鐘素娟 秦建 程亞芳
摘要: 2023年9月11~15日第20屆埃森焊接與切割展覽會在德國杜塞爾多夫會展中心召開,來自全世界各地的焊接企業(yè)和地區(qū)代表團齊聚一堂,展示了國際焊接與切割領域近6年的高新技術和產品。相較以往,展會還新增加了網絡切割系統(tǒng)、可持續(xù)焊接氣體、高質量防護設備、高效資源節(jié)約型軟件等諸多展示內容。文章簡要的介紹了此次展會中關于先進焊接技術與設備、焊接材料高新技術和產品情況,通過本次焊接與切割展覽會可以看出,世界焊接新技術發(fā)展向數字化、網絡化、智能化、綠色化發(fā)展。
0概述第20屆德國埃森焊接與切割展會于2023年9月11~15日在杜塞爾多夫會展中心舉行。埃森焊接展會作為全球最具規(guī)模及影響力的焊接領域盛會,它能夠準確地反映出焊接行業(yè)的新技術動向與未來發(fā)展趨勢。本次展會共有124個國家和地區(qū)的826家展商參會,我國161余家展商參加,展覽面積達3 500平方米。此次德國埃森焊接展覽會共吸引了來自全球40 000多位專業(yè)觀眾到場參觀。
因新冠疫情影響,國際埃森焊接展會推遲了2年舉行,因而此次展會備受期待。展會期間,國際埃森焊接展會再次向我們展示了世界領先的焊接與切割技術。本屆主要展品類別包括:1、焊接設備:各類電弧焊、等離子焊、電阻焊、固態(tài)壓焊、激光焊、電渣焊、表面堆焊、摩擦焊接、電子束焊接設備和加工設備,硬(軟)釬焊設備、專用成套焊接設備、噴涂設備、焊接機器人等;2、切割設備:數控切割機、等離子切割機、激光切割機、火焰切割機、金屬切削機床、金屬薄板切割機床和加工中心、剪切機、水力切割機械、線切割機床、管材切割機等金屬加工切機設備等;3、焊接輔機具:焊裝器具、焊接工具、自動操作機、滾輪架、送絲機、夾具等;4、焊機配套件:焊槍、焊炬、焊接防護面罩、防護服、防護手套、煙氣抽放裝置、電極、陶瓷件、絕緣件、流量機、氣體配比器、電纜等;5、焊接材料及消耗品:各種焊條、焊劑、焊絲、焊粉、焊膏等焊接材料。焊縫檢測儀器:焊縫探傷儀器、自動跟蹤裝置、檢測儀器、焊縫金相分析儀器。相比以往展會,除了焊接材料與焊接裝備以外,得益于眾多領域的創(chuàng)新,此次展會還新增加了網絡切割系統(tǒng)、可持續(xù)焊接氣體、高質量防護設備、高效資源節(jié)約型軟件等諸多展示內容,如由氫氣驅動的氧乙炔焊機在全球首次亮相,這更加契合了國際的低碳減排導向。為突出重點,文中將從先進焊接技術與設備、焊接材料這兩個方面出發(fā),對第20屆德國埃森焊接與切割展會的部分情況進行論述。
1先進焊接技術與裝備
1.1激光技術與裝備
近年來,激光焊接技術一直是行業(yè)的熱點,各大廠商在激光焊接技術方面投入了大量的工作,此次展會也展出了很多新的激光焊接技術??傮w來看,激光焊接技術逐漸向大功率、便攜式和精細化發(fā)展。
此次展會,IPG公司展示了大量的新型激光焊接技術。電池器件的加工是近年來激光焊接應用的重要領域,針對相應的技術需求,IPG公司推出了基于相干干涉成像技術的全新焊接全過程監(jiān)測系統(tǒng)LDD-700。該系統(tǒng)配置Omni焊接軟件。設備可實現5種測控模式:焊前的焊縫追蹤、工作距測量;焊接過程中的實時熔深監(jiān)測以及焊后的表面焊縫質量。展示的ILWS激光焊接系統(tǒng)將激光器、振鏡、可編程控制器以及視覺單元組合在一個預先配置好的交鑰匙激光加工系統(tǒng)中,易于和自動化產線或機器人焊接單元集成。該系統(tǒng)提高了多點識別效率和焊接效率。
隨著焊接工況的愈加復雜化,IPG推出了YLS系列激光器。該系列激光器專為要求嚴苛的應用而開發(fā),使用的激光器尺寸較小,同時自帶除濕器。YLS系列整合了IPG在二極管模塊、光纖盒、數字電源和數控電子單元等方面的新技術,從而具備更高的可靠性、控制靈活性、穩(wěn)定性和精度。高效節(jié)能型激光器一直是行業(yè)的追求,此次展會IPG公司也展示其YLS-ECO系列高效節(jié)能型高功率光纖激光器,該系列激光器電光轉換效率可達50%以上,并且擁有出色的長期功率穩(wěn)定性,確保在所有高功率應用(包括切割、焊接、釬焊、熔覆和表面處理)中,能夠長期保持其卓越的加工能力,為嚴苛的應用提供長期穩(wěn)定激光功率,幫助高端制造企業(yè)擺脫低效和高耗能的困擾,轉而利用高效技術實現綠色制造。YLS-AMB是此次IPG展出的光束模式可調激光器,該系統(tǒng)通過將光束模式由獨立且動態(tài)調整的小光斑高能量密度的中心光束和較大環(huán)形光束任意組合,進而提高切割、焊接和增材制造應用的生產效率。在焊接過程中,AMB激光器以其他方法無法達到的較高焊接速度消除飛濺,裂紋和孔隙。YLS-AMB激光器可提供超高的總輸出功率,同時提供廣泛的芯徑、功率等參數的選擇,包括單模中心光束和高峰值功率選項,并配有直接輸出或集成光耦、光閘。在激光清洗方面,IPG公司也開展了相應的工作,其推出的IPG 的高功率脈沖激光器能夠成功地清除涂層,而不影響焊縫的力學特性。相比于機械清洗、化學腐蝕清洗、高頻超聲清洗等傳統(tǒng)清洗方法,激光清洗具有高效、快捷、成本低、對工件的熱負荷和機械負荷小、非接觸非損傷等優(yōu)勢并且激光清洗的廢物可回收,保障環(huán)境和操作人員健康安全。
