浅谈我国焊接行业的现状与未来

    

[摘 要]近些年来我国焊接技术的整体发展水平比较好，然而，我国焊接行业与发达国家的差距还很大，尤其在高新技术的应用上差距更大，焊接技术应用方面：焊接技术应用不广、数量不多、焊接生产机械化、自动化水平低。逆变式焊机技术已成熟，正在全国推广应用、波控、智能及自动、半自动焊接技术快 速发展 、成套、专用焊接设备整体制造能力与水平较大提高，发展出现较好的势头、焊接材料生产水平迅速增长，产品结构变化大，数控切割机的制造已形成一定的规模，但配套的等离子切割电源还要大量进口，焊接设备的自动、半自动化程度不高专用的数控切割设备品种不多。扩大焊接结构的应用，大力推广优质高效节能的焊接技术、提高焊接机械化、自动化水平，实现焊接工艺及装备的现代化、提高焊接质量，降低成本。

　　[关键字]焊接技术 焊接材料 焊接设备 焊接质量 双丝埋弧焊

　　焊接是一种低成本、高科技连接材料的可靠工艺方法。到目前为止，还没有另外一种工艺比焊接更为广泛地应用于材料间的连接，并对所焊产品产生更大的附加值。在国内，无论是从目前焊接设备和材料产量构成比的发展趋势，还是从焊接设备和材料的制造技术和发展方向上看，我国现化焊接技术已有很大发展,部分产品技术已达到或接近国外先进水平，特别是逆变式焊机技术。因此无论现在和将来，焊接都是成功地将各种材料加工成可投入市场产品的首选工艺。焊接技术已发展成为融材料学、力学、热处理学、冶金学、自动控制学、电子学、检验学等学科为一体的综合性学科。焊接作为一种现代的先进主导制造工艺技术，正逐步集成到产品的主寿命过程，即从设计开发、工艺制定、制造生产，到运行服役、失效分析、维护、再循环等产品的各个阶段。焊接技术从单一的加工工艺发展成新兴的综合性工程技术，已涉及到原材料、结构设计、焊接工艺方法、焊接设备及工艺装备、焊接材料、焊接预热处理、切割下料、坡口加工、焊接工艺制定及相关标准、焊接生产、焊接过程监控和管理、焊后处理和涂装、检验、焊接环境保护、焊接接头运行等众多技术过程。焊接作为一种广泛的系统工程，其应用范围不仅应用于重型机械、电力设备、石油化工、交通运输、建筑工程、航天航空等行业，还扩大到电子器件、家用电器、医疗器械、通讯工程等领域。

　　近些年来我国焊接技术的整体发展水平比较好，表现在：

　　(一)逆变式焊机技术已成熟，正在全国推广应用

　　逆变式焊机节能20%～30%、省材80%～90%，易实现多功能、自动化和智能化等突出的优点，而且我国研发和生产技术已成熟，产量和品种发展很快，国家已经把它列入高科技产品目录，根据不完全统计，连续两年以43%～45%的速度增长，占各门类焊机总数的7%～9%，即接近1/10。逆变式焊接技术与发展的大体水平，可归纳如下几点：

　　l、大功率逆变技术增大至1000A埋弧以及630A的手工弧焊/TIG，电弧气刨以及250A级的空气等离子切割等工艺已成熟应用。

　　2、逆变式CO2焊机技术推广打开了一个新局面：逆变式CO2/MAG/MIG直流、脉冲、交流方波焊接设备，通过增大功率( 大630A)、波形控制、一元化调节，引弧收弧控制等技术的引入，减少了飞溅，改善了成型，可以部分满足高档焊接结构的需要。

　　3、以DSP为代表的数字化控制技术：已有报道，少数厂家有展出和进入市场。这标志着我国逆变式高性能焊机技术正逐步与国际水平接轨，但技术水平和性能有差距。

　　(二)波控、智能及自动、半自动焊接技术快速发展

　　自动、半自动气体保护焊机、埋弧焊机、电阻焊机等产品，是实现优质、高效焊接工艺的必备条件，2000－2002年CO2/MIG/MAG焊机产量，占总产量11%～13%，比上年增长26%～63%，埋弧焊产量增长107%～150%。2000年我国点弧焊机器人已达到980台。

