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1、焊接行业现状与自主创新战略 在装备制造业中的地位与作用 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7年钢产量达到亿吨，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。 从近年来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
2、、发电机机座等，其中马氏体不锈钢转轮直径 高 重 ，为世界最大的铸焊结构转轮。该转轮由上冠、下环和或个叶片焊接而成，每个转轮的焊接需要用 焊丝，耗时个多月。神舟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。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 长 厚 重 ，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天。西气东输的管线长 ，是中国第一条高强钢（）大直径长输管线，所用的螺旋钢
3、管和直缝钢管全部是板焊形式的焊接管。年我国造船的总吨位达到 万吨，占世界造船总量的，居于日、韩之后，稳居世界第三位，正向年产 万吨的世界水平迈进。国内制造的万吨超级油轮、新型标箱集装箱船、万吨散装货船，以及为世界瞩目的，被称为“中华第一盾”的舰，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；奥林匹克主体育场的鸟巢式钢结构重万多吨，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
4、”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、 万瓦级循环硫化床（）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。 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
5、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、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（）、变极性焊接电源、表面张力过渡焊接电源（）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，中国年的焊接材料生产总量达到万吨，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，各种机械化、自动化焊接用焊丝占，焊接的机械化自动化率为，达到历
6、年来的最高比例。然而，这仅相当于日本世纪年代末焊接机械化自动化率的水平，日本年焊接材料的总产量为万吨，手工焊条占，各种焊丝占，焊接的机械化自动化率为。 中国制造业中以焊接为主要工艺技术的企业约有 家，其中特大型、大型和中型企业约占，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。根据年的统计，全国焊接机器人有 台，到年底预计增加到 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
7、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
8、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（ ）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
9、制具有严重影响。 电弧焊仍是当今焊接的主要方法，焊接电源的性能直接影响到焊接过程的稳定性和效率以及材料和能源的消耗，最终体现在焊接接头的质量一致性。近年来国外电焊机技术水平随着电力、电子元器件和计算机技术的发展迅速提高，从原先的旋转式直流焊机发展到二极管整流焊机、晶闸管（可控硅）整流焊机、晶体管整流焊机、逆变式焊机，一直到现在的全数字化逆变式焊机。国内电焊机行业在计划经济时期主要由上海电焊机厂、天津电焊机厂、成都电焊机厂等国营大企业唱主角，现在它们都退下来了，全国电焊机行业形成近千家的众多小型企业的局面。当前引领中国电焊机产业的是两家合资企业，产品主要是外国母公司的品牌，占有国内电焊机市场的近
10、半壁江山。具有中国自主知识产权的电焊机主要是晶闸管整流焊机和简单功能的逆变焊机。目前国内骨干装备制造企业使用的高档焊机，如前面提到的焊机、全数字化逆变式焊机、双丝脉冲气体保护焊机等基本上依靠进口。这些先进的焊机附加值极高，一台全数字化逆变焊机价格高达人民币 万元，而一般同等功率的普通晶闸管整流焊机价格仅为 万元。中国每年进口的焊接电源和设备的费用约占全国市场的一半，而国内生产的焊接电源产值中有近一半是合资企业的。近千家中小企业的产值占不到的国内市场份额，而且这些市场份额也主要依靠廉价的劳动力和一些商业运作手段维持，这样的竞争能力能维持多久值得思考。 综上所述，焊接工艺已经不是一种辅助工艺，它在
11、最近几年已经成为制造业中的关键加工手段，完成了许多关系国计民生与国防建设的重大战略性产品的生产，中国已经毫无悬念地成为世界首屈一指的焊接大国。但是国内焊接生产中应用的关键焊接材料、焊接设备严重依赖国外进口，具有中国自主知识产权的关键技术与产品不多，而且总体研发、创新水平和速度都不高，与焊接大国的形象形成了巨大的反差。如果继续下去，将会逐步成为中国经济战略安全的薄弱环节。国外技术创新状况 世界各工业发达国家都非常重视焊接技术的发展与创新。美国和德国专家在讨论世纪焊接的作用和发展方向。一致认为： （） 焊接（到年）仍将是制造业的重要加工技术，它是一种精确、可靠、低成本，并且是采用高科技连接材料的方
12、法。目前还没有其它方法能够比焊接更为广泛地应用于金属的连接，并对所焊产品增加更大的附加值。 （） 焊接技术（包括连接、切割、涂敷）现在以及将来，都有最大可能成功地将各种材料加工成可投入市场的产品的首选加工方法。 （） 焊接不再是一种“应召工艺”，它将逐步集成到产品的全寿命过程，从设计、开发、制造到维修、再循环的各个阶段。 （） 焊接将被认为对改善产品全寿命的成本、质量和可靠性是至关重要的手段，而且对提高产品的市场竞争力有重要贡献。 世界各主要工业发达国家都非常重视发挥焊接研究机构的作用，基本上都形成大学研究所企业的三级研究开发体系。各主要工业发达国家都成立了焊接研究所，如英国的焊接研究所（）、
13、美国的爱迪生焊接研究所（）、法国焊接研究所（）、日本的连接与溶接研究所（）、乌克兰的巴顿电焊研究所（）、德国亚琛大学的焊接研究所（）和德国焊接学会（）下属的分布在全国各地的焊接研究与培训中心（）等，而韩国的焊接研究中心是设在韩国现代科学技术研究院（）的韩国工业生产技术研究院之内。它们都属于国家级的焊接研究机构。 国外近年来焊接技术的发展可以用下列有关工业机器人、焊接新电源和激光焊接技术等发展过程的几个例子来简要说明产学研结合的重要性。日本在年第一次国际全球石油危机之后，为了提高其汽车产业在国际上的竞争地位，开始引进、吸收美国的机器人技术，政府资助产学研结合大力发展本国的工业机器人产业，政府对应
14、用本国机器人的制造企业给予税收的优惠，很快几家技术较强的电子电器公司转型成为日本的工业机器人骨干企业，如安川（电机）、松下（电器）、（数控）等。从世纪年代至年代末的年间，日本的工业机器人迅速发展并超过美国成为世界工业机器人的生产与应用“王国”，年已拥有万台各类机器人，占世界总量的。日本汽车产业也是应用机器人最多的行业，造就其价格竞争优势。韩国于世纪年代末开始大力发展工业机器人技术，在政府的资助和引导下，由现代重工集团牵头，到世纪年代末用了年的时间形成自己的工业机器人体系，目前韩国的汽车工业大量应用本国的机器人，并已经有韩国的整套汽车焊接机器人生产线进入中国。中国从世纪年代开始，国家连续投入几亿
15、元的资金，花了近年的时间，但是由于工作过于学术化，至今连一个能批量生产具有中国自主知识产权的工业机器人的企业都没有建立，形成巨大的反差。 激光被认为是世纪的新能源，激光技术反映一个国家的工业水平。激光在焊接中的应用正引起各国的重视。德国、俄罗斯、美国、日本、法国、意大利等国都很重视发展激光技术。德国已经将激光焊接、激光切割、激光电弧复合热源焊接技术应用于汽车的生产，特别是铝合金轿车的生产，引领了汽车焊接技术的发展。德国政府很重视激光技术的发展，在政府的教育与研究部中设立了专门管理部门，负责协调激光技术的发展。在德国已经形成大学激光技术研究所激光应用工程开发公司的联合，以及激光主机生产厂激光配件生产厂激光应用企业的联合，形成一个立体覆盖网。由亚琛大学和激光研究所（）以及
