摘要：焊接修复工艺的好坏直接影响金属结构修复质量。熔滴过渡、弧焊电弧稳定性、焊接过程控制、焊缝跟踪及残余应力的检测与控制等技术是焊接工艺研究的重难点，因此通过视觉传感技术、小波分析、轮廓法等一些应用于焊接过程以及焊后检测的先进技术，研究不同控制监测方法对焊接电弧平稳性和焊接质量的提高、焊后残余应力的减小的作用，有助于对焊接修复过程的理解，可为新的修复控制方法的提出、新的焊接电源的开发和工艺的改进提供有效的技术参考。
关键词：焊接技术；金属结构修复；应用；发展现状
1常用的焊接修复工艺
1．1焊条电弧焊
1.1.焊接电弧
电弧是两带电导体之间持久而强烈的气体放电现象。电弧的形成：（1）焊条与工件接触短路。短路时，电流密集的个别接触点被电阻热Q=I2Rt所加热，极小的气隙的电场强度很高。结果：①少量电子逸出。②个别接触点被加热、熔化，甚至蒸发、汽化。③出现很多低电离电位的金属蒸汽。（2）提起焊条保持恰当距离。在热激发和强电场作用下，负极发射电子并作高速定向运动，撞击中性分子和原子使之激发或电离。结果：气隙间的气体迅速电离，在撞击、激发和正负带电粒子复合中，其能量转换，发出光和热。
电弧由三部分构成，即阴极区（一般为焊条端面的白亮斑点）、阳极区（工件上对应焊条端部的溶池中的薄亮区）和弧柱区（为两电极间空气隙）。
电弧稳定燃烧的条件应有符合焊接电弧电特性要求的电源。做好清理工作，选用合适药皮的焊条。防止偏吹。电极的极性在焊接中，采用直流电焊机时，有正接和反接两种方法。而大量使用的是交流电弧焊设备，电极的极性频繁交变，不存在极性问题，焊件接电源正极，焊条接负极。一般焊接作业均采用正接法。焊件接电源负极，焊条接正极。一般焊接薄板时，为了防止烧穿，采用反接法进行焊接作业。
1.1.2焊条
焊条的组成。手弧焊焊条由焊芯和药皮两部分组成。焊芯作为电弧焊的一个电极，与焊件之间导电形成电弧，在焊接过程中不断熔化，并过渡到移动的熔池中，与熔化的母材共同结晶形成焊缝。药皮对熔池起到有效的气渣联合保护；使熔池内金属液脱氧、脱硫以及向熔池金属中渗合金，提高焊缝的力学性能，同时起稳弧作用，以改善焊接的工艺性。
焊条的种类。焊条共分为十大类，即结构钢焊条、低温钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条和特殊用途焊条。
1.1.3焊接变形
焊接应力与变形的原因。焊接时局部加热是焊件产生焊接应力与变形的根本原因。焊接变形的基本形式。防止与减小焊接变形的工艺措施有反变形法、加余量法、刚性夹持法、选择合理的焊接工艺。减小焊接应力的工艺措施。选择合理的焊接顺序，预热法，焊后退火处理。
1.2铜合金的激光焊接
铜合金在熔化之前对激光反射率很高，相应的激光吸收率很低，但当金属达到熔点之后，铜合金对激光的吸收率则会急剧升高，此时如果还维持高功率焊接，会出现合金气化损失母材的现象，因此在对铜合金进行激光焊接时要合理控制脉冲波形，减少合金气化现象，维持金属熔化的能量，以改善焊接接头的性能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前，国内科研工作者对铜合金激光焊接进行了大量的试验，并且都取得了较好的焊接效果，但是均都局限在对铜合金薄板或者超薄板的激光焊接。清华大学王振家等和华南理工大学王迪等均对3mm厚H62黄铜薄板进行了焊接试验，研究表明：影响黄铜激光焊接质量的主要因素是Zn元素的蒸发会导致焊缝形成孔洞，但是通过控制焊接工艺参数、试样拼接程度和能量负反馈技术等可以大大控制焊接孔洞的形成，得到满足性能需要的焊接接头。黄峰等对5mm厚C17200铍铜合金进行了激光焊接试验，他们指出在合理焊接参数下，激光焊接C17200铍铜合金可以获得较好的接头形貌，焊缝成形美观，但是在焊接热影响区出现了严重软化的现象。杨兆军等成功对0.1mm超薄紫铜板进行了激光焊接试验并对焊接接头进行了数值模拟，研究表明：激光焊接超薄紫铜板的温度场梯度大，热影响区小；热源后方的等温线稀疏，温度梯度小；在热源前方的等温线密集，温度梯度大。
