关于低碳经济下焊接技术发展模式研究

关于低碳经济下焊接技术发展模式研究

陈志健 、 蔡天云 、许 文涛 、邱齐宇、王洪涛

中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江齐齐哈尔 161002

摘要：由于可持续发展战略的实施，很多工业领域开始以环保当作其发展的首要任务，焊接技术在大部分的工业生产中均具重要的作用，其低碳焊接技术的使用是未来行业发展的大趋势。随着技术水平提升的速度不断加快，目前的技术在节能减排上获得了新的提升，因而低碳型焊接技术的相关发展模式研究就有着了非常重要的现实意义。节能技术的发展更需要将增强环保意识当作发展的首要目标，为此文中以发展低碳经济为基础，研究了低碳焊接技术中所存在的问题，并提出了关于发展低碳焊接技术的发展路径，以供同行参考。

关键词：低碳经济；焊接技术；发展模式

一、低碳经济概述

低碳经济，主要指的是在经济模式中融入低能耗、低污染、低排放的发展理念，是人类继工业文明后的新发展。“低碳经济”的未来发展形态主要体现在“风能经济、氢能经济、核能经济”等方面。其本质上就是优化能源利用率和结构、追求绿色的发展目标，而究其核心便是创新技术、制度以及发展观念。低碳经济为节能减排、建立和谐社会进行了操作性的解释，是落实贯彻科学的发展观、打造节约型发展模式的本质性实践，是符合我党在十七大中制定的发展路径，是我国实现可持续发展的必然道路。

二、低碳焊接发展中存在的问题

（一）焊接技术未达轻量化要求

就汽车生产而言，轻量化的结构能够在很大程度降低原料的消耗、成本以及能源。而轻量化的汽车产品核心在生产技术的创新：首先是高强度、低密度的新材料零件对老旧零件的取代;其次是通过新工艺，简化或者轻型化零件及车身结构，例如使用新焊接技术、缩减材料填充等。但是，因为技术方面的限制，目前在生产汽车中所使用的焊接技术并不符合低碳要求，依旧需要非常多的焊点、焊缝来维持焊接的质量，使得汽车重量不断提升。不仅浪费了大量的生产材料，同时也加重了汽车的自重，与轻量化生产以及低碳经济理念存在着巨大的反差。

（二）焊接电源耗电大材料污染强

电焊机在焊接生产领域当中是重要的耗电设备，通过正负极的瞬间短路生成高温电弧对焊料以及被焊接的材料进行融化，以实现二者结合的目标，其本质上就是一个变压器。在近些年的统计数据中可以看出，电焊机的电力能源消耗在国内总发电量中占有较高的比例，是12类高耗能设备之一，具有“电老虎”的称号。

（三）自动化焊接技术有待提高

由于焊接操作具有工艺复杂、工作量大、工作环境差等特点，其质量完全依靠于工人的技术、经验，同时也由工人的情绪等因素有关。因此，发展自动化焊接技术对提高焊接质量、保障产品的稳定性有着十分关键的作用。而此过程中，焊接机器人的使用具有不可替代的重要作用。焊接操作的自动化能够在很大程度上避免人为因素对焊接工艺所造成的影响，虽说投资成本较大，但是与人工相比，焊接机器人所焊出的焊缝具有更高的质量及稳定性。而且劳动强度、工作环境得到了有效改善。然而，相较于发达国家，国内的自动化水平与设备在质量、水平以及应用等方面存在着极大的差距。

三、低碳焊接的模式与路径

（一）使用新型焊接方法，提高焊工操作水平

应用新型焊接方法能够在保障工作效率的同时提升能源利用率，实现最大化的经济收益。电阻焊作为一种焊接技术具有高质量、高效率、成本低等特点，在操作中无需添加其他焊接材料。不仅可以降低材料的消耗，同时还能够控制产品的整体重量，是轻量化焊接技术中不可或缺的方法。而激光拼焊，主要是通过激光进行板材的焊接，通过最优化的结构、最佳的性能保证产品的轻量化。汽车生产中通过激光拼焊板，对汽车的零件进行冲压成形，对控制汽车总重，节约材料，精简工序，减少成本，提升效率等方面有着非常关键的作用。

