
焊接作为一种关键的材料连接技术,在现代工业生产中扮演着不可或缺的角色。从建筑、机械制造到汽车、航空航天等众多领域,焊接技术的应用极为广泛。焊接设备作为实现焊接工艺的核心装备,其性能、质量和技术水平直接影响着焊接质量、生产效率以及产品的成本与竞争力。
根据市场调研发现,随着全球制造业的持续发展和产业升级的加速推进,对焊接设备的需求呈现出快速增长的态势。一方面,传统产业如建筑、机械等对焊接设备的需求持续稳定,并且在技术升级和设备更新换代方面有着强烈的诉求;另一方面,新兴产业如新能源汽车、高端装备制造、航空航天等的蓬勃兴起,对焊接设备的精度、自动化程度、智能化水平以及特殊焊接工艺等提出了更高、更严苛的要求。在此背景下,深入研究焊接设备行业具有重要的现实意义。
焊接设备是指实现焊接工艺所需要的各种装备的统称 ,涵盖焊机、焊接工艺装备以及焊接辅助器具等。焊机作为核心部分,通过特定的能量转换方式,将电能、机械能、光能等转化为热能或压力,使被焊材料在原子层面实现连接。焊接工艺装备则是为了保证焊接质量、提高焊接效率而设计的工装夹具、焊接变位机等设备,它们能够精确地定位和固定焊件,为焊接过程提供稳定的工作条件。焊接辅助器具包括防护用具、焊接电缆、送丝机构等,虽然它们不直接参与焊接过程,但对于保障焊接工作的顺利进行以及操作人员的安全起着不可或缺的作用。
焊接设备种类繁多,根据不同的焊接原理和工艺特点,可进行多种分类。常见的分类方式包括以下几种:
电弧焊设备:利用电弧作为热源,使焊条或焊丝与焊件之间产生高温电弧,熔化焊条和焊件的接头部位,从而实现金属的连接。电弧焊设备是目前应用最广泛的焊接设备之一,具有操作灵活、适应性强等优点,适用于各种金属材料和不同厚度的焊件。它又可细分为手工弧焊机,如弧焊变压器、弧焊整流器和弧焊发电机;埋弧焊机;气体保护弧焊机,包括不熔化极气体保护焊机(如 TIG 焊机)和熔化极气体保护焊机(如 MIG 焊机、CO₂保护焊机 )等。手工弧焊机操作简单,适合各种位置和形状的焊接,但对焊工技术要求较高;埋弧焊机焊接效率高、质量稳定,常用于长焊缝的焊接;气体保护弧焊机能有效保护焊接区域,减少氧化和气孔等缺陷,适用于对焊接质量要求较高的场合。
电阻焊设备:通过电流通过焊件接触表面及邻近区域产生的电阻热,将焊件加热到塑性或熔化状态,然后施加压力使焊件连接在一起。电阻焊设备焊接速度快、生产效率高,适用于大批量生产,且焊接变形小、接头质量好。主要包括点焊机,用于形成点状焊点,常用于薄板连接;凸焊机,通过在焊件上预先加工出的凸点进行焊接,可提高焊接强度和稳定性;缝焊机,能连续焊接形成焊缝,适用于密封容器等的焊接;对焊机,用于将两个工件的端面进行对接焊接,常用于管材、棒材等的对接。
激光焊设备:利用高能量密度的激光束作为热源,使焊件材料迅速熔化和凝固,从而实现焊接。激光焊设备具有能量集中、焊接速度快、热影响区小、精度高等优点,可实现微小精密零件的焊接以及一些难焊材料的焊接,在电子、航空航天、汽车等高端制造领域得到广泛应用。按激光器类型可分为固体激光器(如 YAG 激光器)、气体激光器(如 CO₂激光器)、光纤激光器等;按焊接方式可分为脉冲激光焊、连续激光焊等。
电子束焊设备:在真空环境下,利用高速电子束撞击焊件表面,将电子的动能转化为热能,使焊件局部熔化实现焊接。电子束焊设备焊接深度大、焊缝窄、质量高,可焊接特殊材料和复杂结构件,但设备成本高,需要真空环境,操作和维护较为复杂,主要应用于航空航天、核能等对焊接质量要求极高的领域。
