2011“嘉克杯”焊接技术国际交流总结
四方股份公司 张志毅
2011年9月18日，我们一行共38人到达德国柏林，然后乘车去往Winlsn小镇，19日正式开始我们的德国焊接技术交流之旅。
1、夏萨克森州金属技工学校中德焊工技能比赛
此次中德焊工技能对抗赛由德国焊接协会、夏沙克森州金属协会以及中国北京嘉克公司联合组办，其主要的目的是通过焊接操作技术的对比，在找出技能不足的前提下共同提高焊接技能。
1.1 夏萨克森州立金属技工学校简介
该学校成立于1951年，建校之初主要以培养锻造技能人员为主，到现在培训内容已经扩展到焊接、金属加工等领域。该校主要的培养技能型高级人才为主，以动手能力为培养重点，所以仍然保留了手工锻造的配套设施，采用的加工设备也全部为手工操作设备（数控设备仅为简易数控设备），但相反的，在焊接方面与焊接设备的发展保持了同样的步伐，新式焊机却在该学校中得到了很好的应用。
学校不大，经过多次扩建，到现在最多能够同时容纳100名学员，建校至今，已经培养了5000名相当于国内技师级别的操作者。
1.2 比赛组织情况
此次对抗赛分为三种焊接方法：135（MAG）、111（手工电弧焊）、141（TIG），每种焊接方法分PA、PC、PF三个焊接位置；两个组别（成人组和21周岁以下）。每个组别每种焊接方法中PA、PC、PF三个焊接位置分别进行焊接，以全面考核选手的综合素质，共计12名焊工参加对抗赛。德国焊工为夏萨克森州对应年龄段焊接技能比赛的优胜选手，而我方选手主要有中国石油和南车集团的焊工组成，为企业内的高技能选手。
1.3 比赛结果情况
由于近些年来，我们集团以及各个子公司均十分注意焊接质量，在焊接技能培训力度较大而且能够很好的与国际接轨，正是因为这些基本工作的扎实开展，所以此次对抗赛可以用圆满来形容，在各个项目中，中方选手均取得了很好的成绩，各个子项目均由于德国选手。其中张合礼和易冉取得了德国焊接协会颁发的EN287焊接资质证书。
1.4 由对抗赛引起的思考
通过此次对抗赛，我们在肯定自身的技能水平的同时，也应看到不足，个人认为在以下几个方面需要加强
（1）对EN287标准的理解需要加强
近些年来，为了适应海外市场的需求，各个企业均进行了EN15085的认证工作，并按照欧标要求进行了焊工的取证工作。在此次对抗赛中，中石油的总体成绩要好于我们，但这并不能说明我们的技能水平不如人家，只是我们对EN287的认识不如人家深刻。
中石油以大庆油田为主体与德国联合创办了焊工培训基地，其标准完全使用EN\ISO的标准，日常的训练也是按照有关标准展开。而我们的练习工作仍然以国内技工考试的要求为主，对标准中的要求也未完全理解，造成适应性训练不足、操作上需要现场询问等问题，从而对总体成绩有所影响。
（2）对焊缝检测、评价的标准需要完善
2011年四方股份公司立足自身，对焊接构架的解剖以验证焊缝内在质量的方法进行了尝试，在构架解剖后的试样分析中清晰的看出了内部质量存在的问题，这也让四方公司清醒的认识到以往的技能培训评价工作上存在误区，过分注重表面质量而对内在质量却没有太多的关注。其次是过分的相信无损检测，在此次对抗赛中，德方完全抛弃了无损检测，直接以破坏性试验为手段对焊接质量进行评价，未熔合、熔深不足等问题表现的较为突出。
作为一个结构，承载是其主要的功能，破坏是其失效的最直接的体现，因此，个人的意见是在后续的技能培训、竞赛中应加大破坏性检测的力度，来评价其焊接的质量（在2011年解剖构架后，目前破坏性检测已经作为四方转向架焊工培训成绩考核的一个方面）。