為了滿足激光焊接的實際生產需求,IPG公司推出了IPG LightWELD手持激光焊接設備。該設備針對不同部件的材料和厚度,通過直觀調節(jié)旋鈕可快速選擇最佳焊接設置。利用74個可存儲預設和用戶自定義的工藝參數,使新手焊工可通過數小時的培訓掌握焊接操作。LightWELD的高頻度激光清洗峰值功率可達2 500 W,清洗幅面大,只需觸動按鍵即可完成汽車零部件焊前和焊后的快速清洗以及補焊工作。此次展會,IPG公司還展示了其IPG協作機器人手持式激光焊接解決方案。通過添加協作機器人,在需要更高精度時實現手持應用自動化,其余時間仍可手持。傳統(tǒng)自動化激光焊接系統(tǒng)非常昂貴、編程復雜,該解決方案極大降低了成本,特別適用于多品種、小批量的生產模式,可有效用于6.35 mm及以下的金屬板材的焊接。此外,IPG公司在光學傳輸產品方面也開展了工作,其展出了一系列完整的光學傳輸元件(包括傳輸光纖、光學元件、光耦、光閘和分能量開關、加工頭、準直器以及加工控制和解決方案)。
通快激光器在此次展會上推出了其Trulaser station 7000型綠色激光工作站,該激光器極適合焊接銅合金材料,是此次展會的一大亮點。該公司與KPI公司合作,共同建立了自動化解決方案,并配備智能焊縫跟蹤系統(tǒng),使得智能焊接機器人可以通過自學習識別焊接路徑,使得后續(xù)的激光焊接更加容易和便捷。該系統(tǒng)設計緊湊、使用高效且符合人體工程學,可以實現多維度的激光焊接,極適用于加工傳感器、旋轉對稱組件和醫(yī)療設備等小型組件的激光焊接,同時可以高效的處理大批量產品。
高功率二極管激光器近年來在激光加工領域備受矚目,在熔覆和增材制造領域具有獨特的優(yōu)勢。二極管激光器光電轉換率可達50%,電能通過激光二極管可有將近70%的轉換效率。這一優(yōu)勢也是二極管激光器的優(yōu)點。以Laser line為代表的企業(yè)在此次展會上展出了大量的激光器產品和技術。Laserline表示其工業(yè)激光器標準輸出功率可高至25 kW,光電轉換率可高至50%。對于4 kW 及以下功率級別的激光器,能夠提供高達4 mm·mrad的光束品質。此次展會,Laserline展示了其LDM緊湊型系列激光器。該系列激光器設計理念注重緊湊性、可靠性以及易集成性。LDM激光器集成于19英寸機箱中,僅約一臺臺式機的大小。它內部包含了二極管堆棧、光纖耦合單元、電源系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及用于監(jiān)控激光器的微電子系統(tǒng)。隨著其7HE插入式系統(tǒng)的推出,Laserline再次刷新了緊湊型高功率激光器的新標準。目前已實現8 kW的高功率運行,效率是燈泵的10倍,而體積大小卻顯著減小。公司還展示了利用此激光器增材制造的涂層和部件。從產品外觀來看,已經到了近凈成形的標準。除此之外,Laserline還展示了其高功率連續(xù)波藍波長激光器。該激光器對于銅、金等高反射材料具有更強的適應性,焊接效率可提升20%。
真空激光焊也是近年來激光焊接領域的重要發(fā)展方向,德國Focus公司針對小型工件,推出了其小型真空激光焊接設備Lava L95產品,該設備設計美觀大方,具備X/Y坐標工作臺。該產品可配備各種功率范圍的激光器,加上真空環(huán)境,可以獲得更穩(wěn)定的匙孔,避免蒸汽羽流和飛濺的出現。真空度可達到0.1~100 mbar,相比大氣下的激光焊接,真空激光焊可獲得至少兩倍的焊接深度。傳統(tǒng)需要使用電子束焊接的Cu、Ti材料現在可以使用真空激光焊進行焊接,同時也可以焊接電子束所無法焊接的磁性和絕緣材料。
英國CVE cambridge vacuum公司進一步對真空激光焊接技術進行延伸,為了脫離真空倉的限制,該公司開發(fā)了局部真空激光焊接技術,將真空激光焊接的優(yōu)點與其局部真空系統(tǒng)相結合,這使得大型制造件可以在現場焊接,可一次焊接厚度達 60 mm。
除上述典型激光焊接產品外,美國Alphalaser公司針對可移動激光焊接工作站開展了研制工作,在展會上展出了ALM系列可移動激光焊接工作站。該移動激光焊接系統(tǒng)可以帶到工件附件,也可以將工件進行離線焊接。焊接激光器可以在幾分鐘內即可投入使用。激光臂可以通過制動器快速定位并固定在所需的工作位置。焊接可以通過操縱桿半自動手動完成,也可以通過具有脈沖功能的外部控制單元完成。整個激光系統(tǒng)具有功能強大且經過應用優(yōu)化的PLC控制系統(tǒng),用戶可在50 mm×50 mm范圍內進行編程。其配備了左右可旋轉的激光頭、可選的傾斜旋轉透鏡和具有不同焦距的聚焦透鏡,可以確保激光束(幾乎)到達工件中的每個焊接位置,而無需費力移動。同時配備可旋轉的顯微鏡,可以動態(tài)實時的對焊縫和缺陷進行觀察,并復合人體工程特征。
