فناوری جوشکاری آینده

در حال حاضر، جوشکاری به یک فناوری یکپارچه جدید تبدیل شده است. با نقش فزاینده و قابل توجه فناوری جوشکاری در اقتصاد ملی، درجه پیشرفته ...فناوری جوشکاریبه نمادی مهم از درجه پیشرفته صنعت ملی تبدیل شده است، بنابراین، با جدیت مجموعه کاملی از تجهیزات جوشکاری، فناوری هوش مصنوعی، فناوری پردازش اطلاعات، فناوری دیجیتال کنترل توان جوشکاری، فناوری هوشمند کنترل کیفیت جوشکاری، فرآیند تولید جوشکاری را توسعه می‌دهد.فناوری جوشکاری رباتتوسعه برای دستیابی به مواد جوشکاری مدرن که نیازهای تولید را برآورده می‌کنند، قطعاً نقش مهمی در ساختن کشوری نوآور و صرفه‌جویی‌کننده در مصرف انرژی خواهد داشت.

اول، روند توسعه فناوری جوشکاری داخلی و خارجی فعلی

جوشکاری یک فناوری اساسی مهم است و توسعه آن به توسعه علم و فناوری مدرن متکی است. فناوری جوشکاری تنها صد سال سابقه دارد، اما توسعه آن بسیار سریع است. از قرن بیستم، به ویژه در دو یا سه دهه گذشته، با توسعه بی‌سابقه علم و فناوری، انواع فناوری‌های جدید جوشکاری به طور بی‌پایانی ظهور کرده‌اند و دستاوردهای جدید در علم و فناوری مدرن مانند فیزیک پلاسما، پرتو الکترونی، اشعه مادون قرمز، خلاء، سونوگرافی، آکوستیک، میکروالکترونیک و غیره به طور گسترده در جوشکاری مورد استفاده قرار گرفته‌اند. کاربرد فناوری جدید، پایه و اساس توسعه فناوری جوشکاری را بنا نهاده، توانایی فناوری جوشکاری را افزایش داده و دامنه کاربرد فناوری جوشکاری را گسترش داده است. در حال حاضر، ده‌ها روش جوشکاری با ویژگی‌های مختلف شکل گرفته است. فناوری جوشکاری به طور گسترده در انرژی، حمل و نقل، صنایع شیمیایی، ماشین‌آلات، تجهیزات ویژه، الکترونیک، هوافضا، نفت و بسیاری از زمینه‌های دیگر مورد استفاده قرار گرفته است. می‌توان گفت که دستاوردهای جدید علم و فناوری مدرن به طور فزاینده‌ای در حوزه جوشکاری نفوذ کرده و توسعه سریع فناوری جوشکاری مدرن را ارتقا داده است.

(الف) توسعهتجهیزات جوشکاریو روش‌های جوشکاری

در دهه‌های اخیر، با توسعه سریع علم و فناوری، تجهیزات جوشکاری و روش‌های جوشکاری نیز به طور چشمگیری توسعه یافته‌اند. در حال حاضر، ویژگی‌های قابل توجه تجهیزات جوشکاری خارجی عبارتند از دقت بالا، کیفیت بالا، قابلیت اطمینان بالا، دیجیتال، کنترل هوشمند، مقیاس بزرگ، یکپارچه و چند منظوره. هم از منظر ترکیب تولید و هم از منظر توسعه فناوری، تجهیزات داخلی در جهت جوشکاری کارآمد، خودکار، هوشمند، کم‌مصرف و سازگار با محیط زیست در حال توسعه هستند. تجهیزات جوشکاری قوس الکتریکی چین به تدریج به سطح داخلی نزدیک می‌شود، ساختار محصول را تنظیم می‌کند، درجه محصول را بهبود می‌بخشد، باید به شدت منبع تغذیه جوشکاری اینورتر و دستگاه جوشکاری اتوماتیک و نیمه اتوماتیک، به ویژه دستگاه جوشکاری دی اکسید کربن با راندمان بالا و کم‌مصرف را توسعه دهد. فناوری جوشکاری مقاومتی با توان متوسط ​​و بالا به عنوان محتوای اصلی تحقیق و جهت توسعه در نظر گرفته شده است. فناوری سازگاری الکترومغناطیسی در تجهیزات جوشکاری رواج خواهد یافت.صنعت تجهیزات جوشکارینیاز مبرم به محصولات سبز و کم‌مصرف؛ فناوری و تجهیزات جوشکاری خودکار با سرعتی بی‌سابقه در حال توسعه هستند، پروژه سه دره، پروژه انتقال گاز غرب به شرق، مهندسی هوافضا، مهندسی دریایی و سایر توسعه‌های مهندسی پایه در مقیاس بزرگ ملی و ظهور صنعت خودروسازی داخلی، به طور مؤثری توسعه و پیشرفت فناوری پیشرفته جوشکاری، به ویژه فناوری اتوماسیون جوشکاری را ارتقا داده‌اند؛ ربات‌های جوشکاری و جوشکاری هوشمند نیز به طور مناسب در زمینه‌های خاص توسعه یافته و به طور گسترده مورد استفاده قرار خواهند گرفت؛ تقاضا برای مجموعه‌های کامل تجهیزات جوشکاری ویژه در حال افزایش است، دامنه کاربرد گسترده‌تر شده است، الزامات عملکرد فنی بیشتر و بیشتر می‌شود، تجهیزاتی که بتوانند فرآیند جدید کارآمد را برآورده کنند، بالغ‌تر و محبوب‌تر خواهند شد، شرکت‌های تولید تجهیزات داخلی باید در مجموعه‌های کامل و ویژه تجهیزات جوشکاری به پیشرفت‌های جدیدی دست یابند.