（3）对焊工技能比赛的过程需要完善以综合考核选手的才能
通过此次对抗赛，德国人教给我们一个道理：焊工并不只是考核他的焊接过程，而是需要考核与他焊接相关的方方面面。在19日场地适应以及设备熟悉时，我们看到了德方准备的试件，坡口面坑坑洼洼，与国内光滑的坡口加工面形成了明显的对比。
当中石油和我们的有关人员急着找德方更换试件的时候，德方选手已经在对坡口面进行认真地研磨。从侧面进行了了解，因为坡口的尺寸、形状、光洁度能够影响最终的焊接形状，因此德方将坡口面的处理也作为评定综合素质的一个方面。
其实回想这些年来，随着我们的装备水平日益提升，对技能的要求日益降低，也造成个人技能水平的逐步降低，甚至已经出现了由技能型人才向操作型人员转变的苗头，这也是作为工业先进国家却在技工学校保留了最原始的手工作业方式的原因。同样的，随着新设备、新技术的应用，对技能需求的降低，更需要在日常的技能培训中人为的制造难度，从而提高培训的效果。
2、DVS德国焊接论坛技术交流情况
DVS焊接论坛每2年举行一次，其主要的内容包括：新焊接技术的交流、新型焊接设备的展览以及青年焊工的竞赛等内容，属于继埃森展后一个重要的焊接论坛。在此次论坛上，主要是根据目前公司的焊接发展情况有针对性的对有些技术进行了交流，其中包括兄弟单位的焊接发展情况以及德国、美国新焊接技术的发展：
2.1 水雾冷却在薄板调修中的应用
为解决车辆薄板焊接后存在的变形问题，并考虑效率、环保等方面，株洲电力机车车辆股份公司开发了水雾冷却的调修方法。在火焰加热过程中，通过对水雾量的控制，在达到冷却目的的同时，不出现水流失，在避免腐蚀，并减少水用量，在效率和环保之间取得平衡。
当然该种技术对于转向架来说，因为板材厚度大，水雾仅能对浅表层发生作用，应用推广可能不大；在车体方面，尤其是碳钢车体的调修过程中，可以借鉴该种方法。
2.2 药芯焊丝在出口货车车体焊接中应用
在过去几年，药芯焊丝发展迅猛，尤其在造船、石油管路等行业其占有量已经接近或者超过实芯焊丝，其主要原因为：通过药芯成分的调节可以使焊缝的性能（尤其是特殊性能）更接近母材。
长江公司以药芯焊丝在出口车体上的研发应用这一事例，在DVS上做了报告，从应用情况来看，虽然药芯焊丝因为药芯的存在在保管、使用上需要特别的措施，但是在焊接过程中的工艺性能、外观等方面与实心焊丝相比，有了很大的提高。通过化学成分的配比优化、力学性能的试验以及自动焊工艺的开发，药芯焊丝在出口车上成功的应用，确保了出口车的产品质量。
2.3 新型焊接电弧的研究及应用
（1） Force Arc
此项报告由EWM的人员作出，其主要的内容是对目前使用的电弧进行了分类，从提高能源利用率、提高热量集中程度、增加熔深等方面对更适合、更经济的焊接电弧进行了研究。
从报告中可以看出，该新型焊接电弧使用集束功能的装置使普通的喇叭型分散的电弧进行集中，增加电弧的挺度，并增加调节器，用以稳定焊接电弧，从而实现小坡口角度、大熔深的焊接。
在报告中以30mm厚板的T型接头为例对经济型和电弧的穿透力进行了介绍，可以看出，在新电弧技术下，焊接填充材料减少了将近1/2。
同样的，该技术有其的缺点，随着坡口角度的减少，为了保证根部熔透，要么改善干伸长增加后的电弧稳定性，要么采用小直径喷嘴，而随着直径的减少，其更换频率也将增加。
