河南天丰钢结构有限公司 宋统战

［摘要］ 本文通过对内隔板等关键部件进行铣边加工，控制几何尺寸和加工精度；对封闭箱形截面构件的翼缘板与内隔板，运用熔嘴电渣焊技术进行焊接；通过焊接熔透性工艺试验，优化焊接工艺参数，选择合适挡板、隔板厚度和组装间隙，确保了焊接质量和生产效率的提高。

［关键词］ 箱形截面构件；内隔板；间隙；熔嘴电渣焊；工艺参数优化

1 引 言

2009年，公司承接了新乡商会大厦工程建设项目，大厦工程用钢板材质全部为Q345B，钢框架箱形结构柱构件共680根，其中，柱壁板设计厚度为30mm、28mm、25mm、22mm、20mm、18mm、16mm的规格基本均分，内隔板设计厚度与平台梁的翼缘板等厚度（内隔板厚度不得小于此厚度），电渣焊口共计7648个。在箱形截面构件制作方面，内隔板熔嘴电渣焊关键部位制作方法和尺寸以及焊接工艺参数, 文献资料报导较少。现结合新乡商会大厦工程，对箱形构件制作工艺进行改进和焊接工艺试验，优化工艺流程和焊接参数，以满足工程建设的质量和进度要求。

2 熔嘴电渣焊原理概述

熔嘴电渣焊是一种利用电流通过导电的液体熔渣所产生的电阻热作为热源使金属熔化的熔焊方法，是电渣焊的一种。该方法适合焊接较厚的工件，只要求工件边缘保持一定的装配间隙，不需要开坡口，就能一次成形, 生产效率高，金属熔池的凝固速率低, 熔池中的气体以及杂质容易浮出进入熔渣中，不易产生气孔和夹渣等缺陷, 因此也较适用于钢结构箱形梁（柱）内隔板部位焊口的焊接。内隔板的接口型式如图1所示，它利用焊丝和固定在工件间隙中并与工件绝缘的熔化嘴共同作为熔化电极。当焊接启动后，焊丝与引弧板接触产生电弧，利用电弧的热量使助焊剂熔化并形成液态熔渣，熔池达到一定深度时降低焊接电压并增加焊丝送进速度，这样会使焊丝插入渣池熄灭电弧而转入电渣焊过程。

高温熔渣具有一定的导电性，电流通过时在渣池内产生大量的电阻热, 使焊丝、熔嘴、挡板、内隔板和工件边缘熔化，熔化的金属沉积到渣池下面形成金属熔池，随着焊丝金属向金属熔池的过渡，金属熔池不断上升，底部的金属冷却凝固形成焊缝。

3 箱形梁（柱）优化后的制作工艺流程

大厦建筑质量目标是要拿鲁班奖, 制作过程质量严格控制，工期紧、任务重，没有合适的工艺和高效的生产率是不能按期完成的。针对此情况对工艺流程进行了改进优化，取消在隔板组立机上组装隔板工序，变为地胎组装，为保证熔嘴电渣焊接质量和生产效率，采用隔板周边预留2mm加工余量，组焊好后由箱形线上的端面铣床进行加工（目前还未见报导用端面铣床加工隔板的资料），确保了隔板垂直度和平行度，使组装质量显著提高，间隙控制达到了1mm以下，在整个工程电渣焊施焊过程中没出现一例漏渣现象。

电渣焊道的制孔问题做了多种尝试，查阅了相关资料，包括焊孔怎样制、什么时间制、孔径制多大都进行了试验：首先是在箱形梁（柱）组装成U形后的翼缘板上划出焊道中心线，待箱形四条主焊缝CO2打底焊后再划出焊道中心，用摇臂钻制孔，孔中心位置在腹板坡口上，一是钻孔中心在斜坡母材，一是CO2焊接后的熔敷金属和母材硬度不一，启钻困难。第二是把制孔放在切割好腹板后，在条板上划线钻孔，由于孔径中心偏离腹板边沿，偏钻造成损坏钻头。第三还尝试了用钻模定位等方法都不能满足生产要求。最后摸索出在U 形组装好后用气割的方式进行切割制孔，可以省去划线定位、钻床等工装夹具且工位灵活、效率高，优化后的箱形梁（柱）制作工艺流程见图2所示

影响箱形构件内隔板与壁板熔嘴电渣焊接质量的关键，一个是焊接参数与焊接技术；另一个是箱形构件壁板、内隔板、挡板的加工精度和三者相互装配的间隙质量。如切割加工装配不按工艺要求做和装配前不进行矫正校平，组立后就很难保证接触面不产生过大间隙，当装配间隙＞1mm时，就会在电渣焊接时导致漏渣，造成焊接过程中断，箱形构件装配时常出现的缺陷如图3所示。

