焊接与切割生产节能减排技术的发展与未来趋势

焊接与切割生产节能减排技术的发展与改进主要体现在新工艺、新材料、新型焊接电源、节能减排管理等方面。

1.4.1 焊接工艺

1.增量制造技术 近年来迅速发展的增量制造技术（Direct Additive Manufacturing，DAM）或称快速原型制造和自由成形制造，是焊接热源的精密堆焊与CAD技术相结合的产物，其核心技术都是利用焊接热源，如电弧、等离子束、电子束、激光束等。

增量制造技术可以节约至少50%的材料，降低劳动力成本，利用计算机进行设计，简化制造过程，提高了生产效率。尽管目前占全球制造业市场的比例还很小，但其具有巨大的发展潜力。

2.自动化焊接技术 由于现代科学技术的飞速发展和诸多因素的推动，焊接制造工艺正经历着从焊条电弧焊到自动焊的过渡。焊接过程自动化、机器人化及智能化已成为焊接技术发展的必然趋势。

所谓焊接自动化是指，在没有人直接参与的情况下，采用具有自动控制，能自动调节、检测、加工的机器设备和仪表，按规定的程序或指令自动进行，通过加热、加压，或两者并用，使工件连接起来的技术措施。自动化焊接目的在于增加产量、提高质量、降低成本、减轻劳动强度、保障生产安全等。自动化焊接程度已成为衡量现代国家科学技术和经济发展水平的重要标志之一。

提高自动化水平是当前世界先进工业国家的重点发展方向，实现自动化焊接也是我国焊接行业广大科研人员及企业技术人员的理想和目标。国外工业先进国家在焊接新技术的具体应用上已有许多成功的业绩。我国的自动化焊接技术、装备的研究制造企业也已有了长足的进步，积累了一定技术、人才、制造经验，一部分自动焊技术和装备的水平已经达到国际先进水平，有很多应用案例，个别产品也销往海外。未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性；另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机，在自动焊接生产线上推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件。

3.搅拌摩擦焊技术 搅拌摩擦焊是20世纪90年代初由英国焊接研究所发明的固态焊接新技术，是自激光焊接工艺出现以来最引人注目和最具潜力的焊接技术，由于焊接时金属不熔化、无弧光和热辐射污染、耗能小、效率高、工件变形小等诸多的优点，而迅速得到推广应用。该工艺焊接环境良好，不产生任何如烟尘或辐射类的危险物质，是一种原理简单、效率高、易于自动化、具有极高性价比的摩擦焊工艺技术。搅拌摩擦焊最初用于铝合金的焊接，后来扩大到其他材料的连接。

搅拌摩擦焊不仅是一项固相焊接技术，也是一项高效焊接技术，焊接过程中不存在光线反射及大量焊接能量损失问题，而且焊接过程中也不需要其他焊接消耗材料（如焊条、焊丝、焊剂及保护气体等），唯一消耗的是焊接搅拌头，减少了资源浪费。焊接前及焊接过程中对环境的污染小。焊前工件无需严格的表面清理准备要求，焊接过程中的摩擦和搅拌可以去除焊件表面的氧化膜，焊接过程中也无烟尘和飞溅，同时噪声低。

4.等离子弧切割、水切割技术 从国外等离子弧切割行业发展的趋势来看，智能化精密切割将成为切割行业今后发展的方向。国外广泛应用的大型水下等离子弧切割、精细等离子弧切割等先进切割设备在我国的市场需求量呈逐年上升趋势。

水切割技术的应用领域十分广泛，是一种很好的冷切割方式，随着材料科技的发展和机械加工工艺的提升，水切割的市场份额越来越大。超高压水切割是一种新型切割工艺，产品技术含量高，该行业属于先进制造业。与传统切割技术相比，在切割效果、切割材料广泛性、加工准确度、加工成本、节能环保等多方面，它都具备显著的竞争优势，并在石材陶瓷、玻璃加工等多个领域已呈现出替代传统切割技术的趋势。(www.xing528.com)

1.4.2 焊接材料

焊接材料行业市场化程度不断提高，焊材中的普通低档焊条和镀铜焊丝技术含量较低，进入门槛较低，近年来已呈现严重的产能过剩。

焊接材料总的发展目标和趋势是高质量、高效率、低成本、低能耗、低污染及自动化焊材。目前全球焊材生产厂商已由追求焊材规模转向追求质量，节能减排、高效优质的新型焊接材料未来将得到较快发展。

例如，随着能源、环保的约束增强，国内外实心焊丝生产厂商不断改进焊丝生产工艺，节约能源，加强环保型气体保护实心焊丝的研制（如无镀铜焊丝），减少对环境的污染；同时加快推广钢制焊丝盘，降低废旧塑料焊丝盘对环境的污染，提高材料的再回收利用。

在特种不锈钢药芯焊丝领域，传统不锈钢焊接烟尘中，有12%～20%（质量分数）的铬（Cr）氧化物，严重损害健康。开发新型低Cr型不锈钢药芯焊丝，在保证良好的工艺性能的基础上，焊接烟尘中的Cr含量可降低80%以上。

无镉（Cd）钎料也不局限于银铜锌锡，银铜锌铟、银铜锌锡铟、银铜锌镓等新型无镉钎料也已进入市场。无铅（Pb）钎料已演变成无铅无卤素钎料，新的环保规定不仅要求去除铅，还要重新设计采用与无铅配套的新的助焊剂体系。新型定向润湿钎料能消除异种材料钎焊过程中的应力，减少钎料使用量，适用于自动焊工艺，产品质量和生产效率高。

此外，自动化焊材比例逐年提高将成为焊材发展大趋势，将极大推动焊接行业节能减排的进程。常见的自动化焊材包括CO₂实心焊丝、药芯焊丝、埋弧焊丝、烧结焊剂、铝合金焊丝等。

1.4.3 焊接电源

现代电力电子技术的发展促使电能的变换和应用从电磁时代走向电子时代。相应地，焊接电源从电磁和机械控制的发电机式、变压器式、硅整流式等发展为电子控制的晶闸管整流式、逆变式等，从而为实现更准确、更复杂的焊接电源输出特性和焊接工艺控制奠定基础。数字信号处理和控制技术是微处理器软硬件技术的有机集成，数字化技术搭载逆变焊机技术与焊接工艺相结合进一步改变了电焊机的技术态势。因此，数字化焊接电源已成为焊接设备当今的研究热点和发展方向之一。