自動化焊接技術(shù)在機床行業(yè)的應(yīng)用

0. 前言
機床行業(yè)是機械工業(yè)的一個重要組成部分，是機械工業(yè)的“總工藝師”，是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。機床產(chǎn)品是制造一切機器的機器，他們的工作精度一般高于被加工機械零件的精度。為此，機床產(chǎn)品的技術(shù)水平和服務(wù)水平，對機械工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)濟效益的提高起著決定性的作用。
由于機床產(chǎn)品的特殊性決定了機床結(jié)構(gòu)的特殊性。幾十年來，鑄造結(jié)構(gòu)一直占據(jù)著機床結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)地位。鑄造工藝一直為機床產(chǎn)品的主導(dǎo)工藝。八十年代后，隨著機床產(chǎn)品引進技術(shù)的不斷增加，機床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也越來越多地采用了焊接結(jié)構(gòu)，以焊代鑄，以焊代鍛，以焊代切割已成為機床制造業(yè)總的發(fā)展趨勢。焊接工藝也已成了機床制造業(yè)的重要基礎(chǔ)工藝，并從單一的加工工藝發(fā)展成了包括原材料預(yù)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(shù)。徹底改變了過去幾十年鑄造結(jié)構(gòu)“一統(tǒng)天下”的局面，機床制造已離不開焊接。

1. 焊接技術(shù)在機床行業(yè)的發(fā)展
焊接技術(shù)在機床行業(yè)的發(fā)展是隨著機床產(chǎn)品焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用發(fā)展而發(fā)展起來的。中國機床行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品主要有金屬切削機床產(chǎn)品、鍛壓機械產(chǎn)品、鑄造機械產(chǎn)品、木工機床產(chǎn)品、工具產(chǎn)品、磨具和機床附件產(chǎn)品等。其中，金屬切削機床、鍛壓機械和鑄造機械產(chǎn)品是機床行業(yè)焊接技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域。從機床產(chǎn)品發(fā)展的技術(shù)水平看焊接技術(shù)在機床行業(yè)的發(fā)展大致分為三個階段。

1.1焊接技術(shù)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(chǎn)品開發(fā)方面主要是仿制國外機床產(chǎn)品階段。當時金屬切削機床仿制成功的有1Д63型車床，2A125型立式鉆床，6H82型萬能銑床，1617型臥式車床和262型臥式鏜床等150種，約占當時掌握機床品種總數(shù)204種的70％；鍛壓機械主要仿制開發(fā)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(chǎn)品。
此階段機床產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)基本全部為鑄造毛坯結(jié)構(gòu)，所以此階段的焊接技術(shù)僅是作為一種輔助工藝手段為產(chǎn)品服務(wù)，焊接的重點是鑄造結(jié)構(gòu)件的缺陷焊補和產(chǎn)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(guī)的焊接專業(yè)技術(shù)人員和工藝措施，沒有專門的焊接車間。個別規(guī)模較大的企業(yè)，焊接與其他鑄造車間或產(chǎn)品裝配車間合在一起，生產(chǎn)面積有限。

1.2焊接技術(shù)的初步應(yīng)用階段
此階段，從二十世紀70年代到80年代初，為焊接技術(shù)的初步應(yīng)用階段。此階段機床產(chǎn)品在二十世紀50年代仿制的基礎(chǔ)上，開始了高精度精密機床的自行研究與開發(fā)。在金屬切削機床方面，僅二十世紀70年代陸續(xù)向第二汽車廠提供了具有較高水平的7664臺機床，滿足了第二汽車廠當時所需機床設(shè)備的98％以上；在鍛壓機械方面，為裝備第二汽車廠，開發(fā)研究制造了115種510臺通用專用鍛壓機械和部分生產(chǎn)線。同時，此階段各專業(yè)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(shù)的進步，部分企業(yè)在自行設(shè)計的機床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中開始采用了焊接結(jié)構(gòu)，如濟南第二機床廠的800噸以上的機械壓力機產(chǎn)品的底座、橫梁等大型零件和儲氣筒零件；齊齊哈爾第二機床廠，1973年開發(fā)設(shè)計的J81－1250切邊壓力機首次采用了焊接件，主要結(jié)構(gòu)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，采用了焊接結(jié)構(gòu)。這些焊接結(jié)構(gòu)的采用，促進了機床行業(yè)焊接技術(shù)的發(fā)展。
從二十世紀70年代后期開始，有條件的企業(yè)開始組織建立了獨立的焊接車間，增加了車間起重設(shè)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(fā)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(yè)的焊接技術(shù)應(yīng)用，一開始就步入了綜合性的工程技術(shù)領(lǐng)域，為第三階段機床產(chǎn)品的技術(shù)引進奠定了基礎(chǔ)。