4 熔嘴电渣焊接技术

4.1 挡板、隔板切割和坡口加工

采用数控切割进行切割下料，切割后清理挂渣，同时对挡板、隔板进行检查，检查项目如下：

4.1.1 挡板、隔板尺寸是否与详图相符合。

4.1.2 隔板的坡口角度、加工余量、平行度、垂直度是否在公差要求范围之内。

4.1.3 挡板、隔板是否弯曲，对其进行调直矫平处理。

4.2 隔板组装

4.2.1 在地胎上进行隔板与挡板装配, 见图4所示。隔板组立也进行了多次优化，起初按传统工艺在隔板组立机上进行组装，需要液压夹紧、电动翻转、天车吊装，动作多、时间长、效率低。也进行了多次改进尝试：第一次改进是甩开隔板组立机，采用人工地胎水平组装，省去了组立机的夹紧、翻转、天车吊装等工序，但在焊好一侧挡板后还需翻身一次才能完成整个隔板的组焊。第二次优化改进是将地胎水平组装改为地胎立式组装，不用翻身、不用天车一个人即可完成组装和定位焊接，这样不但省去了设备而且提高工效2倍以上。组立好的隔板在箱形线端面铣床上进行铣削加工（周边各预留2mm的余量），允许偏差如下：

B为两翼板间的距离：0~+1mm。

L为两腹板间的距离：0~+1mm。

B1为隔板实际宽度：-2~0mm。

L1为隔板实际长度：-1~+1mm。

C为隔板与腹板间隙：5~6mm。

隔板对角线允许偏差：|Y1~Y2|＜1.5mm。

当壁板厚度<20mm时，B1=B-44mm。

4.2.2 不同的隔板厚度配用的挡板尺寸（-厚×宽）：

壁板厚度30mm、22mm、25mm、28mm时：-25mm×60mm。

壁板厚度20mm、18mm、16mm 时：-20mm×55mm。

4.2.3 隔板上装衬板及点固焊方法：在加工好的隔板L垂直方向的两端即坡口处组装衬板，每侧允许比挡板小1.5~0mm，不得超出挡板；点固焊缝长≥20mm，保证有足够的强度，点固焊间距≤20mm，每边不少于3处，如图5所示。

4.3 箱形组立

4.3.1 U形组立：在下翼板上划出隔板、构造隔板、若有栓钉划出栓钉位置线；装焊隔板、构造隔板和焊接栓钉。隔板上的挡板端面与下翼板接触面的间隙缝≤1mm。装焊后用塞尺对间隙进行检查，质检人员确认合格后再装两边腹板。

4.3.2 电渣焊孔的制备：在装上腹板后，在腹板上用气割方法沿隔板从里向外，先割隔板边再割挡板边的腹板, 割口呈微型喇叭形状即外大里小，外口>内口2~3mm，并清理挂渣、熔渣和氧化物。

4.3.3 装配上翼板：上翼板需要焊接栓钉时先划出其位置线再焊接栓钉。在装上翼板前，应仔细检查所有与上翼板接触的挡板、构造隔板上端面，以及主焊缝全熔透的衬板端面是否平整。检查构造隔板、挡板端面上是否有焊疤、焊痘等，若有需进行磨除。在装配上翼板时，重点对电渣焊接触部位进行压紧，周围加固点焊，确保装配上翼板后的电渣焊孔质量。

5 焊接材料和焊接设备

母材材质：Q345B，板厚：δ= 16~30mm。

焊丝：牌号为H08MnA；直径为φ2.5mm、φ3.2 mm。

熔嘴：材质为20#钢，φ10mm、φ8mm。

焊剂：HJ431，化学成分（%）：SiO2 40 ~44，Al2O3≤4，MnO3 4~38，CaO ≤5.5, MgO 5~7.5，CaF2 3~4，FeO≤1.5, S、P≤0.08。