以色列高功率激光器供應商Civan Lasers展出了其500 W綠光激光器,創(chuàng)造了該類型激光器的世界紀錄。這款激光器是Fraunhofer IWS、西門子和蒂森克虜伯領導的EUREKA項目“CBC-Green”研制的成果。該項目旨在創(chuàng)造高功率激光束,以更靈活、更有效地處理銅材料。這款激光器采用了相干光束組合(CBC)技術,將多束單模激光合成為具有卓越光束質量的單個相干光束。該技術非常適合高反射材料(如銅合金)和半導體領域的焊接(特別是芯片到晶圓的焊接),并可用于銅材料產品的3D打印。該公司還推出了DBL激光焊接技術,該技術利用光學相控陣技術(OPA)和相干光束組合(CBC)技術將多束單模激光合并成一束較大的光束。該技術具有實時操縱光束形狀的靈活性且無需任何移動部件即可實現動態(tài)光束輸出。Civan Lasers的設備采用單道焊接方式焊接速度可達10~40 mm/s,不僅減少了焊接總消耗時間,還將焊接成本降低了30%。該技術非常適合25~70 mm厚鋼材的焊接。該公司表示其動態(tài)光束激光(DBL)技術已能夠實現厚度達70 mm鋼材的單道次焊接。
國內激光焊接設備也得到了很快的發(fā)展,如國內焊機企業(yè)佳士科技推出了EVOLVE系列手持式激光焊機。這一全新產品系列結合了先進數字控制、模塊化硬件平臺和云服務,能夠不斷“進化”,隨時隨地應對各種焊接挑戰(zhàn)。相比早期產品,其外觀設計更穩(wěn)固、耐用,不易出現故障,工作效率高,同時能夠支持雙絲焊接,具有更高的焊縫熔敷率和間隙適應性,并且同時具備焊接/切割/清潔等多個功能。上海和宗焊接設備制造有限公司也展出了其Flama激光焊接工作站,在外觀和產品質量方面正在與國外產品縮小差距。
1.2先進電子束焊與裝備
電子束焊接技術一直是業(yè)內公認的質量最佳的高能束焊接方法。此次展會各大電子束廠商也展出了其新型的電子束焊接技術和裝備。
德國Focus公司展出了其小型真空電子束焊接設備,其展出的POWERBEAM系列設計有不同大小的真空倉,分別是8 L、95 L和135 L,配備了2 kW的精密電子束槍和獨特的電源,可以針對多種工件進行焊接。其工作倉內設計了小型機械臂,并配備了機械運載平臺,同時也設置送絲機構,可以實現工件的焊接、熱處理和增材制造。
英國CVE cambridge vacuum公司展出了其150 kV的真空電子束設備,該設備適用于航空發(fā)動機、航空航天和發(fā)電行業(yè)。高倍的加速電壓允許光束傳播更長的距離,從腔室內部到工件的距離可達 1.5 m,最高功率達到30 kW,真空室最大尺寸為4 000 mm × 2 100 mm × 3 000 mm,腔室真空度達到10-4mbar 。為了進一步推廣電子束的應用,解除電子束焊真空倉的限制,該公司推出了局部真空電子束焊EBFLOW技術,該技術可以實現局部的真空電子束焊接,最大焊接厚度達到290 mm,將電子束焊接的所有優(yōu)點帶到了無限尺寸的鋼結構(黑色金屬和有色金屬,例如碳鋼、不銹鋼、鋁、鈦)中生產制造中。
總部位于德國慕尼黑的PRO beam公司也展示了其電子束焊接和增材制造技術。近年來該公司針對電子束精密焊接、表面改性和增材制造方面開展了大量的工作。在精密電子束焊接方面,該公司展出了多種材料,如鎳基合金,鈦合金,銅,鋁,不銹鋼材料等焊接材料解決方案,典型部件包括渦輪轉子和軸之間的電子束鏈接。在表面改性方面,該公司展出了機械磨損部件(軸承)的局部電子束熱處理。
在增材制造方面,該公司展出了電子束熔融 (EBM) 和相關系統(tǒng) PB EBM 30S。Pro-beam 系統(tǒng)非常穩(wěn)定的工藝有助于實現卓越的表面質量。PB EBM 30S 的另一個優(yōu)勢是系統(tǒng)的并行化概念,與其他制造商相比,它顯著提高了生產率。得益于這種整體方法,該公司能夠增材制造高度復雜的幾何形狀和定制零件,滿足行業(yè)的要求,無論是金屬部件的靈活生產還是批量生產。除此之外,PRO beam還首次使用其 EBM 電子束熔融工藝生產銅部件。對于這種材料,該公司還依賴其專門開發(fā)spot策略RainTec。使用 RainTec,各個點以隨機分布的方式熔化,以便僅在熔化過程的后期階段創(chuàng)建整個/所需的表面。該工藝可確保受控的熱量輸入適應要求,從而防止翹曲,同時實現均勻的材料特性。此外,點曝光策略大大加快了這種新材料的參數開發(fā)。只需幾次嘗試就可以確定穩(wěn)定的工藝窗口,并且可以在后續(xù)工藝中生產第一個樣品和組件。
1.3電阻焊技術與裝備
電阻點焊是汽車焊裝應用最基礎廣泛的連接工藝,以較為低廉的成本,高效的連接,具備不可替代的優(yōu)勢。核心設備主要是電阻焊槍,焊接控制器,電極修磨器、電阻焊裝備等。此次展會諸多電阻焊生產廠家在技術和設備方面均展示出了新的解決方案。
意大利TECNA公司在自動化電阻焊的傳感器和組件方面開展了大量工作,其針對電纜行業(yè)的電阻焊接開發(fā)了一系列龍門焊機,能夠滿足電氣行業(yè)的制造要求。此次展會其展出了Hydraulic 4000系列電阻焊機,該焊機工作臺面可達 900 mm×600 mm,兼具“恒定平行度”系統(tǒng),無論施加的力如何,都能在工作臺面的任何工作區(qū)域實現精確的平行度,同時配備了遠程診斷和遠程控制,可以對組件故障進行預防性維護計劃。設備配置了自動鎖定懸浮質量的事故預防安全制動器,同時截止閥隨時受控,在使用過程中具備準確的電子位置和壓力傳感器記憶,可以確保存儲的生產周期具有完美的可重復性。此外,該設備還具有“自學習工作尺寸”裝置,可快速調整不同的產品部件,并且可以最多可存儲 1 000 個不同的零件編號和工藝。
