טכנולוגיית ריתוך עתידית

כיום, ריתוך הפך לטכנולוגיה משולבת חדשה. עם התפקיד ההולך וגדל של טכנולוגיית הריתוך בכלכלה הלאומית, רמת הריתוך המתקדמת עולה.טכנולוגיית ריתוךהפך לסמל משמעותי של הרמה המתקדמת של התעשייה הלאומית, ולכן, מפתח במרץ סטים שלמים של ציוד ריתוך, טכנולוגיית בינה מלאכותית, טכנולוגיית עיבוד מידע, טכנולוגיית בקרת עוצמת ריתוך דיגיטלית, טכנולוגיית בקרת איכות ריתוך חכמה, תהליך ייצור ריתוךטכנולוגיית ריתוך רובוטית, פיתוח חומרי ריתוך מודרניים העונים על צרכי הייצור בוודאי ישחק תפקיד חשוב בבניית מדינה חדשנית וחוסכת אנרגיה.

ראשית, מגמת פיתוח טכנולוגיית ריתוך מקומית וזרה הנוכחית

ריתוך היא טכנולוגיה בסיסית חשובה, ופיתוחה נשען על התפתחות המדע והטכנולוגיה המודרניים. לטכנולוגיית הריתוך יש היסטוריה של מאה שנים בלבד, אך התפתחותה מהירה מאוד. מאז המאה ה-20, ובמיוחד בשני-שלושה העשורים האחרונים, עם ההתפתחות חסרת התקדים של המדע והטכנולוגיה, צצו ללא הרף מגוון טכנולוגיות ריתוך חדשות, והישגים חדשים במדע ובטכנולוגיה המודרניים כגון פיזיקת פלזמה, קרן אלקטרונים, קרני אינפרא אדום, ואקום, אולטרסאונד, אקוסטיקה, מיקרואלקטרוניקה וכו' נמצאים בשימוש נרחב בריתוך. יישום הטכנולוגיה החדשה הניח את היסודות לפיתוח טכנולוגיית הריתוך, שיפר את יכולות טכנולוגיית הריתוך והרחיב את היקף יישומי טכנולוגיית הריתוך. כיום נוצרו עשרות שיטות ריתוך בעלות מאפיינים שונים. טכנולוגיית הריתוך נמצאת בשימוש נרחב באנרגיה, תחבורה, תעשייה כימית, מכונות, ציוד מיוחד, אלקטרוניקה, תעופה וחלל, נפט ותחומים רבים אחרים. ניתן לומר שההישגים החדשים של המדע והטכנולוגיה המודרניים חדרו יותר ויותר לתחום הריתוך וקידמו את הפיתוח המהיר של טכנולוגיית הריתוך המודרנית.