焊接设备：LINCOLN DC-600专用电渣焊机，直流反接。

6 熔嘴电渣焊操作技术

6.1 作业条件

6.1.1 当环境温度<0 ℃，相对湿度≥ 90%，网络电压严重波动时不得施焊。

6.1.2 焊接区应保持干燥，不得有油、锈和其它污物。

6.1.3 熔嘴电渣焊焊剂在施焊前应按产品说明书规定的时间、温度进行烘焙，不得含灰尘、铁屑和其它杂物。烘干温度一般为250℃，2h。

6.1.4 熔嘴受潮、生锈或沾有污物时不得使用。

6.1.5 熔嘴不应有明显的锈蚀和弯曲, 使用前温度为250℃，1h烘干，在80℃左右存放待用。

6.1.6 焊丝的盘绕应整齐紧密，没有碎弯、锈蚀和油污，焊丝盘上的焊丝量最少不得少于一条焊缝所需焊丝量。

6.1.7 焊机的各部位均应处于正常工作状态。

6.1.8 焊机的电流表、电压表和调节旋钮刻度指数的指示正确性和偏差数要清楚明确。

6.1.9 保证电源的供应和稳定性，避免焊接中途断电和网压波动过大。

6.1.10 施焊前，焊工应检查复核接头质量和焊接区域的焊口、间隙等处理情况，若有不符合要求的情况时，应修整合格后方可施焊。

6.2 焊接操作步骤

6.2.1 所焊构件（箱形梁/柱工件）应水平放置，使熔嘴的夹头与构件焊口保持平面垂直，安装熄弧块，将熔嘴插入待焊焊口内，调节熔嘴使其处于焊口的中心并接触到引弧块，再将熔嘴提起20~30mm，拧紧熔嘴夹头。

6.2.2 在构件底部焊口处安装引弧块, 用千斤顶顶紧与构件密合，以防止起焊时跑渣漏铁水，影响正常的启动焊接。

6.2.3 从熔嘴孔内插入焊丝送入底部与引弧块相接触，焊丝再提起10~15 mm。拧紧送丝轮和调直轮，最后检查焊机各部位是否处于正常状态。

6.2.4 加入少量引弧剂（碎丝头）和少量焊剂（HJ431）。

6.2.5 各种接头型式的熔嘴电渣焊焊接参数见附表。

隔板与壁板间隙尺寸大小将直接影响电极的正常工作和所形成的熔池面积。间隙小易引起熔合不良等缺陷, 间隙过大，使焊丝、焊剂的消耗过大，效率降低。因此，组对间隙的制备是保证电渣焊质量的关键，电渣焊的间隙制备及装配尺寸精度应严格按工艺执行。

6.2.6 引弧时应采用较高电压短路（为焊丝接触工件）引弧（方便引弧，比正常电压高3~5V）。引弧后，刚开始送丝速度要慢些，即电流小些，以便造渣，这时是弧焊过程，电流波动较大，随着焊剂的熔化，形成有一定深度的熔化渣池，温度逐渐升高，这时电流应适当大些，电弧开始消失而转入电渣焊接过程，电流和电压逐渐趋于稳定，随着电渣过程的稳定，可将电流和电压调至附表所示数值，进入正常电渣焊过程。

6.2.7 施焊过程中要密切注意焊机控制箱上电流和电压的变化，根据情况随时调节，并注意熔嘴始终保持在焊口的中心，保证渣池的温度和熔池的形状及深度正常，才能保证焊接质量。

6.2.8 焊接过程中随时检查构件表面的炽热状态，一般在800~850℃（樱红色）以上时熔合良好。

6.2.9 熄弧收尾时，应当减小焊接电压，并断续送丝，将焊缝引到熄弧块上收尾，才能结束焊接。

6.3 焊接过程中断弧的对策

熔嘴电渣焊在正常焊接过程中，一般不会出现断弧现象，如果出现有两种情况，一种是焊前可预防的，而另一种是焊接过程中随时会发生的。

6.3.1 如果焊前未严格检查电渣焊口装配质量，也就是未执行本文4.1、4.2 和4.3节的规定，则会出现断弧现象。预防措施：严格执行加工精度和装配质量要求。

6.3.2 因导电嘴堵塞致使断弧、焊剂填加过量渣液上升掩盖住导电嘴致使熄弧。当发生熄弧后应先迅速关闭焊接电源，同时提起熔嘴，以最快的速度将已损坏的熔嘴换下并换上新的熔嘴，将焊丝送入熔嘴孔内并立即引弧。此过程越短越好，因熔池渣液尚未冷却，引弧容易，否则再引弧可能失败。

7 注意事项

7.1 为保证电渣焊过程稳定和焊接质量，应使安装和设备调整、引弧造渣、正常焊接及焊缝收尾等五个关键环节连续完成，中间尽量连续不要中断。

7.2 熔嘴长度=焊口长度+（150~200）mm。

7.3 施焊中要注意检查熔池熔化是否充分，渣量与深度是否合适。渣池太深，会导致熔宽面减小，造成渣池温度下降，易使焊接边缘加热不足，而产生未熔合或熔合不良等缺陷；渣池太浅，即使焊接电流增大，电渣焊过程也不稳定，焊丝容易接触到金属熔池发生短路，使飞溅加大，导致焊接中断。因此，渣池深度十分重要，渣池深度控制在30~40mm为宜。当需要添加焊剂时，要防止一次加入量太大, 要徐徐不断，少量加入。如一次加入量太多，也易造成焊缝熔合不良等缺陷。

