shù)的供能成本,確定混合激光焊接中焊絲的給進(jìn)位置。激光推動(dòng)焊絲進(jìn)入熔融焊池,降低熔融焊絲所需的二次能量,這個(gè)過(guò)程中為提高焊接速度,我們采用了拖尾式的混合激光焊接技術(shù)進(jìn)行焊絲給進(jìn)。混和激光焊接的電弧在焊絲填充到達(dá)尾部時(shí)產(chǎn)生等離子,并對(duì)基底材料進(jìn)行蒸發(fā),這時(shí)會(huì)在熔融焊接池的邊緣出現(xiàn)一個(gè)小凹陷,這個(gè)凹陷能夠起到降低激光光束需要穿透的深度,提高了穿透性能。
二、混合激光焊接技術(shù)的特點(diǎn)
混合激光焊接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用有以下特點(diǎn):(1)在進(jìn)行混合激光焊接過(guò)程中添加的輔助材料,施加給焊縫晶格組織的影響,使得焊縫的韌性較高;(2)熔深更大,焊縫焊接能力強(qiáng);(3)減少人工,減少投資;(4)焊縫背面下垂在沒(méi)有燒穿時(shí)的適用范圍更加廣泛;(5)焊接速度快;(6)焊接熱量產(chǎn)生的少;(7)焊縫的寬度和突出小,強(qiáng)度高;(8)生產(chǎn)效率高;(9)光學(xué)設(shè)備配置性能高;(10)對(duì)焊接產(chǎn)生的縫隙彌補(bǔ)合理,效果高;(11)鈑金件縫隙的連接能力提高;(12)提高車身剛度,提升汽車安全性;(13)車身重量減小,有省油效果;(14)焊接精度高;(15)前期投入太高,包括配套設(shè)備和保護(hù)氣體的投資。
三、混合激光焊接技術(shù)中對(duì)保護(hù)氣體的選擇
現(xiàn)在在汽車制造中使用最多的是二氧化碳、氬和氦等氣體作為電弧和熔池的保護(hù)氣體,在這些保護(hù)氣體中,氦氣控制粒子大小最為合理,這是由其平均蒸汽粒子最小決定的。但是在電離率和等離子體電壓方面,氦氣雖然有著很大的優(yōu)勢(shì),但是分子質(zhì)量卻比氬氣小。因此,我們發(fā)現(xiàn),在選用氦氣作為保護(hù)氣時(shí),只有保證流速足夠能將激光光束路徑上的金屬進(jìn)行蒸發(fā)并排出,雖然效果非常好,但是氦氣的價(jià)格卻較高,這無(wú)疑是增加了焊接成本,增加了汽車整車成本。為了彌補(bǔ)氦保護(hù)氣的價(jià)格缺陷,同時(shí)實(shí)現(xiàn)抑制等離子體,排出蒸汽粒子,達(dá)到優(yōu)化保護(hù)氣,降低成本的目的,我們引進(jìn)了使用40%~50%的氬氣混合氣體,這種混合氣體的比重越高,對(duì)于排除蒸汽粒子的流速需要就越低。混合氣體在汽車制造中進(jìn)行焊接工藝時(shí)產(chǎn)生的惰性對(duì)焊接起到加速的作用,降低報(bào)廢率。將二氧化碳或者氦氣按照一定的比例混合氬氣,用于混合激光焊接過(guò)程中的二次保護(hù)氣,使焊接的性能得到很大的提高,產(chǎn)生電弧電壓更高,焊珠的外形擴(kuò)大,增強(qiáng)了電弧穩(wěn)定性。因?yàn)檫@些氣體的價(jià)格高昂,因此在運(yùn)輸過(guò)程中一定要確保安全,同時(shí)還要相對(duì)更為經(jīng)濟(jì),這樣我們才能真正達(dá)到降低制造成本的目的。
四、混合激光焊接技術(shù)在現(xiàn)代汽車制造中的應(yīng)用
隨著激光焊接技術(shù)的不斷發(fā)展,各個(gè)汽車企業(yè)紛紛引進(jìn)最新的焊接工藝,直接影響著其在汽車制造業(yè)中的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,混合激光焊接技術(shù)的種種優(yōu)點(diǎn)在汽車制造中發(fā)揮充分,可以大大降低制造成本,提高鋁合金材料性能,已經(jīng)在大眾、寶馬等知名制造公司。例如:寶馬5系列轎車的鋁合金隔板;大眾Phaeton D1的車門(mén);大眾Golf、Audi A4和A6、Passat的車頂?shù)鹊取T谄囍圃熘惺褂没旌霞す夂附蛹夹g(shù)的主要汽車公司有:大眾、通用、奔馳、日產(chǎn)、菲亞特、福特、寶馬、豐田,還有國(guó)內(nèi)的奇瑞。
目前,混合激光焊接技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)中,并不斷完善,推動(dòng)汽車制造業(yè)的發(fā)展,同時(shí)汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展,不斷提出新的需求,從而反過(guò)來(lái)促進(jìn)混合激光焊接技術(shù)的不斷優(yōu)化。為了滿足人們對(duì)汽車質(zhì)量、功能和外觀的新需求,要求我國(guó)汽車制造企業(yè)一定要根據(jù)實(shí)際情況,引進(jìn)最新的焊接工藝,提高汽車制造中的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量,同時(shí)降低成本,從而達(dá)到企業(yè)穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。因此,在汽車制造中廣泛應(yīng)用混合激光焊接技術(shù)等先進(jìn)工藝,已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)汽車業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。在汽車制造業(yè)的發(fā)展中,混合激光焊接技術(shù)的優(yōu)化,降低成本,運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性和安全性仍需要我們不斷探索,推動(dòng)我國(guó)汽車制造業(yè)的快速發(fā)展。