1.3焊接技術(shù)的主導(dǎo)工藝階段
該階段，從二十世紀80年代初引進技術(shù)開始至今。此階段，機床行業(yè)通過引進國外先進設(shè)計制造技術(shù)，促進了高檔先進機床產(chǎn)品的快速發(fā)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(chǎn)了Ｋ型銑床，并成功地開發(fā)了新系列的數(shù)控銑床，同時與聯(lián)邦德國瓦德里希·柯堡公司合作生產(chǎn)了數(shù)控龍門銑床；濟南第一機床廠與日本山崎鐵工所合作生產(chǎn)馬扎克臥式車床，濟南第二機床廠與法國BMO公司合作開發(fā)了4×10ｍ大型龍門橫梁移動式五面加工中心和Φ200大型數(shù)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(lián)邦德國希士．弗羅利普公司合作，生產(chǎn)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(shè)計、制造、檢測全套技術(shù)，開始了重型、超重型鍛壓設(shè)備的引進、吸收、消化階段。隨后，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(chǎn)品的圖紙和制造技術(shù)。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制造技術(shù)。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臺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制造技術(shù)，等等。通過引進、消化吸收，使我國重型，超重型鍛壓設(shè)備設(shè)計能力、制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(nèi)鍛壓行業(yè)已開發(fā)掌握的鍛壓設(shè)備達440多種，已開發(fā)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，并具備了開發(fā)制造單機能力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(shù)促進了機床行業(yè)焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。如濟南第二機床廠，1981年前自行設(shè)計的機械壓力機產(chǎn)品，焊接結(jié)構(gòu)件僅占14％，刨床產(chǎn)品焊接結(jié)構(gòu)不到1％，1981年引進壓力機產(chǎn)品的焊接結(jié)構(gòu)件比例達44.3％。引進技術(shù)后自行消化設(shè)計的機械壓力機產(chǎn)品焊接結(jié)構(gòu)比例最高達到了67.1％。其引進的數(shù)控機床產(chǎn)品的焊接結(jié)構(gòu)也達到了60％。天津鍛壓機床總廠，1975年采用的焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的品種數(shù)量僅為８種，不到47％。1991年突破了44種，占品種總數(shù)的66％以上。
機床產(chǎn)品焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，改變了過去那種鑄造毛坯一統(tǒng)機床結(jié)構(gòu)天下的局面，焊接技術(shù)也逐漸發(fā)展成了機床行業(yè)的主導(dǎo)工藝，其主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)部分骨干企業(yè)建立了具有一定規(guī)模的焊接車間或金屬結(jié)構(gòu)廠，并建立了完整的焊接管理體系。吸收消化了引進產(chǎn)品的焊接工藝標準，貫徹了國家專業(yè)標準，制定了企業(yè)標準。
(2)完善了焊接工藝流程，使之從單一的加工工藝發(fā)展成了從原材料預(yù)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(shù)。
(3)數(shù)控精密切割和計算機編程套料技術(shù)得到了應(yīng)用，并改變了傳統(tǒng)的手工切割落料，減少了機械加工，實現(xiàn)了“以割代刨”，“以焊代切削”。　
(4)推廣應(yīng)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。焊接工作量在骨干企業(yè)突破了50％以上，個別企業(yè)達到80％以上。
(5)普遍采用了Ｘ射線探傷和超聲波無損探傷檢測等手段，穩(wěn)定了焊縫的內(nèi)在質(zhì)量。
(6)推廣了振動時效新工藝，達到了降低和均化焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的目的，減少了焊接件的變形，穩(wěn)定了精度。
(7)焊接技術(shù)人員和焊工隊伍得到了不斷壯大，走上了正規(guī)化管理，大部分企業(yè)實行了焊工持證上崗。另外，“八五”期間建立了具有行業(yè)代表意義的焊接樣板廠點，為促進機床行業(yè)焊接技術(shù)的發(fā)展起到了推動作用。

2. 機床行業(yè)焊接技術(shù)的應(yīng)用
　　機床行業(yè)的焊接技術(shù)的應(yīng)用是隨著國外引進產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展起來的。同時，國內(nèi)焊接技術(shù)的發(fā)展也促進了機床行業(yè)焊接技術(shù)的應(yīng)用。目前，在機床行業(yè)中應(yīng)用的主要焊接技術(shù)有以下幾個方面:

2.1鋼板預(yù)處理技術(shù)應(yīng)用
機床行業(yè)的鋼板預(yù)處理生產(chǎn)線，是1993年由濟南第二機床廠開始使用的，它是在造船行業(yè)、重機行業(yè)、礦山行業(yè)使用的基礎(chǔ)上開始的。該預(yù)處理生產(chǎn)線是由該廠和青島第三鑄造機械廠聯(lián)合開發(fā)制造，其主要工藝流程為：鋼板校平、預(yù)熱、拋丸除銹、自動噴漆、烘干，全長60米。主要技術(shù)參數(shù)為：鋼板校平厚度8～40mm，校平寬度３ｍ；預(yù)處理鋼板厚度8～160mm，有效寬度3ｍ；處理結(jié)構(gòu)件最大規(guī)格為1500（寬）×800（高）；預(yù)處理速度為０～4m/min；年處理能力為４萬噸/年；采用了PC自動控制和手動控制兩種方式。該鋼板預(yù)處理生產(chǎn)線, 解決了原材料的銹蝕、氧化皮等不良因素，提高了數(shù)控切割落料質(zhì)量和機床產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。

2.2數(shù)控切割技術(shù)應(yīng)用
1982年由濟南第二機床廠開始將國產(chǎn)數(shù)控切割機應(yīng)用于鋼板零件的切割落料之中，1988年開始應(yīng)用了計算機自動編程套料技術(shù)，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(shù)控切割機和激光數(shù)控切割機，開始了機床行業(yè)數(shù)控等離子和激光切割的應(yīng)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(fā)研究了厚鋼板數(shù)控精密切割技術(shù)，使厚鋼板數(shù)控精密切割厚度達到了275mm，該項目獲得了機械部機床行業(yè)“七五”工藝成果一等獎。1993年，濟南第二機床廠通過引進數(shù)控水下氧氣等離子切割機，使機床行業(yè)數(shù)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(zhì)量。

2.3氣體保護焊等高效率焊接技術(shù)的應(yīng)用
隨著國外技術(shù)的引進，1981年由濟南第二機床廠首先應(yīng)用了Φ1.6實芯ＣＯ2 氣體保護焊技術(shù)替代美國VERSON全鋼機械壓力機公司的Φ2.4藥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(guān)，并取得成功。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(yīng)用了Φ1.2實芯富