7.4 电渣焊热量主要取决于电流，如电流过大，熔池沸腾严重，焊缝成形不好，易造成熔合不良等缺陷；而电流小，电渣过程也不稳定，容易产生未熔合、夹渣等缺陷。引弧后，始焊时焊接电流应相对小些，然后逐渐加大到正常值。调整时要缓慢调整，循序渐进，不可陡调。

7.5 电渣焊是一种电阻性负载，一般来说，焊接电压高低直接影响焊缝的熔宽（就电渣焊而言即指熔池与渣池的面积），电压越高，熔宽越大，反之越小。因此，起焊时焊接电压应比正常焊接电压要稍高一些，一般高3~ 5V为宜。

7.6 需特别指出的是焊前一定要按箱形梁（柱）的实际焊接型式作好焊接工艺试验、评定，经检验合格后方可正式焊接。

8 结束语

经调整和优化箱形截面构件制作工艺和熔嘴电渣焊工艺参数，控制焊接热输入量，提高隔板、挡板加工装配精度，通过大厦680根壁板厚度为30mm、28mm、25mm、22mm、20mm、18mm、16mm箱形梁（柱）的7648个焊口制作焊接，经超声波（UT）探伤检验一次合格率为98%，经取样宏观金相检验，焊缝形状呈椭圆形，轮廓清晰，熔合良好，经冷弯试验无裂纹，合格。满足建筑钢结构箱形梁(柱)结构横隔板部位焊缝焊接的设计要求，提高了焊接生产效率。

参考文献

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[8] GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2002.

0 引言

　　电子束焊机高压电源主要用于为电子枪提供加速电压。其性能的好坏直接决定着电子束焊接工艺和焊接质量。为此，许多电子束焊机制造商及研究机构均对高压电源的可靠性、高压保护以及高压打火对焊件的影响进行了研究，并相应制造出具有较高性能的高压电源，以满足不同的电子束焊机的需要。由于双金属焊接要求平行焊缝，故要使用高压电子束焊机(100 kV以上)。为此，本文介绍了电子束焊机用高压电源的控制方式、保护技术与其它类高压电源的不同之处。

1 电子束焊机高压电源的技术要求

　　电子束焊机用高压电源与其它类型的高压电源相比，具有不同的技术特性。

1.1 技术要求

　　电子束焊机用高压电源的技术要求主要是纹波系数和稳定度，纹波系数要求小于1％，稳定度为±1％。德国PTR公司还提出了中压型的技术要求，这种标准要求相对纹波系数应小于0.5％，稳定度为±0.5％，同时还提出了重复性要求要小于0.5％。以上要求都是根据电子束斑和焊接工艺所决定。

1.2 性能要求

　　电子束焊机用高压电源在操作时必须与有关系统进行连锁保护。这些连锁主要有真空连锁、阴极连锁、闸阀连锁、聚焦连锁等，可用以确保设备和人身安全。另外，高压电源还必须符合EMC标准，并应具有软起动功能，以防止突然合闸对电源的冲击。 2 高压电源的工作原理和主电路

　　从图1所示的控制系统框图可以看出。该系统包含多种给水控制方式。这些控制方式可使机组在不同的负荷阶段以及不同的给水控制对象情况下，能够实现给水的连续控制，并对一些主要干扰因素起调节作用，进而保证即使发生某些故障仍能自动调节。

　　在图1所示的高压电源系统中，电网电压经过流抑制电路进入高压升压整流变压器的一次和二次侧并升压到100 kV左右。此交流高压再经12相整流滤波后获得160 kV左右的直流高压，加到高压真空电子管和电子枪上。其中高压电子管在工作时承受的电压为40 kV，这样，加在电子枪上的高压为120 kV。高压真空电子管是用来调节和稳定高压输出的。图2所示是根据图1设计的高压电源的主电路原理图。由图2可知，本电源为典型的串联型，是一种可直接在高压侧进行调节的高压直流稳压电源。其主电路主要由过流抑制电路、高压升压整流变压器、高压整流电路、高压滤波及阻容和过压、过流保护电路、高压真空电子管调节电路等组成。本设计将高压升压整流变压器、高压整流电路、高压滤波及阻容和过压、过流保护电路都放在油箱内，油箱内充满变压器油，这样可保证电源本体在工作时的绝缘和散热需要。南于高压电源需连续工作，为确保工作时的热量能及时散出，该油箱内部还设计了水冷却系统。

