焊接行业发展战略技术指南

引言

最近出版的《焊接行业展望工作成果》描述了美国焊接行业（包括焊接工艺的使用者，焊接设备、焊接材料制造商，以及服务与焊接行业的人员）在未来20年的发展情况及其所面临的机遇。尽管《展望》所列的战略目标（见下文）极具挑战性，需要付出艰苦努力才能完成，但人们热切盼望着新世纪里焊接行业能够在世界上保持其竞争力。

尽管终端用户制造商通常并不认为自己是焊接行业的一部分，但先进的连接技术可以确保其使用最新的材料和设计，提高产品性能，减少生产成本，降低生产周期成本。由于现存供应体制的缺陷，有时候焊接产品制造商与用户之间的交流会存在障碍，因此制造商很难了解用户对其产品的评价以及用户的长期需求。当然，由于各行业对产品的要求不同，提高生产力压力的大小不同，因此各行业对焊接的需求也并不相同。

2020年焊接行业发展战略目标

成本/生产效率/市场增长

l 将焊接平均成本降低1/3

l 将焊接应用增加25%

加工技术

l 通过各层面将焊接集成到制造及建筑学科，强化焊接在制造和建筑操作中的使用。

材料技术

l 按照新的材料开发新的焊接技术，使实际加工方法与工程应用相适应。

质量技术

l 确保焊接成为六西格玛质量环境的组成部分。

教育与培训

l 提高各层次焊接存从业人员的基础知识水平

能源与环境

l 全面改善生产效率，节能50%.

事实上，每个建筑或制造行业都使用某种焊接技术，无论是在生产阶段或是在产品、加工设备的维修阶段。强烈依赖焊接行业并代表工业整体需求的四个工业部门为：

l 重工业

l 航空航天

l 石油/能源

l 汽车

《展望》中指出焊接行业面临的主要挑战有：材料开发、制造集成、施工队伍整合以及产品质量。本《焊接技术指南》阐述了工业领域针对上述挑战制定的战略，主要有：确保新型合金、材料的可焊性；将焊接集成到整个产品设计和制造过程中去；培养技术娴熟的工作人员以及消除“焊接接头是最脆弱连接”这种思想。未来几十年，焊接行业转变为以详细的物理数据为基础的严谨的科学体系，将对其战略目标的成功实现做出巨大贡献。

本指南的信息主要是由参加1999年10月在芝加哥以及2000年3月在休斯顿召开的研讨会的工业代表们（参加研讨会代表名单见附录）提供的。关于汽车工业一节的信息选自上一指南（与爱迪生焊接研究所联合准备）。

以下各章将对上述四个工业部门的研究需求进行探讨。对整个工业研究需求的综述将在指南的纲要部分列出。

2. 重工业

焊接，作为运输工具、农用设备（如轮船、火车、建筑设备及农用车）、制造业与采矿业常用机器及加工设备的制造及维修的一种常用的连接手段，具有悠久的传统。重工业还包括建设大型结构如采油平台\石化工厂、桥梁、建筑及其他类似结构的建造者。这些建造者通常被称为建筑公司，而不是制造商。焊接工艺应用在上述环节中，其发展情况同其他技术发展的步伐相比，并不能保持一致。因此，工作人员将会进行长期的研究工作，开发新的焊接工艺、更好的测量技术、完整的生产系统以提高成本效率，降低焊接成本。吸引高素质人员并保证其核心竞争力同样十分重要。