（2） Focus Arc
Focus Arc的作用原理与Force Arc基本相同，但是改进的方面不同。从报告中可以看出，Focus Arc主要针对普通电弧在焊接过程中散射（飞溅加大）、金属蒸发以及过渡过程不稳定等问题进行改善，主要是解决在大干伸长的前提下的焊接稳定性。
从目前的试验结果来看，在干伸长40mm的情况下，整个焊接过程稳定，飞溅小，熔深大，而且根部成型良好，与普通电弧相比，改善效果十分明显。
该种焊接电弧很适合目前我公司动车组各座内部焊缝的焊接，将极大的提高内部焊缝的焊接质量，解决熔深、飞溅以及因干伸长造成的气孔等缺陷。但可惜的是，在报告后的交流中得知，目前该技术还处于试验阶段。
2.4 新型交流弧焊技术
该技术主要是应用在MIG、MAG等熔化极气体保护焊中，其主要做法是通过调节交流波的脉冲电流、脉冲频率等参数，控制热输入量，稳定电弧。通过热输入量的控制，可以人为的调节t8/5冷却速度以获得想要的组织，从而实现对新材料或高强钢等对热输入量敏感材料的焊接。另外，随着脉冲频率的可控，可以控制再次熔滴过渡的时间，避免熔池流淌等现象的产生，有助于实现全位置的焊接。波形与熔滴过渡情况具体见附图。
一定波形下的熔滴过渡。
2.5 搅拌摩擦焊技术的新发展
搅拌摩擦焊为四方公司“十二五”中的一项重点工作，在论坛之外，横向理解，目前在株洲电力机车已经建立完成并投入应用了铝合金车体的搅拌摩擦焊接生产线。由此可以看出横向了解不足，而且有关的技术开发进展已经落后于兄弟单位。
在目前，搅拌摩擦焊因为可以有效的避免熔焊热循环引起的不良反应，已经在造船、铁路、航空、汽车等行业大量应用。此次报告介绍了脉冲搅拌摩擦焊的研究情况。
从试验的结果来看，搅拌摩擦焊接接头在Z向力作用下，其接头性能与力大小有很大的关系，因为随着Z向力的增加，焊缝端面凹陷越明显。另外，根据报告者的推测，摩擦焊接接头与频率也有关系（试验均采用10Hz），在后续将进行X、Y方向以及多频率的试验。
该报告仅是让人了解一下目前搅拌摩擦焊的一个研究方向内的初步成果，还不具有实际应用的条件。
2.6 复合焊技术
从2006年开始，四方股份公司在动车组转向架上进行了大量的研究，从刚性固定工艺、反变形、变形数值模拟分析进行程序优化、自动焊、残余应力控制等方面开展了大量的工作，以进一步的减少变形量。到了现在，隐隐感觉在既有结构和既有焊接方法下，已经难以再有明显的提升，寻找热量集中、小热影响区、高效率的、大熔深的焊接方法或许是一个很好的途径。
各种复合焊技术的发展为变形控制、焊接经济性带来了新的提升，其主要原理是：
采用激光或等离子弧与电弧复合的方式，实现大熔深、小填充量焊接。复合焊的应用目前已经在造船行业应用，其主要原因是船体巨大，采用小坡口焊接，可以节省大量的焊接材料；随着填充量的减少，焊接变形可以得到明显的控制；焊接速度快，效率提升明显。
宝马公司的焊接实验室做了等离子复合焊在汽车生产中应用的试验，其主要的目的是提高效率，解决未熔透、内部气孔、变形、表面成形等问题。
等离子复合焊在钢上已经普遍应用（造船行业），但在铝合金上目前仍然处在试验阶段。由试验可以看出，采用等离子复合焊，能够有效的改善熔深，实现窄间隙的单面焊双面成形；随着填充量的减少，可以有效的减少焊接变形，使整个焊接成本下降。
但对于我们来说，该新方法的应用取决于大量的基础性数据，并且根据典型结构的大量试验数据进行设计结构的变化。所依赖的条件较为复杂、工作量大，而且短期看不到应用的前景，所以引入该方法在车辆制造中应用有点难度，但有必要进行基础性的研究。