一、激光焊接技術(shù)的基本原理
激光焊接就是以激光為熱源進(jìn)行的焊接。激光是一束平行的光,用拋物面鏡或凸透鏡聚光,可以得到高的功率密度。與電弧焊接的功率密度102~104kw/cm比較,聚集的激光束可以得到105~108kw左InZ的功率密度。用功率密度高的熱源進(jìn)行焊接,可以得到熔深較大的焊縫。激光焊接可以得到與電子束焊接同樣熔深的焊縫。激光焊接可使表面溫度迅速上升,激光照射完后迅速冷卻,可以進(jìn)行熔融或非熔融的表面處理。當(dāng)功率密度大于103kw/c耐時(shí),可進(jìn)行熔深較大的焊接。這時(shí),在大氣中熔融金屬容易被氧化。因此,要用Ar、He、CO,等氣體密封焊接部位。尤其是提高功率密度時(shí),瞬間從光束中熔融金屬被排出,這時(shí)若輔以高壓氣體吹掃,可促進(jìn)熔融金屬排出,適宜進(jìn)行開(kāi)孔或切斷。激光焊接最大的特點(diǎn)是選擇適合的焊接材料和功率密度,可以得到穩(wěn)定的焊接形態(tài)。激光焊接有兩種基本方式:傳導(dǎo)焊與深熔焊。這兩種方式最根本的區(qū)別在于:前者熔池表面保持封閉,而后者熔池則被激光束穿透成孔。傳導(dǎo)焊對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)較小,因?yàn)榧す馐妮椛錄](méi)有穿透被焊材料,所以,在傳導(dǎo)焊過(guò)程中焊縫不易被氣體侵人;而深熔焊時(shí),小孔的不斷關(guān)閉能導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生。傳導(dǎo)焊和深熔焊方式也可以在同一焊接過(guò)程中相互轉(zhuǎn)換,由傳導(dǎo)方式向小孔方式的轉(zhuǎn)變?nèi)Q于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脈沖持續(xù)時(shí)間。激光脈沖能量密度的時(shí)間依賴性能夠使激光焊接在激光與材料相互作用期間由一種焊接方式向另一種方式轉(zhuǎn)變,即在相互作用過(guò)程中焊縫可以先在傳導(dǎo)方式下形成,然后再轉(zhuǎn)變?yōu)樾】追绞健?梢哉{(diào)節(jié)激光焊接過(guò)程中各因素相互作用的程度,使得小孔建立以后能夠在脈沖間歇階段收縮,從而減小氣體侵入的可能性,降低氣孔產(chǎn)生的傾向。
二、激光焊接技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
(1)制造業(yè)領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代后期,千瓦級(jí)激光器成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),而今激光焊接生產(chǎn)線已大規(guī)模出現(xiàn)在汽車制造業(yè),成為汽車制造業(yè)突出的成就之一。90年代美國(guó)通用、福特和克萊斯特公司竟相將激光焊接引入汽車制造,盡管起步較晚,但發(fā)展很快。日本的本田和豐田汽車公司在制造車身覆蓋件中都使用了激光焊接和切割工藝,高強(qiáng)鋼激光焊接裝配件因其性能優(yōu)良在汽車車身制造中使用的越來(lái)越多。(2)粉末冶金領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,許多技術(shù)對(duì)材料有特殊要求,應(yīng)用冶鑄方法制造的材料已不能滿足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造優(yōu)點(diǎn),在某些領(lǐng)域如汽車、飛機(jī)、工具刃具制造業(yè)中正在取代傳統(tǒng)的冶鑄材料,隨著粉末冶金材料的日益發(fā)展,它與其它零件的連接問(wèn)題顯得日益突出,使粉末冶金材料的應(yīng)用受到限制。在20世紀(jì)80年代初期,激光焊以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)入粉末冶金材料加工領(lǐng)域,為粉末冶金材料的應(yīng)用開(kāi)辟了新的前景,如采用粉末冶金材料連接中常用的釬焊方法焊接金剛石,由于結(jié)合強(qiáng)度低,熱影響區(qū)寬特別是不能適應(yīng)高溫及強(qiáng)度要求高而引起釬料熔化脫落,采用激光焊接可以提高焊接強(qiáng)度以及耐高溫性能。(3)電子工業(yè)領(lǐng)域。激光焊接在電子工業(yè)中,特別是微電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于激光焊接熱影響區(qū)小,加熱集中迅速、熱應(yīng)力低,因而正在集成電路和半導(dǎo)體器件殼體的封裝中,顯示了獨(dú)特的優(yōu)越性,在真空器件研制中,激光焊接也得到了應(yīng)用,。傳感器或溫控器中的彈性薄壁波紋片其厚度在0.05~0.1mm,采用傳統(tǒng)焊接方法難以解決,電弧焊容易焊穿,等離子焊穩(wěn)定性差,影響因素多,而采用激光焊接效果很好。(4)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。