未来の溶接技術

現在、溶接は新しい統合技術となっています。国民経済における溶接技術の重要性が増すにつれ、溶接技術溶接は国家産業の高度化の重要な象徴となっているため、溶接装置一式、人工知能技術、情報処理技術、溶接電力制御デジタル技術、溶接品質管理インテリジェント技術、溶接生産プロセスを積極的に開発する。ロボット溶接技術現代の生産ニーズを満たす溶接材料の開発は、革新的で省エネルギーな国づくりにおいて重要な役割を果たすことは間違いない。

まず、国内外の溶接技術の現状の発展動向について

溶接は重要な基礎技術であり、その発展は現代科学技術の発展に支えられています。溶接技術の歴史はわずか100年ほどですが、その発展は非常に急速です。20世紀以降、特にここ20～30年は、科学技術の目覚ましい発展に伴い、様々な新しい溶接技術が次々と登場し、プラズマ物理学、電子ビーム、赤外線、真空、超音波、音響、マイクロエレクトロニクスなど、現代科学技術の新たな成果が溶接に広く応用されています。新技術の応用は溶接技術の発展の基礎を築き、溶接技術の能力を高め、溶接技術の応用範囲を拡大しました。現在では、特性の異なる数十種類の溶接方法が確立されています。溶接技術は、エネルギー、輸送、化学工業、機械、特殊設備、電子機器、航空宇宙、石油など、多くの分野で幅広く活用されています。現代科学技術の新たな成果が溶接分野にますます浸透し、現代溶接技術の急速な発展を促進していると言えるでしょう。

（A）溶接装置および溶接方法

近年の科学技術の急速な発展に伴い、溶接装置と溶接方法も大きく発展しました。現在、海外の溶接装置の顕著な特徴は、高精度、高品質、高信頼性、デジタル、インテリジェント制御、大規模、統合、多機能です。生産構成と技術開発の両方の観点から、国内は効率的、自動化、インテリジェント、省エネ、環境に優しい溶接の方向に発展しています。中国のアーク溶接装置は徐々に国内レベルに近づいており、製品構造を調整し、製品グレードを向上させ、インバータ溶接電源と自動、半自動溶接機、特に高効率で省エネな二酸化炭素溶接機を積極的に開発する必要があります。抵抗溶接技術は、中高出力を主な研究内容と開発方向としています。電磁両立性技術は溶接装置に普及します。溶接機器業界低エネルギー消費で環境に優しい製品が緊急に必要とされています。自動溶接技術と装置は前例のないスピードで発展しており、三峡ダムプロジェクト、東西ガス輸送プロジェクト、航空宇宙工学、海洋工学などの国家の大規模基礎工学開発と国内自動車産業の台頭により、先進溶接技術、特に溶接自動化技術の開発と進歩が効果的に促進されています。溶接ロボットとインテリジェント溶接も特定の分野で適切に開発され、広く使用されるでしょう。特殊溶接装置一式に対する需要は増加しており、適用範囲は広くなり、技術性能要件はますます高くなっています。効率的な新プロセスを満たす装置はより成熟し、普及していくでしょう。国内の装置製造企業は、特殊溶接装置一式において新たなブレークスルーを達成する必要があります。

（２）溶接材料の開発

科学技術の進歩と工業材料の継続的な革新に伴い、新素材の出現は溶接技術に新たな課題と要求をもたらしました。例えば、高強度鋼、アルミニウム合金、ニッケル基合金などの材料の応用は、溶接技術の発展を大きく促進しました。従来の溶接方法では、これらの新素材を扱う際に、溶接変形や亀裂などの問題が発生する可能性があります。そのため、溶接継手の品質と信頼性を向上させるための新しい溶接プロセスと技術の開発は、現在の溶接技術開発の重要な方向性となっています。現在、中国の溶接材料の生産量は世界一ですが、溶接材料の構造と工業先進国との間には大きなギャップがあります。溶接生産の高効率、高品質、低コスト、自動化の傾向に適応するため、米国や日本などの先進国は溶接材料の製品構造を絶えず調整しています。 1980年代半ばには、外国の先進国が溶接材料の約50%を占めていましたが、21世紀初頭には、ヨーロッパ、北米、日本の溶接材料の消費において、溶接棒の割合は20%未満となり、つまり、先進国における現在の自動および半自動溶接が、溶接作業全体の80%以上を占めるようになりました。米国、日本、西ヨーロッパなどの先進国や地域における溶接材料の開発から、手動アーク溶接用の溶接棒の減少と自動溶接材料の継続的な増加は、必然的な発展傾向です。我が国では、自己保護および表面処理薬芯線の開発と生産が急務です。国内外のメーカーが導入している銅フリー線については、特殊被覆線と呼ぶべきでしょう。なぜなら、各メーカーの被覆成分や表面処理方法が異なるため、線の性能も異なるからです。優れたコーティングと表面処理プロセスは、防錆と潤滑の役割を果たすだけでなく、溶接中に銅粉を発生させず、溶接ワイヤのアーク安定性を向上させ、溶接スパッタを低減します。現在、国内外のメーカーは、このワイヤのコーティングと表面処理プロセスを改良し続けており、このワイヤとデジタルインバータ溶接機がアーク遷移を正確に制御し、高効率、低スパッタ、高電流のCO2溶接を実現し、フラックス入りワイヤ溶接プロセスと同等の効果を達成できることが、今後の開発方向として期待されています。

