自動化焊接工藝在機床行業的應用

由於機床產品的特殊性決定了機床結構的特殊性。幾十年來，鑄造結構一直佔據著機床結構的主導地位。鑄造工藝一直為機床產品的主導工藝。八十年代后，隨著機床產品引進技術的不斷增加，機床產品結構也越來越多地採用了焊接結構，以焊代鑄，以焊代鍛，以焊代切割已成為機床製造業總的發展趨勢。焊接工藝也已成了機床製造業的重要基礎工藝，並從單一的加工工藝發展成了包括原材料預處理、切割落料、成形焊接、焊后檢驗和焊后處理等一種新興的綜合性工程技術。徹底改變了過去幾十年鑄造結構「一統天下」的局面，機床製造已離不開焊接。

1.焊接技術在機床行業的發展

焊接技術在機床行業的發展是隨著機床產品焊接結構的應用發展而發展起來的。中國機床行業的主導產品主要有金屬切削機床產品、鍛壓機械產品、鑄造機械產品、木工機床產品、工具產品、磨具和機床附件產品等。其中，金屬切削機床、鍛壓機械和鑄造機械產品是機床行業焊接技術應用的主要領域。從機床產品發展的技術水平看焊接技術在機床行業的發展大致分為三個階段。

1.1焊接技術作為輔助工藝手段階段

此階段從二十世紀50年代到70年代初。此階段在機床產品開發方面主要是仿製國外機床產品階段。當時金屬切削機床仿製成功的有1Д63型車床，2A125型立式鑽床，6H82型萬能銑床，1617型卧式車床和262型卧式鏜床等150種，約佔當時掌握機床品種總數204種的70%；鍛壓機械主要仿製開發了開式壓力機、315噸以下閉式單點壓力機、空氣錘、300噸以下雙盤磨擦壓力機、剪切機、四柱萬能液壓機和滾絲機及自動鍛壓機等需求量較大的通用鍛壓機械產品。

此階段機床產品的結構基本全部為鑄造毛坯結構，所以此階段的焊接技術僅是作為一種輔助工藝手段為產品服務，焊接的重點是鑄造結構件的缺陷焊補和產品的油箱、電箱罩殼等一些小型的非主要零件。主要的焊接方法是手工電弧焊，或氧乙炔氣焊，靠工人自己掌握，無正規的焊接專業技術人員和工藝措施，沒有專門的焊接車間。個別規模較大的企業，焊接與其他鑄造車間或產品裝配車間合在一起，生產面積有限。

1.2焊接技術的初步應用階段

此階段，從二十世紀70年代到80年代初，為焊接技術的初步應用階段。此階段機床產品在二十世紀50年代仿製的基礎上，開始了高精度精密機床的自行研究與開發。在金屬切削機床方面，僅二十世紀70年代陸續向第二汽車廠提供了具有較高水平的7664台機床，滿足了第二汽車廠當時所需機床設備的98%以上；在鍛壓機械方面，為裝備第二汽車廠，開發研究製造了115種510台通用專用鍛壓機械和部分生產線。同時，此階段各專業定點廠累計掌握了鍛壓機械品種己有257種。

在此階段中，隨著整體焊接技術的進步，部分企業在自行設計的機床產品結構中開始採用了焊接結構，如濟南第二機床廠的800噸以上的機械壓力機產品的底座、橫樑等大型零件和儲氣筒零件；齊齊哈爾第二機床廠，1973年開發設計的J81-1250切邊壓力機首次採用了焊接件，主要結構件零件為底座、立柱和機頭，最大焊接零件重量為25噸；1978～1979年該廠又在Z41—30型螺母冷鐓機的床身，TA88-200冷擠壓機的高壓容器零件上，採用了焊接結構。這些焊接結構的採用，促進了機床行業焊接技術的發展。

從二十世紀70年代後期開始，有條件的企業開始組織建立了獨立的焊接車間，增加了車間起重設備和完善了焊接工藝手段。如濟南第二機床廠1975年建立了焊接車間，當時車間面積為5275平方米，最大起重能力為50噸，焊接工藝手段也從簡單的手工電弧焊，發展到埋弧焊、電渣焊和半自動切割落料及射線探傷檢驗手段。從而說明機床行業的焊接技術應用，一開始就步入了綜合性的工程技術領域，為第三階段機床產品的技術引進奠定了基礎。