生物組織的激光焊接始于20世紀(jì)70年代,Klink等及Jain用激光焊接輸卵管和血管的成功及顯示出來(lái)的優(yōu)越性,使更多研究者嘗試焊接各種生物組織,并推廣到其它組織的焊接。有關(guān)激光焊接神經(jīng)方面,目前國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在激光波長(zhǎng)、劑量及對(duì)功能恢復(fù)及激光焊料選擇等方面,劉銅軍在激光焊接小血管及皮膚等基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上又對(duì)大白鼠膽總管進(jìn)行了焊接研究。激光焊接方法與與傳統(tǒng)的縫合方法比較,激光焊接具有吻合速度快,愈合過(guò)程中沒(méi)有異物反應(yīng),保持焊接部位的機(jī)械性質(zhì),被修復(fù)組織按其原生物力學(xué)性狀生長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),將在以后的生物醫(yī)學(xué)中得到更廣泛的應(yīng)用。(5)其他領(lǐng)域。在其他行業(yè)中,激光焊接也逐漸增加,特別是在特種材料焊接方面,我國(guó)進(jìn)行了許多研究,如對(duì)BT20鈦合金、HE130合金、Li-ion電池等激光焊接。德國(guó)玻璃機(jī)械制造商Glamaco Coswig公司與IFW接合技術(shù)與材料實(shí)驗(yàn)研究院合作開(kāi)發(fā)出了一種用于平板玻璃的激光焊接新技術(shù)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]游德勇,高向東.激光焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望[J].焊接技術(shù).2008(4)
激光焊接已逐漸受到人們關(guān)注,激光焊接技術(shù)擁有高精度、高質(zhì)量、低變形、高速度和高效率的特點(diǎn)。1970年以后,隨著金屬鋁等焊接物質(zhì)的研制成功,激光焊接技術(shù)在其他領(lǐng)域中也得到推廣和應(yīng)用。尤其是在制造業(yè),冶金業(yè)以及生物醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用較為廣泛。后來(lái),隨著航天技術(shù)的發(fā)展,激光焊接技術(shù)逐漸被應(yīng)用到了航天領(lǐng)域。
1 國(guó)內(nèi)外焊接技術(shù)中激光焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀
1.1 國(guó)外激光焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀
目前國(guó)外的激光焊接技術(shù)已比較成熟,以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家非常注重激光焊接技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。將激光焊接技術(shù)列入國(guó)家的發(fā)展計(jì)劃當(dāng)中,并投入大量資金用于激光焊接技術(shù)的研究與人員的培訓(xùn)。發(fā)展過(guò)程中也注意傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì),做到激光焊接技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合。由于發(fā)展比較早,目前發(fā)達(dá)國(guó)家的激光焊接技術(shù)存在很多優(yōu)勢(shì),主要有,熱影響區(qū)極小,而且焊接過(guò)程中無(wú)熱損傷的現(xiàn)象,焊接速度比一般的烙焊要快10-100倍。焊接點(diǎn)極小,最大程度的避免了雜質(zhì)的污染和腐蝕程度,此外,焊點(diǎn)的抗裂性能也非常高。
1.3 國(guó)內(nèi)激光焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)焊接技術(shù)由于起步比較晚,發(fā)展也相對(duì)緩慢。近年來(lái),由于政策的要求以及環(huán)保的需要,激光技術(shù)才逐漸被廣泛應(yīng)用。對(duì)激光焊接的研究也主要集中在激光焊接的形成機(jī)理、檢測(cè)、分析、控制等。一些高校也逐漸開(kāi)展激光焊接的相關(guān)課程,比如通過(guò)分析超細(xì)粒鋼的焊接性及激光焊接的特點(diǎn),進(jìn)行了400MPa和800MPa種超細(xì)晶粒鋼的激光焊接試驗(yàn)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于高強(qiáng)度的激光焊接焊性方面的研究還存在很多不足的地方,缺少很多相關(guān)數(shù)據(jù),還需要培訓(xùn)更多的專業(yè)人員進(jìn)行深入研究。
2 焊接技術(shù)中激光焊接技術(shù)的應(yīng)用
隨著激光焊接技術(shù)的逐漸成熟,其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。但是由于激光焊接設(shè)備的成本和維修費(fèi)用比較高,除了一些大批量生產(chǎn)或者規(guī)模零件焊接的行業(yè),激光焊接技術(shù)很少應(yīng)用。歐美的激光焊接技術(shù)主要應(yīng)用于金屬加工業(yè)和汽車制造業(yè),而亞洲地區(qū)的激光焊接技術(shù)較多的應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)和電器工業(yè)。