印度的NASH公司以為汽車行業(yè)提供交鑰匙解決方案而聞名在此次展會上展示出了大量的個性化電阻焊槍,適用于不同尺寸、不同結構、不同功率等多種焊接應用需求。
現代工業(yè)對電阻點焊提出了極高的要求。部分車型有四種變體,并且在全球六家工廠、八條生產線上生產,焊點超過120 000個,而這些焊點的參數又必須得到確認、錄入、優(yōu)化和驗證。隨著輕型結構等趨勢的持續(xù)發(fā)展,該工藝在穩(wěn)定性和生產率方面不斷面臨新的挑戰(zhàn),使復雜程度不斷上升。博士樂公司在此方面開展了大量的工作。此次展會博士樂公司展示了RC7000電阻焊接控制系統(tǒng),該系統(tǒng)采用尖端技術,配備人工智能支持的工藝優(yōu)化、可快速調試、搭載先進的工藝控制和質量監(jiān)控系統(tǒng),可以在提升制造商的生產效率方面發(fā)揮重要作用。 該系統(tǒng)可以通過簡單的方式搜索正確的焊接參數,轉換到自適應控制,并自動搜索合適的監(jiān)控限值。用戶可以利用物聯網連接器,根據自己的需求進行數據處理。采用“焊點分析–洞察”解決方案時,用戶可以利用特定領域的知識來使用和處理所收集的數據。對低效情況進行優(yōu)化和快速檢測也變得更加容易。焊鉗的位置信號可提供關于焊接流程順序的可靠信息。博世力士樂在“自適應位置調節(jié)”功能上就應用了這一方法,并基于經過驗證的自適應UI控制功能在PRC7000焊接控制系統(tǒng)中予以實現。此外,焊鉗運動的控制方法從機器人控制柜里轉移到了焊接控制器里,對從焊鉗關閉到點焊冷卻的過程加以控制,使點焊質量得到顯著提升。節(jié)能系統(tǒng)在汽車生產的各個領域變得越來越重要,其中也包括能源密集型底盤生產車間。博世力士樂的PRC7000系列焊接控制系統(tǒng)就是一款節(jié)能型設備,例如,在待機模式下運行時,能耗比上一代減少約60%。除了采用AC技術的標準變體外,該控制系統(tǒng)還可作為DC變體用于功耗優(yōu)化。
作為德國軍工企業(yè)指定電阻焊供應商的DALEX公司此次在展會上也展示出了自己的產品,該公司自2000年開始生產第二代電伺服式電阻焊機,開發(fā)了PMS系統(tǒng)模塊,并先后開發(fā)了第三代(HP SPRINTER –伺服電機+快速鋁焊接裝置)及新一代第四代伺服(Bosch電缸+伺服+ Dalex專利性彈性快速裝置系統(tǒng))。DALEX在電阻焊領域取得多項專利技術認證,解決了有色金屬電阻點焊工藝上較易出現的焊接缺陷。如:焊點質量不穩(wěn)定、焊接時易出飛濺、焊接壓力提升時間慢等問題。并且得到歐洲航空局的認可產品廣泛應用于airbus、蘇霍伊戰(zhàn)斗機、歐洲航空局、英國航空局。
此次展會國內在電阻焊方面也展示出了長足的進步,國內電阻焊生產企業(yè)捷福裝備攜手捷福裝備(武漢)股份有限公司、意大利GF WEIDING公司、WELDING PRODUCTS& SYSTEMS S.R.L 公司同臺亮相,并組團國內和焊接領域密切協作的企業(yè)聯合參展。成都鑫威焊接技術有限公司展示了工頻/中頻焊機、伺服中頻機器人焊機以及電阻焊成套設備。
1.4熔化焊焊接技術與裝備
數字化焊接電源與裝備依舊是本次展會的亮點。在展會期間該行業(yè)再次以開創(chuàng)性的方式展示了品牌特色。新型伏能士TIG解決方案的將會成為展會的亮點之一。Dynamic Wire智能送絲技術適用于伏能士 iWave 焊接平臺,可根據焊接行為、焊槍位置和電流條件主動調整焊絲速度,根據個人情況調整焊接過程,使用戶能夠專注于電弧。采用冷送絲技術和 TIG DynamicWire 焊接軟件包的 iWave 焊接平臺,可以幫助焊新手或經驗較少的人員實現完善的TIG焊接。數百名參觀者現場試用了TIG DynamicWire 的自動送絲技術。有了這項新的焊接軟件包,即使是氬弧焊新手也能在短時間內輕松地焊接出專業(yè)水平的TIG焊縫。此外伏能士還展出了大量用于手工焊的全新緊湊型、便攜式焊接電源,商業(yè)化的產品將在2024年投入市場。
ERL GmbH在公司歷史上首次展示了自己的焊機 ARCwelder 設備系列。首先,該公司展示了 220 至 500 A 范圍內的 MIG/MAG 設備,帶脈沖功能或不帶脈沖功能。例如,PPSi 5000 在 400% 占空比下提供 100 A 電流。機器人電源、送絲機和機器人控制面板也值得欣賞。這些設備是模塊化的,可以根據客戶要求進行配置。它通過標準按鈕或觸摸屏或扭壓輸入進行控制。為了使用戶盡可能方便,每種設備尺寸都安裝了相同的控制系統(tǒng)。機器的主控制裝置可以集成到機箱中或電源中。除了標準工藝外,這些機器還提供特殊工藝。例如,能量降低的短電弧或強大的脈沖電弧,用于更深的穿透。