2.7 机器人在焊接生产中的应用
在此次论坛中，有关机器人的报告大部分是在设备厂商在做产品的推介，具体应用的实例也没有可借鉴的地方，应用的效果等不如目前四方已经投入使用的焊接生产线。但是一个建筑方面联合了各机器人设备商组成的类标准化组织的报告点出了将来机器人应用的一些前景：
（1）零部件的标准化
为实现快速、小批量的生产，该组织提出建立标准零部件库的设想，以使将来建筑的设计尽量的采用标准库内的结构；设备商对该些标准零件的程序进行编制，作为设备随机程序，从而缩短换产的时间，实现快速转型生产。
（2）快速编程技术的推广
数字化制造越来越成为一个课题，快速编程实现快速换产是一个很重要的研究方向，离线编程技术的应用越来越提到日程上面。通过离线编程技术，可以在普通电脑商确定设备各轴的空间位置、寻点次序和位置，并可以进行有序的排产，将极大的减少现场调试的时间。
在机器人采购过程中，采购方会要求提供离线编程的软件以及场景，目前四方股份公司也采购了离线编程系统，但是实际应用的效果并不明显，主要制约与：
离线编程人员需要现场操作的经验，而一般是由工艺师进行离线编程，工艺师缺少相关的经验；
操作者具备丰富的经验，但是其接受新事物的能力较差，尤其是目前的软件大部分为英文版，一线人员接受程度较差。
2.8 新型激光喷涂技术在零部件表面修复中的应用
在此报告中讲述了使用激光的喷涂方式，配合合金粉末的使用，修复曲轴等关键部件。目前的表面修复大多采用自动设备配备旋转工作台进行。
该种修复方法的应用难点为：合金粉末的配比、激光喷涂工艺的研究、修复层与母材相比性能的试验（安全、可靠性的论证）等。在我们车辆运行过程中，也曾碰到过车轮、车轴、柴油机曲轴损伤的事故，作为一种技术的储备，可以对轴类部件的修复工作进行研究。
3、总体收获和建议
3.1 收获
通过此次技术交流，总体说来有以下几个方面的收获：
（1） 通过焊工对抗赛，让我们知道了在培训考核方面与严谨的德国人之间的差异，以结构安全破坏作为评判依据更为科学，我们有必要对焊工焊接质量的评价体系重新进行完善；
（2） 在DVS论坛上，了解了以德国为主的国家的焊接技术发展动态，结合我公司自身的焊接技术发展情况，为后续的工艺研发提供了参考。
（3） 以南车集团为整体进行国际性的焊接技术交流外，在横向也达到了沟通的目的，让各子公司互相的了解更深一层。
3.2 建议
随着此次国际焊接技术交流之旅的结束，回顾整个过程，为进一步的提升公司或集团的焊接技术水平有以下建议：
（1） 加强横向的了解
实际上，集团内部各个子公司在焊接技术上均有其先进的一面，有必要定期举行集团内的焊接工作者的交流会，以减少有些新技术开发应用上弯路。
（2） 对部分储备性的技术进行研究
不论是复合焊还是激光喷涂修复等技术均属于比较前沿的技术，而且有着良好的经济性，虽然短时间内可能无法收到成效，但长远来说对企业的发展是有利的。但是该两项技术都不是一个部门的事情，因为牵涉到工艺、结构、试验等系列问题，至少需要公司级别。
（3） 对焊工培训体系重新进行思考
目前随着国际化进程的加快，与国际化接轨工作正在逐步的开展。而此次焊工对抗赛上，我们也暴露了我们在认识上的一些不足。因此建议联合集团的力量，对EN287标准重新进行深入认识，制定更为严格、突出以内在质量为主的评价体系。