(א) פיתוח שלציוד ריתוךושיטות ריתוך

בעשורים האחרונים, עם ההתפתחות המהירה של המדע והטכנולוגיה, גם ציוד ריתוך ושיטות ריתוך התפתחו רבות. כיום, המאפיינים המדהימים של ציוד ריתוך זר הם דיוק גבוה, איכות גבוהה, אמינות גבוהה, דיגיטלי, בקרה חכמה, קנה מידה גדול, משולב ורב-תכליתי. הן מנקודת מבט של הרכב הייצור והן מנקודת מבט של פיתוח טכנולוגי, השוק המקומי מתפתח לכיוון ריתוך יעיל, אוטומטי, חכם, חוסך אנרגיה וידידותי לסביבה. ציוד ריתוך קשת בסין מתקרב בהדרגה לרמה המקומית, יש להתאים את מבנה המוצר, לשפר את איכות המוצר, ויש לפתח במרץ את אספקת החשמל לריתוך אינוורטר ומכונות ריתוך אוטומטיות וחצי אוטומטיות, במיוחד מכונות ריתוך פחמן דו-חמצני בעלות יעילות גבוהה וחסכוניות באנרגיה; טכנולוגיית ריתוך התנגדות היא תוכן המחקר העיקרי וכיוון הפיתוח; טכנולוגיית תאימות אלקטרומגנטית תהיה פופולרית בציוד ריתוך,תעשיית ציוד הריתוךזקוקים דחוף למוצרים ירוקים בצריכת אנרגיה נמוכה; טכנולוגיית וציוד ריתוך אוטומטיים מתפתחים במהירות חסרת תקדים, פרויקט שלושת הערוצים, פרויקט הולכת גז ממערב למזרח, הנדסת אווירונאוטיקה, הנדסה ימית ופיתוח הנדסי בסיסי בקנה מידה גדול אחר ברמה הלאומית, ועליית תעשיית הרכב המקומית, קידמו ביעילות את הפיתוח וההתקדמות של טכנולוגיית ריתוך מתקדמת, ובמיוחד טכנולוגיית אוטומציה של ריתוך; רובוטי ריתוך וריתוך חכם יפותחו כראוי בתחומים ספציפיים ויהיו בשימוש נרחב; הביקוש לערכות שלמות של ציוד ריתוך מיוחד הולך וגדל, טווח היישומים רחב יותר, דרישות הביצועים הטכניים הולכות וגדלות, הציוד שיעמוד בתהליכים חדשים ויעילים יהיה בוגר ופופולרי יותר, ומפעלי ייצור ציוד מקומיים צריכים לעשות פריצות דרך חדשות בערכות שלמות ומיוחדות של ציוד ריתוך.

(2) פיתוח חומרי ריתוך

עם התקדמות המדע והטכנולוגיה והחדשנות המתמשכת של חומרים תעשייתיים, הופעתם של חומרים חדשים הציבה אתגרים ודרישות חדשים לטכנולוגיית ריתוך. לדוגמה, השימוש בפלדה בעלת חוזק גבוה, סגסוגות אלומיניום, סגסוגות מבוססות ניקל וחומרים אחרים קידם באופן נרחב את פיתוח טכנולוגיית הריתוך. שיטות ריתוך מסורתיות עשויות להיתקל בבעיות מסוימות בטיפול בחומרים חדשים אלה, כגון עיוות ריתוך, סדקים וכן הלאה. לכן, פיתוח תהליכי וטכנולוגיות ריתוך חדשות לשיפור איכות ואמינות המפרקים המרותכים הפך לכיוון חשוב בפיתוח הנוכחי של טכנולוגיית הריתוך. כיום, תפוקת חומרי הריתוך בסין היא הראשונה בעולם, אך במבנה חומרי הריתוך ובמדינות מפותחות תעשייתיות, הפער ניכר מאוד. על מנת להסתגל למגמת ייצור הריתוך לכיוון יעילות גבוהה, איכות גבוהה, עלות נמוכה ואוטומציה, מדינות מפותחות כמו ארצות הברית ויפן מתאימות כל הזמן את מבנה המוצר של חומרי הריתוך. באמצע שנות ה-80, מדינות מפותחות זרות היוו כ-50% משיעור חומרי הריתוך. בתחילת המאה ה-21, אירופה, צפון אמריקה ויפן צרכו פחות מ-20% של מוטות ריתוך, כלומר, האוטומציה והריתוך החצי-אוטומטי הנוכחיים במדינות מפותחות היווה יותר מ-80% מכלל עומס העבודה של הריתוך. מפיתוח חומרי הריתוך במדינות ובאזורים מפותחים כמו ארצות הברית, יפן ומערב אירופה, הירידה בשימוש במוטות ריתוך לריתוך קשת ידני והעלייה המתמשכת בחומרי ריתוך אוטומטיים הם מגמת פיתוח בלתי נמנעת. יש צורך דחוף לפתח ולייצר חוטי ליבה להגנה עצמית ולטיפול פני שטח במדינתנו. באשר לחוטים נטולי נחושת שהוצגו על ידי יצרנים מקומיים וזרים, יש לכנותם חוט מצופה מיוחד, בגלל רכיבי הציפוי ושיטות טיפול פני השטח השונות של יצרנים שונים, וגם ביצועי החוט שונים. תהליך הציפוי וטיפול פני השטח המעולים לא רק ממלאים את תפקידם של מניעת חלודה ושימון, אלא גם אינם מייצרים אבק נחושת במהלך הריתוך, ויכולים לשפר את יציבות הקשת של חוט הריתוך ולהפחית התזות ריתוך. כיום, יצרנים מקומיים וזרים של תהליך ציפוי וטיפול פני השטח של חוט זה עדיין משתפרים, וצפוי שחוט זה ומכונת ריתוך דיגיטלית מסוג Inverter ישלטו במדויק במעבר הקשת, יוכלו להשיג יעילות גבוהה, התזות נמוכות וזרם גבוה של ריתוך CO2, כדי להשיג את המקבילה של תהליך ריתוך חוטי ליבה, והוא כיוון הפיתוח העתידי.