　　通过模糊控制、神经网络、传感器、数据库(专家系统)、IC卡、数字化控制对焊接电流进行精细和智能调节，把焊接"粗活"做细、做精、做快等等，科研水平达到或接近国外先进水平，但在实际应用上，与国外的差距较大。

　　(三)成套、专用焊接设备整体制造能力与水平较大提高，发展出现较好的势头

　　近年来，由于用户更高的要求，我国成套、专用焊接设备不仅整体制造能力与水平较大提高，还在基础件、配套件的选用方面下了功夫，并有许多新突破，通用产品部分已接近或达到国外水的水平，但是特种焊接设备和重大装备的生产水平不能满足国内用户的需求，进口额度有增无减，达近3亿美元，与我国焊机年产总值相当。

　　(四)焊接材料生产水平迅速增长，产品结构变化大

　　我国焊丝产量从1995～2000年的63万吨增至109万吨，其中，实芯焊丝从6万吨增至11万吨；埋弧焊丝从2.3万吨增至6万吨。可见，焊丝生产与焊条比有较大幅度的增长，从而推动了半自动、自动焊方法的推广。尤其是大型或特大焊接结构厂，焊丝和自动化使用已达78%。2000年我国焊丝用量为 109万吨，完成的焊接结构4590万吨，占钢材产量的35%，焊材产量与钢材产量之比为0.83%，大于世界发展中国家的比例(0.65%～0.8%)。

　　然而我国焊接行业与发达国家的差距还很大，尤其在高新技术的应用上差距更大，表现在：

　　1、焊接材料

　　焊接材料生产的发展趋势应为：焊条产量逐年减少，气体保护焊丝产量逐年增加。而我国焊接材料产品结构不合理，2000年焊条产量约占77 %，气体保护焊丝约占10%。说明我国使用手工电弧焊的比重仍然很大。

　　气体保护实芯焊丝、埋弧焊丝品种较少，碳钢、低合金钢焊丝的数量和质量基本能满足国内应用企业的要求，但中合金钢、高合金钢、镍基合金以及其他合金焊丝的品种很少。

　　新型焊接材料开发缓慢，压力容器和电站锅炉使用的新材料国内没有匹配的焊接材料，只能通过从国外进口。

　　2、焊接装备

　　⑴焊接设备结构不合理

　　在电弧焊机中交流弧焊机所占比例仍较大，高耗能的旋转式直流焊机仍占有一定的比例，CO2焊机所占比例还有待提高。

　　⑵焊接设备的自动、半自动化程度不高

　　以电弧焊机为例，自动、半自动焊机所占比例较小，1996～2000年统计结果，自动、半自动焊机仅占电弧焊机的10～25%。

　　⑶数控切割机的制造已形成一定的规模，但配套的等离子切割电源还要大量进口，专用的数控切割设备品种不多。

　　⑷焊接机器人制造能力、制造水平和推广应用有待进一步提高。

　　国内投产使用的焊接机器人绝大部分从国外进口，国内一些科研院所和制造厂家具有一定的焊接机器人设计和制造能力，但是没有形成产品的商品化。与日本、美国、西欧等工业发达国家相比较，焊接机器人的数量极少，据统计2000年全国焊接机器人的数量不到1000台，焊接机器人的正常运行率不理想。

　　(5)焊接装备水平相对落后

　　我国在特种焊机、成套设备及其他焊接装备方面发展较慢，满足不了焊接生产的需要。很多国产新型焊接设备自行研制开发的少，仿制、组装的多。

　　(6)焊接设备、TIG、CO2焊枪和配件制造的自动化程度不高，手工作业较多，产品性能稳定性和一次合格率有待提高。

　　3、焊接技术应用方面

　　⑴焊接技术应用不广、数量不多

　　在世界工程技术界已公认将焊接结构用钢量作为衡量一个国家工业发达及焊接技术先进的主要指标。全世界平均45％的钢材要经过焊接才能成为投入市场的产品。据资料介绍世界工业发达国家焊接结构用钢量占本国钢产量的60％以上。1996~2000年随着我国工业现代化的高速发展，许多重型结构如电站锅炉、压力容器、船舶、建筑工程、冶金装备、重型机械等都趋于大型化、规模化、高效化，焊接结构用钢量将大幅度上升。据不完全统计2000年我国焊接结构用钢在6000万吨左右，约占我国钢材消耗量的45％以上，正接近、超过世界的平均水平。

