Prihodnja tehnologija varjenja

Trenutno je varjenje postalo nova integrirana tehnologija. Z vse pomembnejšo vlogo varilne tehnologije v nacionalnem gospodarstvu se je povečala stopnjavarilna tehnologijaje postal pomemben simbol napredne stopnje nacionalne industrije, zato intenzivno razvija celovite sklope varilne opreme, tehnologijo umetne inteligence, tehnologijo obdelave informacij, digitalno tehnologijo za nadzor varilne moči, inteligentno tehnologijo za nadzor kakovosti varjenja in proizvodni proces varjenja.tehnologija robotskega varjenjaRazvoj sodobnih varilnih materialov, ki ustrezajo proizvodnim potrebam, bo zagotovo igral pomembno vlogo pri izgradnji inovativne in energetsko varčne države.

Prvič, trenutni trend razvoja domače in tuje varilne tehnologije

Varjenje je pomembna osnovna tehnologija, njen razvoj pa je odvisen od razvoja sodobne znanosti in tehnologije. Varilna tehnologija ima le stoletno zgodovino, vendar se zelo hitro razvija. Od 20. stoletja, zlasti v zadnjih dveh ali treh desetletjih, se je z izjemnim razvojem znanosti in tehnologije pojavila neskončna vrsta novih varilnih tehnologij, novi dosežki v sodobni znanosti in tehnologiji, kot so fizika plazme, elektronski žarek, infrardeči žarki, vakuum, ultrazvok, akustika, mikroelektronika itd., pa so se pogosto uporabljali pri varjenju. Uporaba nove tehnologije je postavila temelje za razvoj varilne tehnologije, izboljšala njene zmogljivosti in razširila obseg uporabe. Trenutno se je oblikovalo na desetine varilnih metod z različnimi značilnostmi. Varilna tehnologija se pogosto uporablja v energetiki, prometu, kemični industriji, strojništvu, specialni opremi, elektroniki, vesoljski industriji, nafti in mnogih drugih področjih. Lahko rečemo, da so novi dosežki sodobne znanosti in tehnologije vse bolj prodrli na področje varjenja in spodbudili hiter razvoj sodobne varilne tehnologije.

(A) razvojvarilna opremain metode varjenja

V zadnjih desetletjih so se s hitrim razvojem znanosti in tehnologije močno razvili tudi varilna oprema in metode varjenja. Trenutno so izjemne značilnosti tuje varilne opreme visoka natančnost, visoka kakovost, visoka zanesljivost, digitalnost, inteligentno krmiljenje, obsežnost, integriranost in večnamenskost. Tako z vidika sestave proizvodnje kot tehnološkega razvoja se domača oprema razvija v smeri učinkovitega, avtomatiziranega, inteligentnega, energetsko varčnega in okolju prijaznega varjenja. Kitajska oprema za obločno varjenje se postopoma približuje domači ravni, prilagaja strukturo izdelkov, izboljšuje kakovost izdelkov, zato bi morala intenzivno razvijati inverterske napajalnike za varjenje ter avtomatske in polavtomatske varilne stroje, zlasti visoko učinkovite in energetsko varčne stroje za varjenje z ogljikovim dioksidom; tehnologija uporovnega varjenja za srednje in visoke moči bo glavna raziskovalna in razvojna smer; tehnologija elektromagnetne združljivosti bo popularizirana v varilni opremi.industrija varilne opremeNujno potrebujejo nizko porabo energije, zelene izdelke; Tehnologija in oprema za avtomatsko varjenje se razvijajo z izjemno hitrostjo, projekt Tri soteske, projekt prenosa plina zahod-vzhod, vesoljsko inženirstvo, pomorsko inženirstvo in drugi nacionalni obsežni osnovni inženirski razvoj ter vzpon domače avtomobilske industrije so učinkovito spodbudili razvoj in napredek napredne varilne tehnologije, zlasti tehnologije avtomatizacije varjenja; Varilni roboti in inteligentno varjenje bodo prav tako ustrezno razviti na specifičnih področjih in se bodo široko uporabljali; Povpraševanje po celotnih kompletih posebne varilne opreme se povečuje, obseg uporabe je širši, zahteve glede tehnične zmogljivosti so vse višje, oprema, ki bo ustrezala učinkovitemu novemu postopku, bo bolj zrela in priljubljena, domača podjetja za proizvodnjo opreme pa morajo doseči nove preboje na področju posebne, celotnih kompletov varilne opreme.