2焊接修复工艺最新技术
2．1应用于参数设计、过程控制的人工神经网络技术
焊接过程非常复杂，大量参数难以量化，存在很多不确定性的模糊知识，人工神经网络(ANN)技术因能有效处理非线性问题，广泛应用于焊接领域。20世纪90年代初日本学者Ohshima提出将神经网络技术应用于焊接领域，希望可以处理复杂的焊接熔池建模和焊缝质量控制的问题。随后，研究了国内一些高校开发的焊接专家系统，指出现有的专家系统没有解决实用化过程的一些问题，距工程实用还有距离，应引入神经元网络、模糊推理等先进技术完善已有系统，使国内焊接专家系统达到一个新水平。指出人工神经网络用于焊接过程大致有三个方向:用于焊接过程建模和自校正、神经网络与专家系统结合、神经网络与模糊推理过程结合。随着技术的不断发展和成熟，人工神经网络逐步应用于工程实践中。重庆工学院罗怡等利用LabView建立了CO2气体保护焊焊缝几何形状预测的BP人工神经网络模型。应用该模型对焊缝的熔宽、熔深进行预测，模型预测结果与实际焊接结果具有较好的对应关系，证明所建立模型的可靠性。
2．2应用于焊缝跟踪的视觉传感技术
焊缝跟踪一直是机器人焊接自动化技术研究的热点和难点，也是焊接界工作者致力研究的重要课题。跟踪过程中，主要是通过焊枪与焊缝偏差的实时检测，机器人路径的实时调节，来保证焊接质量。但在实际焊接中，常常因为存在变形、变散热、变间隙、变错边等因数，导致焊缝和机器人示教轨迹有偏差，影响焊缝成形的质量。根据光源的不同，视觉传感系统一般被分为两种:主动视觉以及被动视觉。主动视觉传感系统一般采用激光等高强光源来照明焊缝熔池，激光光纤传感器投射出线状条纹在焊接工件上，通过图像处理算法计算出反射条纹的折射位置从而推算出实际焊枪位置与焊缝的偏差，获得熔池状态参数。加拿大以及英国的机器人公司已经设计出基于视觉传感系统对焊接初始位置进行定位，以及焊接过程中的焊缝跟踪的技术。成功研制了基于特殊功能镀膜的分光镜、综合滤光系统和CCD摄像机的CO2激光焊同轴视觉系统，可以清晰的显示熔透状态下的俯视小孔，并获得焊接中焊缝状态由未熔透转化为完全熔透时的视觉信息变化特征，为实现闭环的熔透控制奠定了理论基础。通过可听声信号、超声信号以及红外信号的统计量算法实现了对激光拼焊等离子体焊接过程熔透状态的实时监控。因此，主动视觉传感技术准确性较高，但由于激光设备价格较高，对工作环境要求很高，对于某些工况还无法完成监控。
3结论
现代修复技术从技术上需要考虑结构失效部位是否修复完全、修复过程中的焊接缺陷以及修复后的性能是否能够达到工作要求等问题，因此应当将焊接修复的完整性评定作为修复系统工程的一部分进行配套解决。尽管国内目前关于修复部件使用寿命评定还没有系统、可靠的修复技术标准和规范，但是根据国外已经比较成熟的技术标准，金属结构焊接修复完整性评定工作应当包含失效分析、断裂性能测试和寿命预测等方面。
参考文献：
[1]林丽华,唐逸明,顾明元,陈立功.金属基复合材料焊接技术及其发展动向[J].材料科学与工程,1997,03:24-29.
[2]赵辉.金属焊接技术及其应用探讨[J].电子制作,2013,14:191.
论文作者:刘耀
论文发表刊物:《基层建设》2017年第10期
论文发表时间:2017/7/26
标签：焊条论文; 电弧论文; 激光论文; 熔池论文; 神经网络论文; 视觉论文; 技术论文; 《基层建设》2017年第10期论文;