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序論:好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程,我們?yōu)槟扑]十篇焊接技術的發(fā)展范例,希望它們能助您一臂之力,提升您的閱讀品質,帶來更深刻的閱讀感受。
中圖分類號:U671.8 文獻標識碼:A 文章編號:1006-8937(2014)32-0007-01
隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,焊接技術也隨之不斷的創(chuàng)新與改革,這不僅有利于我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,還有效的促進我國制造行業(yè)的快速發(fā)展,在我國現(xiàn)階段,人們?yōu)榱送苿又圃煨袠I(yè)的發(fā)展,將許多先進的技術應用到制造行業(yè)中,焊接技術是制造行業(yè)應用較為廣泛的技術,所以,本文就焊機技術的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展趨勢進行分析與研究,以促進焊接技術在制造行業(yè)中快速發(fā)展。
1 我國當前焊接技術的發(fā)展現(xiàn)狀
在我國現(xiàn)階段,隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,人們的生活水平在不斷的提高,我國城市建設及社會發(fā)展的主要材料之一就是鋼結構材料,人們對鋼結構的材料質量要求也在不斷的提高,因此在對鋼結構進行加工的時候,對鋼結構焊接技術要進行嚴格的控制,使之達到鋼結構工程設計的相關規(guī)定。但是隨著電子信息時代的快速發(fā)展,焊接加工技術被廣泛的應用到各個行業(yè)中,從而有效的實現(xiàn)了焊接技術的自動化,這不僅加快了焊接技術的快速發(fā)展,而且更有效的提高了焊接的施工質量。在現(xiàn)階段,焊接技術已經(jīng)廣泛的被應用到各個行業(yè)中,并且還充分的利用計算機技術對焊接過程中存在的應力變形及相關的問題進行控制。目前,人們已經(jīng)對焊接技術創(chuàng)新進行了全面的分析與研究,以促進我國焊接技術的快速發(fā)展。
2 我國焊接技術的發(fā)展特點
焊接技術是一項綜合性很強的工藝技術,焊接技術的發(fā)展與現(xiàn)代科技發(fā)展相輔相成,近二三十年焊接技術在我國得到了快速的發(fā)展,各種焊接技術不斷的增多,真空、紅外線、等離子物理、電子束、聲學微、電子、超聲等現(xiàn)代化科技技術在焊接技術方面得到了廣泛的應用。焊接新技術不僅促進了焊接技術的快速發(fā)展,也奠定了焊接技術在制造行業(yè)的地位,并且有效的擴大了焊接技術的應用范圍。
在我國現(xiàn)階段,機械制造行業(yè)以及其他產(chǎn)業(yè)的主要制造技術就是焊接技術,焊接技術廣泛的應用于家用電器、輕工紡織、部件、海洋工程、機車、汽車、船舶、特種設備、橋梁、建筑、礦山、冶金、煤炭、石化、航空航天、核能及電站等我國社會經(jīng)濟的各個行業(yè)中。焊接技術中滲透著現(xiàn)代化的科學技術,有效地促進了我國焊接技術的快速發(fā)展。
3 現(xiàn)代工業(yè)常用的高效焊接方法
3.1 氣體保護焊
一般以氣體作為電弧的媒介,并且保護焊接區(qū)及電弧的電弧焊就是氣體保護焊,依據(jù)氣體保護焊焊接效果的不同,分為非熔化極(鎢極)惰性氣體保護焊和熔化極氣體保護焊。
3.2 電阻焊
在兩電極之間壓緊被焊接的焊件,并對其加以電流,使電流流經(jīng)被焊接的焊件接觸面以及焊件臨近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱效應將其加熱至塑性狀態(tài)或者融化,使焊件形成金屬結合的一種方法叫做電阻焊。電阻焊一般廣泛的應用于航空航天、汽車、家用電器及電子等行業(yè)中。
3.3 螺柱焊接
螺柱焊接一般按照焊接方式不同分為拉弧式和分為儲能式兩種,這兩種焊接方式都是單面焊接。由于螺柱焊接不需要穿孔,所以螺柱焊接不漏氣、不漏水,也不需要對非焊接面進行再次焊接或者加工。
3.4 磁控焊接
磁控焊接技術是近幾年發(fā)展的新型焊機技術。磁控焊接一般使用外加磁場控制焊接的質量,磁控焊接具有投入成本低、效益高、耗能少及附加裝置簡單等提點,在國外有“無缺陷焊接”的美譽,所以,磁控焊接技術得到了廣泛的應用,也引起了焊接工作人員的興趣。
3.5 多電弧共熔池焊接
由于一個熔池上燃燒多個電弧,不僅可以提高總的焊接熱量,還可以改變焊接熱量的分布特點,能向熔池及焊接兩側面提供一定的熱量和液體金屬,有效地提高了焊接的速度及焊接的生產(chǎn)質量。
4 我國焊接技術在各個領域中的應用
4.1 在航空航天中的應用
眾所周知,焊接技術性能可靠、焊接質量優(yōu)良,在航空航天工業(yè)中被廣泛的應用,在航空航天工業(yè)中焊接技術占全部工時的10%,航空航天領域中50%以上的連接部件使用的都是焊接技術。由于航空航天工業(yè)對材料的要求比較特殊,所以在航空航天種焊接技術應運而生,在現(xiàn)階段,高能束流焊接技術及固態(tài)焊接技術在航空航天工業(yè)中應用比較多。其中在我國航空航天工業(yè)中最常用的先進焊機技術是攪拌摩擦焊、電子束焊及激光焊,焊接技術在航空航天技術中被廣泛的應用,促進了航天航空業(yè)的快速發(fā)展。
4.2 汽車制造領域中的應用
在汽車制造領域中汽車的變速箱齒輪、汽缸、離合器、行星齒輪框架、后橋及發(fā)動機增壓器渦輪等部件都使用的是電子束焊接技術;而汽車中的車身拼焊、零部件的焊件及框架結構主要使用的是激光焊接技術;在汽車制造領域中汽車的液壓成型管附件、汽車車門預成型件、汽車地方車身支架、汽車輪轂及發(fā)動機引擎主要應用的也是攪拌摩擦焊接技術,由此可見,焊接技術廣泛地應用于汽車制造領域。
4.3 船舶工業(yè)中的應用
高效焊接技術在船舶制造工業(yè)中具有至關重要的地位,高效焊接技術是一項專業(yè)性、技術性很強的系統(tǒng)工程,尤其是二氧化碳氣體有效的保護半自動焊接技術的應用率達到60%~65%,高效焊接技術成為我國船舶制造工業(yè)中的關鍵技術之一?,F(xiàn)階段先進的船舶焊接技術是保證船舶制造質量、縮短船舶制造工期、降低船舶制造成本、提高船舶制造效率的有效途徑,也可以有效地提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。
5 我國焊接技術的發(fā)展趨勢
我國焊接材料的產(chǎn)量在全世界位居首位,但是焊接產(chǎn)品的質量以及高品質焊接材料的生產(chǎn)與世界先進國家存在一定的差距,主要表現(xiàn)在以下幾點:①對焊接材料預處理缺少專業(yè)的體系及技術,如對焊接原材料的篩選及檢驗,對焊接材料的混合均勻度及焊接預燒結處理等;②在工作中對于焊條藥皮密實度的改善,就我國目前的油壓式壓涂機的具體工作性能來看,依舊存在很多不完善的方面,比如工作中由于對水玻璃加入量的加大,就會降低藥皮在工作中的實際性能;③在實際的生產(chǎn)車間環(huán)境治理方面國外主要是以密閉的方式來進行熔煉焊劑工作中,但是從我國的現(xiàn)狀來看,其主要是使用敞開式的生產(chǎn)方式;④在相關焊劑生產(chǎn)設備的自動化水平方面,對于焊劑的成形以及相關的顆粒度等方面依舊存在很大的差距;⑤在實際工作中的無鉛連接材料以及技術應用方面,就目前我國的實際應用現(xiàn)狀來看,與國際先進水平依舊存在很大差距,相關的釬焊理論與實踐水平只在部分領域取得了一些成績,也就是說,其發(fā)展應用的總體技術水平依舊不高,在以后的工作中要特別注意高端焊接產(chǎn)品以及特種助焊劑等方面的應用以提升工作。
6 結 語
在我國現(xiàn)階段,隨著焊接技術的快速發(fā)展,在促進社會經(jīng)濟快速發(fā)展的同時,也給人們的生活帶來了便利,但是隨著焊接材料的不斷變化及焊接技術的快速發(fā)展,制造行業(yè)對焊接技術提出了更高的要求,同時,在現(xiàn)代化的社會中,焊機技術已經(jīng)進入了數(shù)字化的時代,所以,我們應該盡可能地將先進的科學技術及理念應用在焊接技術中,加大焊接技術的研發(fā)力度,努力研發(fā)新的焊接技術及方法、發(fā)現(xiàn)新的焊接材料及焊接設備,進一步提高焊接機械化、安全可靠性及自動化水平,有效地促進我國焊接技術及制造行業(yè)的快速發(fā)展,提高經(jīng)濟效益。
參考文獻:
[1] 黃建平,黃永平,肖延江.論我國焊接行業(yè)的現(xiàn)狀[J].科技與企業(yè),2012,(1).