1.3焊接技術的主導工藝階段

該階段，從二十世紀80年代初引進技術開始至今。此階段，機床行業通過引進國外先進設計製造技術，促進了高檔先進機床產品的快速發展。如在金屬切削機床方面，北京第一機床廠與日本日立精機公司合作生產了K型銑床，並成功地開發了新系列的數控銑床，同時與聯邦德國瓦德里希·柯堡公司合作生產了數控龍門銑床；濟南第一機床廠與日本山崎鐵工所合作生產馬扎克卧式車床，濟南第二機床廠與法國BMO公司合作開發了4×10m大型龍門橫樑移動式五面加工中心和Φ200大型數控落地銑鏜床及2.4×13m大型龍門移動式五面加工中心；武漢重型機床廠與聯邦德國希士.弗羅利普公司合作，生產了具有國際水平的加工直徑1.4～2.5米的立式車床，鏜桿直徑Φ260mm以上的落地銑鏜床等重型機床。在鍛壓機械方面，濟南第二機床廠率先引進了美國VERSON全鋼機械壓力機公司的8個系列35個品種的重型、超重型機械壓力機的設計、製造、檢測全套技術，開始了重型、超重型鍛壓設備的引進、吸收、消化階段。隨後，1981年黃石鍛壓機床廠引進了比利時液壓剪板機和折彎機系列產品的圖紙和製造技術。1986年齊齊哈爾第二機床廠引進了日本小松集團公司的機械壓力機製造技術。1991年，上海鍛壓機床廠與德國SCHULER合作，為上海大眾汽車廠提供了14台600噸閉式四點多連桿機械壓力機。1992年齊齊哈爾第二機床廠又與德國阿爾夫特合作引進了多連桿壓力機製造技術，等等。通過引進、消化吸收，使我國重型，超重型鍛壓設備設計能力、製造水平有了迅速提高，基本接近和達到了國際當代先進水平。目前，國內鍛壓行業已開發掌握的鍛壓設備達440多種，已開發的重型機械壓力機，單機能力達到了3000噸，液壓折彎機，單機能力達到了4000噸，並具備了開發製造單機能力4500噸以上超重型機械壓力機和大型多工位壓力機的能力。

引進技術促進了機床行業焊接結構的應用。如濟南第二機床廠，1981年前自行設計的機械壓力機產品，焊接結構件僅佔14%，刨床產品焊接結構不到1%，1981年引進壓力機產品的焊接結構件比例達44.3%。引進技術后自行消化設計的機械壓力機產品焊接結構比例最高達到了67.1%。其引進的數控機床產品的焊接結構也達到了60%。天津鍛壓機床總廠，1975年採用的焊接結構產品的品種數量僅為8種，不到47%。1991年突破了44種，占品種總數的66%以上。

機床產品焊接結構的應用，改變了過去那種鑄造毛坯一統機床結構天下的局面，焊接技術也逐漸發展成了機床行業的主導工藝，其主要體現在以下幾個方面：

(1)部分骨幹企業建立了具有一定規模的焊接車間或金屬結構廠，並建立了完整的焊接管理體系。

吸收消化了引進產品的焊接工藝標準，貫徹了國家專業標準，制定了企業標準。

(2)完善了焊接工藝流程，使之從單一的加工工藝發展成了從原材料預處理、切割落料、成形、焊接、焊后檢測和焊后處理等一整套的新興綜合性工程技術。

(3)數控精密切割和計算機編程套料技術得到了應用，並改變了傳統的手工切割落料，減少了機械加工，實現了「以割代刨」，「以焊代切削」。

(4)推廣應用了CO2氣體和富氬氣體保護焊或埋弧焊等先進、高效新工藝。焊接工作量在骨幹企業突破了50%以上，個別企業達到80%以上。

(5)普遍採用了X射線探傷和超聲波無損探傷檢測等手段，穩定了焊縫的內在質量。

(6)推廣了振動時效新工藝，達到了降低和均化焊接結構殘餘應力的目的，減少了焊接件的變形，穩定了精度。

(7)焊接技術人員和焊工隊伍得到了不斷壯大，走上了正規化管理，大部分企業實行了焊工持證上崗。另外，「八五」期間建立了具有行業代表意義的焊接樣板廠點，為促進機床行業焊接技術的發展起到了推動作用。