（３）将来の新しい溶接方法、溶接装置及び溶接材料

一方では、既存のアーク溶接、プラズマアーク溶接、電子ビーム溶接、レーザー溶接などの溶接エネルギーを改善し、電子技術と制御技術を用いてアークのプロセス性能を向上させ、信頼性が高く軽量なアークトラッキング方法を開発するなど、溶接品質と安全性の信頼性をさらに向上させるために、新しい溶接方法、溶接装置、溶接材料を開発する必要があります。他方では、溶接機のプログラム制御やデジタル制御を実現し、準備工程から溶接、品質管理までの全工程を自動化する専用溶接機を開発し、自動溶接生産ラインにおいてCNC溶接ロボットや溶接ロボットを普及・拡大するなど、溶接の機械化と自動化のレベルを向上させる必要があります。これにより、溶接生産のレベルを向上させ、溶接の健康と安全条件を改善できます。21世紀において、我が国は科学技術発展という大きな目標に直面し、溶接技術と海外との大きなギャップに直面しており、溶接作業員に対する要求水準が高まっています。そのため、現代の科学技術を活用し、溶接技術の進歩と発展を促進するために努力しなければなりません。

II．溶接技術の将来展望

2025年には、溶接技術はインダストリー4.0エコシステムに完全に統合され、3つのコア特性を示しています。‌「インテリジェントな駆動、精密な統合、環境に優しく持続可能な」‌.

‌インテリジェントな侵入‌世界の産業用溶接ロボット市場の普及率は67%に達し、AI溶接システムのコストは40%減少した。

素材の革新‌異種溶接プロセスは、軽量製造シナリオの90%を占めています。

カーボンニュートラル目標‌水素溶接機の浸透率が30%を超え、溶接時の炭素排出強度は2020年と比較して55%削減される。

（A）将来の溶接技術の中核的なブレークスルーの方向性

製造業がハイエンド化・インテリジェント化の方向へ発展するにつれ、溶接技術は以下の核心的なブレークスルーの方向へと進んでいます。‌

‌1. インテリジェント溶接システム‌

‌AI適応型溶接‌: ‌AI駆動型溶接システム‌深層学習に基づく溶接部の識別とパラメータ最適化により、リアルタイムの品質監視と欠陥警告を実現する。

· 適応型溶接ロボットは、複雑な作業条件（宇宙船の表面溶接など）に対応するため、経路とエネルギー入力を動的に調整できます。ニューラルネットワークを搭載した溶接ロボットは、材料の熱変形をリアルタイムで解析し、溶接パラメータを動的に調整できます（宇宙船のチタン合金製キャビンの溶接など）。欠陥検出率は99.5%に向上し、溶接効率は50%向上します。

‌デジタルツインファクトリー‌仮想シミュレーション技術により、溶接工程の開発サイクルを70%短縮（事例：テスラ4680バッテリーパックの溶接工程最適化）。仮想シミュレーションは、溶接変形を予測し、試行錯誤コストを削減するために使用されます。原子力発電所の保守など、高リスク環境下での作業の5Gリモート制御をサポートします。