0 引言
激光的研究與發(fā)展已經(jīng)有五十年左右的歷史了,是通過光源在被輻射過程被動放大化后產(chǎn)生的。它的使用功率和質量在不斷改進中有了很大的提高,激光加工技術因此成了二十一世紀在材料加工方向最有發(fā)展前景的應用技術之一。激光焊接技術是在材料加工方面應用最廣泛的一種,運用在很多行業(yè),包括輪船制造業(yè)、汽車制造業(yè)、建筑業(yè)及航天制造業(yè)等。正確的運用激光焊接技術可以帶來很多方面的便捷和高效,是工業(yè)的一項新型技術,值得廣泛推廣。
1 當前激光焊接技術還存在的一些問題
1.1 焊接過程存在氣孔
焊接過程為什么會有氣孔的伴隨出現(xiàn)一直還是個謎,人們一般的猜測是,激光在焊接冷卻中由于氫的溶解性突然變差所以產(chǎn)生了氫氣孔或者是激光束會引發(fā)熔解池金屬變化匙孔發(fā)生變動[1],熔池內的金屬發(fā)生紊流從而產(chǎn)生了氣孔??茖W的解釋一般有兩種,一種是在高溫條件下氫大量融入導致了焊接微型氣孔的生成,另一種則是認為氣孔不規(guī)則的生成是由于其中鎂元素的蒸發(fā)燃燒損耗導致的。
1.2 焊接過程容易不穩(wěn)定
激光在深熔的焊接過程中往往會伴隨匙孔效應的發(fā)生,由于匙孔主要是由等離子體和金屬蒸汽組成的,這些氣體會對激光有較強的吸收輻射作用,所以導致了在焊接過程中出現(xiàn)了不穩(wěn)定。只要激光輻射照明度低于一定的標準,就會發(fā)生深熔焊和熱傳導焊不停發(fā)生變幻,形成了焊接的不穩(wěn)定。
1.3 焊接過程容易導致金屬有裂痕
激光的功率和密度一般很高,所以熱影響區(qū)域一般很小。被焊接的金屬材料在冷卻過程中速度很快,導致有些合金,在最后的凝固狀態(tài)的柱狀形態(tài)晶體區(qū)域發(fā)生低熔點性共晶組織現(xiàn)象,從而導致結晶破裂,金屬表面形成裂痕。
2 當前激光焊接技術的廣泛應用
2.1 激光焊接技術在汽車工業(yè)的應用
隨著人們生活水平的提高,汽車已經(jīng)走進了千家萬戶,汽車市場的需求也在與日俱增。如何提高汽車制造工業(yè)的水平和效率一直是個待攻克的難關。世界上很多的知名汽車企業(yè)如奔馳、大眾已經(jīng)從上世紀八十年代開始就研究了激光焊接技術對汽車的應用,主要包括了車身、側框、車頂燈部位的釩金材料的焊接。九十年代更多的知名汽車制造商如福特、通用也加入了激光焊接技術[2]。日本的汽車公司運用激光焊接和切割技術來制造車身的覆蓋件等,因性能的卓越,使得越來越多的高強鋼硬激光焊接配件被應用到汽車的制造中。激光的焊接技術也應用到了汽車車體部位部件的加工,如離合器、散熱器和排氣管及增壓器輪軸等等,成了又一項標準的汽車零部件制造技術。而由于我國的汽車發(fā)展起步較晚,所以目前只有少數(shù)汽車制造商會采用激光焊接技術對汽車進行改造,但是激光技術已經(jīng)成了市場主流,相信不久我國的汽車制造商都會逐步采用的。而與之相對的是我國的科學研究機構對激光焊接技術的研究卻處于前列,并且已經(jīng)取得了多項驕人的成績。
2.2 激光焊接技術在醫(yī)療方面的應用
激光焊接技術在生物醫(yī)療組織方面的應用已經(jīng)存在了將近四十年的歷史。最早的是一名醫(yī)療人員成功運用激光焊接技術吧血管和輸卵管連接在了一起,并且效果顯著,從而給后面的醫(yī)療工作者提供了一個爭相模仿的典范。更多醫(yī)學人員大膽的把這項技術從生物組織轉移到了其他組織上。例如激光焊接技術在人體神經(jīng)方面的應用,是國內外醫(yī)療人員研究的熱點之一,其中主要是存在激光波長的差距、劑量的多少適宜以及使用何種激光焊接材料對功能更好的恢復方面的爭議。激光焊接還運用在了牙科方面的治療,可以修復口腔內的多種問題[3]。材料的選擇也很多,可以是鈦合金或者鈷鉻合金等,制作的產(chǎn)品也有很多,從鑄造支架到烤瓷官橋再到附著體,激光焊接技術和以前的醫(yī)療技術相比無不體現(xiàn)出了其絕對的優(yōu)越性。
2.3 激光技術在輪船制造業(yè)的應用
輪船上使用的木板一般都有比較厚、焊接縫隙比較長等特點。所以容易經(jīng)常性引發(fā)在焊接過后的船板翹動,甚者嚴重的發(fā)生變形等問題。根據(jù)粗略的統(tǒng)計結果表明,如果使用普通的焊接技術焊接輪船上的木板,大概有四分之一以上的總工作量都要花在船板的整理改動過程中,浪費時間和資源,相當?shù)牟缓侠怼5侨绻褂眉す夂附蛹夹g就完全不同了,根據(jù)激光自身特有的性質,激光焊接在一定區(qū)域能量集中高,同時光束面積一般也很小,導致熱影響到的區(qū)域和普通的弧焊方式相比較會小很多。所以焊接過后船板不會發(fā)生較明顯的形變,可以很好的應用到輪船制造業(yè)中。還有一方面就是,由于船板的制造有很多道不同的工序,要在不同的地方分別完成,材料在一個工作臺被切割后要送到另一個工作臺中進行焊接部分,如果使用的是激光焊接技術,那么可以通過使用適合的傳輸設備和發(fā)射器,讓材料的切割和焊接部分在一個地方一起完成,提高了工作效率,節(jié)約了時間和資源。同時由于激光焊接有很大的深寬比值,所以在很小焊縫不變形的情況下也能完成對大船板的焊接工作,所以國外最高可以完成十厘米厚的船板焊接。而目前我國這方面還處于起步階段,仍然需要大量進口一些激光焊接先進設備。
3 結語
激光焊接技術作為激光應用中的重要組成部分,盡管還存在一些小問題,但是由于其自身的卓越優(yōu)點,已經(jīng)在全世界各個行業(yè)領域取得了廣泛的應用,給工業(yè)的制造和人們的生活帶來了便捷與高效,正確運用好這項技術一定能提高我國的科技發(fā)展水平,最終促進社會的不斷發(fā)展。
參考文獻:
1.引言
隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略的實施,中國制造業(yè)正在面臨著升級發(fā)展的局面。其中在航空船舶、高速軌道交通、化學工業(yè)、汽車制造等方面亟待升級。鋁件焊接技術作為制造業(yè)的其中一環(huán),其應用與發(fā)展至關重要。鋁件作為制造業(yè)的耗材需求日益增多,促進了鋁件焊接技術的研究日益深入。從而鋁件的焊接問題已成為焊接技術研究的重要組成部分。一些新型的焊接技術也正在逐步應用于鋁件的焊接。
2.鋁件的焊前準備
2.1清洗
鋁件的焊接質量決定了產(chǎn)品的質量,焊前清理工作是保證焊接工作質量的前提條件。被焊接物往往被表面的氧化膜或有機雜質所沾污,這些污染會帶來氣孔等危害。常用辦法:采用化學清洗和機械清理。利用化學作用進行清洗時,首先使用濃度為10%的NaOH溶液與氧化鋁反應,反應式:Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O,且產(chǎn)物易溶于水。從而去除鋁件的氧化物。機械清洗利用相似相溶的原理,使用有機溶劑如汽油、丙酮等對表面進行擦拭。接著用不銹鋼絲刷打磨氧化膜達到去除目的。
2.2 墊板與預熱
在焊接過程中,為防止鋁件等焊接材料焊穿和塌陷,在接縫處需安放墊板,如碳鋼板、石墨板等。同時墊板表面需開圓弧型槽。預熱同樣作為準備工作,主要是用來避免氣孔、焊件變形問題的發(fā)生。在焊件小、薄的材料時則無需預熱。當焊接厚度超過5mm,往往需要對其預熱,溫度控制下100℃―300℃。
3.鋁件的焊接工藝
3.1 鋁件的氣焊工藝
鋁件的氣焊之前需進行焊前準備,首先進行接頭形式與坡口的制備、接頭清洗、焊縫背面加墊板、焊前預熱。氣焊的參數(shù)如火焰種類、焊嘴大小、焊嘴傾角都需要合理選擇與調整。
焊絲的化學成分決定了焊接后焊接處的組成,并影響到其性能的不同。不同的材料會有不同的強度、抗裂性、耐蝕性以及塑性等性能上的差異。一般選材原則是選擇與基體金屬成分相同的焊絲,同時也可以直接從焊接材料上截取一個狹條使用。常用鋁件焊絲的型號與用途見下表。
氣焊鋁件時必須使用氣焊劑CJ401,可以優(yōu)化焊縫的成形以及調高濕潤性能等。具體操作時,火焰要正對溶池,在火焰保護范圍內焊絲上下晃動。下送時,將帶著溶滴的焊絲插入溶池,待焊接過程結束后,立即將焊絲從溶池中拉出。焊絲的這種運動往往可以破壞氧化膜,以得到較好的焊縫。最后進行焊后清理。通過以上多道工序,能夠得到較好的焊縫質量,在實際生產(chǎn)應用中解決焊接問題。