2.1 制造業(yè)的應(yīng)用
在國(guó)外,激光焊接技術(shù)在轎車制造中應(yīng)用十分廣泛,并以比較高的速度增長(zhǎng)。日本在世界上首次成功開(kāi)發(fā)了將YAG激光焊用于核反應(yīng)堆中蒸汽發(fā)生器細(xì)管的維修;激光焊接技術(shù)在造船中也比較普遍,傳統(tǒng)焊接工藝中的焊后變形是造船業(yè)面臨的主要問(wèn)題,而激光焊接由于具有焊后熱影響區(qū)小、熱損傷小、焊后抗裂性能高的特點(diǎn),焊后基本沒(méi)有明顯的變形;由于采用激光焊接,一定程度上減輕了船身的重量,在造船業(yè)中發(fā)揮了很重要的作用。
2.2 冶金行業(yè)的應(yīng)用
現(xiàn)如今,越來(lái)越多的粉末冶金材料走向市場(chǎng),它與其他零件的連接問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)出來(lái),使粉末冶金的應(yīng)用受到限制。而激光焊接技術(shù)由于結(jié)合強(qiáng)度低、焊接輕度高以及很好的耐高溫性為粉末冶金材料的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路。
2.3 汽車工業(yè)的應(yīng)用
汽車工業(yè)作為發(fā)達(dá)國(guó)家的重要經(jīng)濟(jì)來(lái)源一直就是各國(guó)研究的重點(diǎn)。激光焊接技術(shù)在提高車身強(qiáng)度的同時(shí)也大大減輕了車身重量,降低了汽車的生產(chǎn)成本。目前激光焊接技術(shù)在很多中高檔汽車中已廣泛使用。
2.4 電子工業(yè)的應(yīng)用
由于激光焊接技術(shù)在焊接過(guò)程中對(duì)機(jī)械的損傷程度較小而且大都可以避免,特別符合電子行業(yè)的要求。激光技術(shù)的高精度、無(wú)污染、熱影響區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)也使得激光焊接技術(shù)在電子工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。目前,激光焊接技術(shù)已經(jīng)逐漸被運(yùn)用到電子工業(yè)中,例如,很多商家均利用激光焊接工藝生產(chǎn)重傳感器。但激光消融、激光電鍍等原理方面還在研究當(dāng)中。
2.5 生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用
1970年以后,有關(guān)生物組織的激光焊接開(kāi)始出現(xiàn),主要應(yīng)用于血管和輸卵管的焊接。隨著激光焊接優(yōu)越性逐漸被研究人員發(fā)現(xiàn),各種生物組織的激光焊接逐漸得到推廣。激光焊接在生物醫(yī)學(xué)中呈現(xiàn)出不同的焊接優(yōu)勢(shì)。主要有,手術(shù)部位吻合速度快。而且愈合過(guò)程中沒(méi)有異物反應(yīng),修復(fù)后的組織能夠按照原來(lái)的生長(zhǎng)特點(diǎn)來(lái)生長(zhǎng)。研究人員也在進(jìn)一步研究激光焊機(jī)焊接在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。
2.6 航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)70年代初涉激光焊接技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。他們培訓(xùn)了專業(yè)的研究人員,對(duì)航天工業(yè)中的各種容器及輕量級(jí)結(jié)構(gòu)立項(xiàng),開(kāi)展了長(zhǎng)達(dá)7年多年的激光焊接應(yīng)用研究。新的研究成果取代了原有的鉚釗一,提高了機(jī)身的強(qiáng)度,減輕了機(jī)身的重量。我國(guó)在航空航天領(lǐng)域的激光焊接技術(shù)也是比較先進(jìn)的,開(kāi)始對(duì)航天領(lǐng)域中所用的各種合金進(jìn)行激光焊接技術(shù)的研究,并取得了很好的成果,而且已逐漸投入使用。激光焊接由于很高的精密度以及可靠性,使其在該領(lǐng)域應(yīng)用中顯現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)明顯強(qiáng)于其它方法的焊接技術(shù)。
2.7 塑料加工中的應(yīng)用
國(guó)外對(duì)于塑料加工中的激光焊接已經(jīng)處于領(lǐng)先水平,而我國(guó)仍處于研究開(kāi)發(fā)階段。激光焊接熱損傷小的優(yōu)點(diǎn)使其在塑料加工方面的優(yōu)勢(shì)突出。焊接過(guò)程中激光束大多能夠通過(guò)不同層次的材料,而且更容易通過(guò)熱傳導(dǎo)被吸收成為焊接區(qū)域。塑料加工中的激光焊接比傳統(tǒng)的焊接工藝污染程度更小,質(zhì)量更好,也為激光焊接技術(shù)的應(yīng)用提供了更廣闊的前景。
3 結(jié)語(yǔ)