Cloos展示了其入門級到高級的各系列焊接電源,展會過程中用戶可以直觀感受到QINEO焊接電源從入門到高級的全系列不同型號的焊接過程。QINEO StarT 搭配MIG/MAG 焊接技術,以極佳的性能和豐富焊接工藝,讓客戶輕松實現焊接自動化。QINEO NexT焊接電源以其出色的電弧控制能力,兼顧手工焊與機器人自動化焊接的模塊化設計,實現高質量焊接。此外,專為 TIG 焊接工藝而開發(fā)的QINEO QuesT 焊接電源,適用于各種復雜的焊接應用場景,滿足各類特殊場景和高質量焊接要求。不同的厚薄程度,不同的板料材質,手動或自動焊接方式,CLOOS自動化焊接工藝都能通通滿足。此外,CLOOS還利用全新混合焊接工藝,解決了熱敏材料焊接難題,實現高難度的“立向上”反重力焊接和水平焊接。動態(tài)焊尤其適用于精細板材的焊接應用,在對焊接表面和外觀有特殊要求的場景應用上具有極大優(yōu)勢。高熔敷率能大幅度減少工件變形,具有低熱量輸入和良好的間隙橋接能力,極大縮短焊接時間并減少返工。
Lorch焊機以大幅提高的焊接速度、精簡的焊接工藝流程、以及更高的生產效率而聞名。此次展會Lorch展示了其開發(fā)的送絲系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、MicroMIG系列焊機、MIG-MAG系列焊機和TIG系列氬弧焊機。此外還展示了其優(yōu)勢焊接技術,包括Speedpulse(高速脈沖技術)、SpeedArc(高速電?。㏒peedUp(高速立向上)、SpeedRoot(高速打底)和Speed-TwinPulse(高速雙脈沖)技術。SpeedPulse焊接速度可提高達48%,產生顯著的成本效益,同時具有低熱輸入、高質量、低變形、低填充和低稀釋率,同時具有卓越的電弧操控性能(電弧指向性好),降低焊工的操作難度,并兼?zhèn)渌衅胀}沖焊接的優(yōu)點。
EWM本著操作便利性、長時使用壽命、工藝優(yōu)化集成、成本無升高的原則開發(fā)了XQ系列焊機。它的便移式送絲機自帶操作面板,可在焊接及工作范圍上提供更大的靈活性。由于Drive XQ送絲機有多種選件和配件,焊接電流范圍可在350 A、400 A、500 A和600 A型號進行選擇,同時焊機對低合金鋼、高合金鋼和鋁焊材的所有材料厚度和所有焊接位置進行了預編程,從而獲得完美的焊縫。
深圳麥格米特焊機此次精心準備了公司的系列焊接應用解決方案,包括全新的RDT零飛濺高速伺服弧焊技術、交流脈沖AC MIG、臨界脈沖DEX 2、可精確編輯電流波形的ACDC TIG、高度適應小批量多批次場景的COBOT WELDING、超穩(wěn)定LASER WELDING。同時,也展示了麥格米特在鋼結構、工程機械、汽車零部件、集裝箱、船舶、新能源等行業(yè)的諸多應用方案。令人印象深刻的是其展示出的RDT零飛濺高速伺服弧焊技術,該技術是超低飛濺專利技術,飛濺降低量達99%,設計采用了超高精度伺服送絲核心算法,實現最高200 Hz回抽送絲,頻率更高,熔滴更細膩,焊接成形更佳,具備超強的0.3 mm極薄板焊接能力及大間隙、不均勻間隙搭橋能力。該焊機具有微秒級信息延時的多節(jié)點工業(yè)現場總線,控制精度更高,參數更穩(wěn)定,更適合機器人焊接應用,支持在線群控、離線群控、NFC權限智能管理、參數克隆。在焊接時可實現超大幅度電流上升、下降的微秒級響應,并同時具有直流輸出和交流輸出能力。該公司也展示了其高度適用小批量多批次場景的COBOT WELDING,該焊機針對協作機器人的特性開發(fā)專用通訊接口,更加貼合協作機器人拖拽示教、急停保護、以及協作機器人小批量多批次焊接的特點;2、同時支持人工焊接使用、機器人焊接使用,支持在人工焊機基礎上通過加裝機器人配置包升級成協作機器人焊接使用,避免重復投資;所選用的焊機的穩(wěn)定可靠,有著廣泛的機器人配套應用及用戶驗證,更適合人工焊接使用的“臨界脈沖”工藝。
AWS Schfer的管道埋弧焊采用了創(chuàng)新的Spitfire技術,這是基于該公司多年的埋弧焊經驗開發(fā)的。這項新技術不僅提高了沉積率,還使焊接達到了新的效率和精度標準。面對管道工業(yè)日益增長的挑戰(zhàn)和要求,AWS Schfer成功開發(fā)出了一種產品,為客戶提供了商業(yè)和生態(tài)方面的附加價值。Spitfire是世界上首個使用感應預熱焊接絲來提高埋弧焊過程中的沉積率的技術,而無需在焊接頭上增加額外的焊絲。這意味著在焊接過程中,客戶不僅節(jié)省了消耗品,還節(jié)省了生產時間。此外,這項技術還保持了恒定的能量產率、避免了焊接頭的過熱應力,并實現了更高的焊縫金屬體積和更快的橫向移動速度。
1.5增材制造與特種焊接技術
工業(yè)4.0背景下,各大焊接設備制造商均向增材制造領域進行了延伸,以電弧增材、激光增材、電子束增材為代表的增材制造方法均在此次展會上進行了展示。其中包括位于德國巴特瑙海姆的Steeldate公司,該公司通過其節(jié)省資源的匹配工具將訂單和材料精確匹配在一起。MX2023D展示了3D打印機的增材制造技術,這家荷蘭初創(chuàng)公司已經利用這項技術在阿姆斯特丹實現了一座人行天橋。