(3) שיטות ריתוך, ציוד ריתוך וחומרי ריתוך חדשים בעתיד

מצד אחד, עלינו לפתח שיטות ריתוך חדשות, ציוד ריתוך וחומרי ריתוך כדי לשפר עוד יותר את איכות הריתוך ואמינות הבטיחות, כגון שיפור קשת הריתוך הקיימת, קשת הפלזמה, קרן האלקטרונים, לייזר ואנרגיית ריתוך אחרת, שימוש בטכנולוגיה אלקטרונית וטכנולוגיית בקרה כדי לשפר את ביצועי התהליך של הקשת, ולפתח שיטת מעקב קשת אמינה וקלת משקל; מצד שני, יש צורך לשפר את רמת המיכון והאוטומציה של הריתוך, כגון מכונת ריתוך כדי להשיג בקרת תוכנית, בקרה דיגיטלית, פיתוח מכונות ריתוך מיוחדות מתהליך ההכנה, ריתוך ועד בקרת איכות של אוטומציה של התהליך כולו, בקו ייצור ריתוך אוטומטי, קידום והרחבת רובוטי ריתוך CNC ורובוטי ריתוך, יכולים לשפר את רמת ייצור הריתוך, לשפר את תנאי הבריאות והבטיחות בריתוך. במאה ה-21, מול המטרה הגדולה של פיתוח מדע וטכנולוגיה במדינה שלנו, מול הפער העצום בין טכנולוגיית הריתוך שלנו למדינות זרות, אשר מציבות דרישות גבוהות יותר לעובדי ריתוך, לכן עלינו להשתמש במדע ובטכנולוגיה מודרניים, ולשאוף לקדם את ההתקדמות והפיתוח של טכנולוגיית הריתוך.

II. תחזית טכנולוגיית ריתוך עתידית

בשנת 2025, טכנולוגיית הריתוך שולבה במלואה באקולוגיה של תעשייה 4.0, ומציגה את שלושת המאפיינים המרכזיים של‌"הנעה חכמה, אינטגרציה מדויקת, ירוק ובר קיימא"‌.

‌חדירה חכמה‌שיעור חדירת שוק רובוטי הריתוך התעשייתיים העולמי הגיע ל-67%, ועלות מערכת הריתוך מבוססת בינה מלאכותית ירדה ב-40%.

חדשנות חומרית‌תהליכי ריתוך הטרוגניים מכסים 90% מתרחישי הייצור של חומרים קלים.

יעד ניטרלי פחמן‌שיעור החדירה של מכונות ריתוך במימן עולה על 30%, ועוצמת פליטת הפחמן בריתוך תפחת ב-55% בהשוואה לשנת 2020.

(א) כיוון פריצת דרך מרכזי בטכנולוגיית ריתוך עתידית

עם התפתחות הייצור לכיוון מתקדם ואינטליגנטי, טכנולוגיית הריתוך מובילה לכיוון פורץ הדרך המרכזי הבא‌

‌1. מערכת ריתוך חכמה‌

‌ריתוך אדפטיבי עם בינה מלאכותית‌: ‌מערכת ריתוך מונעת בינה מלאכותית‌זיהוי ריתוך ואופטימיזציה של פרמטרים המבוססים על למידה עמוקה למימוש ניטור איכות בזמן אמת והתרעה על פגמים.

