淺談我國焊接行業(yè)的現狀與未來

[摘 要]近些年來我國焊接技術的整體發(fā)展水平比較好，然而，我國焊接行業(yè)與發(fā)達國家的差距還很大，尤其在高新技術的應用上差距更大，焊接技術應用方面：焊接技術應用不廣、數量不多、焊接生產機械化、自動化水平低。逆變式焊機技術已成熟，正在全國推廣應用、波控、智能及自動、半自動焊接技術快 速發(fā)展 、成套、專用焊接設備整體制造能力與水平較大提高，發(fā)展出現較好的勢頭、焊接材料生產水平迅速增長，產品結構變化大，數控切割機的制造已形成一定的規(guī)模，但配套的等離子切割電源還要大量進口，焊接設備的自動、半自動化程度不高專用的數控切割設備品種不多。擴大焊接結構的應用，大力推廣優(yōu)質高效節(jié)能的焊接技術、提高焊接機械化、自動化水平，實現焊接工藝及裝備的現代化、提高焊接質量，降低成本。

　　[關鍵字]焊接技術 焊接材料 焊接設備 焊接質量 雙絲埋弧焊

　　焊接是一種低成本、高科技連接材料的可靠工藝方法。到目前為止，還沒有另外一種工藝比焊接更為廣泛地應用于材料間的連接，并對所焊產品產生更大的附加值。在國內，無論是從目前焊接設備和材料產量構成比的發(fā)展趨勢，還是從焊接設備和材料的制造技術和發(fā)展方向上看，我國現化焊接技術已有很大發(fā)展,部分產品技術已達到或接近國外先進水平，特別是逆變式焊機技術。因此無論現在和將來，焊接都是成功地將各種材料加工成可投入市場產品的首選工藝。焊接技術已發(fā)展成為融材料學、力學、熱處理學、冶金學、自動控制學、電子學、檢驗學等學科為一體的綜合性學科。焊接作為一種現代的先進主導制造工藝技術，正逐步集成到產品的主壽命過程，即從設計開發(fā)、工藝制定、制造生產，到運行服役、失效分析、維護、再循環(huán)等產品的各個階段。焊接技術從單一的加工工藝發(fā)展成新興的綜合性工程技術，已涉及到原材料、結構設計、焊接工藝方法、焊接設備及工藝裝備、焊接材料、焊接預熱處理、切割下料、坡口加工、焊接工藝制定及相關標準、焊接生產、焊接過程監(jiān)控和管理、焊后處理和涂裝、檢驗、焊接環(huán)境保護、焊接接頭運行等眾多技術過程。焊接作為一種廣泛的系統工程，其應用范圍不僅應用于重型機械、電力設備、石油化工、交通運輸、建筑工程、航天航空等行業(yè)，還擴大到電子器件、家用電器、醫(yī)療器械、通訊工程等領域。

　　近些年來我國焊接技術的整體發(fā)展水平比較好，表現在：

　　(一)逆變式焊機技術已成熟，正在全國推廣應用

　　逆變式焊機節(jié)能20%～30%、省材80%～90%，易實現多功能、自動化和智能化等突出的優(yōu)點，而且我國研發(fā)和生產技術已成熟，產量和品種發(fā)展很快，國家已經把它列入高科技產品目錄，根據不完全統計，連續(xù)兩年以43%～45%的速度增長，占各門類焊機總數的7%～9%，即接近1/10。逆變式焊接技術與發(fā)展的大體水平，可歸納如下幾點：

　　l、大功率逆變技術增大至1000A埋弧以及630A的手工弧焊/TIG，電弧氣刨以及250A級的空氣等離子切割等工藝已成熟應用。

　　2、逆變式CO2焊機技術推廣打開了一個新局面：逆變式CO2/MAG/MIG直流、脈沖、交流方波焊接設備，通過增大功率( 大630A)、波形控制、一元化調節(jié)，引弧收弧控制等技術的引入，減少了飛濺，改善了成型，可以部分滿足高檔焊接結構的需要。

　　3、以DSP為代表的數字化控制技術：已有報道，少數廠家有展出和進入市場。這標志著我國逆變式高性能焊機技術正逐步與國際水平接軌，但技術水平和性能有差距。

　　(二)波控、智能及自動、半自動焊接技術快速發(fā)展

　　自動、半自動氣體保護焊機、埋弧焊機、電阻焊機等產品，是實現優(yōu)質、高效焊接工藝的必備條件，2000－2002年CO2/MIG/MAG焊機產量，占總產量11%～13%，比上年增長26%～63%，埋弧焊產量增長107%～150%。2000年我國點弧焊機器人已達到980臺。