水下焊接技術也是此次展會的一大亮點。此次展會首次為水下技術提供了自己的平臺,參展商和行業(yè)專家在 7 號展廳展示了他們的創(chuàng)新方法和智能產品——包括在他們自己的潛水容器中的水下直播。參觀者有機會體驗水下技術的特點。同時展會也舉行了第一屆國際水下焊接大賽,由專業(yè)的的獨立評審團評估了水下焊縫的質量。在未來,水下技術變得越來越重要,因為沿海地區(qū)和公海的能源生產和原材料開采都依賴于水下技術。如果沒有適當的技術及其進一步發(fā)展,風力渦輪機、石油鉆井平臺和海上管道就無法運行,同時氣候變化也使海岸保護越來越成為社會關注的焦點,這也是水下焊接技術日益重要的原因。
2焊接材料
焊接材料是材料成形和結構連接的關鍵基礎材料,航空航天、核電、船舶、軌道交通、新能源、高端芯片等戰(zhàn)略武器和重大裝備制造用關鍵焊接材料更是強國戰(zhàn)略資源,已成為世界各國高技術競爭的戰(zhàn)略要地,此次展會各大焊材制造商也展示其新開發(fā)的材料技術和產品。
2.1熔化焊焊接材料
焊接材料正在向多樣化、精密化和潔凈化的方向發(fā)展。在焊接材料的研發(fā)方面,過去傳統(tǒng)的“強度匹配”和“成分匹配”設計思想已經逐漸轉變?yōu)閮?yōu)化焊縫組織與性能的新理念。這種新理念旨在通過有針對性地設計焊縫組織、調控焊縫合金系統(tǒng),研發(fā)出工藝性能好、超低氫、高韌性的高端焊材。
在本屆埃森焊接展覽會上,參展商們展示了各種實心、藥芯焊接材料,涵蓋了碳鋼、低合金高強鋼、耐熱鋼、低溫鋼、耐候鋼、不銹鋼、鎳基鋼等多種產品。隨著新鋼種的不斷涌現,實心焊絲通過調整合金元素的種類和含量等方法不斷增加焊絲品種,以適應機器人焊接、大熱輸入和帶鍍鋅層焊接等不同需求。國外企業(yè)已經成功開發(fā)出低飛濺、成形好、電弧穩(wěn)定的特種焊絲。此外,展會上還展示了具有高性能、良好焊接操作工藝性和送絲穩(wěn)定性的新型藥芯焊絲,特別是金屬粉芯焊絲和無縫藥芯焊絲等產品備受關注。
Bohler welding公司還向大家展示了他們新開發(fā)的3D打印絲材。通過堆焊與熔覆的方法,這些絲材可以實現金屬、非金屬的增材制造,展示了焊接技術在3D打印領域的拓展應用。同時,通過特殊的冶金方法,還可以制造出梯度材料,非常適合生產中等復雜程度的大型構件。此次展出的3D打印材料包括碳鋼、合金鋼、不銹鋼和Ni基合金等多種類型,顯示出焊接材料在高端制造領域的廣泛應用前景。此外,OERLIKON公司還展出了用于激光熔覆的鈷基、鐵基、鎳基和預混合硬面粉體材料,進一步豐富了焊接材料的產品線。
Safra作為歐洲較大的鋁焊絲和釬焊材料制造商始終在制造、質量和生產技術方面保持領先地位。此次展會其展出了全面的鋁合金焊絲和釬焊材料。為了提升生產效率,其推出的盤狀焊絲7到40公斤不等,桶裝焊絲則從40公斤覆蓋到250公斤。這些多樣化的包裝選擇,讓客戶能靈活提高生產設施的生產率。
COR-MET生產各種規(guī)格和合金的藥芯焊絲。規(guī)格范圍從0.035英寸到3/16英寸。合金包括低合金鋼到鎳和鈷基合金。合金可用于抵抗高溫、腐蝕和磨損。這些金屬絲可用于連接、修復和覆蓋工具鋼、鎳基高合金鋼、鑄鐵和不銹鋼。此外,COR-MET還生產氣體保護金屬電弧焊焊條。這些產品與現有的許多藥芯焊絲相輔相成。此次展會COR-MET展示出了其新開發(fā)的藥皮TIG焊絲,該焊接材料在對接打底焊中具有獨特的作用,無需背面氣體保護和襯墊輔助成形,材料種類包括鎳基材料、不銹鋼材料和低合金高強鋼焊接材料。伯樂公司在此次展會期間展出了更低錳的氧化物和六價鉻含量藥芯焊絲,來保護焊接人員的健康。
Special Metals Corporation是世界頂尖的鎳合金和鈷合金發(fā)明者、開發(fā)者和生產者。此次展會其展出了100種合金成分的焊接材料,材料種類包括INCOLOY、INCONEL、NIMONIC、MONEL、UDIMET、NILO、NICKEL等多個品類,相較傳統(tǒng)產品,該公司進一步提升了產品的尺寸精度,并在耐熱性、高溫和耐腐蝕性、高韌性和高強度的綜合性能方面做了大量工作。
VDM metals公司此次展示出了其VDM FM 31 Plus焊絲,該具有相對高的鉻含量和適中的鉬含量,分別為27%或6.5%,非常適合在氧化介質中使用。此外,該材料還具有非常穩(wěn)定的奧氏體結構,即使在焊后熱處理(PWHT)時也能保持這種穩(wěn)定性。這種特性使得VDM FM 31 Plus在多種應用中表現出色,特別是在需要抵抗氧化和耐腐蝕的環(huán)境中。無論是在高溫還是低溫環(huán)境下,它都能保持良好的機械性能和耐腐蝕性。VDM FM 780焊絲是該公司新開發(fā)的時效硬化鎳鈷鉻合金。通過添加鈮、鈦和鋁來實現硬化性。與VDM FM 718相比,VDM FM 780的應用溫度更高(可能達到750℃),且高溫抗氧化性更強。焊接金屬的機械強度和延展性均優(yōu)于填充金屬VDM FM 718。因此,VDM FM 780提供了在更高溫度和更惡劣環(huán)境中工作的能力,同時保持優(yōu)秀的機械性能。這種合金的優(yōu)異特性使其在航空航天、能源和其他高溫工藝領域中有廣泛的應用前景。
國內焊接材料制造商此次展會也展示出了大量的產品,相較以往,國內在焊材品類、包裝和質量方面都有了很大的提升。以金橋焊絲為例,此次該公司圍繞“創(chuàng)新、綠色、智能”的主題重點展示集團鋁焊絲、鎳基焊材、釬焊焊環(huán)等有色焊材,橋梁機車、工程機械、船舶海工、管道焊接等六大行業(yè)相關焊條、藥芯焊絲、埋弧焊絲和高強實心焊絲等產品。金群焊材展示了不銹鋼全系列焊材、船舶與海工、特殊高端產品、客制化服務等四大主題的焊接材料。
