(2000-2020)美国焊接产业展望(5)

 

信息技术的发展

基于严格的工程分析、数值模拟的焊接工艺和以计算机为基础的自动化制造技术将得到广泛地应用,而且将在很大程度上依赖信息技术。与此类似,信息技术对于焊接市场而言将更为重要,并呈国际化趋势,即在国内外帮助节约商务运作的成本、提高生产效率。通过焊接产品寿命成本的建模分析,设计者可以在早期确定新产品是否采用焊接。计算机将用于解决与焊接相关的一些复杂问题。诸如网络技术之类的信息技术的发展被视为以无法想象的方式影响焊接未来的重要驱动力。支持焊接应用成本效率的决策工具需要由产品开发人员和制造工程师掌握。

焊接工业没有必要做“重复的工作”,但应当具备广泛可用的程序。通过采用信息技术,新的发现得以迅速推广并准确地用于焊接行业的其他企业。行业的各个部门没有必要到处收集信息或重复已进行过的研究。

此外,为了便于解决问题,以往的解决方法应记录在数据库里。焊接工业应率先建立并维持这些基础知识体系,以便感兴趣的各方共同分享焊接行业的技术进展。比如,经历过接头失效的制造商可以使用这些失效的“经验教训”来改进连接技术和系统设计,并将这一信息传递给其他企业。

质量、可靠性和使用性能

从现在到2020年,焊接接头将被广泛地接纳为制造产品更好的设计选择,其原因在于接头的质量、可靠性和使用性能都得到了改进并超过了当今的高标准。焊接工业界将致力于消除那些焊接死角,这些死角是由于材料、工艺及能力限制而无法保证质量所形成的。焊接将和其产品一道提供使用功能和耐用性能

竞争的压力将驱使制造产品向具有零缺陷和寿命期内的可修复性方向发展。尽管每个产品都有缺陷或瑕疵,众所周知的挑战就是缺陷的等级是否可以满足所期望的产品运行要求。因为连接部分通常被认为是制造结构中的薄弱环节,它们往往得到设计者特殊的关注以试图获得竞争优势。虽然在产品的制造方面强调无缺陷和高质量,为了保持性能,延长复杂、贵重产品的使用寿命,还应确保用户具备必要的修复技术。

工业界还将集成信息技术到未来的事故起源分析、焊接产品的设计改进等方面。制造商需要准确地预测焊缝和焊件的使用性能。模拟技术将再次被用来将制造循环的这些链接部分建模。模拟并分析焊接接头的能力将在改进焊接接头质量方面成为一个重要的阶段。在大多数焊接产品按高标准制造的时候,工业界正在开展一个运动,即在所有的焊接制造过程中坚持更严格的“六西格玛质量”循环。术语“六西格玛”是指焊缝是一个可靠性很高,通常在一些关键产品(如:飞机和桥梁)所要求。这个质量等级要求99.999%的焊缝应超过规定的标准。

需要予以更多关注的另一个部分就是工业界的非破坏性检测技术。在开始焊接之前,模拟技术也将用来预测焊缝和焊件的性能。用户将具备这种制造的金属产品在其整个寿命期内完善性的监测能力。

作为产品质量的一部分,用户越来越多地注重焊缝的外观质量,特别是在焊缝可见的产品中。一些异种金属(如钢和镍合金)焊缝很难达到这种外形要求。因此,未来工业界的一个驱动力就是致力于改进焊缝的外观质量。

标准和规程

政府可能会采用新的规则或标准以限制工业界的能源消耗和对环境的破坏。这种强制性的约束将会影响到不同连接方法的选择。  

为了在未来全球快速变化的制造环境保持一席之地,美国焊接工业希望采用一整套柔性的标准和法规体系。主要的挑战就是采用一系列被全球所接受的国际标准,以确保制造商可以在任何市场竞争而勿需做多重设计。改变工业标准和规程不是一件容易的事情,但这些改变将有助于增加新的连接技术在世界范围内的接受程度。当然需要对标准进行集中控制,这种集权或许不一定非得通过政府。这种集权将有助于简化焊接产品的认证,减轻工业界对失效产品的责任

涉及焊接工业规则的另一个法律事项就是知识产权问题,特别是有关合作研究开发协议(CRADAs)或其他政府合作框架下的研究成果。这些需要在某个法律文件中做清晰的说明以便保护有关各方的利益。

产品和过程的集成

焊接操作必须更完整地集成到敏捷制造过程和过程控制方案中。这将依次压缩从设计到开始生产和交货之间的时间。不管设计是否与新的材料、产品或制造工艺有关,焊接将在设计过程的早期阶段做考虑。各方之间的这种信息沟通对于集成的成功非常重要。它甚至就象焊接和焊缝的检测集成在一个操作

焊接的自动化程度将随着焊接集成到整个制造设计,并与信息系统的协调发展而变得更高。这些计算机化的系统将更容易地将焊接集成到相关的制造工序里。焊接可能与敏捷制造的“工作单元”相结合,即把焊接技术嵌入所需的施工现场。当然,这些链接的监控将成为操作的组成部分。这类自动化也有助于缓解培训合格焊工短缺的压力,并减少一些单调、乏味或具有潜在危险作业环境中对手工操作者的需求。

未来要求焊接的产品将由可焊的材料(诸如高强度钢)组成。这些可焊的材料也是包含着为监测焊件寿命循环期使用性能而嵌入了电脑芯片的智能材料。这些材料可能在未来十年内增加使用焊接作为连接技术的新机遇。

将焊接集成在设计过程是“集成产品和过程”关键驱动力的一个重要组成部分。目前,焊接工业正处在“应召”状态,即在加工阶段有焊接需求时就实行焊接操作。在未来,焊接模型将是焊接集成到整个制造循环新的重点。

材料的开发

在焊接领域内,深入了解被焊材料的冶金性能是一种基本需求。焊接和材料工程师将开发新的材料并使用现有的材料,这些材料经过特殊设计可以焊接世界级的制造产品。同样,随着新型材料的开发,焊接工业将开发新的技术以确保其焊接性。

包括材料的开发在内,这个领域的新理念就是减少对能源的需求。预热和焊后热处理要使用较少的能源。“智能型”材料将微型芯片嵌入材料内部,在材料经历制造加工时监测其物理特性,并保证工程师准确了解材料在使用中的行为。

为了开发新的焊接材料,改进焊接相关产品的纯度(如气体、填充丝),需要进行一些研究。这些事项将在第六章有关材料作为未来焊接工业关键挑战因素的讨论中做更详细的描述。

安全与健康  

过去所看到的焊接环境往往是黑暗、肮脏而且充满危险的。这种认识正在改变,而且将不断变化,因为教育和培训增加了工人对新开发焊接技术的了解。在2020年,车间的地面将同以往大不一样。施工队伍需求、政府法规、变化着的商务实践及增长的环境意识将驱使制造环境向更安静、更整洁、更健康、更安全和“更具人性化”的方向发展。

用户也对他们所购买的产品顾虑更少。在未来十年内,产品将按照自动防止故障危害的方式制造,因而使用安全性更好

新技术战略

美国工业界要引导技术发展,而技术发展会带来符合用户要求的新产品快速/柔性制造。为了达到这一目的,将采取下列策略:

1 使现有工艺更可靠、更稳定;

2 应用更多过程自动化;

3 根据新材料的开发发展现有的焊接技术;

4 为了优化产品的性能,按照需求开发可促进金属、玻璃、陶瓷、塑料和其他材料连接的工艺和方法;

5 焊接要求和焊接知识集成到整个制造计划和管理信息系统(MIS)的实施方法。