3.2鋁件的焊條電弧焊
鋁條的焊條電弧焊可用于鋁合金鑄件的補焊。由于單絲電弧焊存在焊接速度可調性低,依靠增加焊接電流的方法難以達到要求。目前多采用雙絲或多絲電焊弧,它可以將瞬時輸入功率多用于熔化焊絲,將焊絲熔化速率大大加快,從而實現(xiàn)高速焊接。
雙絲MAG焊工藝不同于傳統(tǒng)單絲焊接工藝,它是將熔池中的多余熱量去熔化焊絲,在此基礎上加大電流,使得焊接速度加快。這種方法使得填充絲吸收了熱量,減少了對母材熱影響區(qū)的熱量輸入,改善了焊接的性能和形狀。
3.3新型的鋁件焊接工藝
傳統(tǒng)的鋁件焊接工藝缺陷率高且穿透力差。隨著新型電子設備的技術進步,焊接電流、激光發(fā)生器等設備的進步,一些鋁件焊接工藝得到改良并且發(fā)展迅速。其中包括串聯(lián)MAG焊接、磁脈沖焊接、利用混合激光的MIG/MAG焊接、摩擦攪拌焊接等。在隨著異種金屬如鋁鋼、鋁銅等結合的需求增加。異種焊接技術也得到迅猛發(fā)展,例如電子束焊接和摩擦攪拌焊接等焊接技術就應用于此。這些新焊接技術的開發(fā)大大提高了產(chǎn)品的質量,節(jié)約資源以及改善作業(yè)環(huán)境。
4.鋁件焊接的應用實例
鋁材具有諸多方面優(yōu)點,它獲取方便同時利于回收,材料性能延展性好、使用壽命長等。這使得鋁質鑄件成為汽車工業(yè)中必不可少的結構組成部分,因此鋁件的焊接在汽車制造中應用十分重要。在實際生產(chǎn)中焊裝奧迪T99項目,鋁件焊接的具體操作有,首先對于沖壓鋁件要采取鈍化處理,然后使用專用工位器具對要焊裝的鋁件運送到焊裝車間焊裝。具體連接工藝包括:電阻點焊、等離子釬焊、MIG焊/釬焊、MAG焊、激光焊、機器人伺服器焊鉗焊接,此外還有其他類連接工藝鉚接、沖連、涂膠、壓合/翻邊等。這些連接技術將鋼鋁材料組裝成一體。
1、大型存儲類容器用鋼的焊接現(xiàn)狀
近些年來,隨著冶金裝備的不斷提高,壓力容器用鋼的開發(fā)已具備良好的條件。在此背景下,存儲類壓力容器用鋼的開發(fā)也十分喜人,無論在品種還是品質方面,都基本實現(xiàn)了系列化。其從開發(fā)到應用的周期也大大縮短了,由原來的5至8年縮短至2到3年。一些大型的高參數(shù)球罐用鋼原材料已不再依賴進口。
2、大型輸入用鋼的焊接技術進展
在當今全球經(jīng)濟都快速發(fā)展的背景下,石油安全已成為國家經(jīng)濟安全的一項重大戰(zhàn)略。所謂石油安全,是指石油的供應要在數(shù)量和價格上都能夠滿足經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展的需要。保障能源安全的途徑之一是就戰(zhàn)略石油儲備,它可以有效應對短期石油供應沖擊。一般石油儲備基地的浮頂油罐的單臺儲存容積要在10萬礦以上,我國自上世紀80年代以來,已建成的10萬礦以上的浮頂油罐達百余臺。
這種大型的原油儲罐在施工時一般運用了高效大熱輸入焊接技術,因而在采用鋼板時也要與之相適應,采用大熱輸入焊接用鋼板。但是使用大熱輸入焊接會導致接熱影響區(qū)的強度和韌性被惡化。對著焊接熱輸入的提高,其強度和韌性也在不斷的下降。因而在焊接過程,克服接熱影響區(qū)性能的惡化成為大熱輸入用鋼開發(fā)的關鍵。
由于大型儲罐用大熱輸入用鋼的開發(fā)對技術有很高要求,并且難度較大,因而在上世80年代伊始,我國5萬礦以上的儲罐,其所用高強鋼皆來自于進口。為使鋼材國產(chǎn)化,武鋼、北京燕山石化公司,以及中通公司等單位,在國內率先開展研制大熱輸入用鋼WH610D2。到本世紀初,已基本實現(xiàn)了大部分的鋼材國產(chǎn)化。
3、壓力容器焊接設備研究進展
3.1窄間隙理弧焊
窄間隙理弧焊在我國的應用由來已久,自1985年從瑞典引進第一臺開始就應用至今。二十多年的生產(chǎn)經(jīng)驗表明,厚壁容器對接焊的最好選擇便是窄間隙理弧焊。多年來,國內外為提高窄間隙理弧焊效率而相繼推出了串列電弧雙贊窄隙理弧焊,但是一直都未得到普遍推廣。這主要是由于操作難度增加了,并且交流電弧的焊道成形不佳,在應用成很容易引起焊縫夾濟。
而就在最近,美國林肯公司向我國市場退出了一種理弧焊電源,可以對交流波形參數(shù)任意控制。這種由計算機來控制的理弧焊電源,能夠促進串列電弧雙贊理弧焊在工藝參數(shù)上達到最佳組合,積極推動了串列電弧雙贊窄間隙理弧焊的應用。
3.2焊接工藝監(jiān)控技術
工藝環(huán)節(jié)對焊接質量的優(yōu)劣有很大影響,尤其是工藝時的試驗與評定、實施與監(jiān)控,以及焊后的檢查這三個環(huán)節(jié)。其中試驗與評定和檢查這兩個環(huán)節(jié),目前國內已具備成熟的方法與標準。但是對于實施與監(jiān)控環(huán)節(jié),在當前仍屬于宏觀失控的狀態(tài)。所以,經(jīng)常會出現(xiàn)因為焊上技能水平不合格,以及工藝紀律未能有力執(zhí)行,從而造成返修的情況。特別是焊接接頭部位內在性能持續(xù)不高的現(xiàn)象普遍存在。在目前的市場經(jīng)濟條件下,制造產(chǎn)業(yè)面臨前所未有的生存壓力,所以在競爭中他們盡可能降低成本或縮短周期。然而焊后的無損檢測卻僅僅是消極的事后控制,其關鍵應當是對施焊過程的質量監(jiān)控。
伴隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,對焊接質量的要求也越來越高,例如西氣東輸這類龐大的工程,在管道施上和大型球罐安裝時,由于可能造成的事故危害大,因而對質量要求非常嚴格。質量控制單位在對焊接質量進行監(jiān)測時必須要借助微機監(jiān)控裝置來完成,從而確保施上質量。
4、焊接材料的推廣應用
4.1開發(fā)新型焊接材料
一直困擾工藝過程中的一個難題是不銹鋼材質在打底焊接時背面容易氧化,長久以來的做法是對背面做充氛保護。但是由于有的容器較大、管道較長,有的容器背面沒有充氛空間,這種情況下會造成氛氣的大量浪費卻達不到預期效果,反而使成本增加了。因而新型焊接材料的開發(fā)勢在必行。目前市場上推出的藥芯焊贊鋼和鐵粉焊條都是比較好的。
4.2焊接自動化進展
在上世紀80年代中期,一些發(fā)達國的焊條量就站到焊材的百分之五十,到本世紀初,大部分歐美國家以及日本消耗的焊條占到焊材比例不到百分之二十。這表明發(fā)達國家的自動化焊接在整個焊接上作量中站到百分之八十以上。近些年,在我國部分企業(yè)中,焊接自動化和半自動化率達到了百分之七十左右,但就全國來說,整體占有率卻在百分之五十以下。但我們依然可以發(fā)現(xiàn),焊接自動化進展速度明顯加快,預計接下來的幾年就可達百分之七十以上。
4.3焊材品種的更新
由于鋼鐵冶煉和軋制工藝的發(fā)展,在今后一段時間里,諸如建筑結構鋼、壓力容器鋼、橋梁鋼、低溫鋼等一些低合金高強鋼,都慢慢朝著“低碳化、微合金化和細晶化”的方向發(fā)展,鋼材實物水平將達到國外的領先水平。目前已經(jīng)有單位和設計院提出,焊縫金屬中的雜質含量應接近鋼材實物水平,其沖擊韌度也要與鋼材實物的水平相當,不能單純按照國家標準選購焊接材料。
4.4環(huán)保型焊接材料的推廣
上世紀中期開始,日本就已開始低塵焊條的研制,在研制后的一年內并沒有推廣應用,這主要由于相比同類焊條,其性能較差。到了70年代后期,日本再次研制出了新一代低塵焊條,此次推出的焊條在工藝性能上已接近于同類焊條,并且發(fā)塵量也減少了百分之四十左右,從此,低塵焊條在日本開始實用化。
但在上世紀末,日本在造船、橋梁和重型機器時卻沒有使用低塵焊條。這主要由于低塵焊條的價格過高、工藝性能仍稍差、壓涂性能較差、焊接后煙塵依然很高。因而一些歐美焊材企業(yè)認為,開發(fā)低塵焊條實用價值并不明顯,都沒有進行這方面產(chǎn)品的開發(fā)。
我國在70年代就開始研究低塵焊條,但也未能得到推廣應用。因為國內一些單位在實驗過程中得出:大幅度使煙塵發(fā)生量降低,對藥芯焊處的其他性能容易造成較大影響。
5、展望