2.2釬焊材料
此次展會釬焊材料生產制造企業(yè)較多,這在一定程度上顯示了在焊接行業(yè)人們對釬焊材料的重視和需求得到了提升。參展單位包括中國臺灣的中一銀焊條股份有限公司、意大利Stella welding alloys、意大利Pietro Galliani Brazing、意大利Saldobrase公司、印度Saru Silver、德國HP wirth Gmbh公司、意大利LINBRAZE、德國INOCON、英國Johnson Matthey、美國Harris、美國Prince & Izant、意大利Aural、意大利AV saldature、德國PRO beam、土耳其ASA、Sentesbir公司和Felder Lottechnik。整體來看,國際釬料企業(yè)主打產品以復合釬焊材料和精密釬焊材料為主,部分企業(yè)正在憑借其原有設備基礎,擴大其研發(fā)領域范疇,逐漸向3D打印和釬焊設備方面延伸。
臺灣中一銀焊條股份有限公司成立于1978年,是一家老字號的專業(yè)焊接合金材料制造商。該公司生產的焊條每個月的產能可高達30公噸。公司百分之八十以上的產品外銷至日本、美國、泰國、澳洲、馬來西亞、中東及東歐各國,這些海外顧客甚至包括了全球知名企業(yè),例如日本的三菱、Panasonic、夏普及韓國的LG。該單位此次展出產品包括銀基釬料、三明治釬料、銅磷釬料、藥皮釬料、銅合金、眼鏡焊線和釬劑。其眼鏡焊線種類較多,涉及7鐘材料,適用于錳鎳、不銹鋼、高鎳合金、鈦合金等多種材料。
STELLA是一家意大利釬焊合金制造商,專門提供硬釬焊、軟釬焊和焊接應用的完整解決方案。釬焊材料又包括硬釬料和軟釬料兩種,除此之外該公司還生產電極材料和浸漬合金等。硬釬料產品包括無鎘銀釬料、工具用銀釬料、三明治釬料、銅磷釬料、銅基釬料、含鎘銀釬料、鋁合金釬料、鎳基釬料等,釬料可以多種形式進行供貨。在軟釬料方面,可提供符合RoHS規(guī)定的無鉛釬料,可提供鑄錠、棒材、棒、線材和藥芯焊絲等多種形式。此外該公司還提供軟釬劑和硬釬劑產品。其三明治釬料、精密藥芯軟釬料的成形工藝對我國內產品的研制有一定的借鑒意義。
Pietro Galliani Brazing公司在冶金行業(yè)已有100多年的歷史。自1995年以來,它一直是歐洲釬焊材料生產的領導者,100% 在位于意大利博洛尼亞以南約50公里的韋爾加托的工廠制造。通過持續(xù)的研發(fā)活動和對產品質量的持續(xù)關注,我們能夠為客戶提供釬焊領域使用的所有主要合金和助焊劑,同時開發(fā),生產和推廣所有相關產品和服務。其產品包括釬料合金和釬劑服務。釬料合金方面有無鎘銀基合金釬料、銅磷及銅磷銀合金釬料、黃銅合金釬料、鋁合金釬料、硬質合金釬料、軟釬料。釬劑產品包括硬釬劑和中溫鋁合金釬劑,除此之外,該公司展出的清洗技術脫氧劑值得國內借鑒。
Saldobrase是一家專業(yè)生產和銷售軟釬焊和硬釬焊材料的公司。該公司提供一系列合金,以滿足從工程到加熱,從管道到眼鏡等各個領域的公司的需求,具有各種形狀和材料,可滿足各種需求:裸棒、涂層棒材、線材、帶材、環(huán)、預成型、粉末、糊狀物、脫氧劑。歸功于提供有效解決方案和高質量產品的能力,公司產品銷往全球。公司產品包括銀基釬焊材料、中溫鋁合金釬料、釬劑等。
Saru Silver公司于1944年成立,是一家擁有悠久歷史背景的印度有色金屬制造集團,自其成立以來一直保持創(chuàng)新精神。Saru Silver是印度的銀釬料制造商,出口到全球60多個國家。Saru Silver是汽車、鐵路,電氣、制冷、 切削工具、國防、航空航天,原子和核能源等各個行業(yè)的主要供應商。主要產品包括:銀釬料(含鎘)、銀釬料(無鎘)、銀釬料(用于碳化鎢刀頭)、CuP釬料、黃銅釬料、釬劑。形態(tài)包括棒狀、絲狀、帶狀及帶釬劑涂層棒狀。
沃斯公司由Hans-Peter Wirth于2002年創(chuàng)立,位于普福爾茨海姆附近的艾辛根,提供一站式定制產品:從概念和設計到生產和現場服務。最初是一家半成品制造商,重點僅是焊料和焊料零件的生產。2009年,搬遷到新址為進一步擴展和開發(fā)第二個產品領域奠定了基礎:儀表和特種機械制造。本公司相關的行業(yè)生產焊接產品,其垂直制造范圍在德國只有少數公司擁有,目前根據客戶規(guī)格已經制造了10 000多種系列產品,出現在德國等40多個國家的市場上。所研發(fā)的焊料應用到各行各業(yè)的焊接工藝上,除了工具、汽車和航空航天行業(yè)外,還包括醫(yī)療、電氣、空調和制冷等技術領域。該公司的特色是生產多種預成型釬料,具備多種形態(tài)釬料的加工制備能力,常規(guī)性的銀基釬料、銅基釬料、鋁基釬料、軟釬料產品均能生產,可生產直徑0.3 mm的釬焊材料。
