Наразі зварювання стало новою інтегрованою технологією. Зі зростанням значної ролі зварювальних технологій у національній економіці, високий ступіньтехнологія зварюваннястав значним символом передового ступеня національної промисловості, тому енергійно розробляє комплекти зварювального обладнання, технології штучного інтелекту, технології обробки інформації, цифрові технології керування потужністю зварювання, інтелектуальні технології контролю якості зварювання, виробничий процес зварювання.технологія роботизованого зварювання, розробка сучасних зварювальних матеріалів, що відповідають потребам виробництва, безумовно, відіграватиме важливу роль у побудові інноваційної та енергозберігаючої країни.
По-перше, сучасна тенденція розвитку вітчизняних та зарубіжних технологій зварювання
Зварювання є важливою базовою технологією, і її розвиток залежить від розвитку сучасної науки і техніки. Технологія зварювання має лише столітню історію, але її розвиток відбувається дуже стрімко. З 20-го століття, особливо в останні два-три десятиліття, з безпрецедентним розвитком науки і техніки, нескінченно з'являлося безліч нових технологій зварювання, і нові досягнення сучасної науки і техніки, такі як фізика плазми, електронний промінь, інфрачервоне випромінювання, вакуум, ультразвук, акустика, мікроелектроніка тощо, широко використовуються в зварюванні. Застосування нових технологій заклало основу для розвитку технології зварювання, розширило можливості технології зварювання та розширило сферу її застосування. Наразі сформовано десятки методів зварювання з різними характеристиками. Технологія зварювання широко використовується в енергетиці, транспорті, хімічній промисловості, машинобудуванні, спеціальному обладнанні, електроніці, аерокосмічній, нафтовій та багатьох інших галузях. Можна сказати, що нові досягнення сучасної науки і техніки все більше проникають у сферу зварювання та сприяють швидкому розвитку сучасної технології зварювання.
(А) розвитокзварювальне обладнаннята методи зварювання
В останні десятиліття, завдяки швидкому розвитку науки і техніки, зварювальне обладнання та методи зварювання також значно розвинулися. Наразі визначними характеристиками зарубіжного зварювального обладнання є висока точність, висока якість, висока надійність, цифрове керування, інтелектуальне керування, масштабність, інтегрованість та багатофункціональність. Як з точки зору структури виробництва, так і з точки зору розвитку технологій, вітчизняне розвивається в напрямку ефективного, автоматизованого, інтелектуального, енергозберігаючого та екологічно чистого зварювання. Китайське дугове зварювальне обладнання поступово наближається до вітчизняного рівня, коригуючи структуру продукції, покращуючи якість продукції, слід активно розвивати інверторні джерела живлення для зварювання та автоматичні, напівавтоматичні зварювальні апарати, особливо високоефективні та енергозберігаючі зварювальні апарати з вуглекислим газом; технологія контактного зварювання середньої та високої потужності як основний напрямок досліджень та розробок; технологія електромагнітної сумісності буде популяризована в зварювальному обладнанні.промисловість зварювального обладнаннятерміново потребує низького енергоспоживання, екологічно чистих продуктів; технології та обладнання автоматичного зварювання розвиваються з безпрецедентною швидкістю, проект «Три ущелини», проект газотранспортування захід-схід, аерокосмічна інженерія, морська інженерія та інші національні масштабні розробки базової інженерії, а також зростання вітчизняної автомобільної промисловості ефективно сприяли розвитку та прогресу передових технологій зварювання, особливо технологій автоматизації зварювання; зварювальні роботи та інтелектуальне зварювання також будуть відповідно розроблені в певних галузях та широко використовуватися; попит на комплекти спеціального зварювального обладнання зростає, діапазон застосування розширюється, вимоги до технічних характеристик стають все вищими, обладнання, що відповідає ефективним новим процесам, буде більш зрілим та популярним, вітчизняним підприємствам з виробництва обладнання необхідно зробити нові прориви у спеціальному, комплектному зварювальному обладнанні.