在未來一段時間內,壓力容器焊接技術的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)有:新鋼種的焊接工藝完善,
焊接材料朝自動化方向發(fā)展,焊接接頭的性能提高,尤其是藥芯焊處的產(chǎn)品比重上升。
焊接技術現(xiàn)代化的一個重要標志即是焊接工藝及裝備的現(xiàn)代化,這也是保證焊接產(chǎn)品高質量的一個重要因素。在今天高新技術飛速發(fā)展的環(huán)境下,焊接技術應當引進現(xiàn)代高新技術,以此加速實現(xiàn)工藝及裝備的現(xiàn)代化,建立焊接數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng),促進焊接生產(chǎn)實現(xiàn)現(xiàn)代化管理,以及智能控制焊接過程,大大提高焊接技術水平,使焊接質量和生產(chǎn)率也得到提高。
無論是焊接行業(yè)的哪個領域,焊接質量和提高以及成本的降低都應該是重視的問題。因而企業(yè)應當積極開發(fā)和采用先進的現(xiàn)代化焊接技術,并對產(chǎn)品質量加強管理,研制并采用先進的監(jiān)控技術來確保產(chǎn)品的質量。在焊接質量保證的基礎上,采用現(xiàn)代化管理和先進的技術使成本降低,從而提高企業(yè)競爭力。這是未來壓力容器焊接技術的發(fā)展方向。
高能束流(High Energy Density Beam)加工技術包含了以激光束、電子束和等離子弧為熱源對材料或構件進行特種加工的各類工藝方法。高能束流焊(或高能密度焊)是指焊接功率密度比通常的氬弧焊(TIG、MIG)或CO2氣體保護焊高的一類焊接方法。
1 高能束流焊接的應用領域
當前高能束流焊接被關注的主要領域是:
⑴高能束流設備的大型化 — 功率大型化及可加工零件(乃至零件集成)的大型化。
⑵新型設備的研制,諸如,脈沖工作方式以及短波長激光器等。
⑶設備的智能化以及加工的柔性化。
⑷束流品質的提高及診斷。
⑸束流、工件、工藝介質相互作用機制的研究。
⑹束流的復合。
⑺新材料的焊接
2 我國高能束流焊接現(xiàn)狀
在國內,高能束流焊接越來越引起更多相關人士諸如焊接、物理、激光、材料、機床、計算機等工作者的關注。國內在設備水平上,與國外有一定差距,但在工藝研究上,水平則較為接近,甚至在某些方面還有自己的特色。
2.1 激光焊接
在設備生產(chǎn)與研究上,主要有華工的氣體激光加工國家工程中心、電子部11所的固體激光加工國家工程中心、中國大恒激光工程公司、上海團結百超數(shù)控激光設備有限公司等,主要生產(chǎn)千瓦級的CO2激光設備和1千瓦以下的固體YAG激光設備。
國內對激光焊接研究主要集中在激光焊接等離子體形成機理、特性分析、檢測、控制、深熔激光焊接模擬、激光—電弧復合熱源的應用、激光堆焊、超級鋼焊接、水下激光焊接、寬板激光拼焊(Tailored Blank Laser Welding)、填絲激光焊、鋁合金激光焊、激光切割質量控制等。從事激光焊接研究比較多的主要有華中理工大學、國家產(chǎn)學研激光技術中心、清華大學、哈爾濱焊接研究所、北京航空工藝研究所、哈爾濱工業(yè)大學、西北工業(yè)大學等。清華大學從聲和電的角度,分析了熔透狀態(tài)的聲信號,提出了激光焊接等離子體的等效電路及電特性數(shù)學模型;在抑制等離子體的負面效應方面,清華大學張旭東、陳武柱等提出了側吸法;國家產(chǎn)學研激光技術中心的肖榮詩、左鐵釧提出了雙層內外圓管吹送異種氣體法;西北工業(yè)大學的劉金合提出了外加磁場法。哈爾濱焊接研究所引進德國HAAS公司生產(chǎn)的2kW Nd:YAG激光發(fā)生器,建立了大功率固體激光加工中心,開展了材料為碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦合金等多種材料的大功率固體激光焊接工藝研究以及激光—電弧復合熱源焊接技術研究。
2.2 電子束焊接
我國自行研制電子束焊機始于60年代,至今已研制生產(chǎn)出不同類型和功能的電子束焊機上百臺,并形成了一支研制生產(chǎn)的技術隊伍,能為國內市場提供小功率的電子束焊機。
近年來,出現(xiàn)了關鍵部件(電子槍,高壓電源等)引進、其它部件國內配套的引進方式,這種方式的優(yōu)點是:設備既保持了較高的技術水平,又能大大降低成本,同時還能對用戶提供較完善的售后服務。北京航空工藝研究所以此方式為某航空廠實施設備的總體設計和總成,實現(xiàn)了某重要構件的真空電子束焊接;桂林電器科學研究所也通過這種方式開發(fā)了HDG(Z)-6型雙金屬帶材高壓電子束連續(xù)自動焊接生產(chǎn)線,該機加速電壓120kV、束流0~50mA、電子束功率6kW,帶材運行速度0~15m/min,從而使我國擠身于世界上能生產(chǎn)這種生產(chǎn)線的幾個國家之一。北京中科電氣高技術公司近期為上海通用汽車公司研制成功自動變速車液力扭變器渦輪組件電子束焊機,70 s內可完成兩條端面圓焊縫的焊接,并已投入商業(yè)化生產(chǎn)。
目前,以科學院電工所的EBW系列為代表的汽車齒輪專用電子束焊機占據(jù)了國內汽車齒輪電子束焊接的主要市場份額;我國的中小功率電子束焊機已接近或趕上國外同類產(chǎn)品的先進水平,而價格僅為國外同類產(chǎn)品的1/4左右,有明顯的性能價格比優(yōu)勢。
在機理及工藝研究上,北京航空工藝研究所、北京航空航天大學、天津大學、上海交通大學、西北工業(yè)大學、中國科學電工所、桂林電器科學研究所、西安航空發(fā)動機公司、航天材料及工藝研究所、哈爾濱焊接研究所開展的工作涉及熔池小孔動力學、電子束釬焊、接頭疲勞裂紋擴展行為、接頭殘余應力、填絲焊接、局部真空焊接時的焊縫軌跡示教等。
2.3 等離子弧焊接
在等離子弧焊設備方面,西北工業(yè)大學的李京龍、白鋼等開展了脈動等離子噴焊技術研究,通過在工件和噴槍陽極(噴嘴)間接入高頻的IGBT無觸點開關,成功地實現(xiàn)了轉移弧和非轉移弧的高頻交替工作,實現(xiàn)了單一電源下的等離子噴焊。西安交通大學的王雅生等開展了適宜于AI、Mg及其合金的變極性等離子弧焊設備的研究,主弧的正、負半波分別由兩臺直流電源供電,對工件(鋁)實現(xiàn)了變極性焊接,它不僅使電弧穩(wěn)定,而且還有可靠的陰極清理作用。北京航空工藝研究所開展了脈沖等離子弧焊的“一脈一孔”的工藝研究;在穿孔等離子弧焊小孔特征及行為檢測方面,哈爾濱工業(yè)大學、北京航空工藝研究所以及清華大學分別通過光譜信息、電弧電壓和電流的頻譜分析,檢測小孔的建立、閉合以及小孔尺寸;天津大學的王惜寶、張文鉞分析了等離子弧粉末堆焊時粉末在轉移弧中的輸運行為及其主要影響因素,計算了鐵基合金粉末和碳化硼粉末、不同參數(shù)下在弧柱中的輸運速度分布及沿弧柱橫截面上的粉通量分布。
3 關于電子束焊接和等離子弧焊接的最新進展
國外電子束焊接發(fā)展可歸結為:超高能密度裝置研制、設備智能化柔性化、電子束流特性診斷、束流與物質作用機制研究以及非真空電子束焊設備及工藝的研究.等。
在日本,加速電壓600kV、功率300kW的超高壓電子束焊機已問世,一次可焊200mm的不銹鋼,深寬比達70∶1 。
日、俄、德開展了雙槍及填絲電子束焊技術的研究。在對大厚度板第一次焊接的基礎上,通過第二次填絲來彌補頂部下凹或咬邊缺陷;日本采用雙搶實現(xiàn)了薄板的超高速焊接,反面無飛濺,成形良好。
1 引言
隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展,各種新材料、新技術不斷涌現(xiàn),為各個行業(yè)和領域提供新的技術方法和支持,焊接技術在建筑領域已經(jīng)應用了近百年,在建筑中發(fā)揮著重要的作用,目前,我國在建筑鋼結構的許多技術領域中,已經(jīng)處于世界領先水平現(xiàn)如今,鋼結構建筑在我國隨處可見,高層樓房建筑,工業(yè)廠房,公共建筑以及橋梁建筑都普遍采用鋼結構,但是,建筑鋼結構在應用上也存在著很多問題,需要我們注意并解決"焊接技術的水平直接影響著建筑鋼結構的質量和結構,因此,研究建筑鋼結構焊接技術的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,對于提高建筑鋼結構焊接技術有著重要的意義。
