張登科 張維忠（平?jīng)鲂畔⒐こ虒W(xué)校平?jīng)黾紟煂W(xué)院）

■引言

由于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，很多工業(yè)領(lǐng)域開始以環(huán)保當(dāng)作其發(fā)展的首要任務(wù)，焊接技術(shù)在大部分的工業(yè)生產(chǎn)中均具重要的作用，其低碳焊接技術(shù)的使用是未來行業(yè)發(fā)展的大趨勢。隨著技術(shù)水平提升的速度不斷加快，目前的技術(shù)在節(jié)能減排上獲得了新的提升，因而低碳型焊接技術(shù)的相關(guān)發(fā)展模式研究就有著了非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。節(jié)能技術(shù)的發(fā)展更需要將增強(qiáng)環(huán)保意識當(dāng)作發(fā)展的首要目標(biāo)，為此文中以發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)為基礎(chǔ)，研究了低碳焊接技術(shù)中所存在的問題，并提出了關(guān)于發(fā)展低碳焊接技術(shù)的發(fā)展路徑，以供同行參考。

■低碳經(jīng)濟(jì)概述

低碳經(jīng)濟(jì)，主要指的是在經(jīng)濟(jì)模式中融入低能耗、低污染、低排放的發(fā)展理念，是人類繼工業(yè)文明后的新發(fā)展?！暗吞冀?jīng)濟(jì)”的未來發(fā)展形態(tài)主要體現(xiàn)在“風(fēng)能經(jīng)濟(jì)、氫能經(jīng)濟(jì)、核能經(jīng)濟(jì)”等方面。其本質(zhì)上就是優(yōu)化能源利用率和結(jié)構(gòu)、追求綠色的發(fā)展目標(biāo)，而究其核心便是創(chuàng)新技術(shù)、制度以及發(fā)展觀念。低碳經(jīng)濟(jì)為節(jié)能減排、建立和諧社會進(jìn)行了操作性的解釋，是落實(shí)貫徹科學(xué)的發(fā)展觀、打造節(jié)約型發(fā)展模式的本質(zhì)性實(shí)踐，是符合我黨在十七大中制定的發(fā)展路徑，是我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然道路[1]。

■低碳焊接發(fā)展中存在的問題

（一）焊接技術(shù)未達(dá)輕量化要求

就汽車生產(chǎn)而言，輕量化的結(jié)構(gòu)能夠在很大程度降低原料的消耗、成本以及能源。而輕量化的汽車產(chǎn)品核心在生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新：首先是高強(qiáng)度、低密度的新材料零件對老舊零件的取代；其次是通過新工藝，簡化或者輕型化零件及車身結(jié)構(gòu)，例如使用新焊接技術(shù)、縮減材料填充等。但是，因?yàn)榧夹g(shù)方面的限制，目前在生產(chǎn)汽車中所使用的焊接技術(shù)并不符合低碳要求，依舊需要非常多的焊點(diǎn)、焊縫來維持焊接的質(zhì)量，使得汽車重量不斷提升。不僅浪費(fèi)了大量的生產(chǎn)材料，同時(shí)也加重了汽車的自重，與輕量化生產(chǎn)以及低碳經(jīng)濟(jì)理念存在著巨大的反差。

（二）焊接電源耗電大材料污染強(qiáng)

電焊機(jī)在焊接生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中是重要的耗電設(shè)備，通過正負(fù)極的瞬間短路生成高溫電弧對焊料以及被焊接的材料進(jìn)行融化，以實(shí)現(xiàn)二者結(jié)合的目標(biāo)，其本質(zhì)上就是一個(gè)變壓器。在近些年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中可以看出，電焊機(jī)的電力能源消耗在國內(nèi)總發(fā)電量中占有較高的比例，是12類高耗能設(shè)備之一，具有“電老虎”的稱號。

另外，焊接材的類型主要有手工焊條、鍍銅焊絲、埋弧焊劑等。材料當(dāng)中所具有的問題也是非常多的，常常體現(xiàn)在煙塵大、電弧穩(wěn)定性差等方面，同時(shí)特殊的鎳基及不銹鋼焊條等存在著嚴(yán)重的成形不佳、抗裂性不足等情況。在進(jìn)行焊接操作時(shí)極易出現(xiàn)電焊煙塵，倘若長期在狹窄的空間中進(jìn)行操作，會嚴(yán)重危害人的呼吸系統(tǒng)，導(dǎo)致電焊塵肺的出現(xiàn)[2]。