(2) Razvoj varilnih materialov

Z napredkom znanosti in tehnologije ter nenehnimi inovacijami industrijskih materialov je pojav novih materialov postavil nove izzive in zahteve za varilno tehnologijo. Na primer, uporaba visoko trdnega jekla, aluminijevih zlitin, zlitin na osnovi niklja in drugih materialov je močno spodbudila razvoj varilne tehnologije. Tradicionalne metode varjenja lahko pri delu s temi novimi materiali povzročijo nekatere težave, kot so deformacije pri varjenju, razpoke itd. Zato je razvoj novih varilnih postopkov in tehnologij za izboljšanje kakovosti in zanesljivosti varjenih spojev postal pomembna smer trenutnega razvoja varilne tehnologije. Trenutno je Kitajska na prvem mestu na svetu po proizvodnji varilnih materialov, vendar je razlika v strukturi varilnih materialov med industrijsko razvitimi državami zelo očitna. Da bi se prilagodile trendu varilne proizvodnje k visoki učinkovitosti, visoki kakovosti, nizkim stroškom in avtomatizaciji, razvite države, kot sta Združene države Amerike in Japonska, nenehno prilagajajo strukturo izdelkov varilnih materialov. Sredi osemdesetih let prejšnjega stoletja so tuje razvite države predstavljale približno 50 % deleža varilnih materialov, do začetka 21. stoletja pa je delež varilnih palic v porabi varilnih materialov v Evropi, Severni Ameriki in na Japonskem manjši od 20 %, kar pomeni, da trenutno avtomatizirano in polavtomatsko varjenje v razvitih državah predstavlja več kot 80 % celotne varilne obremenitve. Z razvojem varilnih materialov v razvitih državah in regijah, kot so Združene države Amerike, Japonska in Zahodna Evropa, je neizogiben razvojni trend zmanjševanja uporabe varilnih palic za ročno obločno varjenje in nenehnega povečevanja uporabe avtomatskih varilnih materialov. V naši državi je nujno razviti in proizvajati samozaščitno in površinsko obdelano žico z jedrom iz zdravil. Brezbakreno žico, ki jo uvajajo domači in tuji proizvajalci, bi morali imenovati žica s posebno prevleko, saj se zaradi različnih komponent prevleke in metod površinske obdelave različnih proizvajalcev razlikujejo tudi lastnosti žice. Odličen postopek premazovanja in površinske obdelave ne le preprečuje rjavenje in mazanje, ampak tudi ne povzroča nastajanja bakrenega prahu med varjenjem, kar lahko izboljša stabilnost varilnega obloka in zmanjša brizganje pri varjenju. Trenutno domači in tuji proizvajalci še naprej izboljšujejo ta postopek premazovanja in površinske obdelave žice, zato se pričakuje, da bosta ta žica in digitalni inverterski varilni aparat natančno nadzorovala prehod obloka, dosegla visoko učinkovitost, nizko brizganje pri visokem toku CO2 in dosegla enakovreden učinek varjenja s polnjeno žico, kar je prihodnja smer razvoja.

(3) Nove metode varjenja, varilna oprema in varilni materiali v prihodnosti

Po eni strani bi morali razviti nove metode varjenja, varilno opremo in varilne materiale za nadaljnje izboljšanje kakovosti in varnosti varjenja, kot je izboljšanje obstoječega obloka, plazemskega obloka, elektronskega žarka, laserja in drugih varilnih energij, uporaba elektronske tehnologije in krmilne tehnologije za izboljšanje procesne učinkovitosti obloka ter razvoj zanesljive in lahke metode sledenja obloku. Po drugi strani pa je treba izboljšati raven mehanizacije in avtomatizacije varjenja, kot je na primer varilni stroj za doseganje programskega nadzora, digitalni nadzor, razvoj posebnih varilnih strojev od procesa priprave in varjenja do nadzora kakovosti celotnega procesa avtomatizacije. V avtomatski proizvodni liniji za varjenje lahko spodbujamo in širimo uporabo CNC varilnih robotov in varilnih robotov, kar lahko izboljša raven varilne proizvodnje ter izboljša zdravje in varnost pri varjenju. V 21. stoletju se naša država sooča z velikim ciljem razvoja znanosti in tehnologije, hkrati pa se sooča z veliko vrzeljo med našo varilno tehnologijo in tujino, ki postavlja višje zahteve za varilce, zato moramo uporabljati sodobno znanost in tehnologijo ter si prizadevati za spodbujanje napredka in razvoja varilne tehnologije.