摩擦焊设备:通过焊件之间的相对摩擦运动产生热量,使焊件接触表面达到塑性状态,然后在压力作用下实现焊接。摩擦焊设备焊接过程环保、节能,焊接接头强度高,适用于各种金属材料以及部分金属与非金属材料的焊接。常见的摩擦焊设备有连续驱动摩擦焊机、惯性摩擦焊机等,广泛应用于机械制造、汽车零部件加工等行业。
焊接设备的发展历程是一部伴随着工业革命和科技进步不断演进的历史,从早期简单的焊接工具逐步发展成为如今高度智能化、自动化的先进设备,其发展历程大致可分为以下几个重要阶段:
早期萌芽阶段(19 世纪末 - 20 世纪初):19 世纪末,随着电力技术的兴起,电弧焊接技术应运而生。1801 年,英国科学家汉弗莱・戴维(Sir Humphry Davy)首次发现了电弧现象,为电弧焊接技术奠定了理论基础。1881 年,法国科学家奥古斯特・德梅尔(Auguste de Méritens)首次使用碳电极进行电弧焊接,使电弧焊接技术得以实际应用。这一时期的焊接设备非常简陋,主要是利用简单的变压器将交流电转换为适合焊接的低压交流电,通过碳电极产生电弧进行焊接。虽然这种早期的电弧焊接设备存在诸多局限性,如焊接质量不稳定、效率低下、对操作人员技能要求极高,但它开启了现代焊接技术的先河,为后续焊接设备的发展奠定了基础。
技术发展阶段(20 世纪初 - 20 世纪中叶):20 世纪初,焊接技术迎来了重要的发展阶段。1903 年,瑞典发明家奥斯卡・凯尔贝里(Oscar Kjellberg)发明了焊条,这种技术被称为焊条电弧焊(SMAW),并在随后几十年中成为主流的焊接方法之一。焊条的出现使得焊接过程更加稳定,提高了焊接质量和效率,也降低了对焊工技能的要求。同时,这一时期气体保护焊接技术也得到了发展。20 世纪 30 年代,氩弧焊(TIG)和金属惰性气体焊(MIG)逐渐成熟。TIG 焊接主要用于高质量的焊接需求,能够实现精密焊接和对特殊材料的焊接;MIG 焊接则以其速度和效率广泛应用于工业生产,适用于焊接各种金属材料。此外,焊接设备在结构和性能上也有了一定的改进,出现了一些小型化、便携化的焊接设备,使得焊接工作更加灵活便捷。
自动化发展阶段(20 世纪中叶 - 20 世纪末):第二次世界大战期间及战后,焊接技术迎来了快速发展的黄金时期。随着工业生产规模的不断扩大和对生产效率要求的日益提高,焊接设备开始朝着自动化方向发展。20 世纪 50 年代,等离子弧焊(PAW)技术的出现进一步提高了焊接的精度和效率,等离子弧具有能量集中、温度高、电弧挺度好等优点,能够实现更薄材料和更复杂结构的焊接。同时,自动化焊接设备如自动埋弧焊机、自动化气体保护焊机等逐渐普及,这些设备通过机械装置和控制系统实现了焊接过程的自动化,大大提高了焊接质量的稳定性和生产效率,减少了人工操作的劳动强度和误差。此外,随着电子技术的发展,焊接设备开始引入电子控制技术,实现了焊接参数的精确调节和控制,进一步提升了焊接设备的性能和可靠性。
数字化与智能化阶段(21 世纪至今):进入 21 世纪,随着计算机技术、信息技术、人工智能技术的飞速发展,焊接设备迎来了数字化和智能化的新时代。数字化焊接电源的出现使得焊接过程的控制更加精确和灵活,能够实现多种焊接工艺的数字化控制和参数的实时调整。同时,智能焊接机器人逐渐成为焊接行业的新趋势,这些机器人配备了先进的传感器、视觉系统和人工智能算法,能够实时感知焊接环境和工件状态,自动调整焊接参数和路径,实现高精度、高效率的焊接作业。此外,激光焊接技术在这一时期得到了广泛应用和快速发展,激光焊接设备具有能量集中、焊接速度快、热影响区小等优点,在高端制造业如汽车、航空航天、电子等领域发挥着越来越重要的作用。同时,焊接设备与物联网、大数据等技术的融合,实现了设备的远程监控、故障诊断和预测性维护,提高了设备的管理效率和运行可靠性 。