2 建筑鋼結構焊接技術發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 建筑鋼結構焊接技術和焊接材料的發(fā)展
近幾十年來,由于建筑鋼結構具有結構穩(wěn)定!使用壽命長,生產(chǎn)效率高,節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點被普遍應用于廠房,電站,橋梁,樓房和超高建筑之中,鋼結構的焊接技術也經(jīng)歷不斷的發(fā)展和進步,20世紀40年代,焊條電弧焊引入建筑鋼結構焊接之中,50年代中期埋弧焊接技術又成為鋼結構的主要焊接技術,20世紀70年代又出現(xiàn)了實芯焊絲和藥芯焊絲氣體保護焊,螺栓焊,熔嘴電渣焊等新的焊接技術。這些焊接技術的發(fā)展為現(xiàn)代建筑鋼結構的焊接提供了技術支持,尤其是氣體保護焊在建筑鋼結構中的使用,極大地提高焊接的生產(chǎn)效率,縮短了工期,創(chuàng)造了更好的經(jīng)濟效益。但是,建筑鋼結構的焊接并不是只采用一種焊接技術來進行,要根據(jù)鋼結構采用的鋼原料和焊接材料的不同采用不同的焊接技術和焊接工藝,在建筑鋼結構焊接過程中,選用的焊接材料和鋼原料在硬度和韌性方面要匹配,并根據(jù)不同的強度和韌性選擇不同的焊接技術。
2.2 焊接設備的生產(chǎn)和應用
進行建筑鋼結構焊接就不得不考慮焊接設備的選用,目前,在進行鋼結構焊接時采用的設備都是外國生產(chǎn)制造的,國內生產(chǎn)的大多數(shù)焊接電源設備無論在技術特性還是自動化程度都遠遠落后于外國。自80年代初鋼結構制造企業(yè)引進外國成套的鋼結構制造設備以來,國內很多企業(yè)都在積極研究生產(chǎn)屬于自己的鋼結構生產(chǎn)設備,我國生產(chǎn)屬于自己的高科技的鋼結焊接設備指日可待。
2.3 焊接技術工作者的培養(yǎng)
在我國建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展的今天,建筑鋼結構所需要的焊接技術工作者也在與日俱增,也就難免會出現(xiàn)魚龍混雜的情況。建筑鋼結構的焊接技術有很強的專業(yè)性和復雜性,要求焊接人員有很強的技術性。雖然我國的焊接工作者很多,相應的焊接工作也能夠得以順利完成,但缺少真正優(yōu)秀的焊接技術人員。因為建筑行業(yè)在我國的發(fā)展時間有限,所以與其他發(fā)達國家比起來,我國的焊接技術人員的培養(yǎng)、考核、認證制度還不夠完善,管理和認證方式比較混亂,不能準確保持焊接人員的技術水平,也就使鋼結構焊接存在著安全隱患和質量沒有保證,不利于我國建筑鋼結構焊接水平的整體提高。
3 建筑鋼結構焊接技術發(fā)展趨勢
3.1 建筑鋼結構焊接與切割工藝的創(chuàng)新
建筑鋼結構具有空間大,跨度高并且綠色環(huán)保的優(yōu)勢得到迅速發(fā)展和廣泛應用,作為連接鋼結構的重要技術,焊接技術是發(fā)揮鋼結構功能和作用的最重要基礎,在建筑鋼結構焊接與切割工藝上,不斷創(chuàng)新的技術層出不窮,在鋼結構的切割和焊接上,智能切割和智能焊接設備正在研究制造之中,采用智慧的焊接方式和切割方式,可以減少原材料的浪費,并能有效提高焊接質量,為制造質量更好和安全性能更強的建筑鋼結構提供了可能。
3.2 自動焊接技術的應用
目前,世界工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)開始采用自動焊接技術來進行建筑鋼結構的焊接,大大提高了整個建筑鋼結構的強度和質量,并提高了建造效率,節(jié)省了工期"在我國,自動焊接技術而在不斷被我國建筑鋼結構生產(chǎn)企業(yè)所采用,建筑焊接結構可以實現(xiàn)大型化,重型化和高精度方向發(fā)展,自動化焊接技術對于焊接技術人員的技術水平要求較低,并且具有焊接質量高,焊縫美觀實用,焊接效率高等特點,因此,自動焊接技術在建筑鋼結構中會普遍采用。
3.3 焊接技術人員素質的提高
中圖分類號:TM910 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2013) 10-0180-01
國內光伏行業(yè)發(fā)展至今已有十幾年的歷史,從整個產(chǎn)品制作過程分鑄錠、切片、電池、組件四個環(huán)節(jié),組件環(huán)節(jié)下又可細分為焊接、敷設、層壓、裝框、測試等主要工序,焊接技術隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,由最初的手工焊,發(fā)展到當前的自動焊接,焊接技術正朝著多樣化發(fā)展,選擇不同的焊接技術,設備性能及維修成本方面各不相同,大概有以下幾種,一是熱風焊接、二是電磁焊接、三是紅外焊接、四是軟接觸焊接,另外區(qū)別此類焊接還有導電膠帶焊接技術。這幾種焊接技術在市場上均占據(jù)一定的份額。
一、熱風焊接
此焊接技術,加熱單元采用的壓縮空氣給熱風管通氣體,利用加熱管給壓縮空氣加熱,將熱量傳遞給焊帶,使焊帶與電池片進行焊接。
熱風管結構:(1)往不銹鋼筒中注入干燥空氣;(2)通過安裝在玻璃管內的加熱器加熱空氣;(3)放出加熱后的空氣;(4)通過加熱器出口端的溫度測定部的K熱電偶對溫度進行測量;(5)由于測定部的熱電偶是位于玻璃管內部的,所以不會受到外部空氣的影響。
控制方法:通過三菱制造的PLC的溫度控制單元控制;以1秒為周期對熱電偶的溫度進行測量,通過PID(注1)控制,為使其與設定溫度保持一致不出誤差,自動進行SSR的輸出調整。
注1:PID控制;PID動作即為比例動作、積分動作和微分動作相互結合的動作方式,可以使控制對象得到最精準優(yōu)秀的控制效果。因為此控制方式可以通過比例動作防止發(fā)生逆向現(xiàn)象,通過積分動作自動進行OFF-SET的修正,并通過微分動作加快對外部問題的響應時間。
異常處理:1秒周期的控制中,管理對熱電偶斷線、加熱器斷線、溫度異常的檢測功能,有異常情況的話可以強制關閉加熱器。
設定溫度和實際溫度的差異:與一般的加熱器那種通過加熱鐵或者鋁制材料,測量加熱部件的溫度的控制狀態(tài)不同,這里是通過直接放出加熱后的空氣,在出口處通過熱電偶進行溫度管理的。熱電偶的檢測溫度直接顯示在觸摸屏上,在一秒周期內,若檢測出熱電偶的斷線、加熱器的斷線等異常情況,立即強制關閉加熱器。因此,觸摸屏上顯示的溫度應該不會與熱電偶的實際溫度有差異。此焊接技術焊接質量可靠,操作方便,碎片率低,唯一的缺陷就是焊接產(chǎn)生的助焊劑粉塵未經(jīng)過處理,直接排到室外,影響了市區(qū)環(huán)境,這是后期待改進的地方。
二、電磁焊接
電磁焊接部分由傳輸帶,加熱板、焊臺、焊帶加緊機構,除煙裝置組成。
此焊接技術原理采用低溫閉環(huán)電池焊接技術,完全系統(tǒng)控制焊接溫度,靜態(tài)電磁場內的正反面焊帶同時感應到磁場產(chǎn)生渦電流,從而使正面和背面焊帶熔化焊接,通常焊接時焊帶和電池片的焊接溫度只有180-200度;電磁焊接方式可以基本達到激光焊接的效果。采用快速響應溫度傳感器,配合智能化的PID控制焊接程序和反饋控制。精準的PID讀溫和在焊接過程中,利用紅外非接觸式溫度計讀取電池片和焊帶連接處的焊接真實溫度,溫度變化被模擬成溫度變化曲線,采用PID(比例、積分、微分控制模式)的控制,使系統(tǒng)自動調整控制溫度,焊接材料的溫度實際控制在±2℃。電磁焊接將焊帶、電池置于感應線圈產(chǎn)生的交變磁場中,由此產(chǎn)生的感應電流將其加熱。從高頻焊接電源主電路的結構特點來看,電源周圍分布著不同頻率的電磁場,有工頻的電磁場以及不同逆變頻率的電磁場,在高頻變壓器的原邊,電壓值較小,而變壓器的次級電壓值較大。其中,工頻交流來自于電網(wǎng),但是由于焊接電源內開關器件對電流的調制作用,此交流信號的高次諧波分量較大,嚴重時諧波分量的幅值甚至高于基波分量,所以在焊接電源周圍會產(chǎn)生工頻電場并帶有諧波。此焊接技術采用低溫焊接,碎片率低,焊接質量可靠,能把能量集中在焊帶焊接上,相比于熱風焊接或紅外焊接等大面積散布熱量的方式,減少了許多能量浪費。