　　在大型机床、阀门制造中，以焊代铸、以锻焊代铸的技术应加快开发并逐步推广使用，在大型建筑钢架、铁路及公路桥梁和城市交通建设中应该进一步扩大焊接技术的应用。

　　⑵焊接生产机械化、自动化水平低

　　为提高生产率、降低工人劳动强度，国外焊接生产机械化、自动化已达到很高程度，而我国手工焊所占比例却很大。按焊丝与焊接材料的比来计算机械化、自动化的比例，1999年日本为80.6%，西欧为74%，美国为71%，2000年我国为23%。

　　从生产工艺装备看，近年来我国生产了一些成套的焊接工艺装备和焊接生产线，也有的厂家从国外引进了一些设备，数量远不能满足国内工业生产的需要。

　　计算机在焊接生产工艺中的应用，国外较普遍，可用于焊接过程规范参数的控制，还可用于整条生产线、焊机的群控，还可根据材料厚度自动选择、预置焊接规范，对焊接过程实现自适应控制、 佳控制和智能控制。日本生产的微处理控制的焊机，具有电流、电压、弧坑处理、焊丝直径选择等90多种规范参数的存储和再现功能，美、德、法等国家生产了许多由计算机控制的焊机和生产线，并建立了焊接专家系统。我国计算机在焊接中的应用工作起步较晚，经"九五"期间的研制，取得了很好的进展，但很多没有达到生产实用的水平，与国外相比，相差甚远，这也是今后提高焊接技术水平、实现机械化、自动化的课题之一。

　　例如：双丝埋弧焊具有高效、节能、价廉、可见性好、便于使用等优点，所以80年代中期，在国际上已成为主要焊接方法。而且在先进工业国 家的应用比例越来越大，如日本已达80%，欧美已达50%～60%的比例， 然而在我国因为双丝焊工艺较为复杂，所以国内许多厂家都从国外购买了设备，并用于生产。但是关于其理论研究尚处于空白。关于设备研制，由于它不是一台简单的焊机，往往是以焊接机器人为平台的一整套系统，这种配套生产方式，目前我国只有少数厂家有适应能力。而且由于缺乏必要的技术支持，至今国内还没有厂家生产。这就需要国家给予必要的支持，加强研究力度。目前，北京工业大学焊接设备研究与开发中心正在这方面开展研究工作。　　

　　双丝焊的特点如下：

　　(1)焊接速度高。体现在焊接薄板时，可以提高焊接速度达到3～6m/min，比常规单丝焊法提 高5～10倍。

　　(2)对于厚板可以提高焊丝熔敷率，因为双丝焊大多采用φ1.2mm的细焊丝，由于使用较大的焊接电流，提高了焊丝干伸长部分的电阻热，提高了焊接电流的利用率，也就是提高了焊丝的熔化系数。

　　(3)焊接质量好。焊接铝合金时，可减少气孔量。

　　(4)焊缝成形美观、平坦。

　　(5)可用于低碳钢、普低钢、不锈钢和铝等金属材料。

　　目前双丝焊主要有两种方式：一种是Twin arc法，另一种为Tandem法，其工作原理如图所示 ：

　　

　　由图可以看出Twin arc法中，两根焊丝共用一个的导电嘴和共用一个气体喷嘴。

　　焊接设备的基本组成类似，都是由两个焊接电源、两个送丝机和一个共用的送双丝的电缆。为了防止同相位的两个电弧的相互干扰，常采用脉冲MIG/脉冲MAG焊法，并保持两个电弧轮流交替燃烧。这样一来，就要求一个协同控制器保证两个电源的输出电流波形相位 相差180°。

　　为了保证送丝系统畅通，要求送丝机的性能良好和焊丝直径均匀、盘绕更规整( 好采用筒装焊丝)。

　　⑶特种工程条件下的特种材料焊接应用较少

　　我国在特种工程条件下（高温、低温、石化、海洋、核能、航空航天、酸碱腐蚀等）特种工程材料的焊接领域，不论是工艺水平，还是实际应用范围均满足不了目前工业生产发展的需要。在充分发挥焊接结构使用性能、节约材料、降低成本的异种钢材料焊接应用和工艺水平方面，近年来虽有很大进展，但总体仍落后于美、日、德等国家。