21世紀(jì)以后,隨著激光焊接技術(shù)耐高溫、熱損傷小、抗裂性能好等優(yōu)點(diǎn)逐漸顯現(xiàn),激光焊接技術(shù)的研究領(lǐng)域也將越來(lái)越廣泛。研究人員對(duì)于焊接技術(shù)中的激光焊接研究也在實(shí)踐中逐漸進(jìn)步。激光焊接技術(shù)發(fā)展到目前,已有逐漸取代傳統(tǒng)焊接技術(shù)的趨勢(shì)。
參考文獻(xiàn):
中圖分類號(hào):O434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
焊接技術(shù)作為生產(chǎn)汽車的必要技術(shù),其存在很多的優(yōu)勢(shì),同時(shí)也面臨著諸多挑戰(zhàn)。一方面材料在新的時(shí)代已經(jīng)產(chǎn)生了一些變化,實(shí)現(xiàn)了從黑色金屬向有色金屬的過(guò)渡,實(shí)現(xiàn)了從金屬材料向非金屬材料的過(guò)渡,材料的結(jié)構(gòu)和功能也發(fā)生了一些變化,實(shí)現(xiàn)了從多維性材料向低維性材料的過(guò)渡。現(xiàn)在單一的材料已經(jīng)不常見(jiàn)了,復(fù)合材料的應(yīng)用在增多,新材料應(yīng)用于汽車制造業(yè)必然對(duì)焊接技術(shù)提出了更高的要求。本文對(duì)焊接新技術(shù)進(jìn)行分析,闡述焊接技術(shù)在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用。
一、改革開(kāi)放后引進(jìn)的先進(jìn)焊接技術(shù)
20 世紀(jì)80 年代末,一汽在CA141生產(chǎn)線上采用了兩臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人,一臺(tái)為聯(lián)邦德國(guó)KUKA公司生產(chǎn),一臺(tái)由廣州機(jī)床所生產(chǎn),用于焊接駕駛室頂蓋和前后風(fēng)窗。通過(guò)這兩臺(tái)機(jī)器人的使用,人們看到了焊接機(jī)器人生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用前景,但由于投資及產(chǎn)品本身的原因,還不能大規(guī)模的使用機(jī)器人代替人工生產(chǎn)。80 年代后期上海大眾率先與國(guó)外合資生產(chǎn)轎車,雖然其焊接工藝方法與國(guó)外當(dāng)時(shí)的汽車焊接技術(shù)水平相差甚遠(yuǎn),但其大工業(yè)化生產(chǎn)轎車的焊接裝配、物流的理念與技術(shù)給了我們很大的啟示,并且有了一個(gè)讓我們深入了解國(guó)外先進(jìn)焊裝技術(shù)的“窗口”,使我們有了現(xiàn)代化轎車生產(chǎn)對(duì)總成尺寸精度、零件表面狀態(tài)、生產(chǎn)車間環(huán)境要求的全新概念。
20 世紀(jì)90年代初,一汽與德國(guó)大眾合資建設(shè)現(xiàn)代化的轎車生產(chǎn)基地,其焊裝線雖然是國(guó)外的二手設(shè)備,但其投入使用后的自動(dòng)化程度、物流方式讓許多從事汽車焊接技術(shù)的人耳目一新,對(duì)現(xiàn)代化汽車生產(chǎn)線有了新的理解和認(rèn)識(shí)。隨后,二汽在其載貨車、輕型車項(xiàng)目中都引進(jìn)了國(guó)外的焊接機(jī)器人,其中還有一條無(wú)人焊接線,人們切實(shí)體會(huì)到了機(jī)器人焊接技術(shù)不僅僅是減少了操作者的數(shù)量和勞動(dòng)強(qiáng)度,對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、滿足高標(biāo)準(zhǔn)要求也是必不可少的。可以說(shuō),20 世紀(jì)90年代以來(lái)的技術(shù)引進(jìn)及生產(chǎn)設(shè)備、工藝裝備的引進(jìn)使汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)了轎車生產(chǎn)的規(guī)模化起步,對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)生產(chǎn)起到了重要作用。但這一結(jié)果對(duì)國(guó)內(nèi)的焊接設(shè)備生產(chǎn)廠家造成了很大沖擊,國(guó)內(nèi)廠家主要在載貨車生產(chǎn)線及轎車配套裝備和單工位焊機(jī)方面做了一些工作。
二、焊接技術(shù)在轎車生產(chǎn)中的應(yīng)用
在汽車的生產(chǎn)過(guò)程中,人們運(yùn)用電阻焊接的方法,這種方法運(yùn)用電學(xué)、傳熱學(xué)和冶金學(xué)等多門(mén)學(xué)科,因此,要想使焊接質(zhì)量提高,就必須對(duì)電學(xué)的相關(guān)因素進(jìn)行控制。電阻焊接工藝是在制定參數(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的,現(xiàn)在隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了數(shù)值模擬技術(shù),計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的篩選工作,人們?cè)谲囬g就不用再花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)篩選數(shù)據(jù),節(jié)約了大的人力、物力和財(cái)力,提高了汽車制造商的經(jīng)濟(jì)效益。尤其是在近幾年來(lái)汽車制造業(yè)的蓬勃發(fā)展,在汽車車身的薄板結(jié)構(gòu)的裝配過(guò)程中,使用電阻焊接的方法,采用鋁合金等新的復(fù)合材料,增強(qiáng)了焊接的性能。
