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焊接切割行业现状与自主创新战略

2008年05月16日 09:04中国机床商务网点击:3283

焊接是一种将材料永久连接,并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品,从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件,在生产制造中都不同程度地应用焊接技术。
焊接已经渗透到制造业的各个领域,直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。
中国2005年钢产量达到3.49亿吨,成为世界最大的钢材生产与消费国,而焊接结构的用钢量也突破1.3亿吨,相当于美国一年的钢产量,成为世界上空前最大的焊接钢结构制造国。
从2005年中国完成的一些标志性工程来看,焊接技术发挥了重要作用。例如三峡水利枢纽的水电装备就是一套庞大的焊接系统,包括导水管、蜗壳、转轮、大轴、发电机机座等,其中马氏体不锈钢转轮直径10.7m高5.4m重440t,为世界最大的铸-焊结构转轮。该转轮由上冠、下环和13或15个叶片焊接而成,每个转轮的焊接需要用12t焊丝,耗时4个多月。神舟6号飞船的成功发射与回收,标志着中国航天事业的巨大进步,其中两名航天员活动的返回舱和轨道舱都是铝合金的焊接结构,而焊接接头的气密性和变形控制是焊接制造的关键。2005年底由第一重型机械集团为神华公司制造的中国第一个煤直接液化装置的加氢反应器,直径5.5m长62m厚337mm重2060t,为当今世界最大、最重的锻-焊结构加氢反应器,采用国内自主知识产权的全自动双丝窄间隙埋弧焊技术,每条环焊缝需连续焊接5天。
西气东输的管线长4000km,是中国第一条高强钢(X70)大直径长输管线,所用的螺旋钢管和直缝钢管全部是板-焊形式的焊接管。2005年我国造船的总吨位达到1212万吨,占世界造船总量的17%,居于日、韩之后,稳居世界第三位,正向年产2500万吨的世界水平迈进。国内制造的30万吨超级油轮、新型5668标箱集装箱船、15万吨散装货船,以及为世界瞩目的,被称为“中华第一盾”的170舰,都是中国造船界的骄傲,船体是典型的板-焊结构。另外,上海中泸浦大桥是世界最长的全焊钢拱桥;国家大剧院的椭球型穹顶是世界最重的钢结构穹顶;正在修建的奥林匹克主体育场的鸟巢式钢结构重4万多吨,也是世界之最。这些大型结构都是中国焊接制造的最大、最重、最长、最高、最厚、最新的具有代表性的重要产品。由此可见,焊接在国民经济发展和国防建设中具有非常重要的地位和作用。从“十一五”规划的二十项国家重大技术装备的研制项目可以看出,在百万千瓦级核电机组、超超临界火力发电机组成套设备、高水头超大容量水电机组、大型抽水蓄能机组、30~60万瓦级循环硫化床(CFB)锅炉的成套技术装备、百万吨级大型乙烯成套设备、百万吨级大型对苯二甲酸成套设备、大型煤制气成套设备以及大型煤矿综合采掘成套技术与装备中,焊接制造都是关键制造工艺之一。

2行业自主创新能力分析

行业技术现状

新中国建立以来,特别是改革开放25年来,中国先后自行研制、开发和引进了一些先进的焊接设备、技术和材料。目前国际上在生产中已经采用的成熟焊接方法与装备,在国内也都有所应用,只是应用的深度和广度有所不同而已。中国的制造企业已经在采用诸如电子束焊接、激光焊接、激光钎焊和激光切割、激光与电弧复合热源焊接、单丝或双丝窄间隙埋弧焊、4丝高速埋弧焊、双丝脉冲气体保护焊、等离子弧焊接、精细等离子弧切割、水射流切割、数控切割系统、机器人焊接系统、焊接柔性生产线(W-FMS)、变极性焊接电源、表面张力过渡焊接电源(STT)和全数字化焊接电源等。
甚至目前在国际上比较热门的搅拌摩擦焊技术,也已经应用到产品的生产上。中国的焊接生产技术水平有了很大的提高,但是存在问题的严重性也不容忽视。

总体来看,中国2004年的焊接材料生产总量达到210万吨,比美国、日本、德国三国焊接材料产量的总和还多,但是其中手工焊接用的焊条产量占75%,各种机械化、自动化焊接用焊丝占25%,焊接的机械化/自动化率为35%,达到历年来的最高比例。然而,这仅相当于日本20世纪70年代末焊接机械化/自动化率的水平,日本1979年焊接材料的总产量为40万吨,手工焊条占58%,各种焊丝占42%,焊接的机械化/自动化率为44%。

中国制造业中以焊接为主要工艺技术的企业约有7000家,其中特大型、大型和中型企业约占1/3,它们的焊接机械化/自动化情况明显要好于众多的小型企业。焊接机器人是实现焊接自动化、柔性化的重要途径。根据2001年的统计,全国焊接机器人有1040台,到2005年底预计增加到2700台左右,主要在汽车、工程机械、摩托车、轨道车辆、锅炉、金属家具及军工等行业。近几年来,汽车行业(包括汽车制造厂和零部件厂)大量安装和应用焊接机器人,全国焊接机器人的70%集中在汽车行业。但是目前全国焊接用的关节式工业机器人90%以上是进口的,基本上囊括了世界各国工业机器人的品种。全国只有一家中日合资的机器人生产厂家,但主要是将日本母公司生产的零部件组装成机器人,缺乏国内外自主品牌。一些高等院校和研究所也制造少量的工业机器人,但数量有限,在价格、性能、可靠性等方面难以和进口机器人竞争,在焊接领域已经逐步被边缘化。可喜的是,中国已经出现十多家具有一定经验的焊接机器人应用工程开发公司,他们采用进口的焊接机器人,根据用户的需求,自行设计制造外围设备,并集成为焊接机器人工作站或单元,完成交钥匙工程。目前约有20%的焊接机器人是由国内的工程师组成工作站的。但是比较复杂的机器人焊接生产线、柔性生产线,如汽车、工程机械的装焊生产线,基本上从国外公司成套进口。

制造超临界和超超临界火力电站锅炉、核电站成套装备以及石油化工装备的加氢反应器是国内能源发展的需要。焊接在这些重大装备的制造中起着重要的作用,但所需要的关键焊接材料,如超级耐热钢、超级不锈钢的焊接材料和耐蚀的镍基合金焊材、不锈钢堆焊用的带极材料基本依靠进口。工程机械用的高强度钢(900~1100MPa)的气体保护焊焊丝也主要依靠进口。国内焊接材料厂有近千家,列入统计名单的大中型企业120家,并已形成以天津、自贡、上海、昆山、锦州等几个较大的企业集团。但总的说来,产品品种较少、研发能力弱、研究开发速度慢,大多数为中低端产品,难以抵挡国外中高端焊接材料产品的不断涌入。对国内重大技术装备与国防高新工程的研制具有严重影响。


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