研究&开发挑战

重工业市场面临的研发挑战（或需要）被归纳为9个方面，并在示例2-1中列出。该示例也简单列出了每个方面研发的战略目标。

各个方面的研发挑战总结了期望目标以及在该方面所获成就。例如，在材料这方面的挑战就是将可焊性集成到材料开发（包括开发新型合金、填充金属、焊接材料）与产品设计中去。

示例2-2列出了详细的研发活动以提高重工业中焊接应用的进步。在每个方面，研发活动都按照时间期限被列出。在此期限内，如果立即展开研发工作，则可以取得有效成果。

最高优先级研发需要分析

示例2-2所列的研发活动被认为是完成行业战略目标的关键。下文将详细介绍高优先级研发需要及其对完成主要目标的预期影响。

示例2.1 重工业中焊接工艺的研究&发展挑战

研发方面	战略目标	挑战
质量	质量	通过开发传感器、控制器；使用检查设备， 实时数据采集，提高焊接产品的质量
加工	成本、市场加工、	使用非传统工艺、各种能源、自动化/机器人、减少焊后加工，降低焊接成本，扩大焊接应用
设计与模拟	成本、市场、质量	开发模型以及使用者友好界面来降低成本、提高质量、扩大焊接应用
自动化	成本、生产效率、质量	增加自动化/机器人的应用，降低成本，提高生产效率
传感器与监控器	质量、生产效率	开发新型传感器、监控器、自动检测装置，提高焊接质量和生产效率
材料	材料、成本、环境	增强合金/填充金属的开发；将结构设计、材料开发和制造结合起来.
教育	教育/培训	改变对焊接的负面印象，吸引年轻的工作人员，保证全球焊接人员的技术水平
环境	环境	降低材料与能源消耗，把焊接对自然资源的影响降低到最小；消除烟尘、噪音和辐射，使工作环境更具吸引力
战略事项	成本、质量、教育/培训	开发知识管理体系；设定技术标准；使用测量方法确定在完成战略目标方面的进步情况；设立论坛决定并开展任务；支持全球技术意识的高度发展。

示例2-2.重工业焊接研发需求（按预期成果时间框架） 2000 2010 2020 图示：★最高优先级 ☆较高优先级 〇高优先级
质量
〇实时质量系统 适用标准 简化的焊接评定程序
	工艺
超声波冲击处理，强化和修复	〇评估建筑业/重工业中激光技术对程序控制（如热输入、熔化金属）的作用 〇加强固态焊在重工业中的应用	〇全面开发各种能源，包括激光及电子束，但不局限与此 〇消除焊件中的变形与残余应力 焊缝无皱（光滑）、性能好、外观佳 焊后热处理的非加热（冶金学的）方法 太阳能焊接系统
	设计与模拟
☆微机集成制造CIM/自动化与自动化测试 详细的设计指南； 设计者及制造者都应重视可制造性及经济性	☆当前产品/工艺仿真与开发
	自动化
☆将精密测量技术和传感器集成到自动焊割系统中去	〇易于编程、灵活、敏捷的焊接机器人的应用
	传感器与监控器
〇改进的尺度测量及对现存测量技术的评价 现场实时记录焊接条件	对较大/较厚/不规则焊接接头包含人工智能焊接的反馈控制 对操作者更友好的激光束跟踪系统	〇实时缺欠探测技术系统 对材料的（嵌入式传感器/智能焊件）非破坏性评估 ——原始工艺确认 ——决定材料适用性
〇焊 接 领 域 测 量 残 余 应 力 与 应 力 集 中 的 手 持 设 备

示例2-2.重工业焊接研发需求（按预期成果时间框架） 2000 2010 2020 图示：★最高优先级 ☆较高优先级 〇高优先级
材料
〇新材料、新型合金的工艺控制以及填充金属 总体上开发更多合金	〇较长期内更多关注焊后热处理的要求（如显微结构） 〇对焊件寿命评估的研究,包括非破坏性评估	★焊接工艺及材料，提高生产效率的同时降低热量、噪音、烟尘等 〇改进异种材料的焊接 〇取代铬、镍的焊接材料的基本研究 材料和/或工艺开发，确保焊接铝合金时，将材料性能的损伤降低到最小
★新材料开发中包含材料的可焊性和可制造性
	教育
使用者手持式学习工具	〇政府与工业联合举办的焊接操作人员培训计划
★开设并实施将焊接集成到工程领域中去的虚拟课程
	环境