　　本高压电源中的过流抑制电路由三相桥式整流电路和扼流电感器组成，该方式可有效拟制负载出现过流或电源由于突然合闸在变压器内引起电磁暂态过程而出现的大电流和过电流，以保护电源不受损坏。其原理主要是利用电感电流不能突变的特性限制过电流，从而确保高压变压器不损坏。正常时，三相电流平衡，流入过流抑制电路的电流很小。整流变压器二次的四线圈分别接成星型和三角型各2组，各组整流后再串联可获得12相直流脉动电压，这样，有利于降低谐波电流对电网的污染、减少滤波电容量和减小电源的纹波系数，提高电源本身性能。整流电路由高压硅堆和阻容元件组成，主要防止高压硅堆产生的过电压，保证高压硅堆不致损坏。限流电阻和保护电阻分别用来限制电源内部的过电流、过电压，保证电源的正常工作，但要求电阻耐压水平要高、承受发热功率要大。当电源外部短路时，保护电路能在尽可能短的时问内动作，以保证各有关元器件不致损坏。高压滤波电容器可滤除直流输出中的交流脉动成份，保证加在电子枪和调整管上的电压平直。电容芯子直接放置在高压油箱内，能减小电源本体的体积。电路中的调整管为一多极高压真空电子管，其工作耐压达160kV，主要由阳极、控制极、第一、二、三阳极等组成，调整管的阳极接在高压整流器的正极，调整管阴极则通过束流取样电阻接地。调整管能在控制电路的作用下自动调节和稳定高压输出。高压调整管由于工作电压高而在工作时会产生大量的热量，本文为此设计了特殊的散热装置，即把整个调整管放在一装绝缘油的油箱中，来确保冷却和绝缘需要。油箱内部还装有专用散热的水冷系统，以保证调整管能长期可靠工作。调整管的辅助电源很多，考虑到散热和布局需要，也将其放在油箱内。调整管的调节原理是其阴极由于加热而发射电子。电子在阳极高压的加速下，分别到达第二阳极和阳极，如果第二阳极的电压很高，受加速的电子就会全部到达第二阳极，此时电子管处于高阻状态，电源上的电压将全部加在调整管上。因此，只要调节第二阳极的电压大小，调整管上的电压也会得以调节，这样，加在电子枪上的高压也得以调节，最终实现对高压输出的稳定调节。

　　图3是其电源控制电路，图中，该控制电路由反馈信号隔离电路、PI给定调节电路、自动重加高压电路、功率放大电路及附属电路组成。

2.1 反馈电路

　　本系统中的反馈电路由高压电阻分压器、信号隔离电路、过压过流抑制元件等组成。高压电阻分压器由两路相互独立的精密金属膜电阻构成，一路用来测量高压，另一路提供反馈信号给控制电路以控制和调节高压。高压电阻分压器放置在有机玻璃制成的支架上。考虑到绝缘和散热的需要也将其放在高压油箱里，以保证电源工作时电阻值的稳定，最终保证取样信号的稳定。

　　高压电源在工作时，由于电子枪放电或外部其它原因，电源内部会产生过电压。为防止过电压窜入控制电路损坏低压电子元器件，应在取样电阻两端并联高压放电管和压敏电阻及电容吸收电路，同时将取样电阻都放在电磁屏蔽盒里，这样能有效防止各种电磁干扰信号进入控制电路。高压分压器的取样信号在进入控制电路以前，还应设置信号隔离电路以使得反馈信号与控制电路相互隔离，并同时转化为标准电平信号给控制电路。以上措施可确保控制电路中的反馈信号的准确性。

2.2 自动重加高压电路

　　自动重加高压电路主要利用三极管的控制原理来实现对高压的快速截止和导通。它由运算放大器和三极管等电路组成。它的工作原理是。

　　当反馈信号超过给定信号时，使比例放大器IC2的输出为高电平，V4导通，IC3输出低电平，V3导通，V2截止，以封锁PI调节器的输出，从而关断高压调整管以切断高压。反之，当反馈信号小于给定时，IC2输出低电平，V4截止，IC3输出高电平，V3截止。PI调节器正常工作。由于三极管从导通到截止的恢复时间很快，因此加在电子枪上的高压在控制电路的作用下可很快恢复正常而不停机，从而确保了电子束焊机的正常工作。