(2) Розробка зварювальних матеріалів
З розвитком науки і техніки та постійним впровадженням промислових матеріалів, поява нових матеріалів висунула нові виклики та вимоги до технології зварювання. Наприклад, застосування високоміцної сталі, алюмінієвих сплавів, сплавів на основі нікелю та інших матеріалів значно сприяло розвитку технології зварювання. Традиційні методи зварювання можуть мати деякі проблеми при роботі з цими новими матеріалами, такі як деформація зварювання, тріщини тощо. Тому розробка нових процесів і технологій зварювання для покращення якості та надійності зварних з'єднань стала важливим напрямком сучасного розвитку технології зварювання. Наразі Китай посідає перше місце у світі за обсягами виробництва зварювальних матеріалів, але в структурі зварювальних матеріалів та промислово розвинених країн розрив дуже очевидний. Щоб адаптуватися до тенденції виробництва зварювальних матеріалів до високої ефективності, високої якості, низької вартості та автоматизації, розвинені країни, такі як США та Японія, постійно коригують структуру продукції зварювальних матеріалів. У середині 1980-х років на розвинені країни припадало близько 50% зварювальних матеріалів, а на початку 21 століття в Європі, Північній Америці та Японії частка зварювальних стрижнів становила менше 20%, тобто сучасне автоматизоване та напівавтоматичне зварювання в розвинених країнах становило понад 80% всього зварювального навантаження. З розвитком зварювальних матеріалів у розвинених країнах та регіонах, таких як США, Японія та Західна Європа, зменшення кількості зварювальних стрижнів для ручного дугового зварювання та постійне збільшення кількості автоматичних зварювальних матеріалів є неминучою тенденцією розвитку. У нашій країні терміново розробляється та виробляється порошковий дріт з лікарськими речовинами для самозахисного та наплавлюваного покриття. Що стосується безмідного дроту, який пропонують вітчизняні та іноземні виробники, його слід називати дротом зі спеціальним покриттям, оскільки через різні компоненти покриття та методи обробки поверхні різних виробників, його характеристики також відрізняються. Відмінний процес покриття та обробки поверхні не лише відіграє роль запобігання іржі та змащування, але й не утворює мідного пилу під час зварювання, що може покращити стабільність дуги зварювального дроту та зменшити бризки зварювання. Наразі вітчизняні та зарубіжні виробники постійно вдосконалюють цей процес покриття та обробки поверхні дроту, і очікується, що цей дріт та цифровий інверторний зварювальний апарат точно контролюватимуть перехід дуги, дозволять досягти високої ефективності зварювання CO2 з низьким рівнем бризок високострумовим струмом, що еквівалентно ефекту зварювання порошковим дротом, що є напрямком майбутнього розвитку.
(3) Нові методи зварювання, зварювальне обладнання та зварювальні матеріали в майбутньому
З одного боку, нам слід розробляти нові методи зварювання, зварювальне обладнання та зварювальні матеріали для подальшого покращення якості та надійності зварювання, такі як удосконалення існуючої дуги, плазмової дуги, електронно-променевого, лазерного та інших видів зварювальної енергії, використання електронних технологій та технологій керування для покращення продуктивності процесу дуги, а також розробка надійного та легкого методу відстеження дуги; з іншого боку, необхідно підвищити рівень механізації та автоматизації зварювання, наприклад, за допомогою зварювальних машин для досягнення програмного керування, цифрового керування, розробки спеціальних зварювальних машин від процесу підготовки та зварювання до контролю якості всього процесу автоматизації, просування та розширення зварювальних роботів з ЧПК та зварювальних роботів на виробничій лінії автоматичного зварювання може підвищити рівень зварювального виробництва, покращити умови охорони праці та безпеки зварювальників. У 21 столітті, стоячи перед грандіозною метою розвитку науки і техніки в нашій країні, ми стикаємося з величезним розривом між нашими зварювальними технологіями та зарубіжними країнами, які висувають вищі вимоги до зварювальників, тому ми повинні використовувати сучасну науку і технології та прагнути сприяти прогресу та розвитку зварювальних технологій.