三、紅外焊接
此焊接技術焊接裝置由兩個預熱單元和加熱單元組成。每個預熱單元包括8個短波紅外燈,下部裝有高溫計的溫度控制,焊接過程產(chǎn)生的廢氣,經(jīng)排放管道排出。
預熱區(qū)溫度設定范圍,從50℃到200℃之間,焊接單元加熱區(qū)控制并可調到250℃,加熱區(qū)終結段,用于冷卻電池串,控制并可調范圍從50℃到200℃。先進的預加熱功能設計,電池片、焊帶、助焊劑在加熱平臺上加熱,通過電池片溫度控制,確保工藝的可重復性。
為了保證焊接質量,當助焊劑噴涂在電池片上后,電池片先被預加熱,然后進行紅外焊接,焊接溫度由溫度控制器精確的控制焊接循環(huán),焊接完成后,自控冷卻系統(tǒng),已最大程度的降低電池片的熱應力。
紅外焊接技術優(yōu)點是非接觸式焊接,六段獨立溫控的加熱平臺,使電池片的溫度穩(wěn)步上升到焊接溫度。焊接后,控制溫度緩慢下降,從而避免電池片因溫度激變造成破碎,實踐證明,碎片率較低,焊接穩(wěn)定可靠且設備維護低。
四、軟接觸焊接
軟接觸焊接技術是將多個焊接烙鐵頭,有序并聯(lián)在一起,通過PID控制程序,分別對每個焊接頭進行溫度控制。在焊接時,烙鐵頭下壓接觸焊帶,焊錫熔化后,焊頭抬起,背面通過熱傳導使背面焊錫熔化,完成焊接。此焊接技術維護簡單,備件成本較低,焊接穩(wěn)定。
五、導電膠帶焊接
此焊接技術不同于傳統(tǒng)焊接,傳統(tǒng)焊接均采用助焊劑作為輔助材料,完成焊接。而此焊接技術,是通過機械手將導電膠帶貼附在電池主柵上,在焊接單元通過焊接壓頭溫度及壓頭壓力完成焊接。
此焊接優(yōu)勢是不會產(chǎn)生異味,對環(huán)境不會造成影響。能夠焊接薄片電池片且碎片率低。目前市場上應用還很少,隨著技術進步,薄片電池片在將來會是一個發(fā)展趨勢,此焊接技術會應用越來越廣。
六、總結
市場上應用的焊接技術,品種繁多,我這里僅是列舉了一些占有一定市場的技術。置于哪個焊接技術,能夠被各組件廠認可,還需市場來證明,每種焊接技術的存在都會有的優(yōu)勢和缺點。大家在選擇的時候,既要考慮技術是否先進,是否滿足現(xiàn)有需求及未來升級的空間,能否引導行業(yè)發(fā)展,同時也要關注電池的發(fā)展方向,原材料的投入,綜合成本在設備運行中是否是最優(yōu)的等一系列的問題。
1.鍋爐壓力容器和管道焊接技術的概述
鑒于鍋爐、壓力容器和管道涉及到許多重要的工業(yè)部門,其中包括火力、水力、風力,核能發(fā)電設備,石油化工裝置,煤液化裝置、輸油、輸氣管線,飲料、乳品加工設備,制藥機械,飲用水處理設備和液化氣儲藏和運輸設備等,焊接技術的內容是相當廣泛的。目前國內外鍋爐、壓力容器和管道的焊接技術取得了引人注目的新發(fā)展。隨著鍋爐、壓力容器和管道工作參數(shù)的大幅度提高及應用領域的不斷擴展,對焊接技術提出了愈來愈高的要求。所選用的焊接方法、焊接工藝、焊接材料和焊接設備首先應保證焊接接頭的高質量,同時必須滿足高效、低耗、低污染的要求。因此,在這一領域內,焊接工作者始終面臨復雜而艱巨的技術難題,要求不斷尋求最佳的解決方案。通過不懈的努力已在許多關鍵技術上取得重大突破,并在實際生產(chǎn)中得到成功的應用,取得了可觀的經(jīng)濟效益,使鍋爐、壓力容器和管道的焊接技術達到了新的發(fā)展水平。
2.鍋爐、壓力容器和管道焊接方法的新發(fā)展
鍋爐、壓力容器和管道均為全焊結構,焊接工作量相當大,質量要求十分高。焊接工作者總是在不斷探索優(yōu)質、高效、經(jīng)濟的焊接方法,并取得了引人注目的進步。以下重點介紹在國內外鍋爐、壓力容器與管道制造業(yè)中已得到成功應用的先進高效焊接方法。
2.1鍋爐膜式水冷壁管屏雙面脈沖MAG自動焊接生產(chǎn)線
上世紀80年代后期,日本三菱重工率先開發(fā)膜式水冷壁管屏雙面脈沖MAG自動焊新焊接方法及焊接設備,并成功地應用于焊接生產(chǎn)。其特點是多個MAG焊焊頭從管屏的正反兩面同時進行焊接。焊接過程中,正反兩面焊縫的焊接變形相互抵消。管屏焊接后基本上無撓曲變形。這是一項重大的技術突破。經(jīng)濟效益顯著。我國如今已有十多條MPM焊接生產(chǎn)線正常投運。管屏MPM焊接的主要技術關鍵是必須保證正反兩面的焊縫質量,包括焊縫熔深,成形和外形尺寸基本相同。這就要求在仰焊位置的焊接采用特殊的焊接工藝―脈沖電弧MAG焊。焊接電源和送絲系統(tǒng)應在管屏全長的焊接過程中產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖噴射過渡。因此必須配用高性能和高質量的脈沖焊接電源和恒速送絲機。這些焊接設備的性能和質量愈高,管屏反面焊縫的質量愈穩(wěn)定,合格率愈高。為進一步改進膜式壁管屏MPM焊機的性能,最近國產(chǎn)的管屏MPM焊機配用了第三代微要控制逆變脈沖焊接電源和測速反饋的恒速送絲機,明顯提高了反面焊縫的合格率。
2.2鍋爐受熱面管對接高效焊接法
熱絲TIG焊的原理是將填充絲在送入焊接熔池之前由獨立的恒壓交流電源供電。電阻加熱至650~800℃高溫,這就大大加速了焊絲的熔化速度,其熔敷率接近于相同直徑的MTG焊熔敷率。熱絲TIG焊不失為小直徑壁厚管對接焊優(yōu)先選擇的一種焊接方法。改用當代最先進的全數(shù)字控制逆變脈沖焊接電源或波形控制脈沖焊接電源,則可容易地按焊接工藝要求,對焊接電弧的功率作精確的控制,確保接頭的焊接質量。對現(xiàn)有的管子對接自動焊MIG焊機組織二次開發(fā),將原有的晶閘管焊接電源更換成全數(shù)字控制逆變脈沖焊接電源,并采用PLC和人機界面改造控制系統(tǒng),充分發(fā)揮MIG焊的高效優(yōu)勢。
2.3厚壁容器縱環(huán)縫的窄間隙埋弧焊
厚壁容器對接縫的窄間隙埋弧焊是一種優(yōu)質、高效、低耗的焊接方法。自1985年哈鍋從瑞典ESAB公司引進第一臺窄間隙埋弧焊系統(tǒng)以來,窄間隙埋弧焊已在我國各大鍋爐、化工機械和重型機械等制造廠推廣使用,近20年的實際生產(chǎn)經(jīng)驗表明,窄間隙埋弧焊確實是厚壁容器對接焊的最佳選擇。
最近,美國林肯(Lincoln)公司向中國市場推出交流波形參數(shù)可任意控制的AC/DC1000型埋弧焊電源。采用這種新一代的計算機控制埋弧焊電源,可使串列電弧雙絲埋弧焊的工藝參數(shù)達到最佳的組合。不但可以獲得窄間隙埋弧焊所要求的焊道形成,而且還可進一步提高交流電弧焊絲的熔敷率??梢灶A期,波形控制AC/DC埋弧焊電源的問世必將對串列電弧雙絲窄間隙埋弧焊的推廣應用作出積級的貢獻。
2.4大直徑厚壁管生產(chǎn)中的高效焊接法
隨著輸送管線工作參數(shù)不斷提升,大直徑厚壁管的需求量急劇增加,制造這類管材量經(jīng)濟的方法是將鋼板壓制成形,并以1條或2條縱縫組焊而成。由于厚壁管焊接工作量相當大,為提高鋼管的產(chǎn)量,通常采用3絲,4絲或5絲串列電弧高速埋弧焊。5絲埋弧焊焊接16mm厚壁管外縱縫的最高焊接速度可達156m/h,焊接38mm厚壁管外縱縫的最高焊接速度可達100mm/h。
3.鍋爐、壓力容器和管道焊接自動化的新發(fā)展
焊接機械化是指焊接機頭的運動和焊絲的給送由機械完成,焊接過程中焊頭相對于接縫中心位置和焊絲離焊縫表面的距離仍須由焊接操作工監(jiān)視和手工調整。焊接自動化是指焊接過程自啟動至結束全部由焊機的執(zhí)行自動完成。無需操作工作任何調整,即焊接過程中焊頭的位置的修正和各焊接參數(shù)的調整是通過焊機的自適應控制系統(tǒng)實現(xiàn)的。而自適應控制系統(tǒng)通常由高靈敏傳感器,人工智能軟件、信息處理器和快速反應的精密執(zhí)行機構等組成。為加速本行業(yè)焊接生產(chǎn)現(xiàn)代化的進程,增強企業(yè)的核心競爭力,應盡快提高焊接自動化的程度。
3.1厚壁壓力容器對接接頭的全自動焊接裝備
德國Babcock-Borsig公司與瑞典ESAB公司合作于1997年開發(fā)了一臺大型龍門式全自動自適應控制埋弧裝備。專用于、厚壁容器筒體縱縫和環(huán)縫的焊接。該裝備配置了串列電弧雙絲埋弧焊焊頭,由計算機軟件控制的ABW系統(tǒng)和激光圖像傳感器。