　　通過模糊控制、神經網絡、傳感器、數據庫(專家系統)、IC卡、數字化控制對焊接電流進行精細和智能調節(jié)，把焊接"粗活"做細、做精、做快等等，科研水平達到或接近國外先進水平，但在實際應用上，與國外的差距較大。

　　(三)成套、專用焊接設備整體制造能力與水平較大提高，發(fā)展出現較好的勢頭

　　近年來，由于用戶更高的要求，我國成套、專用焊接設備不僅整體制造能力與水平較大提高，還在基礎件、配套件的選用方面下了功夫，并有許多新突破，通用產品部分已接近或達到國外水的水平，但是特種焊接設備和重大裝備的生產水平不能滿足國內用戶的需求，進口額度有增無減，達近3億美元，與我國焊機年產總值相當。

　　(四)焊接材料生產水平迅速增長，產品結構變化大

　　我國焊絲產量從1995～2000年的63萬噸增至109萬噸，其中，實芯焊絲從6萬噸增至11萬噸；埋弧焊絲從2.3萬噸增至6萬噸。可見，焊絲生產與焊條比有較大幅度的增長，從而推動了半自動、自動焊方法的推廣。尤其是大型或特大焊接結構廠，焊絲和自動化使用已達78%。2000年我國焊絲用量為 109萬噸，完成的焊接結構4590萬噸，占鋼材產量的35%，焊材產量與鋼材產量之比為0.83%，大于世界發(fā)展中國家的比例(0.65%～0.8%)。

　　然而我國焊接行業(yè)與發(fā)達國家的差距還很大，尤其在高新技術的應用上差距更大，表現在：

　　1、焊接材料

　　焊接材料生產的發(fā)展趨勢應為：焊條產量逐年減少，氣體保護焊絲產量逐年增加。而我國焊接材料產品結構不合理，2000年焊條產量約占77 %，氣體保護焊絲約占10%。說明我國使用手工電弧焊的比重仍然很大。

　　氣體保護實芯焊絲、埋弧焊絲品種較少，碳鋼、低合金鋼焊絲的數量和質量基本能滿足國內應用企業(yè)的要求，但中合金鋼、高合金鋼、鎳基合金以及其他合金焊絲的品種很少。

　　新型焊接材料開發(fā)緩慢，壓力容器和電站鍋爐使用的新材料國內沒有匹配的焊接材料，只能通過從國外進口。

　　2、焊接裝備

　　⑴焊接設備結構不合理

　　在電弧焊機中交流弧焊機所占比例仍較大，高耗能的旋轉式直流焊機仍占有一定的比例，CO2焊機所占比例還有待提高。

　　⑵焊接設備的自動、半自動化程度不高

　　以電弧焊機為例，自動、半自動焊機所占比例較小，1996～2000年統計結果，自動、半自動焊機僅占電弧焊機的10～25%。

　　⑶數控切割機的制造已形成一定的規(guī)模，但配套的等離子切割電源還要大量進口，專用的數控切割設備品種不多。

　　⑷焊接機器人制造能力、制造水平和推廣應用有待進一步提高。

　　國內投產使用的焊接機器人絕大部分從國外進口，國內一些科研院所和制造廠家具有一定的焊接機器人設計和制造能力，但是沒有形成產品的商品化。與日本、美國、西歐等工業(yè)發(fā)達國家相比較，焊接機器人的數量極少，據統計2000年全國焊接機器人的數量不到1000臺，焊接機器人的正常運行率不理想。

　　(5)焊接裝備水平相對落后

　　我國在特種焊機、成套設備及其他焊接裝備方面發(fā)展較慢，滿足不了焊接生產的需要。很多國產新型焊接設備自行研制開發(fā)的少，仿制、組裝的多。

　　(6)焊接設備、TIG、CO2焊槍和配件制造的自動化程度不高，手工作業(yè)較多，產品性能穩(wěn)定性和一次合格率有待提高。

　　3、焊接技術應用方面

　　⑴焊接技術應用不廣、數量不多

　　在世界工程技術界已公認將焊接結構用鋼量作為衡量一個國家工業(yè)發(fā)達及焊接技術先進的主要指標。全世界平均45％的鋼材要經過焊接才能成為投入市場的產品。據資料介紹世界工業(yè)發(fā)達國家焊接結構用鋼量占本國鋼產量的60％以上。1996~2000年隨著我國工業(yè)現代化的高速發(fā)展，許多重型結構如電站鍋爐、壓力容器、船舶、建筑工程、冶金裝備、重型機械等都趨于大型化、規(guī)模化、高效化，焊接結構用鋼量將大幅度上升。據不完全統計2000年我國焊接結構用鋼在6000萬噸左右，約占我國鋼材消耗量的45％以上，正接近、超過世界的平均水平。

