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    焊接行業自主創新能力分析

    2019-10-28

    新中國建立以來,特別是改革開放25年來,中國先后自行研制、開發和引進了一些先進的焊接設備、技術和材料。目前在生產中已經采用的成熟焊接方 法與裝備,在國內也都有所應用,只是應用的深度和廣度有所不同而已。中國的制造企業已經在采用諸如電子束焊接、激光焊接、激光釬焊和激光切割、激光與電弧 復合熱源焊接、單絲或雙絲窄間隙埋弧焊、4絲高速埋弧焊、雙絲脈沖氣體保護焊、等離子弧焊接、精細等離子弧切割、水射流切割、數控切割系統、機器人焊接系統、焊接柔性生產線(W-FMS)、變極性焊接電源、表面張力過渡焊接電源(STT)和全數字化焊接電源等。甚至目前焊材銷售在比較熱門的攪拌摩擦焊技術, 也已經應用到產品的生產上。中國的焊接生產技術水平有了很大的提高,但是存在問題的嚴重性也不容忽視。

    總體來看,中國2004年的焊接材料生 產總量達到210萬噸,比美國、日本、德國三國焊接材料產量的總和還多,但是其中手工焊接用的焊條產量占75%,各種機械化、自動化焊接用焊絲占25%, 焊接的機械化/自動化率為35%,達到歷年來的高比例。然而,這僅相當于日本20世紀70年代末焊接機械化/自動化率的水平,日本1979年焊接材料的 總產量為40萬噸,手工焊條占58%,各種焊絲占42%,焊接的機械化/自動化率為44%。

    中國制造業中以焊接為主要工藝技術的企業約有 7000家,其中特大型、大型和中型企業約占1/3,它們的焊接機械化/自動化情況明顯要好于眾多的小型企業。焊接機器人是實現焊接自動化、柔性化的重要 途徑。根據2001年的統計,焊接機器人有1040臺,到2005年底預計增加到2700臺左右,主要在汽車、工程機械、摩托車、軌道車輛、鍋爐、金 屬家具及軍工等行業。近幾年來,汽車行業(包括汽車制造廠和零部件廠)大量安裝和應用焊接機器人,焊接機器人的70%集中在汽車行業。但是目前焊接用的關節式工業機器人90%以上是進口的,基本上囊括了世界各國工業機器人的品種。只有一家中日合資的機器人生產廠家,但主要是將日本母公司生產的 零部件組裝成機器人,缺乏國內外自主品牌。一些高等院校和研究所也制造少量的工業機器人,但數量有限,在價格、性能、可靠性等方面難以和進口機器人競爭, 在焊接領域已經逐步被邊緣化??上驳氖?,中國已經出現十多家具有經驗的焊接機器人應用工程開發公司,他們采用進口的焊接機器人,根據用戶的需求,自行 設計制造外圍設備,并集成為焊接機器人工作站或單元,完成交鑰匙工程。目前約有20%的焊接機器人是由國內的工程師組成工作站的。但是比較復雜的機器人焊 接生產線、柔性生產線,如汽車、工程機械的裝焊生產線,基本上從國外公司成套進口。

    制造臨界和臨界火力電站鍋爐、核電站成套裝備以及石 油化工裝備的加氫反應器是國內能源發展的需要。焊接在這些重大裝備的制造中起著重要的作用,但所需要的關鍵焊接材料,如耐熱鋼、不銹鋼的焊接材料 和耐蝕的鎳基合金焊材、不銹鋼堆焊用的帶極材料基本依靠進口。工程機械用的高強度鋼(900~1100MPa)的氣體保護焊焊絲也主要依靠進口。國內焊接 材料廠有近千家,列入統計名單的大中型企業120家,并已形成以天津、自貢、上海、昆山、錦州等幾個較大的企業集團。但總的說來,產品品種較少、研發能力 弱、研究開發速度慢,大多數為中低端產品,難以抵擋國外中焊接材料產品的不斷涌入。對國內重大技術裝備與國防高新工程的研制具有嚴重影響。

    電弧焊仍是當今焊接的主要方法,焊接電源的性能直接影響到焊接過程的穩定性和效率以及材料和能源的消耗,終體現在焊接接頭的質量一致性。近25年來國 外電焊機技術水平隨著電力、電子元器件和計算機技術的發展迅速提高,從原先的旋轉式直流焊機發展到二極管整流焊機、晶閘管(可控硅)整流焊機、晶體管整流 焊機、逆變式焊機,一直到現在的全數字化逆變式焊機。國內電焊機行業在計劃經濟時期主要由上海電焊機廠、天津電焊機廠、成都電焊機廠等國營大企業唱主角, 現在它們都退下來了,電焊機行業形成近千家的眾多小型企業的局面。當前中國電焊機產業的是兩家合資企業,產品主要是外國母公司的品牌,占有國內電 焊機市場的近半壁江山。具有中國自主知識產權的電焊機主要是晶閘管整流焊機和簡單功能的逆變焊機。目前國內骨干裝備制造企業使用的焊機,如前面提到的 STT焊機、全數字化逆變式焊機、雙絲脈沖氣體保護焊機等基本上依靠進口。這些先進的焊機附加值高,一臺全數字化逆變焊機價格高達人民幣12~15萬 元,而一般同等功率的普通晶閘管整流焊機價格僅為2~4萬元。中國每年進口的焊接電源和設備的費用約占市場的一半,而國內生產的焊接電源產值中有近一 半是合資企業的。近千家中小企業的產值占不到1/3的國內市場份額,而且這些市場份額也主要依靠廉價的勞動力和一些商業運作手段維持,這樣的競爭能力能維 持多久值得思考。

    綜上所述,焊接工藝已經不是一種輔助工藝,它在近幾年已經成為制造業中的關鍵加工手段,完成了許多關系國計民生與國防建設 的重大戰略性產品的生產,中國已經毫無懸念地成為焊接大國。但是國內焊接生產中應用的關鍵焊接材料、焊接設備嚴重依賴國外進口,具有中國自 主知識產權的關鍵技術與產品不多,而且總體研發、創新水平和速度都不高,與焊接大國的形象形成了巨大的反差。如果繼續下去,將會逐步成為中國經濟戰略安全 的薄弱環節。

    焊接工藝

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