此次展會,國內的釬料企業(yè)也展示了其產品,鄭州機械研究所有限公司、天津市金橋焊材集團股份有限公司、天津金龍、華銀、北京金鷹等企業(yè)在展會上展示了各種形態(tài)和類型的釬料產品,包括絲狀、棒狀、帶狀、片狀、粉狀、膏狀、環(huán)狀等。這些產品展示了國內釬料行業(yè)的多樣化生產能力。隨著釬料加工工藝和釬焊自動化技術的進步,國內釬料產品在生產效率和質量上有所提升。在綠色釬料產品的研發(fā)和生產方面,國內企業(yè)也取得了一些重要進展,如藥芯釬料、藥皮釬料等,逐漸接近或達到國際先進水平。然而,需要注意的是,盡管國內釬料行業(yè)在成形方面有所突破,但與國際頂級企業(yè)相比,仍存在一定的差距,雖然國內在新型釬焊材料的開發(fā)和快速產業(yè)化方面有一定的差距,但在釬劑研發(fā)和釬料潔凈控制方面與國外尚有一定的差距。國內企業(yè)需要繼續(xù)加大研發(fā)力度,提升產品質量和技術含量,以適應市場需求的變化和競爭的挑戰(zhàn)。
2.3特種焊接材料
以耐磨堆焊為代表的特種焊接材料也是此次展會的重要內容。Capilla Schweissmaterialien GmbH是德國著名焊接產品品牌,成立于1959年,在全球焊接市場已有55年的經驗,在全球40多個國家和地區(qū)擁有廣泛的銷售網絡,Capilla公司從1966年就開始為自己的設備生產焊條,主要客戶分布在建筑、鍛造、采礦等行業(yè)。隨著市場需求的擴大,Capilla開始延長產品線,生產高品質的焊材和焊接電極,在金屬加工行業(yè)擁有1 100多個合作伙伴,通過DIN EN ISO 9001:2008認證已超過十年,為用戶提供高品質的焊接材料。主要產品包括:Capilla焊條、焊接耗材、焊接材料等歐美備件。此次展會其展出了用于等離子焊接、等離子噴涂、氣體粉末焊接和火焰噴涂的粉末,產品覆蓋鈷基合金、鎳基合金和鐵基焊接,材料牌號達到40余種。
CORODUR公司展出了一種由純金屬粉壓制帶狀后燒結形成的耐磨堆焊材料。通過采用藥芯焊絲+粉制備工藝,可以實現單層硬度超過HRC60的優(yōu)異性能。這種材料具有出色的耐磨性,可廣泛應用于各種高磨損場合。與此同時,DURUM公司展示了其WC復合材料,其中以熔融碳化鎢(FTC)作為基礎,構建了所有DU-RUM耐磨產品。這種FTC材料擁有80%的“羽毛”結構,硬度約為1 980 HV30,顯微硬度在2 300~2 500 HV0.1范圍內,碳含量為3.8%~4.1%。并且,FTC在處理和使用過程中的溫度上限為1 800 ℃,若超出此溫度會導致結構改變和硬度損失。在焊接過程中,過熱可能會導致大量FTC溶解在鐵基中,進而降低材料的耐磨性能。為解決這一問題,DURUM公司還推出了球形熔融碳化鎢(SFTC)。這種材料具有精細的非腔球狀結構,其硬度高于FTC,流動性更好,可以有效增加耐磨涂層和滲透誘導成分中的硬顆粒。此外,粉末冶金工藝的應用使得生產各種復雜形狀的零件成為可能,包括含有硬材料、金剛石、金屬粘合劑和SFTC的零件。這些特性使得這種材料特別適用于深井鉆井工具、破碎機鉗、攪拌機、混凝土和石鋸、熱壓工具、篩網和輸送機、擠壓外殼以及金剛石鉆頭等領域。最后,微晶碳化鎢(MCTC)的引入,為這種復合材料提供了更穩(wěn)定的單相微觀結構。它在焊接過程中幾乎不溶解,熱力學穩(wěn)定性高(可服役至500 ℃),且在加工過程中的脫碳率較低。這些優(yōu)點使得CORODUR和DURUM的產品在耐磨領域提供了無可比擬的性能和效率。
此次展會上有展商再次展示出了柔性鎳芯焊接材料,該技術主要通過在鎳芯中添加過渡鎳元素,以確保熔覆金屬具備出色的沖擊性能。同時,通過藥皮過渡其他元素,保證硬質相含量的調節(jié)。這種技術在大約10年前曾在國內出現過,但當時未能得到廣泛應用。然而,從展會上的觀察來看,國外一直在應用并持續(xù)發(fā)展這項技術。我們可以在未來更深入地了解其細節(jié)、應用及優(yōu)勢,以期為國內相關產業(yè)提供有價值的參考和借鑒。
3結語
在全球制造業(yè)格局加速調整的背景下,2023年德國埃森焊接展再次聚焦了全球的目光。此次展覽不僅展示了最新的焊接技術和設備,更揭示了焊接領域未來的發(fā)展趨勢。結合中國制造業(yè)的發(fā)展趨勢和規(guī)劃,我們可以進一步明確中國未來一段時間的焊接領域主攻方向,并對未來進行展望。
基于全球焊接領域的發(fā)展趨勢和中國制造業(yè)的實際需求,中國焊接領域的主攻方向將集中在智能化與自動化、新材料與新工藝的焊接技術研發(fā)、人工智能在焊接中的應用、焊接設備與機器人的集成等方向。這些方向不僅與全球焊接技術的發(fā)展趨勢相吻合,更是中國制造業(yè)轉型升級的必然要求。
展望未來,隨著技術創(chuàng)新步伐的加快和市場需求的不斷變化,我們期待中國焊接領域實現更大的突破。技術創(chuàng)新將驅動行業(yè)發(fā)展,使中國在全球焊接領域占據重要地位。同時,隨著新材料、新工藝、3D打印等技術的融合應用,焊接技術將實現更多跨界創(chuàng)新,滿足市場的多樣化需求。國際合作與交流也將進一步加強,推動全球焊接技術的進步。在人才培養(yǎng)和引進方面,我們相信高素質焊接技能人才的涌現將為中國焊接領域的持續(xù)發(fā)展提供有力支持。
總之,結合2023年德國埃森焊接展的啟示與中國制造業(yè)的發(fā)展趨勢,我們看到了中國焊接領域明確的主攻方向和充滿希望的未來展望。在技術驅動和市場需求的雙重推動下,中國焊接領域必將實現更大的突破和發(fā)展,為全球制造業(yè)的進步貢獻重要力量。