(2) توسعه مواد جوشکاری

با پیشرفت علم و فناوری و نوآوری مداوم در مواد صنعتی، ظهور مواد جدید، چالش‌ها و تقاضاهای جدیدی را برای فناوری جوشکاری مطرح کرده است. به عنوان مثال، کاربرد فولاد با استحکام بالا، آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای پایه نیکل و سایر مواد، توسعه فناوری جوشکاری را به طور گسترده ارتقا داده است. روش‌های جوشکاری سنتی ممکن است در برخورد با این مواد جدید، مشکلاتی مانند تغییر شکل جوش، ترک و غیره داشته باشند. بنابراین، توسعه فرآیندها و فناوری‌های جدید جوشکاری برای بهبود کیفیت و قابلیت اطمینان اتصالات جوش داده شده، به یک جهت مهم در توسعه فعلی فناوری جوشکاری تبدیل شده است. در حال حاضر، خروجی مواد جوشکاری در چین در رتبه اول جهان قرار دارد، اما در ساختار مواد جوشکاری و کشورهای توسعه یافته صنعتی، شکاف بسیار مشهود است. به منظور انطباق با روند تولید جوشکاری به سمت راندمان بالا، کیفیت بالا، هزینه کم و اتوماسیون، کشورهای توسعه یافته مانند ایالات متحده و ژاپن دائماً در حال تنظیم ساختار محصول مواد جوشکاری هستند. در اواسط دهه 1980، کشورهای توسعه‌یافته خارجی حدود 50 درصد از سهم مواد جوشکاری را به خود اختصاص می‌دادند، تا آغاز قرن بیست و یکم، اروپا، آمریکای شمالی و ژاپن در مصرف مواد جوشکاری، سهم میله‌های جوشکاری کمتر از 20 درصد است، یعنی جوشکاری اتوماسیون و نیمه اتوماتیک فعلی در کشورهای توسعه‌یافته، بیش از 80 درصد از کل حجم کار جوشکاری را به خود اختصاص داده است. با توسعه مواد جوشکاری در کشورهای توسعه‌یافته و مناطقی مانند ایالات متحده، ژاپن و اروپای غربی، کاهش میله‌های جوشکاری برای جوشکاری قوس دستی و افزایش مداوم مواد جوشکاری اتوماتیک، یک روند توسعه اجتناب‌ناپذیر است. توسعه و تولید سیم‌های خود محافظ و روکش‌دار با روکش دارویی در کشور ما ضروری است. در مورد سیم بدون مس که توسط تولیدکنندگان داخلی و خارجی معرفی شده است، باید آن را سیم با روکش ویژه نامید، زیرا اجزای پوشش و روش‌های تصفیه سطح تولیدکنندگان مختلف متفاوت است، عملکرد سیم نیز متفاوت است. فرآیند پوشش و عملیات سطحی عالی نه تنها نقش پیشگیری از زنگ‌زدگی و روانکاری را ایفا می‌کند، بلکه در حین جوشکاری گرد و غبار مس نیز تولید نمی‌کند و می‌تواند پایداری قوس سیم جوش را بهبود بخشد و پاشش جوش را کاهش دهد. در حال حاضر، تولیدکنندگان داخلی و خارجی این فرآیند پوشش و عملیات سطحی سیم هنوز در حال بهبود هستند و انتظار می‌رود که این سیم و دستگاه جوشکاری اینورتر دیجیتال به طور دقیق انتقال قوس را کنترل کنند و بتوانند به راندمان بالا، پاشش کم و جوشکاری CO2 با جریان بالا دست یابند و معادل اثر فرآیند جوشکاری سیم با هسته شار را به دست آورند که جهت توسعه آینده است.