2.機床行業焊接技術的應用

機床行業的焊接技術的應用是隨著國外引進產品技術發展起來的。同時，國內焊接技術的發展也促進了機床行業焊接技術的應用。目前，在機床行業中應用的主要焊接技術有以下幾個方面:

2.1鋼板預處理技術應用

機床行業的鋼板預處理生產線，是1993年由濟南第二機床廠開始使用的，它是在造船行業、重機行業、礦山行業使用的基礎上開始的。該預處理生產線是由該廠和青島第三鑄造機械廠聯合開發製造，其主要工藝流程為：鋼板校平、預熱、拋丸除銹、自動噴漆、烘乾，全長60米。主要技術參數為：鋼板校平厚度8～40mm，校平寬度3m；預處理鋼板厚度8～160mm，有效寬度3m；處理結構件最大規格為1500(寬)×800(高)；預處理速度為0～4m/min；年處理能力為4萬噸/年；採用了PC自動控制和手動控制兩種方式。該鋼板預處理生產線,解決了原材料的鏽蝕、氧化皮等不良因素，提高了數控切割落料質量和機床產品的外觀質量。

2.2數控切割技術應用

1982年由濟南第二機床廠開始將國產數控切割機應用於鋼板零件的切割落料之中，1988年開始應用了計算機自動編程套料技術，使鋼板利用率由70%提高到74%；1992年濟南第一機床廠引進了美國等離子數控切割機和激光數控切割機，開始了機床行業數控等離子和激光切割的應用，使厚度為0.5～8mm的薄鋼板切割精度達到了0.5～1mm。「七五」期間，濟南第二機床廠開發研究了厚鋼板數控精密切割技術，使厚鋼板數控精密切割厚度達到了275mm，該項目獲得了機械部機床行業「七五」工藝成果一等獎。1993年，濟南第二機床廠通過引進數控水下氧氣等離子切割機，使機床行業數控等離子碳鋼切割厚度由8mm提高到了25mm，減少了中厚板的切割變形，提高了中厚鋼板零件的切割精度和切割質量。

2.3氣體保護焊等高效率焊接技術的應用

隨著國外技術的引進，1981年由濟南第二機床廠首先應用了Φ1.6實芯CO2氣體保護焊技術替代美國VERSON全鋼機械壓力機公司的Φ2.4葯芯富氬氣體保護焊工藝，對壓力機大型焊接件焊接工藝進行了攻關，並取得成功。該項目獲得了機械部科技進步成果三等獎。1986年齊齊哈爾第二機床廠應用了Φ1.2實芯富氬氣體保護焊技術，解決了壓力機大型焊接件的焊接問題，並用絲極氬弧銅堆焊技術，對活塞、氣缸等工件表面銅層堆焊，替代我國傳統的銅套獲得成功。1992年濟南第一機床廠在機床的薄板罩殼結構件上首次應用了Φ0.8實芯CO2氣體保護焊。「七五」期間，濟南第二機床廠還將CO2氣體保護焊應用到了壓力機拉緊螺栓的加長焊接上，該項目獲機械部機床行業「七五」工藝成果二等獎。目前，氣體保護焊等高效率焊接技術，己廣泛應用於機床床身、齒輪、偏心體、搖桿軸、缸體、焊后不加工的管路法蘭和罩殼等零件，己成為機床行業焊接的主要工藝之一。

2.4振動時效技術應用:

振動時效新工藝是二十世紀60年代發展起來的新型工藝技術，該工藝具有適用性強，節約能源，減少環境污染，縮短生產周期，提高生產效率等優點。濟南第二機床廠，1981年開始將此工藝推廣應用到引進產品的焊接件上，取得了較好效果。黃石鍛壓機床廠在「七五」期間對振動時效工藝進行了深入的研究與應用,並獲得了機械部機床行業「七五」工藝成果二等獎。目前，該工藝在機床行業得到了普遍應用。

2.5焊接自動化、機械化技術的應用

機床行業焊接自動化除CO2半自動焊以外，主要體現在埋弧自動焊的應用上，主要應用於鋼板的拼焊和壓力容器的筒體焊接上。濟南第二機床廠，1993年通過引進美國的焊縫自動跟蹤系統和焊接電源，改造了1988年購置的國產十字操作架自動埋弧焊設備，實現了18mm厚以下壓力容器筒體、封頭不開坡口對接雙面自動跟蹤埋弧焊，取得了園滿成功。焊接機械化，主要是焊接變位機的應用，1981年濟南第二機床廠，在引進產品的焊接齒輪上開始了變位機的應用研究，但沒有得到推廣，僅將該變位機改造作了齒輪輻板的自動切割設備。1988年以後，焊接變位機相應在上海鍛壓機床廠、營口鍛壓機床廠、黃石鍛壓機床廠得到了應用，提高了焊接機械化程度。另外，1998年濟南二機床集團有限公司在與日本小松的合作中成功的將變位機應用於40GrMo高合金齒輪的焊接中。

2.6.丙烷高效節能環保切割氣體的應用

丙烷等液化切割氣體是國家「八五」、「九五」推廣的高效節能環保型氣體。1993年濟南二機床集團有限公司開始對丙烷液化氣體的工業應用進行了研究，經過大量的對比試驗，1998年用C3系列液化燃氣全面替代了乙炔氣體，大大降低了生產成本，提高了生產安全性和切割質量，配以新型燃氣割嘴，提高了生產效率。

2.7無損探傷技術的應用

機床行業無損探傷技術的應用,首先是從機床產品容器類零件的主要焊縫開始的。如1975年濟南第二機床廠在建立焊接車間的同時，就建立了射線探傷室。1989年按國家標準建立完善了壓力容器質量保證體系，全面貫徹了GB150《鋼製壓力容器》標準和JB4730《壓力容器無損檢測》標準。

二十世紀90年代初機床行業開始應用超聲波探傷技術對機床產品主要結構件的主要焊縫進行20%抽檢，執行了國標GB11345-89《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果的分級》。檢查的主要零件焊縫有壓力機底座、橫樑、滑塊的主立板焊縫；立柱、滑塊導軌焊縫；橫樑的軸套焊縫；底座、橫樑、工作台的上下面對接焊縫和全部的拼接板焊縫及齒輪周邊焊縫。

2.8集中供氣技術的應用

CO2氣體的供氣方式，在機床行業的焊接生產中也得到重視。目前，國內眾多廠家基本都採用單瓶單機供氣，這種供氣方式不僅限制了生產規模的擴大，同時對焊接生產管理和焊接質量都有較大影響。CO2氣體的集中供氣，提高了焊接生產效率，同時也使CO2氣體純度提高了0.4～0.6%，氣體水份含量下降0.25%，保證了焊接質量，在機床行業的焊接生產中也得到應用。如1992年濟南二機床集團有限公司在組建新的金屬結構廠的同時，建造了CO2氣體集中供氣裝置。該裝置總工作壓力0.15MPa，中間貯存筒容量2m3，可向全廠120多台CO2焊機連續穩定供氣，當時年焊接生產能力12000噸，到2002年滿足了年焊接生產能力15000噸的需求。