三、汽車焊接工藝的應(yīng)用領(lǐng)域分析
在汽車領(lǐng)域中,由于越來(lái)越多的高新技術(shù)被應(yīng)用,使得汽車生活更加豐富。對(duì)于我國(guó)而言,隨著汽車保有量的不斷增加,汽車后市場(chǎng)出現(xiàn)了井噴的狀態(tài)。在汽車后市場(chǎng)中,汽車的維修與保養(yǎng)占據(jù)著非常重要的地位,也讓汽車的服務(wù)產(chǎn)業(yè)有了較大的發(fā)展。對(duì)于汽車的焊接工藝而言,最早是應(yīng)用于汽車的車身焊接。但是,隨著技術(shù)的發(fā)展以及車身制造工藝的發(fā)展,汽車車身開(kāi)始使用模具制作,從而降低了因?yàn)楹附佣斐傻能嚿韱?wèn)題。那么,對(duì)于現(xiàn)代化的汽車生產(chǎn)而言,汽車的焊接工藝主要應(yīng)用于的領(lǐng)域。
第一,在汽車的維修領(lǐng)域中有非常廣泛的應(yīng)用;汽車維修屬于汽車后市場(chǎng)領(lǐng)域,由于汽車駕駛的過(guò)程中,難免會(huì)出現(xiàn)碰撞的現(xiàn)象,從而造成了汽車車身或者是相關(guān)配件的損壞。因此,在這種情況下,就可以使用汽車的焊接工藝,將損壞的部分采用焊接的方式,從而進(jìn)行汽車的維修工藝。
第二,人們對(duì)于汽車的裝飾和改裝越來(lái)越感興趣。雖然在汽車檢測(cè)的過(guò)程中,對(duì)于擅自改裝會(huì)進(jìn)行處罰,但是有車一族們?nèi)匀粺嶂杂趯?duì)于汽車的改裝和裝飾。其中,對(duì)于汽車尾翼的安裝非常常見(jiàn)。汽車安裝尾翼以后,就顯得非常運(yùn)動(dòng)動(dòng)感,有一種非常霸氣的感覺(jué)。因此,為了讓汽車的外觀更加個(gè)性鮮明,需要對(duì)汽車的外觀進(jìn)行相關(guān)的改裝,從而實(shí)現(xiàn)車主所需要的效果。而對(duì)于尾翼的加裝而言,就一定要采用焊接技術(shù),從而使得汽車的尾翼牢固堅(jiān)實(shí)。因?yàn)榘惭b尾翼還是存在一定的風(fēng)險(xiǎn)的,當(dāng)車速達(dá)到一定程度的時(shí)候,就需要保證汽車的尾翼的穩(wěn)定性。
第三,對(duì)于汽車的車身配件的焊接工藝;汽車在使用的過(guò)程中,經(jīng)常需要在配件方面進(jìn)行焊接,此外對(duì)于在配件之間的結(jié)合方面,也需要在適當(dāng)?shù)那闆r下使用汽車焊接技術(shù)。因此,對(duì)于汽車的焊接工藝而言,主要在車身焊接、汽車改裝以及汽車配件之間主要進(jìn)行應(yīng)用。
四、自動(dòng)焊接技術(shù)的特征
自動(dòng)焊鉗是由鉗身、電極、加壓器和安裝板等組成。電極直接應(yīng)用于導(dǎo)電,形成焊接點(diǎn),并可以發(fā)揮良好的散熱效果,根據(jù)焊接的位置和周圍工件形狀的差異,電極可以制作成彎形、直形和帽形,在進(jìn)行焊接時(shí),電極帽和電極桿要頻繁地與零件接觸,要承受焊接時(shí)帶來(lái)的壓力,因此,電極帽和電極桿容易發(fā)生變形和磨損,因此,需要經(jīng)常更換電極帽和電極桿。為了在焊接過(guò)程中節(jié)約材料,要將電極進(jìn)行分離式設(shè)計(jì),將電極的夾頭和電極帽分開(kāi)設(shè)計(jì),夾頭和電極帽用椎體進(jìn)行連接,這樣容易被磨損的電極桿就可以設(shè)計(jì)成能互換的通用件,這樣就提高了焊鉗的使用效率。
自動(dòng)焊鉗有氣壓和油壓兩種加壓動(dòng)力源,氣壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)易,且可靠性比較高,系統(tǒng)的反應(yīng)速度快,系統(tǒng)的使用效率高,因此,氣動(dòng)加壓的方法被汽車制造業(yè)廣泛應(yīng)用。氣缸應(yīng)該確保焊接時(shí)有充足的焊接壓力,它的大小應(yīng)當(dāng)根據(jù)焊接部位的沖壓件沒(méi)有壓痕為標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)要確保焊接的牢固,在對(duì)薄板進(jìn)行焊接時(shí),壓力一般在3000-5000N,為了保障氣缸的外形尺寸比較合理,一般在焊接時(shí)采用活塞增壓氣缸。在電極臂內(nèi)應(yīng)該設(shè)置冷卻水管,是焊鉗在工作時(shí)可以行使冷卻水循環(huán)的通路,確保電極具有良好的冷卻設(shè)施。安裝板是自動(dòng)焊接技術(shù)與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)合體,整個(gè)焊接過(guò)程是通過(guò)安裝板的連接實(shí)現(xiàn)各點(diǎn)的連接的。安裝板與焊鉗之間的位置要根據(jù)焊接的要求來(lái)設(shè)定,在實(shí)際情況下,一定要保障
自動(dòng)焊鉗與機(jī)械裝置之間是絕緣的,通過(guò)使用絕緣套和絕緣墊片來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者的絕緣。
五、車身自動(dòng)焊接技術(shù)分析