（三）自動(dòng)化焊接技術(shù)有待提高

由于焊接操作具有工藝復(fù)雜、工作量大、工作環(huán)境差等特點(diǎn)，其質(zhì)量完全依靠于工人的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也由工人的情緒等因素有關(guān)。因此，發(fā)展自動(dòng)化焊接技術(shù)對提高焊接質(zhì)量、保障產(chǎn)品的穩(wěn)定性有著十分關(guān)鍵的作用。而此過程中，焊接機(jī)器人的使用具有不可替代的重要作用。焊接操作的自動(dòng)化能夠在很大程度上避免人為因素對焊接工藝所造成的影響，雖說投資成本較大，但是與人工相比，焊接機(jī)器人所焊出的焊縫具有更高的質(zhì)量及穩(wěn)定性。而且勞動(dòng)強(qiáng)度、工作環(huán)境得到了有效改善。然而，相較于發(fā)達(dá)國家，國內(nèi)的自動(dòng)化水平與設(shè)備在質(zhì)量、水平以及應(yīng)用等方面存在著極大的差距。

■低碳焊接的模式與路徑

（一）使用新型焊接方法，提高焊工操作水平

應(yīng)用新型焊接方法能夠在保障工作效率的同時(shí)提升能源利用率，實(shí)現(xiàn)最大化的經(jīng)濟(jì)收益。電阻焊作為一種焊接技術(shù)具有高質(zhì)量、高效率、成本低等特點(diǎn)，在操作中無需添加其他焊接材料。不僅可以降低材料的消耗，同時(shí)還能夠控制產(chǎn)品的整體重量，是輕量化焊接技術(shù)中不可或缺的方法。而激光拼焊，主要是通過激光進(jìn)行板材的焊接，通過最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)、最佳的性能保證產(chǎn)品的輕量化。汽車生產(chǎn)中通過激光拼焊板，對汽車的零件進(jìn)行沖壓成形，對控制汽車總重，節(jié)約材料，精簡工序，減少成本，提升效率等方面有著非常關(guān)鍵的作用。

另外，焊接工人的自身素質(zhì)也對低碳焊接活動(dòng)具有嚴(yán)重的影響。具有高水平的焊工，不但焊接技術(shù)過硬，責(zé)任感也是非常強(qiáng)烈的，在焊接工作中能夠最大化確保焊接的接頭質(zhì)量，工作中沒有摻雜任何不良情緒。同時(shí)焊接行業(yè)當(dāng)中，高學(xué)歷和高職稱的人員比例較低，因此企業(yè)需要?jiǎng)?chuàng)造相關(guān)的學(xué)習(xí)機(jī)會，與高校合作實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識與技能的再次提升。最后，現(xiàn)代生產(chǎn)需轉(zhuǎn)變管理人員的思想體系，在工藝管理內(nèi)容中添加焊工的操作、手法、習(xí)慣等內(nèi)容，形成低碳焊工管理制度。工作中對中操作手法嚴(yán)加管理，最大化實(shí)現(xiàn)焊接技術(shù)的提升。

（二）研制節(jié)能焊接設(shè)備，發(fā)展低污染焊接材料

發(fā)展低碳、節(jié)能的焊接技術(shù)，是今后我國電焊設(shè)備的主流發(fā)展趨勢[3]。單從現(xiàn)階段大規(guī)模使用的直流電焊機(jī)，由于其過高的電能損耗，急需得到深入的節(jié)能研究。而目前所提到的新型逆變技術(shù)，主要是將電網(wǎng)的定壓定頻交流“粗電能”轉(zhuǎn)化為高頻交流電，并精確控制轉(zhuǎn)化后的電能，可最大化緩解焊接中的能源浪費(fèi)，促進(jìn)焊接行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。利用次高頻逆變焊機(jī)對工頻點(diǎn)焊機(jī)進(jìn)行取代之后，相關(guān)設(shè)備的投入以及年平均電力消耗依次降低了50.6%和62%，節(jié)能效果與設(shè)備經(jīng)濟(jì)性明顯提升。此外，焊接電纜上的節(jié)能減排也具有非常大的潛力可以發(fā)掘。電纜方面的所具有的能耗是非常重要的一部分，在設(shè)計(jì)焊接工作現(xiàn)場以及設(shè)備布局時(shí)，需要充分考察電纜方面所造成的能源損耗，在最大程度上縮減電纜長度?？赏ㄟ^粗且短的電纜進(jìn)行使用，這樣可有效控制能源損耗，經(jīng)濟(jì)性更佳，而過長電纜的使用必定會影響焊機(jī)的動(dòng)靜特性以及對電弧的調(diào)節(jié)能力。