在焊接過程中激光圖像傳感器連續(xù)測定接頭的外形尺寸,測量數(shù)據(jù)通過計算機由智能軟件快速處理,并確定所要求的焊接參數(shù)和焊頭位置。系統(tǒng)軟件可調整每一填充焊道的4個焊接參數(shù):焊接速度,焊接電流,焊道的排列和各填充層和蓋面層的焊道數(shù)。因此,該系統(tǒng)可使實時焊接參數(shù)自動適應接頭整個長度上橫截面和幾何尺寸的偏差。該裝備不僅大大提高厚壁容器的焊接生產(chǎn)率,而且確保形成無缺陷的厚壁焊縫,同時顯著降低了焊工勞動強度,改善了工作環(huán)境。
3.2厚壁管件全自動多站焊接裝置
火力和核電站的主蒸汽管道,其壁厚已超過100mm,焊接工作量相當大,迫切需要實現(xiàn)焊接生產(chǎn)的全自動化,以提高生產(chǎn)率。每個焊接工作站由焊接操作機,翻轉機構,滾輪架,夾緊裝置和焊接機頭及焊接電源等組成。所有的焊接工作站由中央控制器集成控制。適用的管徑范圍為139~558 mm,壁厚18~100 mm.管件長度大于1800 mm.可全自動焊接直管對接,直管與彎管接頭,直管與法蘭以及直管與端蓋對接接頭。焊接方法采用窄坡口熱絲TIG焊。
在該自適應控制系統(tǒng)中,采用黑白攝像機檢測坡口邊緣的位置。采用彩色攝像機監(jiān)控電弧和填充絲的位置。通過檢則焊絲加熱電流控制填充絲的垂直方向的位置。這種控制方法是利用黑白攝像機的圖像,經(jīng)過計算機圖像處理,確定內外邊緣的照度差。當焊接條件變化時,系統(tǒng)將自動調整攝相機快門的曝光時間。以達到給定的照度,使焊槍始終保持在焊接開始時調整好的位置。壁厚管件全自動多站焊接裝置基本上實現(xiàn)了焊接作業(yè)無人操作。只需要一名操作人員在主控制室內設置管件的原始條件并在焊接過程中進行監(jiān)控。
中圖分類號:TG457.11 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)18-0239-01
一、建筑鋼結構焊接技術現(xiàn)狀
1.1 建筑鋼結構焊接技術和焊接材料
在20世紀后,建筑鋼結構的焊接技術經(jīng)歷了多個技術過度,由之前的焊條電弧焊的焊接到埋弧焊接,再由70年代出現(xiàn)的實芯焊絲以及藥芯焊絲為材料的氣體保護焊接技術和螺旋焊接技術,在這些焊接技術的基礎上逐步發(fā)展出了現(xiàn)代化的建筑鋼結構的焊接技術,使現(xiàn)代鋼結構的焊接技術大大縮短了工期,提高了生產(chǎn)效率,為企業(yè)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟效益。但有時,建筑鋼結構焊接不是僅僅采用一種焊接技術就能夠完成,需要根據(jù)鋼結構所采用的鋼鐵原料和焊接技術所需的原料相結合,采用多種焊接技術和工藝。
1.2 建筑鋼結構焊接技術中焊接設備的應用
建筑鋼結構的焊接還需要考慮焊接設備的應用,雖然我國鋼結構的很多技術都已處于世界領先水平,但現(xiàn)階段我國的鋼結構焊接所采用的設備大都是由國外生產(chǎn)制造的,國內的建筑鋼結構焊接設備相比,在技術性和自動化程度上遠遠低于國外的焊接設備,我國的建筑鋼結構企業(yè)在努力學習國外的先進建筑鋼結構焊接技術的同時,也在積極努力的研究探尋屬于自己的更為先進的鋼結構焊接技術設備[1]。
1.3 焊接技術工作者的培養(yǎng)
在我國建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展的今天,建筑鋼結構所需要的焊接技術工作者也在與日俱增,也就難免會出現(xiàn)魚龍混雜的情況。建筑鋼結構的焊接技術有很強的專業(yè)性和復雜性,要求焊接人員有很強的技術性。雖然我國的焊接工作者很多,相應的焊接工作也能夠得以順利完成,但缺少真正優(yōu)秀的焊接技術人員。因為建筑行業(yè)在我國的發(fā)展時間有限,所以與其他發(fā)達國家比起來,我國的焊接技術人員的培養(yǎng)、考核、認證制度還不夠完善,管理和認證方式比較混亂,不能準確保持焊接人員的技術水平,也就使鋼結構焊接存在著安全隱患和質量沒有保證,不利于我國建筑鋼結構焊接水平的整體提高。
二、建筑鋼結構焊接技術的發(fā)展趨勢研究
2.1 焊接技術人員素質的提高
隨著建筑鋼結構焊接技術的發(fā)展,對焊接技術人員的整體素質要求和技術水平要求不斷提高。21世紀是一個知識的時代,人的整體能力的提高是社會的發(fā)展趨勢,社會會更加注重各類人才綜合素質的提高。因此,未來的局勢要求各類從業(yè)人員不斷提高自己知識水平,提高數(shù)字化技術水平,將自己所學到的知識應用于焊接工作中。
2.2 加大對建筑鋼結構焊接工程實踐
首先,需要相關工作人員不斷針對焊接方法及焊接方式進行研究與完善,以提高焊接熔敷率為目的,加大對于15kg/h單位以上,高效焊接技術方法的研究。與此同時,還可以通過對國外成功焊接方法(包括旋轉噴射電弧高效焊接技術以及多絲焊接技術等在內)的引入方式,為自主技術的研制與成功應用提供一定的借鑒與經(jīng)驗;其次,可以通過適當控制接頭焊接填充量的方式,一方面提高建筑鋼結構焊接的工作質量,另一方面可提高工程應用中的經(jīng)濟效益。從當前技術發(fā)展趨勢的角度上來看,應當將研究重點集中在對激光焊接技術以及氬弧激光焊接技術的應用方面;最后,需要從技術裝備的角度上入手,在合理提升建筑鋼結構持續(xù)焊接時間的基礎之上,降低輔助操作時間。同樣從現(xiàn)階段的技術發(fā)展趨勢上來看,需要重點關注的發(fā)展方向是:一方面,是以連續(xù)送絲為中心的自動焊接技術裝備;另一方面是以成套性為主的高效焊接技術裝備[2]。
2.3 建筑鋼結構焊接與切割工藝的創(chuàng)新
建筑鋼結構具有空間大、跨度高并且綠色環(huán)保的優(yōu)勢得到迅速發(fā)展和廣泛應用。作為連接鋼結構的重要技術,焊接技術是發(fā)揮鋼結構功能和作用的最重要基礎。在建筑鋼結構焊接與切割工藝上,不斷創(chuàng)新的技術層出不窮,在鋼結構的切割和焊接上,智能切割和智能焊接設備正在研究制造之中,采用智慧的焊接方式和切割方式,可以減少原材料的浪費,并能有效提高焊接質量,為制造質量更好和安全性能更強的建筑鋼結構提供了可能。
2.4 焊接設備生產(chǎn)商的發(fā)展
獨立的單純性焊接設備生產(chǎn)商受到整個建筑鋼結構焊接市場覆蓋面較窄、在工作人員、作業(yè)資金以及應用技術等多個方面存在的缺陷問題影響,導致整個行業(yè)的發(fā)展前景不容樂觀。為更好的建筑鋼結構焊接技術的發(fā)展趨勢相適應,需要在充分聯(lián)合焊接材料以及焊接設備的基礎之上,通過對現(xiàn)代化焊接技術工藝以及操作方式的有效綜合,提高焊接設備生產(chǎn)商的綜合性優(yōu)勢,為焊接技術的發(fā)展提供可靠驅動動力。
2.5 自動焊接技術的應用
目前,世界工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)開始采用自動焊接技術來進行建筑鋼結構的焊接,大大提高了整個建筑鋼結構的強度和質量,并提高了建造效率,節(jié)省了工期。在我國,自動焊接技術而在不斷被我國建筑鋼結構生產(chǎn)企業(yè)所采用。建筑焊接結構可以實現(xiàn)大型化、重型化和高精度方向發(fā)展。自動化焊接技術對于焊接技術人員的技術水平要求較低,并且具有焊接質量高,焊縫美觀實用,焊接效率高等特點。因此,自動焊接技術在建筑鋼結構中會普遍采用。
2.6 優(yōu)質焊接材料的開發(fā)與應用
對于焊接材料的發(fā)展重點在于,研發(fā)與高效焊接技術相適應的,具備優(yōu)越綜合性能的自動焊絲、保護焊絲以及氣電焊絲等。與此同時,結合我國現(xiàn)階段建筑結構的用鋼型號特點,需要將建筑鋼結構用鋼向著高強度、高耐火性、高純凈性以及高抗震性等多個方面發(fā)展。而高性能建筑鋼結構焊接材料的規(guī)模性開發(fā)與應用也勢必會在一定程度上推動建筑鋼結構焊接技術的蓬勃發(fā)展。特別需要注意的一點是:伴隨著建筑鋼結構的進一步發(fā)展與完善,實芯CO2焊絲、藥芯CO2焊絲、特種電渣焊材料以及氣電焊焊接材料的使用總量勢必會不斷擴大的推升,由此也帶動著上述建筑鋼結構焊接材料的國產(chǎn)化發(fā)展與升級[3]。