2.3 功率放大电路

　　功率放大电路由前级预放管VL33和功率放大管VL32组成，工作过程是在V2处于负电源工作时，将PI调节器输入的调节量经V2放大后送到真空管VL33的控制极，并将V2阳极接到辅助电源的正极，阴极接地，这样，控制极电压越高(负)，VL33的阳极对地电压就越高，而高压调整管VL32的阳极电压越高，电子枪上的电压就越低。相反，控制电路也可以按以上相反的过程调节电子枪上的高压，最终实现电子枪上高压的稳定。

3 高压电源的技术指标

　　该高压电源在焊接生产线上的工作十分稳定。该电源的实测具体性能指标参数如下：

　　◇额定加速电压：120 kV；

　　◇纹波系数<1％；

　　◇稳定度<1％；

　　◇额定电子束流：50mA；

　　◇纹波系数<1％；

　　◇稳定度<1％。

　　电源在电子枪内打火时，高压电源能快速恢复而不停机。

4 结束语

　　该设计在高压侧由高压真空管来调节高压直流电源的输出，因而具有输出特性好，纹波系数小，稳定度高等优点。由于调整管隔离了滤波电容器，因此，该电源在过压保护停机时，电容器上的能量不会泄放到工件上而导致工件的损坏。目前，该电源经生产线上的实际运行证明：各项技术指标均满足生产线的工艺要求.

1.为什么要进行焊缝的跟踪
如果被焊的焊接结构件能保证每个尺寸都相同，而且无热或者机械变形，每次也都精确地定位，则激光焊缝跟踪系统就无足轻重了。但是在实际的生产中，上述条件很少能够满足，激光焊缝跟踪系统能够自动纠正偏离理论焊缝路径的任何偏差，无论这偏差是什么原因造成的。
2.激光焊缝跟踪系统的优点
激光焊缝跟踪系统是一个非接触式系统，它克服了机械探针式系统所固有的不能处理薄工件或小间隙的缺陷，而且激光焊缝跟踪系统不仅限于跟踪焊缝，在为焊接过程中降低成本等方面也会起到重要作用。
在一些焊接设备中，有许多冲压零件，是用来保证焊接结构件在夹具中的装配精度的。这些冲压零件对最终的焊接结构来说并不重要，但对于该夹具定位焊缝却是必需的。使用激光焊缝跟踪系统后，一方面这些零件可以省略，另一方面可以降低夹具成本。由于激光传感器系统能够获得焊缝信息，因此焊接结构装配件不需要再被非常精确地定位。在实际的焊接设备中，精度要求极大影响着成本：精度越高，花费越大；精度越低，花费越少。
3.焊缝方法和焊缝类型
激光焊缝跟踪系统可以用于各种焊接方法的跟踪，如MIG、TIG、埋弧焊、等离子焊和激光焊。可以跟踪的焊缝类型有很多种，包括对接、搭接、角接、边缘跟踪、坡口等。
当焊接专机装备激光焊缝跟踪系统后，废品率和返修率就大大降低了。此外间隙的测量结果可以用来连续矫正焊接过程，这是实时的自适应焊接过程。
只要有一个台阶或者边缘，如对非常紧密的对接焊缝，激光焊缝跟踪系统就能够找到并跟随它。

近年来，随着国民经济的飞速发展，我国重型机械金属结构制造业取得了令人瞩目的成就。我国不仅是世界钢材消耗大国，也是一个世界机械制造业大国。据国际钢铁协会（IISI）统计，2004年世界钢产量首次达到10.3亿t，用钢量为9.35亿t。我国2004年钢产量为2.72亿t，约占全球钢产量的26％，全年用钢量为3.12亿t，占全球钢产量的33％，其中1.6亿t应用于焊接结构，约占用钢量的51％左右。而欧美和原苏联焊接结构用钢占其用钢量的60％左右，日本超过70％。由此可见，我们与工业发达国家相比还有一定差距。根据有关调查，在1.6亿t焊接结构用钢中，机械制造业金属结构用钢量约占用钢量的45％，钢铁工业的快速发展，给我国焊接行业，尤其是重型机械金属结构行业焊接技术的可持续发展创造了很大的发展空间。进入21世纪，我国重型机械行业面临新的挑战和机遇，应彻底改善耗能大、耗材高、效率低、工作环境差和自动化程度低的传统焊接产业，促进焊接技术与产业向着优质、高效、节能、低成本、环境友好方面和自动化方向发展，努力将相对人力资源优势转化为科技竞争优势，促进企业进步和产业升级。