(3) روش‌های جدید جوشکاری، تجهیزات جوشکاری و مواد جوشکاری در آینده

از یک سو، ما باید روش‌های جوشکاری جدید، تجهیزات جوشکاری و مواد جوشکاری را برای بهبود بیشتر کیفیت جوشکاری و قابلیت اطمینان ایمنی، مانند بهبود قوس الکتریکی موجود، قوس پلاسما، پرتو الکترونی، لیزر و سایر انرژی‌های جوشکاری، استفاده از فناوری الکترونیکی و فناوری کنترل برای بهبود عملکرد فرآیند قوس و توسعه یک روش ردیابی قوس قابل اعتماد و سبک، توسعه دهیم. از سوی دیگر، لازم است سطح مکانیزاسیون و اتوماسیون جوشکاری، مانند دستگاه جوشکاری برای دستیابی به کنترل برنامه، کنترل دیجیتال، توسعه دستگاه جوشکاری ویژه از فرآیند آماده‌سازی، جوشکاری تا کنترل کیفیت کل فرآیند اتوماسیون، در خط تولید جوشکاری اتوماتیک، ارتقاء و گسترش ربات‌های جوشکاری CNC و ربات‌های جوشکاری، بهبود سطح تولید جوشکاری، بهبود شرایط بهداشت و ایمنی جوشکاری را بهبود بخشیم. در قرن بیست و یکم، با هدف بزرگ توسعه علم و فناوری در کشور ما، با شکاف عظیم بین فناوری جوشکاری ما و کشورهای خارجی که الزامات بالاتری را برای کارگران جوشکاری مطرح می‌کنند، روبرو هستیم، بنابراین باید از علم و فناوری مدرن استفاده کنیم و برای ارتقاء پیشرفت و توسعه فناوری جوشکاری تلاش کنیم.

دوم. چشم‌انداز فناوری جوشکاری آینده

در سال ۲۰۲۵، فناوری جوشکاری به طور کامل در بوم‌شناسی صنعت ۴.۰ ادغام شده است که سه ویژگی اصلی آن را نشان می‌دهد:‎‏‎ ...«رانندگی هوشمند، یکپارچه‌سازی دقیق، سبز و پایدار»‎‏‎ ....

‎‏‎ ...نفوذ هوشمند‎‏‎ ...نرخ نفوذ بازار جهانی ربات‌های جوشکاری صنعتی به ۶۷ درصد رسید و هزینه سیستم جوشکاری هوش مصنوعی ۴۰ درصد کاهش یافت.

نوآوری در مواد‎‏‎ ...فرآیندهای جوشکاری ناهمگن ۹۰٪ از سناریوهای تولید سبک وزن را پوشش می‌دهند.

هدف کربن خنثی‎‏‎ ...میزان نفوذ دستگاه‌های جوشکاری هیدروژنی از 30 درصد فراتر می‌رود و شدت انتشار کربن ناشی از جوشکاری در مقایسه با سال 2020، 55 درصد کاهش خواهد یافت.

(الف) جهت پیشرفت اصلی فناوری جوشکاری آینده

با توسعه تولید به سمت تولید پیشرفته و هوشمند، فناوری جوشکاری در مسیر دستیابی به موفقیت‌های اساسی زیر گام برمی‌دارد:‎‏‎ ...

‎‏‎ ...۱. سیستم جوشکاری هوشمند‎‏‎ ...

‎‏‎ ...جوشکاری تطبیقی ​​هوش مصنوعی‎‏‎ ...: ‎‏‎ ...سیستم جوشکاری مبتنی بر هوش مصنوعی‎‏‎ ...شناسایی جوش و بهینه‌سازی پارامترها بر اساس یادگیری عمیق برای تحقق نظارت بر کیفیت و هشدار نقص در زمان واقعی

· ربات جوشکار تطبیقی ​​می‌تواند مسیر و انرژی ورودی را به صورت پویا تنظیم کند تا با شرایط کاری پیچیده (مانند جوشکاری سطح فضاپیما) کنار بیاید. ربات جوشکار مجهز به شبکه عصبی می‌تواند تغییر شکل حرارتی مواد را در زمان واقعی تجزیه و تحلیل کند و پارامترهای جوشکاری را به صورت پویا تنظیم کند (مانند جوشکاری کابین آلیاژ تیتانیوم فضاپیما). نرخ تشخیص نقص به 99.5٪ افزایش یافته و راندمان جوشکاری 50٪ افزایش یافته است.