　　在大型機床、閥門制造中，以焊代鑄、以鍛焊代鑄的技術應加快開發(fā)并逐步推廣使用，在大型建筑鋼架、鐵路及公路橋梁和城市交通建設中應該進一步擴大焊接技術的應用。

　　⑵焊接生產機械化、自動化水平低

　　為提高生產率、降低工人勞動強度，國外焊接生產機械化、自動化已達到很高程度，而我國手工焊所占比例卻很大。按焊絲與焊接材料的比來計算機械化、自動化的比例，1999年日本為80.6%，西歐為74%，美國為71%，2000年我國為23%。

　　從生產工藝裝備看，近年來我國生產了一些成套的焊接工藝裝備和焊接生產線，也有的廠家從國外引進了一些設備，數量遠不能滿足國內工業(yè)生產的需要。

　　計算機在焊接生產工藝中的應用，國外較普遍，可用于焊接過程規(guī)范參數的控制，還可用于整條生產線、焊機的群控，還可根據材料厚度自動選擇、預置焊接規(guī)范，對焊接過程實現自適應控制、 佳控制和智能控制。日本生產的微處理控制的焊機，具有電流、電壓、弧坑處理、焊絲直徑選擇等90多種規(guī)范參數的存儲和再現功能，美、德、法等國家生產了許多由計算機控制的焊機和生產線，并建立了焊接專家系統。我國計算機在焊接中的應用工作起步較晚，經"九五"期間的研制，取得了很好的進展，但很多沒有達到生產實用的水平，與國外相比，相差甚遠，這也是今后提高焊接技術水平、實現機械化、自動化的課題之一。

　　例如：雙絲埋弧焊具有高效、節(jié)能、價廉、可見性好、便于使用等優(yōu)點，所以80年代中期，在國際上已成為主要焊接方法。而且在先進工業(yè)國 家的應用比例越來越大，如日本已達80%，歐美已達50%～60%的比例， 然而在我國因為雙絲焊工藝較為復雜，所以國內許多廠家都從國外購買了設備，并用于生產。但是關于其理論研究尚處于空白。關于設備研制，由于它不是一臺簡單的焊機，往往是以焊接機器人為平臺的一整套系統，這種配套生產方式，目前我國只有少數廠家有適應能力。而且由于缺乏必要的技術支持，至今國內還沒有廠家生產。這就需要國家給予必要的支持，加強研究力度。目前，北京工業(yè)大學焊接設備研究與開發(fā)中心正在這方面開展研究工作。　　

　　雙絲焊的特點如下：

　　(1)焊接速度高。體現在焊接薄板時，可以提高焊接速度達到3～6m/min，比常規(guī)單絲焊法提 高5～10倍。

　　(2)對于厚板可以提高焊絲熔敷率，因為雙絲焊大多采用φ1.2mm的細焊絲，由于使用較大的焊接電流，提高了焊絲干伸長部分的電阻熱，提高了焊接電流的利用率，也就是提高了焊絲的熔化系數。

　　(3)焊接質量好。焊接鋁合金時，可減少氣孔量。

　　(4)焊縫成形美觀、平坦。

　　(5)可用于低碳鋼、普低鋼、不銹鋼和鋁等金屬材料。

　　目前雙絲焊主要有兩種方式：一種是Twin arc法，另一種為Tandem法，其工作原理如圖所示 ：

　　由圖可以看出Twin arc法中，兩根焊絲共用一個的導電嘴和共用一個氣體噴嘴。

　　焊接設備的基本組成類似，都是由兩個焊接電源、兩個送絲機和一個共用的送雙絲的電纜。為了防止同相位的兩個電弧的相互干擾，常采用脈沖MIG/脈沖MAG焊法，并保持兩個電弧輪流交替燃燒。這樣一來，就要求一個協同控制器保證兩個電源的輸出電流波形相位 相差180°。

　　為了保證送絲系統暢通，要求送絲機的性能良好和焊絲直徑均勻、盤繞更規(guī)整( 好采用筒裝焊絲)。

　　⑶特種工程條件下的特種材料焊接應用較少

　　我國在特種工程條件下（高溫、低溫、石化、海洋、核能、航空航天、酸堿腐蝕等）特種工程材料的焊接領域，不論是工藝水平，還是實際應用范圍均滿足不了目前工業(yè)生產發(fā)展的需要。在充分發(fā)揮焊接結構使用性能、節(jié)約材料、降低成本的異種鋼材料焊接應用和工藝水平方面，近年來雖有很大進展，但總體仍落后于美、日、德等國家。

