国外焊接和切割生产节能减排技术的发展现状

焊接技术将逐步集成到产品的全寿命过程，从设计、开发、制造到维修、再循环的各个阶段，被认为是对改善产品全寿命的成本、质量和可靠性是至关重要的手段，对提高产品的市场竞争力有重要贡献。2013年全球粗钢总产量约为16亿t；同比增长3.5%，以中、日为核心的亚洲国家以及非洲国家的增长促进了粗钢产量的再次增长，其中焊材比例约占钢产量的0.3%～0.4%，焊接结构用钢占总钢产量的60%～70%。

世界工业发达国家对焊接与切割生产技术的发展与创新非常重视。近年来，国外焊接技术的发展与创新主要集中在焊接自动化、工业机器人、焊接新电源和新型焊接工艺等领域。新型切割技术主要集中在等离子弧切割、激光切割和水切割等技术领域。

1.1.1 焊接自动化技术和设备

随着焊接技术与现代制造技术、焊接科学与工程、焊接自动化与焊接机器人不断融合，焊接技术已经向自动化、智能化方向发展。电子技术、计算机微电子信息和自动化技术的发展，推动了焊接自动化技术的发展。特别是数控技术、柔性制造技术和信息处理技术等单元技术的引入，促进了焊接自动化技术的发展。目前，西欧、美国的焊接机械化率、自动化率已达70%以上，日本更高达80%以上。

在各类制造行业内，工业机器人大量代替人工操作，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产线上的电阻点焊开始的，点焊机器人在汽车装配生产线上的大量应用，大大提高了汽车装配焊接的生产率和焊接质量，同时又具有柔性焊接的特点，即只要改变程序，就可在同一条生产线上对不同的车型进行装配焊接。

在国外焊接行业中广泛采用工业机器人，不仅可提高焊接产品的质量与数量，而且对保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗及降低生产成本有着十分重要的意义。图5-3所示为自动焊接生产线及机器人焊接机。

图5-3 自动焊接生产线及机器人焊接机

1.1.2 焊接电源(www.xing528.com)

焊接电源是焊接自动化的基石。电弧焊至今仍是焊接的主要方法，而电弧焊技术的进步主要是由焊接电源的发展带动的。国外非常重视焊接电源的开发，而且将电源的开发与电弧物理和焊接工艺技术相结合。每当出现一种新型焊接电源都同时推出新的控制方法。例如，当出现晶闸管整流技术时，推出了控制波形减少飞溅的CO₂焊接电源和交流方波焊接电源；当逆变电源出现时，推出了变极性电源、STT短路过渡焊接电源等；当全数字化电源出现时，又出现了焊接电流和电压与送丝速度同步协调控制的双脉冲铝合金焊接电源和冷金属过渡（Cold Metal Transfer，CMT）焊接电源等。以新型逆变式焊机为例，与传统电焊机相比可节能20%～30%，省材80%～90%，且易于实现自动化、智能化和多功能化。

数字化焊接电源是新一代的焊接电源，在国外已经被广泛应用于各种焊接机器之中，它具有稳定的控制准确度、灵活的控制策略、直观的人机交互特性、广泛的材料适应性和友好的系统柔性等综合优势。目前，国外企业应用的数字化焊接电源占全部电源的25%～30%，并且还有逐年增高的趋势。

1.1.3 国外切割技术主导工艺

目前，国外切割技术的主导工艺包括等离子弧切割、激光切割、水切割等方法。

国外数控切割机的生产厂商主要集中在德国、美国和日本。其中能够代表数控等离子弧切割技术最高水平的厂商集中在德国。其开发的数控等离子弧切割机切割准确度高、切割范围广，配备水射流式等离子系统，采取水下切割方法。水下切割可有效地减小钢板热变形，充分抑制尘粉、弧光、噪声和飞溅，在节约材料、提高劳动生产率、减少能源消耗及污染物排放等方面显示出巨大优势。

与其他热切割方法相比，激光切割能够获得较好的切割质量，切割效率高，切割过程噪声低、振动小、无污染。激光切割设备尽管价格昂贵、一次性投资成本高，但是由于降低了后续工艺处理的成本，所以在国外大规模生产中应用也很广泛。国际上有代表性的激光切割机设备制造商有德国通快（TRUMPF）公司、瑞士百超（BYSTRONIC）公司、意大利PRIMA公司、美国WHITNEY公司和日本TANAKA公司等。

水切割工艺在国外已经成为一项成熟的切割技术，与激光切割、等离子弧切割、线切割相互补充，成为新型切割技术不可分割的组成部分。一套完整的水刀切割设备主要由超高压发生器、水刀切割装置、水刀X-Y平面切割台、CNC控制器及CAD/CAM软件包几大部分组成，目前向着更快切割速度、更低成本、更广切割领域的趋势发展。在600bar/87000psi^[1]的超高压力下，超高压水切割的切割速度比传统水切割提高20%～30%，磨料使用量减少30%～50%，生产效率提高20%～30%。

综上所述，工业发达国家很重视焊接与切割技术的发展，采用先进的焊接与切割技术提高产品的生产质量，提高工作效率，降低企业成本，节约资源和能源消耗，减少污染物排放，以此来与劳力成本相对低廉的发展中国家进行市场竞争。