‌2. 高精度エネルギー技術‌

超高速レーザー溶接‌フェムト秒レーザー溶接は、チップパッケージングやペースメーカー配線溶接などのマイクロ医療機器において、ミクロンレベルの精度を実現します。

レーザーアーク複合溶接‌レーザーの高精度加工とアーク放電の高い貫通力を組み合わせたもので、新エネルギー車用バッテリーのパッケージングに使用されます。

・電子ビーム真空溶接：チタン合金などの難溶接材料を汚染なく接合するために使用され、医療機器製造に用いられる。

コールドメタルトランジション（CMT）アップグレード‌熱入力は従来のMIG溶接の20%に低減され、アルミニウムリチウム合金ボディ溶接（BMW i7シリーズ）に適しています。

‌3. 宇宙および深海溶接‌

月面基地の現地製造‌NASAは真空電子ビーム溶接技術を用いて、金属構造物を月面土壌中のイルメナイトに直接溶接している。

深海パイプラインの修理‌：水中溶接ロボットの圧力深度は6,000メートルを超えた（CNOOC南海油ガス田プロジェクト）。

4. ‌材料適合性のブレークスルー‌

異種材料の接続‌

· アルミニウム／鋼、セラミック／金属などのハイブリッド接合技術を開発し、軽量構造設計（航空機の軽量化など）を促進する。

· 複合溶接‌

· 炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の超音波溶接は、従来の接合プロセスの強度不足という問題を解決する。

5. 持続可能なアップグレード‌水素溶接機‌従来のアセチレン切断に代わり、二酸化炭素排出量ゼロを実現します。溶接煙浄化システム‌ナノフィルターコア＋AIリスク制御により、有害粒子の99.9%を捕捉します。

（３）将来の溶接技術の主要データと市場予測‌

アーク溶接機器は、溶接機、電源装置、その他の付属品を含め、全溶接機器の約半分を占め、年間6%の成長率が見込まれています。抵抗溶接機器も、溶接機、変圧器、制御装置、部品を含め、高い成長率で成長します。ガス溶接とガス切断は、成長率が低いと見込まれています。スタッド溶接、レーザー溶接、摩擦溶接、電子ビーム溶接、超音波溶接機器などのその他の溶接機器は、より速い成長率で成長します。ロボット溶接機器は非常に高い成長率で成長し、その輸入率はさらに増加し​​ます。これは、溶接機器のほとんどが米国以外で製造されているためです。米国は世界最大の溶接および切断機器製造国であるため、溶接および切断機器の輸出は引き続き強化されます。溶接用溶加材には、溶接棒とワイヤの2種類があります。電極の量は年々減少し、ソリッドワイヤとフラックス入りワイヤを含むワイヤの量は年々増加します。これは不可逆的な発展傾向です。

市場規模‌: 世界の溶接技術市場は‌2180億米ドル‌（2025年）までの年平均成長率は9.3%です。

技術比率‌:

· レーザー溶接：32％

· インテリジェント溶接システム：28％

· グリーン溶接技術：25％

· 地域的な成長‌アジア太平洋地域は増加分の45％を占め、中国は新エネルギーおよび半導体溶接装置のサプライチェーンを支配した。

· （４）将来の溶接技術における課題と展望

‌‌チャレンジ‌:

極限環境（超高温核融合炉など）における溶接の信頼性。

· ナノスケール溶接プロセスの標準化（チップ3D積層）。

· 2030年に向けたビジョン：

· 量子溶接技術：量子もつれの原理を利用して原子レベルでの材料結合を実現する技術。

· バイオ溶接：生物酵素をベースとした生分解性低温はんだの研究開発。

· （２）将来の溶接技術産業の応用分野

· 新エネルギー車

· 航空宇宙

· 医療機器

· 建築

· III．将来の溶接技術の概要

· 一言で言えば、溶接技術の発展動向と将来性は非常に有望です。材料、設備、自動化技術の継続的な革新により、溶接技術は徐々に効率的で高品質かつインテリジェントな発展を遂げるでしょう。これは製造業の発展に、より多くの機会と課題をもたらします。しかし、変化する市場ニーズに対応するためには、溶接技術の革新と進歩を絶えず推進し、徹底的な研究と探求を行う必要があります。革新と発展を絶えず追求することによってのみ、溶接技術は将来の産業分野でより重要な役割を果たすことができるのです。溶接技術は従来の製造業の境界を打ち破り、学際的イノベーションの中心地となっています。今後10年間で、人工知能、量子コンピューティング、バイオエンジニアリングとの融合により、世界のハイエンド製造業の競争環境は大きく変化するでしょう。