　　行业焊接技术现状

　　1.国内外概况

　　焊接技术是重型机械金属结构设备制造与安装施工的关键工艺技术之一，在工业发达国家重型机械制造业中得到广泛应用。发展至今，我国的重型机械焊接技术与美国（如P&H公司等）、德国（如西马克公司等）、法国（如奥钢联公司等）、日本（如三菱重工、小松株式会社等）等发达国家间存在很大的差距。目前，这些国家及地区采用焊接结构件的比例日趋增大，其中自动化、机械化的气体保护焊及多丝埋弧焊等高效焊接工艺方法消耗的焊接金属材料约占全部焊材总量的50~70％，其焊接生产采用机械化、自动化、高效的焊接工艺方法，带来焊接生产效率高、焊接质量好的效果，国际竞争力强。

　　在我国重型机械金属结构行业，气体保护焊、双丝埋弧自动焊、龙门焊机、电渣焊等高效焊接工艺方法在大型金属结构制造企业中的应用日趋增多，高效焊接方法完成的金属结构件已占其总重量的50~80％左右，在中小型企业中，CO2气体保护实芯焊丝、埋弧自动焊等方法也得到一定应用。但总体来说，我国重型机械制造中劳动工资低廉的优势正在被生产效率低下、质量成本高昂的巨大差距所抵消，这应引起我们的足够重视。

　　2.产品情况

　　重型机械金属结构行业主要为国家大型骨干企业和国家重点工程项目提供重型机械装备。行业制造骨干企业如第一重型机械集团有限公司、第二重型机械集团有限公司、太原重型机械集团有限公司、大连重工起重机集团有限公司、中信重型机械有限公司、郑州煤机厂、北京煤机厂、上海振华港口机械公司、齐齐哈尔第二机床厂等，主要制造大型桥式和门式起重机、4~35m3机械式挖掘机、1~6m3液压挖掘机、大型加压气化炉、加氢反应器、大型舞台设备、航天发射塔架、焦炉机械设备、螺旋焊管设备以及大型减速机、提升机、堆取料机、轧钢锻压设备、氧气瓶压机、水泥设备、粉磨、破碎机械、水利、工程机械、液压支柱、港口机械及环保设备等大型设备。

　　3.重型机械金属结构行业用钢

　　长期以来，我国重型机械金属结构行业大多采用国内外成熟钢种，如Q235系列碳素钢，Q345、Q390系列低合金钢，20g、16MnR压力容器用钢等。近年来，随着国家重点工程的发展和产品结构的调整，焊接用钢的种类品种大幅度提高。常用钢板包括：Q235、Q345、Q390、20、35、45、15Mo3、15CrMo、13MnNiMoNbR、Wel-ten80C、A633D、16MnR、20g、15MnVR等；常用不锈钢板有：0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1Cr13、2Cr13、3Cr13等；常用铝板有硬铝及铝合金板等；常用锻件有25、35、45、40Cr、42CrMo、40CrNiMo、40CrNi2Mo、20MnMo、42CrMnMo、34CrNi3Mo等。板厚一般在1~300mm之间。

　　随着钢材种类和品种的不断增多，焊接件的年产量大幅度提高。据不完全统计，2005年齐齐哈尔第二机床厂焊接件年产量约为1万吨；第二重型机械集团有限公司约为3万吨；太原重型机械集团有限公司为约5万吨；中信重型机械有限公司突破5万吨；上海振华港口机械公司焊接件年产量高达20万吨左右。焊接结构件以其独特的优势，已取代了铆接结构，替代了铸造结构，成为重型机械行业金属结构设备的主导结构。

　　4.焊接工艺方法

　　重型机械金属结构行业开始起步一般采用手工电弧焊工艺方法。20世纪50年代开始使用埋弧自动焊和电渣焊工艺方法，主要用于一些厚板对接、工型梁及筒体焊接。近年来，一些大型企业通过技术改造，相继应用双丝埋弧焊、双丝窄间隙埋弧自动焊、龙门式焊机、轧辊埋弧堆焊等先进的焊接工艺方法，以满足产品制造技术要求。