自動(dòng)焊鉗通過(guò)安裝板與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接,采用機(jī)械裝置的驅(qū)動(dòng)力來(lái)完成“原位―到位―焊接―移位―再焊接―回位”的操作,完成每個(gè)位置的焊接后,可以將自動(dòng)焊鉗看作三自由度的機(jī)器人,這樣可以高效地對(duì)工件進(jìn)行定位,同時(shí)又能提高焊接的效率,減少人力耗損。
(一)運(yùn)動(dòng)形式。自動(dòng)焊鉗在車身的焊接工作中可以確定焊接點(diǎn),也可以采用自動(dòng)焊鉗進(jìn)行多個(gè)焊接點(diǎn)的連接,自動(dòng)焊鉗按照基座的運(yùn)動(dòng)形式可以分為固定式焊接、旋轉(zhuǎn)式焊接和移動(dòng)式焊接。
在焊接的過(guò)程中,自動(dòng)焊鉗的電極的閉合位置的確定應(yīng)該根據(jù)工件數(shù)模的原理來(lái)確定,電極的方向必須與焊接處的工件面成垂直狀態(tài),與焊接夾具的工作原理相同,自動(dòng)焊鉗在不工作的時(shí)候,應(yīng)該將工件取出。進(jìn)行焊接時(shí),可以按照固定的支架將自動(dòng)焊鉗與焊臺(tái)連接,在實(shí)際的操作中常常避開(kāi)與工件的干涉,將自動(dòng)焊鉗移動(dòng)。自動(dòng)焊鉗在氣缸的驅(qū)動(dòng)中進(jìn)旋轉(zhuǎn),這種措施比較簡(jiǎn)單、可靠,已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于汽車制造中。
(二)自動(dòng)焊接系統(tǒng)。自動(dòng)焊接系統(tǒng)是由自動(dòng)焊鉗、焊鉗變壓器、時(shí)間調(diào)節(jié)裝置和二次回路構(gòu)成的,焊接的變壓器與整流器可以為焊接工作提供電力資源,一臺(tái)焊接變壓器只能給一把焊鉗提供電源。時(shí)間調(diào)節(jié)器將焊接電流的頻率改變,起到調(diào)節(jié)焊接時(shí)間的作用。二次回路實(shí)現(xiàn)了焊接變壓器與自動(dòng)焊鉗的鏈接,使之形成焊接的二次回路,二次回路是由銅電極和二次電纜組成,銅電極和焊鉗的運(yùn)行狀態(tài)是由行程開(kāi)關(guān)控制的,形成開(kāi)關(guān)對(duì)銅電極的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)后將檢測(cè)信號(hào)發(fā)送到主控制系統(tǒng),協(xié)調(diào)焊鉗的運(yùn)行,整個(gè)焊鉗在主控制系統(tǒng)的控制下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的焊接。驅(qū)動(dòng)氣缸為焊鉗提供驅(qū)動(dòng)力,速度的調(diào)整采用的是出口節(jié)流的方式,保證焊鉗具有較大的啟動(dòng)速度,可以平穩(wěn)地運(yùn)行,焊鉗具有較強(qiáng)的緩沖能力。加壓氣缸為自動(dòng)焊鉗提供了加壓力。焊鉗的壓力與焊點(diǎn)處部件的厚度密切相關(guān),因此,要對(duì)減壓閥進(jìn)行控制,從而對(duì)進(jìn)氣壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。
六、現(xiàn)代科技在汽車焊接工藝中的應(yīng)用
隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展,汽車焊接工藝中也不斷的引入了現(xiàn)代的科技技術(shù)。其中最為重要的就是計(jì)算機(jī)技術(shù),計(jì)算機(jī)的單片機(jī)遠(yuǎn)程通信技術(shù)以及3Dmax 等技術(shù)開(kāi)始不斷應(yīng)用到汽車的焊接工藝中。由于人工焊接技術(shù)容易在焊接的過(guò)程中出現(xiàn)失誤,無(wú)法實(shí)現(xiàn)循跡操作,從而造成焊接的不完美。因此,采用計(jì)算機(jī)單片機(jī)技術(shù),可以進(jìn)行程序編譯,將需要焊接的部分利用3Dmax 進(jìn)行仿真,從而保證在焊接的過(guò)程中,其能夠?qū)崿F(xiàn)完美的循跡焊接,降低了焊接過(guò)程中出現(xiàn)的失誤。此外,在焊接的工藝方面,又引入了一些工藝以及化工技術(shù)。傳統(tǒng)的高溫焊接技術(shù),不僅僅容易造成傷害,更是對(duì)操作人員有一定的影響。因此,使用現(xiàn)在的氬弧焊焊接技術(shù),雖然溫度更高,但是焊接的質(zhì)量有所提高。對(duì)于焊接的接口以及焊面的平整度,都有了顯著的提高。因此,隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展,促進(jìn)了多個(gè)行業(yè)工藝的提升。對(duì)于汽車的焊接工藝而言,引入計(jì)算機(jī)技術(shù)并且實(shí)現(xiàn)真正的智能化以及自動(dòng)化焊接,從而讓焊接工藝更加安全方便,有效的提升焊接的效率,保證在焊接的過(guò)程中,達(dá)到質(zhì)量的提升以及客戶的滿意提升。總之,要充分適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展,讓更多的現(xiàn)代科技不斷的應(yīng)用到汽車的焊接工藝之中,從而保證其在不斷的發(fā)展過(guò)程中,符合現(xiàn)有時(shí)代的發(fā)展理念,滿足客戶不斷提升的硬性要求,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的汽車焊接工藝。