‎‏‎ ...کارخانه دوقلوهای دیجیتال‎‏‎ ...فناوری شبیه‌سازی مجازی، چرخه توسعه فرآیند جوشکاری را تا 70٪ کاهش می‌دهد (مورد: بهینه‌سازی فرآیند جوشکاری باتری تسلا 4680). شبیه‌سازی مجازی برای پیش‌بینی تغییر شکل جوش و کاهش هزینه‌های آزمون و خطا استفاده می‌شود. از کنترل از راه دور 5G برای عملیات محیطی پرخطر (مانند تعمیر و نگهداری نیروگاه هسته‌ای) پشتیبانی می‌کند.

‎‏‎ ...۲. فناوری انرژی با دقت بالا‎‏‎ ...

جوشکاری لیزری فوق سریع‎‏‎ ...جوشکاری لیزری فمتوثانیه به دقتی در سطح میکرون برای بسته‌بندی تراشه و دستگاه‌های پزشکی میکرو مانند جوشکاری سیم ضربان‌ساز دست می‌یابد.

جوشکاری کامپوزیت با قوس لیزری‎‏‎ ...ترکیبی از دقت بالای لیزر و نفوذ بالای قوس، که برای بسته‌بندی باتری خودروهای انرژی نو استفاده می‌شود.

·‌جوشکاری خلاء پرتو الکترونی: برای دستیابی به اتصال بدون آلودگی آلیاژ تیتانیوم و سایر مواد جوشکاری دشوار، مورد استفاده در ساخت تجهیزات پزشکی.

ارتقاء انتقال فلز سرد (CMT)‎‏‎ ...ورودی گرما به 20٪ از MIG سنتی کاهش یافته است، که برای جوشکاری بدنه آلیاژ آلومینیوم لیتیوم (BMW i7 line) مناسب است.

‎‏‎ ...۳. جوشکاری در فضا و اعماق دریا‎‏‎ ...

ساخت پایگاه‌های قمری در محل‎‏‎ ...: ناسا از فناوری جوشکاری پرتو الکترونی در خلاء برای جوشکاری مستقیم سازه‌های فلزی با ایلمنیت موجود در خاک ماه استفاده می‌کند.

تعمیر خط لوله در اعماق دریا‎‏‎ ...عمق فشار ربات جوشکاری زیر آب از 6000 متر فراتر رفت (پروژه میدان نفت و گاز دریای چین جنوبی CNOOC).

4. ‎‏‎ ...دستیابی به موفقیت در سازگاری مواد‎‏‎ ...

اتصال مواد غیر مشابه‎‏‎ ...

· توسعه فناوری اتصالات ترکیبی آلومینیوم/فولاد، سرامیک/فلز و سایر فناوری‌ها برای ارتقای طراحی سازه‌های سبک (مانند کاهش وزن هواپیما).

· جوشکاری کامپوزیت‎‏‎ ...

· جوشکاری اولتراسونیک پلاستیک تقویت‌شده با الیاف کربن (CFRP)، برای حل مشکل استحکام ناکافی فرآیند اتصال سنتی.

۵. ارتقاء پایدار‎‏‎ ...دستگاه جوش هیدروژنی‎‏‎ ...جایگزین برش استیلن سنتی، دستیابی به انتشار صفر کربن. سیستم تصفیه دود جوشکاری‎‏‎ ...: هسته نانو فیلتر + کنترل ریسک هوش مصنوعی، ۹۹.۹٪ ذرات مضر را جذب می‌کند.

(3) داده‌های کلیدی فناوری جوشکاری آینده و پیش‌بینی بازار‎‏‎ ...