3.機床行業焊接新技術的應用展望

隨著焊接技術和機床技術的飛速發展，焊接新技術在機床行業應用也具有廣闊的前景。機床行業的焊接結構也正在尋求探索應用焊接領域的新技術、新材料。

3.1葯芯焊絲在機床數控產品上的應用

葯芯焊絲具有氣渣聯合保護效果，其焊縫成型美觀、飛濺少，含鐵粉葯芯焊絲熔敷效率較高，具有優於實芯氣體保護焊的許多優點。

金屬切削機床特別是數控金切機床，精度要求高，外觀造型漂亮。為此，要求焊接結構外觀焊縫尺寸小、光滑美觀。使用藥芯焊絲具有較大的優勢。濟南二機床集團有限公司，近幾年在應用藥芯焊絲方面進行了探索，如為日本三凌重工株式會社和日本本簡株式會社，採用Φ1.6葯芯焊絲CO2氣體保護焊，焊接生產的卧式滾齒機機身和數控龍門銑鏜床床身、數控落地銑鏜床的立柱，焊接質量優於實芯CO2氣體保護焊，得到日方專家的認可，順利通過了日方的質量檢查驗收。

3.2細絲氣體保護焊的應用

近幾年，Φ0.8細絲氣體保護焊在機床行業應用的趨勢已越來越強。隨著機床產品的技術進步，對機床的外觀造型和質量要求也越來越高。過去機床產品採用手工電弧焊接的薄板罩殼零部件，已基本都不能滿足現有機床產品外觀質量的要求，特別是數控機床。現在都在尋求探索，採用激光切割、Φ0.8細絲氣體保護焊。濟南一機床集團有限公司，從1990年初開始應用激光切割和Φ0.8細絲CO2氣體保護焊，焊接生產機床罩殼零部件，外觀質量滿足了數控機床高水平的要求。

3.3焊接機械化、自動化的應用方案

實現焊接機械化、自動化是機床行業應用焊接新技術的重要途徑。機床產品焊接結構多為複雜的箱型結構，在目前的焊接生產中大都採用整體組裝、整體焊接的工藝方法，實現自動化焊接較為困難。若將機床產品焊接結構的組裝、焊接合為一道工序，配以機械化工裝和變位機，實現自動化焊接是完全可行的。

3.3.1.焊接齒輪的自動化焊接方案

重型鍛壓設備產品的傳動齒輪，其結構組成主要有輻板、齒圈和偏心輪軸。該焊接齒輪的齒圈材料為45#或40CrMo材料，焊接前需預熱，焊后要保溫處理。自動化焊接可採用變位機，先將齒圈與輻板預組裝在一起，固定在變位機上。然後，將變位機連續旋轉，用火焰預熱器將工件預熱到200～350℃，再將變位機自動調整到45°角位置，用自動焊，進行自動跟蹤焊接，並使角焊縫焊腳高度達到設計焊縫尺寸要求。同時，對內圈焊縫也進行自動焊接。

自動化焊接此類零件，將顯著提高工作效率，減少工人勞動強度，減少預先爐內預熱、焊后保溫等輔助工時。同時，也保證了焊接質量。

3.3.2箱型零件的自動化焊接方案

機床產品焊接結構多為複雜的箱型結構，結構內布置眾多加強筋板，這使自動化焊接較為困難。若將箱型零件從設計上進行改進，在焊接翻轉機上一邊組裝一邊焊接，則自動化焊接是完全可行的。如機械壓力機的立柱，先將底板夾緊在大型焊接翻轉機的組裝平台上，然後組裝拉緊螺栓支撐板，各類加強筋板等。採用十字操作自動焊接機，焊接拉緊螺栓支撐板內角焊縫。採用龍門式自動焊接機，焊接各類筋板角焊縫、外表面焊縫等。可一次完成組裝焊接工作，將減少了兩零件背對背組裝工序，提高了焊接生產率。

4.結束語

機床行業焊接技術的發展是隨著機床產品技術的發展而發展起來的。八十年代后，機床行業產品技術的引進，對機床行業焊接技術的發展起決定性的作用。隨著機床產品焊接結構越來越多地應用，徹底改變了過去幾十年鑄造結構「一統天下」的局面。以焊代鑄，以焊代鍛，以焊代切割已成為機床製造業總的發展趨勢。機床製造已離不開焊接。

目前，機床行業焊接技術的發展也正朝著高效、自動方向發展。機床行業焊接新技術的應用具有廣闊前景，大力推廣應用新的、先進的焊接工藝和方法，是我們每個焊接工作者的責任，願焊接新技術早日在機床行業推廣開來，得以普遍應用。