Ii. Prihodnost varilne tehnologije

Leta 2025 je bila varilna tehnologija v celoti vključena v ekologijo industrije 4.0, kar kaže na tri ključne značilnosti‌»Inteligentni pogon, natančna integracija, zeleno in trajnostno«‌.

‌inteligentna penetracija‌Stopnja penetracije industrijskega varilnega robota na svetovni trg je dosegla 67 %, stroški varilnih sistemov z umetno inteligenco pa so se zmanjšali za 40 %.

Materialne inovacije‌Heterogeni varilni postopki pokrivajo 90 % scenarijev lahke proizvodnje.

Cilj ogljične nevtralnosti‌Stopnja penetracije vodikovih varilnih strojev presega 30 %, intenzivnost emisij ogljika pri varjenju pa se bo v primerjavi z letom 2020 zmanjšala za 55 %.

(A) Smer preboja v osnovi prihodnje varilne tehnologije

Z razvojem proizvodnje v visokokakovostno in inteligentno smer varilna tehnologija uvaja naslednjo osrednjo prebojno smer‌

‌1. Inteligentni varilni sistem‌

‌Prilagodljivo varjenje z umetno inteligenco‌: ‌Varilni sistem, ki ga poganja umetna inteligenca‌Identifikacija varjenih spojev in optimizacija parametrov na podlagi globokega učenja za spremljanje kakovosti v realnem času in opozarjanje na napake.

· Prilagodljivi varilni robot lahko dinamično prilagaja pot in dovod energije za obvladovanje kompleksnih delovnih pogojev (kot je varjenje površin vesoljskih plovil). Varilni robot, opremljen z nevronsko mrežo, lahko v realnem času analizira toplotno deformacijo materiala in dinamično prilagaja varilne parametre (kot je varjenje kabine vesoljskega plovila iz titanove zlitine). Stopnja odkrivanja napak se poveča na 99,5 %, učinkovitost varjenja pa se poveča za 50 %.

‌Tovarna digitalnih dvojčkov‌Tehnologija virtualne simulacije skrajša razvojni cikel varilnega procesa za 70 % (primer: optimizacija varilnega procesa z baterijskim sklopom Tesla 4680). Virtualna simulacija se uporablja za napovedovanje deformacij varjenja in zmanjšanje stroškov poskusov in napak. Podpira daljinsko upravljanje 5G v okoljih z visokim tveganjem (kot je vzdrževanje jedrske elektrarne).

‌2. Visoko natančna energetska tehnologija‌

Ultra hitro lasersko varjenje‌Femtosekundno lasersko varjenje dosega natančnost na ravni mikronov pri pakiranju čipov in mikro medicinskih pripomočkov, kot je varjenje žic srčnih spodbujevalnikov.

Lasersko obločno varjenje kompozitnih materialov‌: kombinacija visoke natančnosti laserja in visoke penetracije loka, ki se uporablja za pakiranje baterij za nova energetska vozila.

·‌Vakuumsko varjenje z elektronskim žarkom: za doseganje ničelnega onesnaževanja pri spajanju titanovih zlitin in drugih težko varjenih materialov, ki se uporabljajo pri izdelavi medicinskih pripomočkov.

Nadgradnja hladnega prehoda kovin (CMT)‌Vnos toplote se zmanjša na 20 % tradicionalnega MIG-a, primernega za varjenje karoserij iz aluminijevih in litijevih zlitin (linija BMW i7).

‌3. Varjenje v vesolju in globokem morju‌

Izdelava lunarnih baz na kraju samem‌NASA uporablja tehnologijo vakuumskega elektronskega varjenja za varjenje kovinskih konstrukcij neposredno z ilmenitom v lunarni zemlji.

Popravilo globokomorskih cevovodov‌: globina tlaka podvodnega varilnega robota je presegla 6000 metrov (projekt naftnega in plinskega polja CNOOC v Južnem kitajskem morju).

4. ‌preboj v združljivosti materialov‌

Povezava z različnimi materiali‌

· Razvoj tehnologije hibridnih spojev iz aluminija/jekla, keramike/kovine in drugih hibridnih spojev za spodbujanje lahke konstrukcije (kot je zmanjšanje teže letal).