　　⑷信息技術在焊接生產管理和技術管理的應用上滯后

　　在信息技術飛速發(fā)展的今天，它在各個行業(yè)應用得越來越廣，發(fā)達國家在焊接行業(yè)也越來越多地使用了信息技術來管理生產，而我國起步較晚，只有少數企業(yè)得以應用。

　　4、我國焊接行業(yè)的發(fā)展趨勢

　　經過"十五"，特別是加入"WTO"以后，我國各行業(yè)將有不同程度的發(fā)展，焊接行業(yè)也會有更大的發(fā)展。總的發(fā)展趨勢是：

　　⑴擴大焊接結構的應用，大力推廣優(yōu)質高效節(jié)能的焊接技術

　　擴大焊接結構的應用是焊接技術發(fā)展的趨勢，重點是在機床、冶金機械、動力機械等行業(yè)。 焊接材料正在向著適應焊接生產向高效率、高質量、低成本及自動化方向發(fā)展。增加焊絲特別是藥芯焊絲產品比重，開發(fā)氣體保護焊絲、埋弧焊絲、藥芯焊絲、焊劑的新品種。 焊接設備要提高高效節(jié)能、自動、半自動焊機產品的比例，研制、開發(fā)和生產專用、特種、成套和生產線焊接設備。 焊接輔機具產品的制造要形成一批骨干企業(yè)，組織專業(yè)化定點生產，開發(fā)多種焊接輔助裝置，逐步實現標準化、系列化。 熱切割設備要提高自動及半自動切割機的品種和產品性能，從安全保護用品、專用器具及附件、到環(huán)保防護產品均成系列化生產，而且有一整套與生產和檢測相關的標準。

　　⑵提高焊接機械化、自動化水平，實現焊接工藝及裝備的現代化

　　沒有焊接技術現代化，就沒有當代工業(yè)的現代化。焊接工藝及裝備的現代化，是焊接技術現代化的重要標志，是焊接產品高質量的重要保證。高新技術帶動焊接技術的發(fā)展，焊接技術的發(fā)展又推動科學技術的進步。在高新技術高速發(fā)展的今天，我們要把現代高新技術引入到焊接技術中來，加快實現焊接工藝及裝備的現代化。要建立各種鋼材、焊接材料、焊接工藝數據庫和焊接專家系統，實現焊接生產的現代化管理和焊接過程的自適應控制、智能控制。使我國的焊接工藝和裝備水平、焊接生產機械化和自動化水平、焊接質量和生產率都得到大幅度提高。

　　⑶提高焊接質量，降低成本

　　提高焊接質量，降低成本是我們焊接行業(yè)各個領域應該重視的問題。通過開發(fā)和采用更先進、高質量、高效率的焊接技術，加強產品質量的現代化管理，研制和使用先進的快速檢測技術確保焊接產品的整體質量。在保證焊接質量的前提下，通過先進技術和現代化管理降低成本，提高企業(yè)競爭力，保持持續(xù)發(fā)展。

　　近20年來，我國國民經濟持續(xù)高速發(fā)展，為我國焊接產業(yè)提供了前所未有的發(fā)展機遇。

　　"九五"期間，我國GDP的年平均增長率為8.3％，到2000年國內鋼材的消耗量已經達到1.41億噸，繼續(xù)保持世界鋼鐵產銷量第一大國的地位。與此相應我國焊材消耗量與鋼材消耗量同步增長，2000年達到120萬噸。按"十五"期間預計的我國GDP增長率7％計算，到2005年底我國的鋼材消費量將達到1.6～1.7億噸，到2010年可達到2億噸左右；同比計算，到2010年我國的焊材消耗量將會達到160萬噸。

　　新世紀伊始，國家制定了西部大開發(fā)的戰(zhàn)略，確定了西氣東輸、西電東送、南水北調等重點工程，這幾個工程規(guī)模之大，投資之多，受益之深都是建國以來前所未有的，這對整個國民經濟的發(fā)展必將帶來巨大的拉動效應，對焊接工業(yè)的發(fā)展也必然有促進作用。

　　當今電子信息技術的迅猛發(fā)展將使焊接產業(yè)產生脫胎換骨的革命。一大批落后的高耗能手工焊機取代。高效化、自動化、智能化以及高能焊接（激光焊、電子束焊接等）工藝和設備將會廣泛的應用。

　　自從我國加入WTO，標志著我國成功融入世界經濟的大循環(huán)中，為我國焊接產業(yè)的產品出口創(chuàng)造了良好的機遇。由于中國的勞動力價格低廉并具有豐富的資源，各種產品在國際市場上具有很大的價格優(yōu)勢，同時我國焊接教育與科研具有相當的基礎，焊接產業(yè)也有一定的規(guī)模，假以時日，焊接產品必將成為機電工業(yè)的大宗出口產品。