В настоящее время сварка стала новой интегрированной технологией. В связи с возрастающей ролью сварочных технологий в национальной экономике, уровень их развития постоянно повышается.технология сваркиКомпания стала значимым символом передового уровня развития отечественной промышленности, поэтому активно разрабатываются комплексные решения в области сварочного оборудования, технологий искусственного интеллекта, информационных технологий, цифровых технологий управления мощностью сварки, интеллектуальных технологий контроля качества сварки и технологического процесса сварочного производства.роботизированная технология сваркиРазработка современных сварочных материалов, отвечающих производственным потребностям, безусловно, сыграет важную роль в построении инновационной и энергосберегающей страны.
Во-первых, текущие тенденции развития отечественных и зарубежных сварочных технологий.
Сварка — важная базовая технология, развитие которой зависит от развития современной науки и техники. Технология сварки имеет всего столетнюю историю, но её развитие происходит очень быстро. Начиная с XX века, особенно в последние два-три десятилетия, благодаря беспрецедентному развитию науки и техники, бесконечно появлялись новые технологии сварки, и новые достижения современной науки и техники, такие как физика плазмы, электронный луч, инфракрасное излучение, вакуум, ультразвук, акустика, микроэлектроника и т. д., широко применялись в сварке. Применение новых технологий заложило основу для развития технологии сварки, повысило её возможности и расширило сферу применения. В настоящее время сформировались десятки методов сварки с различными характеристиками. Технология сварки широко используется в энергетике, транспорте, химической промышленности, машиностроении, производстве специального оборудования, электронике, аэрокосмической отрасли, нефтяной промышленности и многих других областях. Можно сказать, что новые достижения современной науки и техники всё больше проникают в область сварки и способствуют быстрому развитию современной сварочной техники.
(А) развитиесварочное оборудованиеи методы сварки
В последние десятилетия, с быстрым развитием науки и техники, сварочное оборудование и методы сварки также значительно усовершенствовались. В настоящее время отличительными чертами зарубежного сварочного оборудования являются высокая точность, высокое качество, высокая надежность, цифровое и интеллектуальное управление, крупномасштабность, интегрированность и многофункциональность. Как с точки зрения структуры производства, так и с точки зрения развития технологий, отечественная промышленность развивается в направлении эффективной, автоматизированной, интеллектуальной, энергосберегающей и экологически чистой сварки. Китайское оборудование для дуговой сварки постепенно приближается к отечественному уровню, необходимо корректировать структуру продукции, повышать ее качество, активно развивать инверторные сварочные источники питания и автоматические, полуавтоматические сварочные аппараты, особенно высокоэффективные и энергосберегающие аппараты для сварки углекислым газом; технология контактной сварки средней и высокой мощности является основным содержанием исследований и направлением развития; технология электромагнитной совместимости будет популяризирована в сварочном оборудовании.сварочное оборудованиеСуществует острая необходимость в энергоэффективной и экологически чистой продукции; автоматизированные сварочные технологии и оборудование развиваются с беспрецедентной скоростью. Проект «Три ущелья», проект газопровода «Запад-Восток», развитие крупномасштабных национальных базовых инженерных проектов в аэрокосмической и морской отраслях, а также подъем отечественной автомобильной промышленности эффективно способствовали развитию и прогрессу передовых сварочных технологий, особенно технологий автоматизации сварки; сварочные роботы и интеллектуальная сварка также будут соответствующим образом развиваться и широко применяться в конкретных областях; спрос на комплектные наборы специального сварочного оборудования растет, область применения расширяется, требования к техническим характеристикам постоянно повышаются, оборудование, отвечающее новым эффективным технологическим процессам, становится все более зрелым и востребованным. Отечественным предприятиям машиностроения необходимо совершать прорывы в разработке специальных комплектных сварочных наборов.