· kompozitno varjenje‌

· Ultrazvočno varjenje plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni (CFRP), za rešitev problema nezadostne trdnosti tradicionalnega postopka lepljenja.

5. Trajnostna nadgradnja‌stroj za varjenje z vodikom‌: nadomestite tradicionalno rezanje z acetilenom, dosežite ničelne emisije ogljika. Sistem za čiščenje varilnega dima‌: jedro nanofiltra + nadzor tveganja z umetno inteligenco, ki zajame 99,9 % škodljivih delcev.

(3) Ključni podatki o prihodnji tehnologiji varjenja in tržna napoved‌

Oprema za obločno varjenje, vključno z varilnimi aparati, napajalniki in drugimi dodatki, predstavlja približno polovico vse varilne opreme in naj bi letno rasla za 6 %. Tudi oprema za uporovno varjenje, vključno z varilnimi aparati, transformatorji, krmilniki in komponentami, bo rasla z visoko stopnjo rasti. Pričakuje se, da bosta plinsko varjenje in plinsko rezanje imela nižjo stopnjo rasti. Druga varilna oprema, kot so varjenje čepov, lasersko varjenje, varjenje s trenjem, varjenje z elektronskim žarkom in ultrazvočno varjenje, bo rasla hitreje. Robotska varilna oprema bo rasla z zelo visoko stopnjo, njen uvoz pa se bo še povečal, saj se večina varilnih izdelkov proizvaja zunaj Združenih držav Amerike. Ker so Združene države Amerike največja svetovna proizvajalka varilne in rezalne opreme, se bo izvoz varilne in rezalne opreme še naprej krepil. Obstajata dve kategoriji dodajnih kovin za varjenje: varilne palice in žice. Količina elektrod se bo iz leta v leto zmanjševala, količina žice, vključno s polno žico in polženo žico, pa se bo iz leta v leto povečevala. To je nepovraten trend razvoja.

Velikost trga‌Svetovni trg varilne tehnologije je‌218 milijard ameriških dolarjev‌(2025), s sestavljeno letno stopnjo rasti 9,3 %.

Delež tehnologije‌:

· Lasersko varjenje: 32 %

· Inteligentni varilni sistem: 28 %

· Zelena tehnologija varjenja: 25 %

· Regionalna rast‌Azijsko-pacifiška regija je prispevala 45 % povečanja, Kitajska pa je prevladovala v dobavni verigi nove energetske in polprevodniške varilne opreme.

· (4) Izzivi in ​​obeti prihodnje varilne tehnologije

‌‌Izziv‌:

Zanesljivost varjenja v ekstremnih okoljih (kot so ultra visokotemperaturni fuzijski reaktorji).

· Standardizacija nanometrskega varilnega procesa (3D zlaganje čipov).

· Vizija za leto 2030:

· Tehnologija kvantnega varjenja: uporaba principa kvantne prepletenosti za doseganje vezave materialov na atomski ravni.

· Biovarjenje: Raziskave in razvoj biorazgradljivega nizkotemperaturnega spajkanja na osnovi bioloških encimov.

· (2) Prihodnja področja uporabe varilne tehnologije v industriji

· Vozila z novo energijo

· Vesoljska in vesoljska industrija

· Medicinska oprema

· Arhitektura

· III. Povzetek prihodnje varilne tehnologije

· Skratka, trend razvoja in obeti varilne tehnologije so vznemirljivi. Z nenehnimi inovacijami materialov, opreme in avtomatizacijske tehnologije bo varilna tehnologija postopoma dosegla učinkovit, visokokakovosten in inteligenten razvoj. To bo zagotovilo več priložnosti in izzivov za razvoj predelovalne industrije. Vendar pa moramo tudi poglobljeno raziskovati in se nenehno spodbujati inovacije in napredek varilne tehnologije, da bi zadostili spreminjajočim se potrebam trga. Le z nenehnim prizadevanjem za inovacije in razvoj lahko varilna tehnologija igra pomembnejšo vlogo v prihodnjem industrijskem področju. Varilna tehnologija je prebila meje tradicionalne proizvodnje in postala središče interdisciplinarnih inovacij. V naslednjem desetletju bo njena navzkrižna integracija z umetno inteligenco, kvantnim računalništvom in bioinženiringom preoblikovala konkurenčno krajino svetovne vrhunske proizvodnje.