تجهیزات جوشکاری قوسی، شامل دستگاه‌های جوش، منابع تغذیه و سایر لوازم جانبی، حدود نیمی از کل تجهیزات جوشکاری را تشکیل می‌دهند و انتظار می‌رود با نرخ سالانه ۶٪ رشد کنند. تجهیزات جوشکاری مقاومتی، شامل جوشکارها، ترانسفورماتورها، کنترل‌کننده‌ها و قطعات نیز با نرخ رشد بالایی رشد خواهند کرد. انتظار می‌رود جوشکاری گازی و برش گازی نرخ رشد کمتری داشته باشند. سایر تجهیزات جوشکاری، مانند جوشکاری گل‌میخی، جوشکاری لیزری، جوشکاری اصطکاکی، جوشکاری پرتو الکترونی و تجهیزات جوشکاری اولتراسونیک با نرخ سریع‌تری رشد خواهند کرد. تجهیزات جوشکاری رباتیک با نرخ بسیار بالایی رشد خواهند کرد و نرخ واردات آن حتی بیشتر نیز خواهد شد، زیرا بیشتر جوشکاری‌ها در خارج از ایالات متحده تولید می‌شوند. از آنجایی که ایالات متحده بزرگترین کشور تولیدکننده تجهیزات جوشکاری و برش در جهان است، صادرات تجهیزات جوشکاری و برش همچنان رو به افزایش خواهد بود. دو دسته فلز پرکننده جوشکاری وجود دارد؛ میله‌های جوشکاری و سیم‌ها. میزان الکترود سال به سال کاهش می‌یابد، در حالی که میزان سیم، شامل سیم توپر و سیم با روکش شار، سال به سال افزایش می‌یابد. این یک روند برگشت‌ناپذیر توسعه است.

اندازه بازار‎‏‎ ...بازار جهانی فناوری جوشکاری‎‏‎ ...۲۱۸ میلیارد دلار آمریکا‎‏‎ ...(۲۰۲۵)، با نرخ رشد مرکب سالانه ۹.۳٪.

نسبت فناوری‎‏‎ ...:

· جوشکاری لیزری: ۳۲٪

· سیستم جوشکاری هوشمند: ۲۸٪

· فناوری جوشکاری سبز: ۲۵٪

· رشد منطقه‌ای‎‏‎ ...منطقه آسیا و اقیانوسیه ۴۵ درصد از این افزایش را به خود اختصاص داده است و چین بر زنجیره تأمین انرژی‌های نو و تجهیزات جوشکاری نیمه‌هادی تسلط دارد.

· (4) چالش‌ها و چشم‌اندازهای فناوری جوشکاری آینده

‎‏‎ ...چالش‎‏‎ ...:

قابلیت اطمینان جوشکاری در محیط‌های بسیار سخت (مانند راکتورهای همجوشی با دمای بسیار بالا).

· استانداردسازی فرآیند جوشکاری در مقیاس نانو (چیپ‌گذاری سه‌بعدی تراشه).

· چشم‌انداز ۲۰۳۰:

· فناوری جوشکاری کوانتومی: استفاده از اصل درهم‌تنیدگی کوانتومی برای دستیابی به پیوند مواد در سطح اتمی.

· جوشکاری زیستی: تحقیق و توسعه لحیم زیست تخریب پذیر در دمای پایین بر اساس آنزیم های بیولوژیکی.

· (2) زمینه‌های کاربردی صنعت فناوری جوشکاری آینده

· وسایل نقلیه انرژی نو

· هوافضا

· تجهیزات پزشکی

· معماری

· III. خلاصه‌ای از فناوری جوشکاری آینده

· در یک کلام، روند توسعه و چشم‌انداز فناوری جوشکاری هیجان‌انگیز است. با نوآوری مداوم در مواد، تجهیزات و فناوری اتوماسیون، فناوری جوشکاری به تدریج به توسعه‌ای کارآمد، باکیفیت و هوشمند دست خواهد یافت. این امر فرصت‌ها و چالش‌های بیشتری را برای توسعه صنعت تولید فراهم می‌کند. با این حال، ما همچنین نیاز به تحقیق و کاوش عمیق داریم و به طور مداوم نوآوری و پیشرفت فناوری جوشکاری را برای برآوردن نیازهای متغیر بازار ارتقا می‌دهیم. تنها با پیگیری مداوم نوآوری و توسعه، فناوری جوشکاری می‌تواند نقش مهم‌تری در حوزه صنعتی آینده ایفا کند. فناوری جوشکاری مرزهای تولید سنتی را شکسته و به قطب نوآوری بین رشته‌ای تبدیل شده است. در دهه آینده، ادغام متقابل آن با هوش مصنوعی، محاسبات کوانتومی و مهندسی زیستی، چشم‌انداز رقابتی تولید جهانی پیشرفته را تغییر خواهد داد.