(2) Разработка сварочных материалов
С развитием науки и техники и непрерывным внедрением инноваций в промышленные материалы, появление новых материалов поставило перед сварочными технологиями новые задачи и требования. Например, применение высокопрочной стали, алюминиевых сплавов, никелевых сплавов и других материалов значительно способствовало развитию сварочных технологий. Традиционные методы сварки могут иметь некоторые проблемы при работе с этими новыми материалами, такие как деформация при сварке, трещины и т. д. Поэтому разработка новых сварочных процессов и технологий для повышения качества и надежности сварных соединений стала важным направлением современного развития сварочных технологий. В настоящее время Китай занимает первое место в мире по объему производства сварочных материалов, но в структуре сварочных материалов и развитых странах мира существует явный разрыв. Чтобы соответствовать тенденции развития сварочного производства в сторону высокой эффективности, высокого качества, низкой стоимости и автоматизации, развитые страны, такие как США и Япония, постоянно корректируют структуру продукции сварочных материалов. В середине 1980-х годов на долю развитых стран приходилось около 50% сварочных материалов, к началу XXI века в Европе, Северной Америке и Японии доля сварочных электродов в потреблении сварочных материалов сократилась до менее чем 20%, то есть в настоящее время автоматизированная и полуавтоматическая сварка в развитых странах составляет более 80% от общего объема сварочных работ. Развитие сварочных материалов в развитых странах и регионах, таких как США, Япония и Западная Европа, неизбежно приводит к сокращению использования сварочных электродов для ручной дуговой сварки и постоянному увеличению использования материалов для автоматической сварки. В нашей стране остро стоит задача разработки и производства проволоки с лекарственным покрытием и защитным покрытием. Что касается бесмедной проволоки, предлагаемой отечественными и зарубежными производителями, её следует называть проволокой со специальным покрытием, поскольку из-за различий в составе покрытия и методах обработки поверхности у разных производителей характеристики проволоки также различаются. Превосходный процесс нанесения покрытия и обработки поверхности не только предотвращает коррозию и обеспечивает смазку, но и не образует медной пыли во время сварки, а также повышает стабильность дуги сварочной проволоки и уменьшает разбрызгивание при сварке. В настоящее время отечественные и зарубежные производители продолжают совершенствовать этот процесс нанесения покрытия и обработки поверхности проволоки. Ожидается, что использование этой проволоки и цифрового инверторного сварочного аппарата для точного контроля перехода дуги позволит достичь высокой эффективности, низкого разбрызгивания и высокотоковой сварки CO2, обеспечивая эффект, эквивалентный сварке порошковой проволокой, что является перспективным направлением развития.
(3) Новые методы сварки, сварочное оборудование и сварочные материалы в будущем
С одной стороны, необходимо разрабатывать новые методы сварки, сварочное оборудование и сварочные материалы для дальнейшего повышения качества сварки и надежности безопасности, например, улучшать существующие методы сварки: дуговую, плазменную, электронно-лучевую, лазерную и другие, использовать электронные технологии и технологии управления для повышения эффективности процесса сварки и разработать надежный и легкий метод отслеживания дуги; с другой стороны, необходимо повышать уровень механизации и автоматизации сварки, например, внедрять программное управление сварочными аппаратами, цифровое управление, разрабатывать специальные сварочные аппараты, автоматизируя весь процесс от подготовки и сварки до контроля качества, внедрять и расширять использование сварочных роботов с ЧПУ и обычных сварочных роботов, что позволит повысить уровень сварочного производства и улучшить условия труда и техники безопасности при сварке. В XXI веке, сталкиваясь с грандиозной целью научно-технического развития нашей страны и огромным разрывом между нашими сварочными технологиями и зарубежными странами, что предъявляет более высокие требования к сварщикам, мы должны использовать современные научные и технологические достижения и стремиться к прогрессу и развитию сварочных технологий.
II. Перспективы развития сварочных технологий.
В 2025 году сварочные технологии были полностью интегрированы в экосистему Индустрии 4.0, демонстрируя три ключевые особенности«Интеллектуальный привод, точная интеграция, экологичность и устойчивость».
интеллектуальное проникновениеУровень проникновения промышленных сварочных роботов на мировой рынок достиг 67%, а стоимость систем сварки с использованием искусственного интеллекта снизилась на 40%.
Инновации в материалахГетерогенные процессы сварки охватывают 90% сценариев производства легких конструкций.
Цель достижения углеродной нейтральностиДоля использования водородных сварочных аппаратов превысит 30%, а интенсивность выбросов углерода при сварке снизится на 55% по сравнению с 2020 годом.
(A) Перспективное направление прорыва в области сварочных технологий.
В условиях развития высокотехнологичного и интеллектуального производства сварочные технологии открывают следующие ключевые прорывные направления.
1. Интеллектуальная система сварки
Адаптивная сварка с использованием ИИ: система сварки с использованием искусственного интеллектаИдентификация сварных швов и оптимизация параметров на основе глубокого обучения для реализации мониторинга качества в реальном времени и предупреждения о дефектах.
· Адаптивный сварочный робот способен динамически корректировать траекторию и подводимую энергию для работы в сложных условиях (например, сварка поверхностей космических аппаратов). Сварочный робот, оснащенный нейронной сетью, может в режиме реального времени анализировать термическую деформацию материала и динамически корректировать параметры сварки (например, сварка титанового сплава кабины космического аппарата). Это позволяет повысить процент обнаружения дефектов до 99,5% и эффективность сварки на 50%.
Фабрика цифровых двойниковТехнология виртуального моделирования сокращает цикл разработки процесса сварки на 70% (пример: оптимизация процесса сварки аккумуляторной батареи Tesla 4680). Виртуальное моделирование используется для прогнозирования деформации при сварке и снижения затрат на метод проб и ошибок. Поддерживает дистанционное управление операциями в условиях высокого риска (например, при техническом обслуживании атомных электростанций) с использованием 5G.
2. Высокоточные энергетические технологии
Сверхбыстрая лазерная сваркаФемтосекундная лазерная сварка обеспечивает точность на микронном уровне для упаковки микросхем и микромедицинских устройств, таких как сварка проводов кардиостимуляторов.