（二）研制节能焊接设备，发展低污染焊接材料

发展低碳、节能的焊接技术，是今后我国电焊设备的主流发展趋势。单从现阶段大规模使用的直流电焊机，由于其过高的电能损耗，急需得到深入的节能研究。而目前所提到的新型逆变技术，主要是将电网的定压定频交流“粗电能”转化为高频交流电，并精确控制转化后的电能，可最大化缓解焊接中的能源浪费，，促进焊接行业的可持续发展。利用次高频逆变焊机对工频点焊机进行取代之后，相关设备的投入以及年平均电力消耗依次降低了50.6%和62%，节能效果与设备经济性明显提升。此外，焊接电缆上的节能减排也具有非常大的潜力可以发掘。电缆方面的所具有的能耗是非常重要的一部分，在设计焊接工作现场以及设备布局时，需要充分考察电缆方面所造成的能源损耗，在最大程度上缩减电缆长度。可通过粗且短的电缆进行使用，这样可有效控制能源损耗，经济性更佳，而过长电缆的使用必定会影响焊机的动静特性以及对电弧的调节能力。

与此同时，焊接过程中所需要的使用的材料必须满足飞溅小、、无残渣等基本需要，最大程度上防止使用杂质多、有害物质高的材料。可使用焊接电流窄，强度低的焊条。在研发焊芯的工作中，需要紧紧围绕低碳环保的基本原则，在充分考察焊接质量的基础之上，最大化实现污染的降低，实现有效控制污染的效果。此过程中，金属药芯焊丝的质量提高与应用，是未来药芯焊丝发展的重要方向。铁粉焊条能够最大化实现焊接能源消耗的降低，在实际生产中正慢慢推行。铅及其化合物对人及环境均具有较大的危害，因此发展无铅钎料也是焊接材料未来发展的重要方向。

（三）发展计算机模拟技术，实现自动化焊接

焊接工作中所含有的学科类型非常之多，是复杂性极强的物理化学反应过程，其中所含有的变量类型极多且繁杂，单靠实验数据对焊接过程进行了解及控制，不仅与事实情况不符，同时人力、物力以及时间投入巨大。而随着计算机领域的不断发展，计算机模拟的焊接过程已然是强而有力的重要方法。计算机模拟技术的实现，为焊接技术的发展提供了便利条件。在工艺投产之前通过计算机进行反复多次的模拟，对焊缝刚强度进行精密的计算，缩减冗余的焊接，通过最优化的保护方案，降低能耗。

而在发展低碳经济的过程中，节能减排是其中的重要内容，而自动化技术是加速各领域实现节能减排的重要手段。自动化焊接技术能够切实保证工作效率的提升、产能的提高、能耗及污染的降低。当前，焊接机器人所具有的特点主要有稳定的焊接质量、优化劳动环境、提升生产效率等。自动化的焊接技术不但能实现流水线的焊接生产，缩减人力成本，同时还能够强化焊接的稳定性，避免人员因素对焊接质量所带来的影响。在对焊接自动化流程进行设计的过程中，需要对低碳焊接进行充足的考察，删减不必要的流程，以最少的材料、能耗获得最佳的焊接产品。

结束语

文中笔者以低碳经济背景下焊接技术的发展模式为基础，分析了当前发展低碳焊接技术所面对的困难，并有针对性的提出了关于发展低碳焊接技术的基本路径。尽最大可能降低焊接技术及其材料对环境所造成的影响，但国内在研究低碳焊接技术及材料的成果还较少。在未来的焊接技术发展中，需逐步实现“零污染”焊接技术的应用，顺应科学发展观对焊接领域所提出的基本需求。

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