· רובוט הריתוך האדפטיבי יכול להתאים באופן דינמי את הנתיב ואת קלט האנרגיה כדי להתמודד עם תנאי עבודה מורכבים (כגון ריתוך על פני החללית). רובוט הריתוך המצויד ברשת נוירונים יכול לנתח את העיוות התרמי של החומר בזמן אמת ולהתאים באופן דינמי את פרמטרי הריתוך (כגון ריתוך תא הנוסעים מסגסוגת הטיטניום של החללית). שיעור גילוי הפגמים גדל ל-99.5%, ויעילות הריתוך גדלה ב-50%.

‌מפעל תאומים דיגיטליים‌טכנולוגיית סימולציה וירטואלית מפחיתה את מחזור פיתוח תהליך הריתוך ב-70% (מקרה: אופטימיזציה של תהליך ריתוך עם ערכת סוללות Tesla 4680). הסימולציה הווירטואלית משמשת לחיזוי עיוות ריתוך ולהפחתת עלויות ניסוי וטעייה. תמיכה בשלט רחוק 5G של פעולות בסביבה בסיכון גבוה (כגון תחזוקת תחנות כוח גרעיניות).

‌2. טכנולוגיית אנרגיה מדויקת‌

ריתוך לייזר אולטרה מהיר‌ריתוך בלייזר פמטו-שניות משיג דיוק ברמת מיקרון עבור אריזות שבבים ומכשירים רפואיים מיקרוסקופיים כגון ריתוך חוטי קוצבי לב.

ריתוך מרוכבים בקשת לייזר‌שילוב של דיוק לייזר גבוה וחדירה גבוהה של קשת, המשמש לאריזת סוללות רכב עם אנרגיה חדשה.

·ריתוך ואקום בקרן אלקטרונים: להשגת חיבור ללא זיהום של סגסוגת טיטניום וחומרי ריתוך קשים אחרים, המשמשים בייצור מכשור רפואי.

שדרוג מעבר מתכת קר (CMT)‌כניסת החום מצטמצמת ל-20% מה-MIG המסורתי, מתאים לריתוך גוף בסגסוגת אלומיניום ליתיום (סדרת BMW i7).

‌3. ריתוך בחלל ובים עמוק‌

ייצור בסיסי ירח באתר‌נאס"א משתמשת בטכנולוגיית ריתוך אלומת אלקטרונים בוואקום כדי לרתך מבני מתכת ישירות עם אילמניט באדמת הירח.

תיקון צינורות בים עמוק‌עומק הלחץ של רובוט הריתוך התת-ימי עלה על 6,000 מטרים (פרויקט שדה הנפט והגז של ים סין הדרומי של CNOOC).

4. ‌פריצת דרך בתאימות חומרים‌

חיבור חומרי שונה‌

· לפתח טכנולוגיות חיבורים היברידיות מאלומיניום/פלדה, קרמיקה/מתכת ואחרות לקידום תכנון מבני קל משקל (כגון הפחתת משקל כלי טיס).

· ריתוך מרוכבים‌

· ריתוך אולטרסאונד של פלסטיק מחוזק בסיבי פחמן (CFRP), כדי לפתור את בעיית החוזק הלקוי של תהליך הדבקה מסורתי.

5. שדרוג בר-קיימא‌מכונת ריתוך מימן‌: החלפת חיתוך אצטילן מסורתי, השגת אפס פליטות פחמן. מערכת טיהור עשן ריתוך‌ליבת ננו-פילטר + בקרת סיכונים מבוססת בינה מלאכותית, לוכדת 99.9% חלקיקים מזיקים.