Лазерно-дуговая сварка композитных материалов: сочетает в себе высокую точность лазера и высокую проникающую способность дуги, используется для упаковки аккумуляторов электромобилей.
·Вакуумная электронно-лучевая сварка: обеспечивает экологически чистое соединение титановых сплавов и других трудносвариваемых материалов, используемых в производстве медицинских изделий.
Модернизация системы перехода на холодный металл (CMT)Тепловой поток снижен до 20% по сравнению с традиционной MIG-сваркой, что подходит для сварки кузовов из алюминиево-литиевых сплавов (серия BMW i7).
3. Космическая и глубоководная сварка
Изготовление лунных баз непосредственно на местеНАСА использует технологию вакуумной электронно-лучевой сварки для непосредственной сварки металлических конструкций ильменитом в лунном грунте.
Ремонт глубоководных трубопроводов: глубина погружения подводного сварочного робота превысила 6000 метров (проект нефтегазового месторождения CNOOC в Южно-Китайском море).
4. прорыв в области совместимости материалов
Соединение разнородных материалов
· Разрабатывать технологии соединения алюминия и стали, керамики и металла, а также другие гибридные технологии для содействия облегчению конструкций (например, снижению веса самолетов).
· композитная сварка
· Ультразвуковая сварка углеродного волокна, армированного пластиком (CFRP), позволяет решить проблему недостаточной прочности традиционных методов склеивания.
5. Устойчивая модернизацияаппарат для водородной сваркиЗамена традиционной ацетиленовой резки, достижение нулевых выбросов углерода. Система очистки сварочного дыма.: нанофильтр с ядром + контроль рисков на основе ИИ, улавливающий 99,9% вредных частиц.
(3) Ключевые данные о будущих технологиях сварки и прогноз рынка
Оборудование для дуговой сварки, включая сварочные аппараты, источники питания и другие комплектующие, составляет около половины всего сварочного оборудования и, как ожидается, будет расти на 6% в год. Оборудование для контактной сварки, включая сварочные аппараты, трансформаторы, контроллеры и компоненты, также будет расти высокими темпами. Газовая сварка и газовая резка, как ожидается, будут иметь более низкие темпы роста. Другие виды сварочного оборудования, такие как контактная сварка, лазерная сварка, сварка трением, электронно-лучевая сварка и ультразвуковая сварка, будут расти быстрее. Роботизированное сварочное оборудование будет расти очень высокими темпами, и его импорт будет увеличиваться еще больше, поскольку большая часть сварочного оборудования производится за пределами США. Поскольку США являются крупнейшим в мире производителем сварочного и режущего оборудования, экспорт сварочного и режущего оборудования будет продолжать укрепляться. Существует две категории сварочных присадочных металлов: сварочные прутки и проволока. Количество электродов будет уменьшаться из года в год, в то время как количество проволоки, включая сплошную и порошковую, будет увеличиваться из года в год. Это необратимая тенденция развития.
Размер рынка: Мировой рынок сварочных технологий218 миллиардов долларов США(2025 г.), со среднегодовым темпом роста 9,3%.
Технологическая доля:
· Лазерная сварка: 32%
· Интеллектуальная система сварки: 28%
· Экологически чистая технология сварки: 25%
· Региональный ростНа долю Азиатско-Тихоокеанского региона пришлось 45% роста, при этом Китай доминировал в цепочке поставок нового энергетического и полупроводникового сварочного оборудования.
· (4) Проблемы и перспективы будущих технологий сварки
Испытание:
Надежность сварки в экстремальных условиях (например, в термоядерных реакторах со сверхвысокой температурой).
· Стандартизация процесса сварки наноразмерных материалов (3D-стекирование чипов).
· Видение на 2030 год:
· Технология квантовой сварки: использование принципа квантовой запутанности для достижения соединения материалов на атомном уровне.
· Биосварка: исследования и разработка биоразлагаемого низкотемпературного припоя на основе биологических ферментов.
· (2) Перспективные области применения сварочных технологий в промышленности
· Новые энергетические транспортные средства
· Аэрокосмическая отрасль
· Медицинское оборудование
· Архитектура
· III. Краткий обзор перспективных технологий сварки
· Одним словом, тенденции развития и перспективы сварочных технологий захватывают дух. Благодаря непрерывным инновациям в материалах, оборудовании и технологиях автоматизации, сварочные технологии постепенно будут развиваться эффективно, качественно и интеллектуально. Это создаст больше возможностей и вызовов для развития обрабатывающей промышленности. Однако нам также необходимы углубленные исследования и разработки, а также постоянное продвижение инноваций и прогресса в сварочных технологиях для удовлетворения меняющихся потребностей рынка. Только постоянное стремление к инновациям и развитию позволит сварочным технологиям играть более важную роль в будущей промышленной сфере. Сварочные технологии преодолели границы традиционного производства и стали центром междисциплинарных инноваций. В следующем десятилетии их интеграция с искусственным интеллектом, квантовыми вычислениями и биоинженерией изменит конкурентную среду глобального высокотехнологичного производства.
Дата публикации: 14 марта 2025 г.