　　随着我国大型骨干企业焊接技术改造，气体保护焊工艺方法在重型机械金属结构行业得到广泛的应用。可以说气体保护焊工艺方法伴随着重型机械金属结构行业焊接技术的发展而壮大。在我国八十年代后期，为满足国家重点工程大型机械技术装备制造要求，引进国外先进的焊接技术和设备，对大型骨干重型机械企业进行技术改造，我国大型重型机械金属结构制造企业通过与美国、德国、日本等国家的跨国公司合作制造大型金属结构，批量购买国外气体保护焊设备、焊材等器材，并进行焊工培训。我国借助国外气体保护焊成熟技术和生产工艺，形成了我国大型金属结构行业以气体保护焊为主的生产能力，从根本上改变了重型机械金属结构行业的制造技术水平，推动了我国气体保护焊技术的发展。90年代初至今的近十几年时间，以第一届“全国CO2焊接技术推广应用交流会”为契机，我国又分别于2001年和2004年连续举行两届全国CO2焊接技术推广应用交流会，气体保护焊技术在重型机械金属结构行业中推广应用工作持续、稳定、蓬勃发展，气体保护焊技术开发应用能力增强，应用工作从大型机械企业推广到中小企业，而大型重型机械企业的气体保护焊应用也从合作制造产品的生产，推广到普通产品的生产中。气体保护焊设备、焊材、辅件基本实现国内供给，逐渐形成了我国气体保护焊产业

等离子是指在标准大气压下温度超过3000℃的气体，在温度谱上可以把其看作为继固态、液态、气态之后的第四种物质状态。等离子是由被激活的高子、电子、原子或分子组成。例如：它可通过自然界中的闪电产生。从1960年以后，等离子这个词获得了新的含义，那就是电弧通过涡流环或喷嘴压缩而形成的高能量状态，此原理现在被广泛用于钢铁、化工及机械工程工业。

等离子弧焊是在钨极氩弧焊的基础上发展起来的一种焊接方法·。钨极氩弧焊使用的热源是常压状态下的自由电弧，简称自由钨弧。等离子弧焊用的热源则是将自由钨弧压缩强化之后而获得电离度更高的电弧等离子体，称等离子弧，又称压缩电弧。两者在物理本质上没有区别，仅是弧柱中电离程度上的不同。经压缩的电弧其能量密度更为集中，温度更高。
　
等离子弧的最大电压降是在弧柱区里，这是由于弧柱被强烈压缩，使电场强度明显；增大的缘故。因此，等离子弧焊主要是利用弧柱等离子体热来加热金属，而自由钨弧是利用两电极区产生的热来加热母材和电极金属。

等离子弧的特性

等离子弧能量密度可达10000–100000W／cm2，比自由钨弧(约10000W／cm2以下)高，其温度可达18000～24000K，也高于自由钨弧(约5000～8000K)很多。图1-1为两种电弧的温度分布，左侧为自由钨弧，右侧为等离子弧。

图1-1

等离子弧的静特性曲线接近U形(图1-2)。与自由钨弧比较最大区别是电弧电压比自由钨弧高。此外，在小电流时，自由钨弧静特性为陡降(负阻特性)的，易与电源外特性曲线相切，使电弧失稳。而等离子弧则为缓降或平的，易与电源外特性相交建立稳定工作。

图1-2

图1-3表示了等离子弧与自由钨弧的形态区别。等离子弧呈圆柱形，扩散角约5度左右，焊接时，当弧长发生波动时，母材的加热面积不会发生明显变化，而自由钨弧呈圆锥形，其扩散角约45度，对工作距离变化敏感性大。

图1-3

等离子弧的挺直度非常好。由于等离子弧是自由钨弧经压缩而成，故其挺度比自由钨弧好，焰流速度大，可达300m／s以上，因而指向性好，喷射有力，其熔透能力强。

等离子弧焊的特点

由于等离子弧弧柱温度高，能量密度大，因而对焊件加热集中，熔透能力强，一次可焊透的厚度如表1-4所示，在同样熔深下其焊接速度比TIG焊高，故可提高焊接生产率。
材料不锈钢钛及其含金镍及其含金低合金钢低碳钢铜及其合金
焊接厚度范围≤8≤12≤6≤8≤8q2．5

表1-4

此外，等离子弧对焊件的热输入较小，焊缝截面形状较窄，深宽比大，呈“酒杯”状，见图1-5。热影响区窄，其焊接变形也小。由于等离子弧呈圆柱形，扩散角小，（见图1-3）挺直度好，所以焊接熔池形状和尺寸受弧长波动的影响小，因而容易获得均匀的焊缝成形，而TIG焊随着弧长的增加，其熔宽增大，而熔深减小。由于等离子弧的压缩效应及热电离充分，所以电弧工作稳定，特别当联合型等离子弧在小电流(0．1A)焊时，仍具有较平的静特性(见图1-2)配用恒流(垂降)电源，能保证焊接过程非常稳定，故可以焊接超薄构件。由于钨极内缩到喷嘴孔道里，可以避免钨极与工件接触，消除了焊缝夹钨缺陷。同时喷嘴至工件距离可以变长，焊丝进入熔池容易。

采用小孔焊接技术，能实现单面焊双面成形焊接工艺。