II. Перспективи майбутнього розвитку зварювальних технологій
У 2025 році зварювальні технології були повністю інтегровані в екологію Індустрії 4.0, демонструючи три основні характеристики«Інтелектуальний привід, точна інтеграція, екологічність та сталий розвиток».
інтелектуальне проникненняГлобальний рівень проникнення промислових зварювальних роботів досяг 67%, а вартість зварювальних систем зі штучним інтелектом знизилася на 40%.
Матеріальні інноваціїГетерогенні процеси зварювання охоплюють 90% сценаріїв виробництва легких конструкцій.
Вуглецева нейтральністьКоефіцієнт проникнення водневих зварювальних апаратів перевищує 30%, а інтенсивність викидів вуглецю під час зварювання зменшиться на 55% порівняно з 2020 роком.
(A) Основний напрямок прориву майбутніх технологій зварювання
З розвитком виробництва у напрямку високого класу та інтелектуального виробництва, технологія зварювання відкриває наступний ключовий проривний напрямок
1. Інтелектуальна система зварювання
Адаптивне зварювання зі штучним інтелектом: Система зварювання на основі штучного інтелектуІдентифікація зварних швів та оптимізація параметрів на основі глибокого навчання для реалізації моніторингу якості в режимі реального часу та попередження про дефекти.
· Адаптивний зварювальний робот може динамічно регулювати шлях та підведену енергію для роботи зі складними робочими умовами (наприклад, зварювання поверхні космічного корабля). Зварювальний робот, оснащений нейронною мережею, може аналізувати теплову деформацію матеріалу в режимі реального часу та динамічно регулювати параметри зварювання (наприклад, зварювання кабіни космічного корабля з титанового сплаву). Коефіцієнт виявлення дефектів збільшується до 99,5%, а ефективність зварювання збільшується на 50%.
Фабрика цифрових двійниківТехнологія віртуального моделювання скорочує цикл розробки процесу зварювання на 70% (випадок: оптимізація процесу зварювання акумуляторного блоку Tesla 4680). Віртуальне моделювання використовується для прогнозування деформації зварювання та зменшення витрат на метод спроб і помилок. Підтримка дистанційного керування 5G операціями у високоризикованому середовищі (наприклад, технічне обслуговування атомних електростанцій).
2. Високоточна енергетична технологія
Надшвидке лазерне зварюванняФемтосекундне лазерне зварювання досягає точності на мікронному рівні для упаковки чіпів та мікромедичних пристроїв, таких як зварювання дроту кардіостимулятора.
Лазерно-дугове композитне зварювання: поєднання високої точності лазера та високого проникнення дуги, що використовується для упаковки акумуляторів нових енергетичних транспортних засобів.
·Електронно-променеве вакуумне зварювання: для досягнення нульового забруднення з'єднання титанового сплаву та інших складних зварювальних матеріалів, що використовуються у виробництві медичних виробів.
Оновлення методом холодного переходу на метал (CMT)Підведення тепла зменшено до 20% від традиційного MIG-зварювання, що підходить для зварювання кузовів з алюмінієво-літієвих сплавів (лінійка BMW i7).
3. Зварювання в космосі та глибоководних умовах
Виготовлення місячних баз на місціNASA використовує технологію вакуумного електронно-променевого зварювання для зварювання металевих конструкцій безпосередньо з ільменітом у місячному ґрунті.
Ремонт глибоководних трубопроводівГлибина тиску підводного зварювального робота перевищила 6000 метрів (проект нафтогазового родовища Південнокитайського моря CNOOC).
4. прорив у сумісності матеріалів
З'єднання різнорідних матеріалів
· Розробка технології гібридних з'єднань алюмінію/сталі, кераміки/металу та інших для сприяння легким конструкціям (наприклад, для зменшення ваги літаків).
· зварювання композитних матеріалів
· Ультразвукове зварювання вуглецевим волокном (CFRP) для вирішення проблеми недостатньої міцності традиційного процесу склеювання.