(3) נתונים מרכזיים ותחזית שוק של טכנולוגיית ריתוך עתידית‌

ציוד ריתוך קשת, כולל רתכות, ספקי כוח ואביזרים אחרים, מהווה כמחצית מכלל ציוד הריתוך וצפוי לגדול בקצב שנתי של 6%. ציוד ריתוך התנגדות, כולל רתכות, שנאים, בקרים ורכיבים, גם יצמח בקצב צמיחה גבוה. ריתוך בגז וחיתוך בגז צפויים לפתח קצב צמיחה נמוך יותר. ציוד ריתוך אחר, כגון ריתוך ברגים, ריתוך בלייזר, ריתוך בחיכוך, ריתוך בקרן אלקטרונים וציוד ריתוך אולטרסאונד, יצמח בקצב מהיר יותר. ציוד ריתוך רובוטי יצמח בקצב גבוה מאוד, וקצב הייבוא ​​שלו יגדל עוד יותר, מכיוון שרוב הריתוך מיוצר מחוץ לארצות הברית. מכיוון שארצות הברית היא מדינת ייצור ציוד הריתוך והחיתוך הגדולה בעולם, יצוא ציוד הריתוך והחיתוך ימשיך להתחזק. ישנן שתי קטגוריות של מתכות מילוי לריתוך; מוטות וחוטי ריתוך. כמות האלקטרודה תפחת משנה לשנה, בעוד שכמות החוטים, כולל חוט מוצק וחוט עם ליבת שטף, תגדל משנה לשנה. זוהי מגמת התפתחות בלתי הפיכה.

גודל השוק‌שוק טכנולוגיית הריתוך העולמי הוא‌218 מיליארד דולר אמריקאי‌(2025), עם קצב צמיחה שנתי מצטבר של 9.3%.

פרופורציה טכנולוגית‌:

· ריתוך לייזר: 32%

· מערכת ריתוך חכמה: 28%

· טכנולוגיית ריתוך ירוקה: 25%

· צמיחה אזורית‌אזור אסיה-פסיפיק תרם 45% מהעלייה, וסין שלטה בשרשרת האספקה ​​של ציוד ריתוך חדש לאנרגיה ולמחצה.

· (4) אתגרים וסיכויים של טכנולוגיית ריתוך עתידית

‌‌אֶתגָר‌:

אמינות ריתוך בסביבות קיצוניות (כגון כורי היתוך בטמפרטורה גבוהה במיוחד).

· סטנדרטיזציה של תהליכי ריתוך בקנה מידה ננומטרי (הערמת שבבים תלת-ממדית).

· חזון לשנת 2030:

· טכנולוגיית ריתוך קוונטי: שימוש בעקרון השזירה הקוונטית כדי להשיג קשר חומרי ברמה אטומית.

· ביולוגית: מחקר ופיתוח של הלחמה מתכלה בטמפרטורה נמוכה המבוססת על אנזימים ביולוגיים.

· (2) תחומי יישום עתידיים בתעשיית טכנולוגיית הריתוך

· כלי רכב חדשים באנרגיה

· תעופה וחלל

· ציוד רפואי

· אַדְרִיכָלוּת

· ג. סיכום טכנולוגיית ריתוך עתידית

· בקיצור, מגמת הפיתוח והסיכויים של טכנולוגיית הריתוך מרגשים. עם החדשנות המתמשכת של חומרים, ציוד וטכנולוגיית אוטומציה, טכנולוגיית הריתוך תשיג בהדרגה פיתוח יעיל, איכותי ואינטליגנטי. זה יספק הזדמנויות ואתגרים נוספים לפיתוח תעשיית הייצור. עם זאת, עלינו גם לבצע מחקר וחקירה מעמיקים, ולקדם כל הזמן את החדשנות וההתקדמות של טכנולוגיית הריתוך כדי לענות על צרכי השוק המשתנים. רק על ידי חתירה מתמדת לחדשנות ופיתוח, טכנולוגיית הריתוך תוכל למלא תפקיד חשוב יותר בתחום התעשייתי העתידי. טכנולוגיית הריתוך פרצה את גבולות הייצור המסורתי והפכה למרכז של חדשנות בין-תחומית. בעשור הקרוב, שילובה עם בינה מלאכותית, מחשוב קוונטי והנדסה ביולוגית יעצב מחדש את הנוף התחרותי של ייצור מתקדם עולמי.