　　⑷信息技术在焊接生产管理和技术管理的应用上滞后

　　在信息技术飞速发展的今天，它在各个行业应用得越来越广，发达国家在焊接行业也越来越多地使用了信息技术来管理生产，而我国起步较晚，只有少数企业得以应用。

　　4、我国焊接行业的发展趋势

　　经过"十五"，特别是加入"WTO"以后，我国各行业将有不同程度的发展，焊接行业也会有更大的发展。总的发展趋势是：

　　⑴扩大焊接结构的应用，大力推广优质高效节能的焊接技术

　　扩大焊接结构的应用是焊接技术发展的趋势，重点是在机床、冶金机械、动力机械等行业。 焊接材料正在向着适应焊接生产向高效率、高质量、低成本及自动化方向发展。增加焊丝特别是药芯焊丝产品比重，开发气体保护焊丝、埋弧焊丝、药芯焊丝、焊剂的新品种。 焊接设备要提高高效节能、自动、半自动焊机产品的比例，研制、开发和生产专用、特种、成套和生产线焊接设备。 焊接辅机具产品的制造要形成一批骨干企业，组织专业化定点生产，开发多种焊接辅助装置，逐步实现标准化、系列化。 热切割设备要提高自动及半自动切割机的品种和产品性能，从安全保护用品、专用器具及附件、到环保防护产品均成系列化生产，而且有一整套与生产和检测相关的标准。

　　⑵提高焊接机械化、自动化水平，实现焊接工艺及装备的现代化

　　没有焊接技术现代化，就没有当代工业的现代化。焊接工艺及装备的现代化，是焊接技术现代化的重要标志，是焊接产品高质量的重要保证。高新技术带动焊接技术的发展，焊接技术的发展又推动科学技术的进步。在高新技术高速发展的今天，我们要把现代高新技术引入到焊接技术中来，加快实现焊接工艺及装备的现代化。要建立各种钢材、焊接材料、焊接工艺数据库和焊接专家系统，实现焊接生产的现代化管理和焊接过程的自适应控制、智能控制。使我国的焊接工艺和装备水平、焊接生产机械化和自动化水平、焊接质量和生产率都得到大幅度提高。

　　⑶提高焊接质量，降低成本

　　提高焊接质量，降低成本是我们焊接行业各个领域应该重视的问题。通过开发和采用更先进、高质量、高效率的焊接技术，加强产品质量的现代化管理，研制和使用先进的快速检测技术确保焊接产品的整体质量。在保证焊接质量的前提下，通过先进技术和现代化管理降低成本，提高企业竞争力，保持持续发展。

　　近20年来，我国国民经济持续高速发展，为我国焊接产业提供了前所未有的发展机遇。

　　"九五"期间，我国GDP的年平均增长率为8.3％，到2000年国内钢材的消耗量已经达到1.41亿吨，继续保持世界钢铁产销量第一大国的地位。与此相应我国焊材消耗量与钢材消耗量同步增长，2000年达到120万吨。按"十五"期间预计的我国GDP增长率7％计算，到2005年底我国的钢材消费量将达到1.6～1.7亿吨，到2010年可达到2亿吨左右；同比计算，到2010年我国的焊材消耗量将会达到160万吨。

　　新世纪伊始，国家制定了西部大开发的战略，确定了西气东输、西电东送、南水北调等重点工程，这几个工程规模之大，投资之多，受益之深都是建国以来前所未有的，这对整个国民经济的发展必将带来巨大的拉动效应，对焊接工业的发展也必然有促进作用。

　　当今电子信息技术的迅猛发展将使焊接产业产生脱胎换骨的革命。一大批落后的高耗能手工焊机取代。高效化、自动化、智能化以及高能焊接（激光焊、电子束焊接等）工艺和设备将会广泛的应用。

　　自从我国加入WTO，标志着我国成功融入世界经济的大循环中，为我国焊接产业的产品出口创造了良好的机遇。由于中国的劳动力价格低廉并具有丰富的资源，各种产品在国际市场上具有很大的价格优势，同时我国焊接教育与科研具有相当的基础，焊接产业也有一定的规模，假以时日，焊接产品必将成为机电工业的大宗出口产品。