與此同時(shí)，焊接過程中所需要的使用的材料必須滿足飛濺小、無殘?jiān)然拘枰?，最大程度上防止使用雜質(zhì)多、有害物質(zhì)高的材料?？墒褂煤附与娏髡瑥?qiáng)度低的焊條。在研發(fā)焊芯的工作中，需要緊緊圍繞低碳環(huán)保的基本原則，在充分考察焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，最大化實(shí)現(xiàn)污染的降低，實(shí)現(xiàn)有效控制污染的效果。此過程中，金屬藥芯焊絲的質(zhì)量提高與應(yīng)用，是未來藥芯焊絲發(fā)展的重要方向。鐵粉焊條能夠最大化實(shí)現(xiàn)焊接能源消耗的降低，在實(shí)際生產(chǎn)中正慢慢推行。鉛及其化合物對人及環(huán)境均具有較大的危害，因此發(fā)展無鉛釬料也是焊接材料未來發(fā)展的重要方向。

（三）發(fā)展計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接

焊接工作中所含有的學(xué)科類型非常之多，是復(fù)雜性極強(qiáng)的物理化學(xué)反應(yīng)過程，其中所含有的變量類型極多且繁雜，單靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對焊接過程進(jìn)行了解及控制，不僅與事實(shí)情況不符，同時(shí)人力、物力以及時(shí)間投入巨大。而隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬的焊接過程已然是強(qiáng)而有力的重要方法。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，為焊接技術(shù)的發(fā)展提供了便利條件。在工藝投產(chǎn)之前通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行反復(fù)多次的模擬，對焊縫剛強(qiáng)度進(jìn)行精密的計(jì)算，縮減冗余的焊接，通過最優(yōu)化的保護(hù)方案，降低能耗。

而在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的過程中，節(jié)能減排是其中的重要內(nèi)容，而自動(dòng)化技術(shù)是加速各領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的重要手段。自動(dòng)化焊接技術(shù)能夠切實(shí)保證工作效率的提升、產(chǎn)能的提高、能耗及污染的降低。當(dāng)前，焊接機(jī)器人所具有的特點(diǎn)主要有穩(wěn)定的焊接質(zhì)量、優(yōu)化勞動(dòng)環(huán)境、提升生產(chǎn)效率等。自動(dòng)化的焊接技術(shù)不但能實(shí)現(xiàn)流水線的焊接生產(chǎn)，縮減人力成本，同時(shí)還能夠強(qiáng)化焊接的穩(wěn)定性，避免人員因素對焊接質(zhì)量所帶來的影響。在對焊接自動(dòng)化流程進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要對低碳焊接進(jìn)行充足的考察，刪減不必要的流程，以最少的材料、能耗獲得最佳的焊接產(chǎn)品。

■結(jié)束語

文中筆者以低碳經(jīng)濟(jì)背景下焊接技術(shù)的發(fā)展模式為基礎(chǔ)，分析了當(dāng)前發(fā)展低碳焊接技術(shù)所面對的困難，并有針對性的提出了關(guān)于發(fā)展低碳焊接技術(shù)的基本路徑。盡最大可能降低焊接技術(shù)及其材料對環(huán)境所造成的影響，但國內(nèi)在研究低碳焊接技術(shù)及材料的成果還較少。在未來的焊接技術(shù)發(fā)展中，需逐步實(shí)現(xiàn)“零污染”焊接技術(shù)的應(yīng)用，順應(yīng)科學(xué)發(fā)展觀對焊接領(lǐng)域所提出的基本需求。