焊接智能制造是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统。与传统制造相比，焊接智能制造系统应具有以下几方面的特征：1）设计优化能力。它是焊接智能制造的一个显著特征，是实现高水平人机一体化的关键技术之一。图12-5概括了作为智能焊接制造系统必须具备的感知、决策、控制、学习、通信五大基本功能。......
2023-07-02
深入探讨焊接智能制造与信息化
【摘要】：由传统焊接向现代焊接的战略转型和核心技术的实质提升，是使焊接制造的难点从“控形”转为“控性”。而对焊接接头的性能、热影响区组织、冶金缺陷、焊接过程与焊后整体构件的应力与变形等“控性”能力的提高，已成为当前和未来焊接制造中迫切需要解决的核心技术，这也正是信息与智能技术所面对的巨大开拓空间和发展前景。
由传统焊接向现代焊接的战略转型和核心技术的实质提升，是使焊接制造的难点从“控形”转为“控性”。目前推行的具有“数字化控制”特征的机器人示教重现、焊缝跟踪、起始点定位、路径规划等技术，从机理上仍属于“控形”的层面。而对焊接接头的性能、热影响区组织、冶金缺陷、焊接过程与焊后整体构件的应力与变形等“控性”能力的提高，已成为当前和未来焊接制造中迫切需要解决的核心技术，这也正是信息与智能技术所面对的巨大开拓空间和发展前景。
根据焊接制造发展路线图的分析和规划，对数字化技术的挑战主要体现在两个方面：一是要求在工艺和装备、材料之间建立起“精量化”的数字联系，促使传统焊接制造过程由“部分定量”+“经验试凑”的模式向基于工艺与质量“数据库”的在线优化与监控模式的转变；二是实现从传统焊接的“控形”加工向具有接头性能预测和参数调控能力的“控性”技术的提升，进而推动具有机理和规律支撑的、可定量预测和控制的新一代焊接制造体系的形成。
对如何促进传统的“经验焊接”走向“数字焊接”和“智能焊接”，可以做以下进一步探讨：
1）从新材料焊接性的角度，用于核电用钢、海洋平台、超高强钢、航空航天轻金属材料等在其应用中提出了焊接热输入、热循环次数、接头长期性能等严格的工艺要求，是引导焊接技术从“注重成形”向“满足功能”的新层面提升的一个重要途径，已不再是传统焊接工艺的简单延伸，而是提出了焊接“成形、控性”一体化技术的需求。其中，根据材料焊接性的制造方法与工艺参数选择等配套数据库开发和强化，是焊接制造核心技术发展的源头，并将与数字化、智能化的内涵形成“源头”与“活水”的紧密连接。
2）从新装备、新工艺对高品质焊接的角度，现代控制理论与数字信号处理技术的结合，已能够通过“源”的能量输出形式的变化赋予“弧”的新的热特性和力特性，由此涌现出一系列“受控”条件下的弧焊新工艺。例如，通过对接头成形与热输入的定量分析来选择金属过渡的形式；多热源复合焊技术在提高焊接效率的同时也保证了焊接接头的综合性能。
3）从新原理和新方法的角度，焊条电弧焊的焊接速度难以超过每分钟500mm，而先进的自动化焊接已达到了每分钟几米甚至十几米。这就会提出金属材料在高速熔化、物化反应、凝固结晶等新的焊接冶金问题；就会提出对焊接过程组织与缺陷、应力状态等的控制问题；就会提出焊接过程各参数信息的获取、分析及其与质量的关联问题；就会提出新的高效、高能量焊接热源及其“弧-源”协同问题，就会提出生产装备如何满足焊接新工艺的需求问题，从而在工艺、材料到装备这“焊接三大板块”结合的层面上实现对焊接接头成形、组织性能、应力与变形等的调控能力。
4）从虚拟制造技术的角度，用仿真模拟技术支持整个焊接产品制造路线及工业应用的全生命周期已成为可能，借鉴“铸、热、锻”领域发展中的成果与特点，过程模拟尤其适合于分析和评估热加工制造条件与微观组织之间复杂的相互作用，并能为随后的热循环模拟提供有关组织和性能方面的信息，确定出现某一相应组织所需的热输入条件。与此同时，制造过程的底层信息将有效传递各种因素对接头质量的影响，有助于认识并建立起焊接结构的性能与服役状态之间的相互关系以及材料经焊接后的演变行为及其衰变规律，促进焊接结构状态预测和使用寿命评估等工程应用水平的提高，使重大焊接结构的安全可靠服役能够得到运行环境的多场关联分析与协同控制、动态定量诊断与故障预示等科学原理的支撑。
5）从信息与焊接制造深度融合的角度，如何从海量的信息资源中找出合理的技术途径和运作模式，对焊接制造信息集成的共性和个性两个层面的设计等，打破信息孤岛严重、资源不能共享的局限，推动制造的进步，找到关键的技术环节和流程。在这些技术的演进与应用过程中，软件起到了关键的支撑作用。
可以设想，当我们不再用“不确定”的“试凑”方式去解决焊接制造的不同需求时，也许就是焊接制造的智能化实现之日。
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