5. Сталий розвитокапарат для водневого зварювання: замінити традиційне ацетиленове різання, досягти нульових викидів вуглецю. Система очищення зварювального диму: нанофільтр-ядро + контроль ризику на основі штучного інтелекту, що захоплює 99,9% шкідливих частинок.
(3) Ключові дані та прогноз ринку майбутніх технологій зварювання
Обладнання для дугового зварювання, включаючи зварювальні апарати, блоки живлення та інші аксесуари, становить близько половини всього зварювального обладнання та очікується, що воно зростатиме щорічно на 6%. Обладнання для контактного зварювання, включаючи зварювальні апарати, трансформатори, контролери та компоненти, також зростатиме високими темпами. Очікується, що газове зварювання та газове різання матимуть нижчі темпи зростання. Інше зварювальне обладнання, таке як зварювання шпильок, лазерне зварювання, зварювання тертям, електронно-променеве зварювання та ультразвукове зварювання, зростатиме швидшими темпами. Роботизоване зварювальне обладнання зростатиме дуже високими темпами, а темпи його імпорту ще більше зростуть, оскільки більша частина зварювального обладнання виробляється за межами Сполучених Штатів. Оскільки Сполучені Штати є найбільшим у світі виробником зварювального та різального обладнання, експорт зварювального та різального обладнання продовжуватиме зростати. Існує дві категорії присадних металів для зварювання: зварювальні стрижні та дроти. Кількість електродів зменшуватиметься з року в рік, тоді як кількість дроту, включаючи суцільний дріт та порошковий дріт, зростатиме з року в рік. Це незворотна тенденція розвитку.
Розмір ринкуГлобальний ринок зварювальних технологій218 мільярдів доларів США(2025), зі сукупним річним темпом зростання 9,3%.
Частка технологій:
· Лазерне зварювання: 32%
· Інтелектуальна зварювальна система: 28%
· Екологічна технологія зварювання: 25%
· Регіональне зростанняАзіатсько-Тихоокеанський регіон забезпечив 45% зростання, а Китай домінував у ланцюжку поставок нового енергетичного та напівпровідникового зварювального обладнання.
· (4) Проблеми та перспективи майбутньої технології зварювання
Виклик:
Надійність зварювання в екстремальних умовах (таких як термоядерні реактори надвисокої температури).
· стандартизація нанорозмірного процесу зварювання (3D-стекування чіпів).
· Бачення на 2030 рік:
· Технологія квантового зварювання: використання принципу квантової заплутаності для досягнення зв'язку матеріалів на атомному рівні.
· Біозварювання: дослідження та розробка біорозкладного низькотемпературного припою на основі біологічних ферментів.
· (2) Майбутні сфери застосування зварювальних технологій у промисловості
· Нові енергетичні транспортні засоби
· Аерокосмічна галузь
· Медичне обладнання
· Архітектура
· III. Огляд майбутніх технологій зварювання
· Одним словом, тенденції розвитку та перспективи зварювальних технологій є захопливими. Завдяки постійним інноваціям у сфері матеріалів, обладнання та технологій автоматизації, зварювальні технології поступово досягнуть ефективного, високоякісного та інтелектуального розвитку. Це створить більше можливостей та викликів для розвитку обробної промисловості. Однак нам також необхідно проводити поглиблені дослідження та дослідження, а також постійно сприяти інноваціям та розвитку зварювальних технологій для задоволення мінливих потреб ринку. Тільки завдяки постійному прагненню до інновацій та розвитку зварювальні технології можуть відігравати важливішу роль у майбутній промисловій галузі. Зварювальні технології вийшли за межі традиційного виробництва та стали центром міждисциплінарних інновацій. У наступному десятилітті їхня інтеграція зі штучним інтелектом, квантовими обчисленнями та біоінженерією змінить конкурентний ландшафт світового високоякісного виробництва.
Час публікації: 14 березня 2025 р.