2.7 完善建筑鋼焊接工作人員考核制度
完善的制度和規(guī)范是對行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的保障,鋼結構焊接工作者作為一種高技術工種,其資格認證的體系不嚴格,全國性統(tǒng)一的資格考試所包括的行業(yè)和領域較窄,缺乏統(tǒng)一專業(yè)的劃分,不能很好的適用于現(xiàn)如今的建筑鋼結構焊接行業(yè),所以應建立完善的焊接工作者的考試資格認證系統(tǒng)。
三、結語
傳統(tǒng)意義上的建筑鋼結構焊接企業(yè)處于對自身發(fā)展的保障需求,勢必需要在劇烈的市場競爭環(huán)境下,通過恰當且合理的技術改造與技術升級方式,謀求穩(wěn)定的生存與發(fā)展。而實現(xiàn)這一要求的關鍵,即在于對建筑鋼結構焊接技術的發(fā)展與推廣。焊接技術的發(fā)展不單單體現(xiàn)為焊接工藝以及焊接技術本身的發(fā)展,同時也體現(xiàn)在對焊接材料以及焊接設備生產(chǎn)商的發(fā)展方面,這對于現(xiàn)代意義上建筑鋼結構焊接技術的發(fā)展而言同樣如此??偠灾?,該文針對有關建筑鋼結構焊接技術發(fā)展過程中所涉及到的相關問題做出了簡要分析與說明,希望能夠引起各方工作人員的特別關注與重視。
參考文獻
從目前我國工業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀來看,焊接技術已經(jīng)在多種材料的連接中得到而來使用,同時隨著高新技術的快速發(fā)展,傳統(tǒng)焊接方式也發(fā)生了一些改變,轉變?yōu)楝F(xiàn)在廣泛使用的電子束及激光焊接技術。不管是在建筑行業(yè),還是在機械、車輛等相關行業(yè),焊接技術應用的作用都非常重要。隨著我國與國外交流機會的逐漸增多,現(xiàn)代焊接技術也開始應用于一些非金屬材料的連接上,并針對產(chǎn)品表面設計做出了創(chuàng)新,焊接技術的發(fā)展前景非常廣闊。鑒于此,筆者結合自己的工作經(jīng)驗,對現(xiàn)代焊接技術發(fā)展的現(xiàn)狀展開了分析。
1 現(xiàn)代焊接技術發(fā)展的特點分析
焊接這門工藝的發(fā)展主要依托于科學技術的發(fā)展。到目前為止,焊接工藝從誕生開始已經(jīng)經(jīng)歷了上百年的歷史,它的發(fā)展速度非??焓?,從20世紀以來,特別是近二三十年以來,科學技術得到了快速發(fā)展,各種現(xiàn)代焊接技術得到了發(fā)展,電子束、等離子物理、紅外線以及微電子等現(xiàn)代科學技術都在焊接技術上得到了應用。新技術應用為焊接技術的發(fā)展奠定了堅實的基礎,焊接技術的能力得到了廣泛的增強,其應用范圍也得到了擴大?,F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了幾十種具有特色的焊接方法,焊接技術在交通、機械、能源等多種領域中均得到了廣泛應用。我們甚至可以說,現(xiàn)代科學技術的新成就已經(jīng)在焊接領域中廣泛滲透,極大的促進了現(xiàn)代焊接技術的發(fā)展。
2 現(xiàn)代焊接技術的發(fā)展現(xiàn)狀簡述
2.1 焊接生產(chǎn)自動化和智能化發(fā)展
焊接領域智能化發(fā)展重點體現(xiàn)在焊接智能機器人的發(fā)展上,從一定程度上來說,可以將焊接自動化水平與焊接智能機器人的發(fā)展水平等同看待。到目前為止,示教再現(xiàn)型是使用最為廣泛的一種焊接機器人,這種智能機器人由人工引導機器人末端執(zhí)行器或者人工導引機械模擬裝置共同組成,其中人工引導機器人末端執(zhí)行器安裝在機械人的關節(jié)結構末端,人工導引機械模擬裝置或者示教盒與控制系統(tǒng)相連接,是一種手持裝置,用來對機器人進行編程,或者使機器人運動,因為這種機械人的編程是利用實時在線示教程序來完成在線示教的,完全評價機械人自身的記憶進行操作,所以不能不斷的重復出現(xiàn),這樣一來就形成了焊接智能機器人的自動化焊接過程。
2.2 焊接工藝高速高效化
為了能夠使焊接行業(yè)的高速發(fā)展得到實現(xiàn),需要對現(xiàn)有的焊接工藝進行優(yōu)化,國內外在這方面投入了很大的精力,目前活性化焊接工藝、多元氣體保護焊接工藝等方面已經(jīng)獲得了很大的成效,同時在焊接速度上也有了很大進步,目前已經(jīng)能夠達到1.8m/min,焊接產(chǎn)品效率得到了極大的提升。目前隨著國外數(shù)字化焊接技術的發(fā)展,我國也引進了相關產(chǎn)品與技術,不僅解決了原來技術上的刻板問題,同時焊接過程柔性化控制以及多功能集成也得到了實現(xiàn),真正實現(xiàn)了焊接工藝的高效化與高速化。
2.3 焊接質量優(yōu)化保證
焊接質量對于焊接產(chǎn)品來說是最為重要的,如果質量不盡如人意,那么對于日后產(chǎn)品使用質量將會起到重大限制性作用,同時焊縫跟蹤技術對于焊接質量的保證也非常關鍵。目前我國在焊縫跟蹤技術上投入了比較大的精力,目前技術也發(fā)展的比較成熟,例如熔滴過渡控制目前也引入了數(shù)字化焊接電源,系統(tǒng)中開始使用比較先進的電子元件,在質量控制問題上可以做到得心應手,同時在應用上也不輸給國外的技術,成為焊接行業(yè)中非常關鍵的部分,是保證焊接質量的一項重要技術。
3 對現(xiàn)代焊接技術未來發(fā)展的展望
3.1 積極尋求解決焊接制約新材料的途徑
焊接技術發(fā)展到一定階段以后,新材料的開發(fā)也開始進入到該領域工作者的視線中,將工作重點放在新材料研制及焊接科技發(fā)展兩方面。對于焊接技術來說,新材料不一定是好的,但是它的可焊接性卻是需要重新菇?jīng)龅?,同時要認識到材料的高性能與可焊接性二者之間存在矛盾,鑒于此,為了對這一對矛盾進行解決,焊接工程師應該與材料研究工程師緊密聯(lián)系,將一些新型材料映入到焊接材料中,這樣焊接的質量才能得以保證。
3.2 促進焊接產(chǎn)品質量的提高
焊接產(chǎn)品質量和焊接質量直接相關,為了使焊接產(chǎn)品的質量得到提高,首先應該從思想上將焊接是制造焊接產(chǎn)品中薄弱環(huán)節(jié)的思想消除掉,并以此為基礎對更好的焊接工藝加以研究,并對焊接工藝中存在的不足進行改善,這樣才能對焊接質量進行提高,不斷改善焊接產(chǎn)品的性能。
3.3 對焊接領域整體環(huán)境進行改善
焊接行業(yè)在大眾眼中就是“臟、亂、差”行業(yè)的代表,同時也正因如此使很多高素質人才在邁入這一行業(yè)中的步伐受到了阻礙。實際上焊接行業(yè)需要大家重視自己的形象,并使煙塵、噪音等因素的影響得到減少,創(chuàng)造良好的焊接環(huán)境,這樣才能使工作環(huán)境更具吸引力?,F(xiàn)代焊接行業(yè)對焊接自動化非常重視,并針對焊接機械人展開了進一步的研究,相信這將對未來傳統(tǒng)焊接行業(yè)形象塑造起到一定的幫助,吸引更多高素質人員投入到焊接領域的工作中,使焊接行業(yè)得到更好的發(fā)展。
4 結語
綜上所述,目前我國正處于工業(yè)占主導的情況中,對于工業(yè)的發(fā)展來說現(xiàn)代焊接技術對其推動作用是非常明顯的。近年來隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,更多研究者開始致力于對焊接新材料的探究上,這對于現(xiàn)代焊接行業(yè)來說是非常值得期待的,如果能夠在新材料方面取得舉世矚目的成就,將會成為焊接領域的重要革命。
參考文獻:
[1] 李方芳.我國建筑鋼結構焊接技術的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢[J].科技風,2014(18):165.