激光焊接過(guò)程檢測(cè)原理示意圖
七、焊接技術(shù)在汽車制造業(yè)中應(yīng)用的趨勢(shì)
現(xiàn)在,機(jī)器人焊接技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè),汽車的底盤(pán)、導(dǎo)軌和座椅的框架都需要焊接技術(shù)。自動(dòng)化柔性生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,使機(jī)器人焊接技術(shù)集靈活性和自動(dòng)化于一體,實(shí)現(xiàn)了焊接生產(chǎn)線的自動(dòng)化。機(jī)器人焊接技術(shù)安裝了焊鉗存儲(chǔ)庫(kù),焊接工人可以根據(jù)焊接的不同位置從存儲(chǔ)庫(kù)中自行選擇合適的焊鉗,傳輸設(shè)施已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人駕駛的柔性化更好的感應(yīng)型導(dǎo)向車。隨著汽車制造業(yè)的不斷發(fā)展,汽車車身的焊接技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化發(fā)展,現(xiàn)代化的管理方法與先進(jìn)的焊接技術(shù)的統(tǒng)一,對(duì)汽車制造業(yè)的發(fā)展具有重大的意義。
八、未來(lái)汽車工業(yè)發(fā)展對(duì)焊接技術(shù)的需求
汽車技術(shù)向著節(jié)能、安全、環(huán)保的方向發(fā)展,凡是對(duì)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、耐久性、操縱穩(wěn)定性、安全性、低排放等方面有利的焊接技術(shù)都將有廣泛的應(yīng)用空間。如現(xiàn)在載貨車廠也要達(dá)到“2mm工程”的目標(biāo),轎車車身的生產(chǎn)廠進(jìn)一步提高了要求。據(jù)相關(guān)人員介紹,車身上600個(gè)激光焊點(diǎn)用一個(gè)激光頭只需12min就可以全部焊完。激光焊出的車身整體性好,對(duì)減振、安全都有利,但設(shè)備投資太大,對(duì)零件和維護(hù)人員的要求也很高,因此應(yīng)降低成本,提高普及率。原有的工藝技術(shù)水平也有待于進(jìn)一步提高,如很多汽車零件中對(duì)摩擦焊都有相位要求,國(guó)內(nèi)相位摩擦焊技術(shù)不過(guò)關(guān),引進(jìn)國(guó)外設(shè)備價(jià)格又非常昂貴,并且擔(dān)心維護(hù)及改造問(wèn)題,使得這一工藝的應(yīng)用受到限制。
目前,國(guó)內(nèi)的焊接裝備生產(chǎn)廠家綜合技術(shù)實(shí)力不足,不具備設(shè)計(jì)制造高水平的成套焊裝線的能力。面對(duì)汽車行業(yè)的激烈競(jìng)爭(zhēng)又不允許國(guó)內(nèi)的汽車生產(chǎn)廠家用國(guó)產(chǎn)的裝備進(jìn)行試驗(yàn),只好成套引進(jìn),使得國(guó)內(nèi)焊接裝備生產(chǎn)廠家近年來(lái)與國(guó)外水平的差距越來(lái)越大,一些較大的焊機(jī)廠連生存都遇到了問(wèn)題。國(guó)內(nèi)汽車焊接生產(chǎn)水平與國(guó)外逐漸接近,而國(guó)內(nèi)焊接裝備制造水平與國(guó)外差距逐漸加大,這一矛盾目前應(yīng)當(dāng)予以考慮,僅靠國(guó)內(nèi)焊機(jī)廠自身的力量難以解決。總之,汽車制造技術(shù)的發(fā)展是相當(dāng)快的,為焊接工作者帶來(lái)了挑戰(zhàn)與機(jī)遇。
結(jié)束語(yǔ)
近年來(lái),國(guó)內(nèi)外都比較重視焊接技術(shù)的發(fā)展和改善,焊接技術(shù)的發(fā)展對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能,提高制造業(yè)生產(chǎn)效率,減少生產(chǎn)過(guò)程中成本的消耗具有深遠(yuǎn)的意義。焊劑技術(shù)作為汽車制造業(yè)不可或缺的加工技術(shù),在迅猛發(fā)展的同時(shí)也受到了信息化巨浪的沖擊。我國(guó)為了促進(jìn)汽車制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,應(yīng)該將計(jì)算機(jī)技術(shù)與焊接技術(shù)統(tǒng)一,改進(jìn)對(duì)焊接程序的編制,減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的時(shí)間,通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)高效而準(zhǔn)確地獲取焊接的信息,以此來(lái)提高我國(guó)汽車制造業(yè)的水平,使汽車制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有所提高。
參考文獻(xiàn)
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