瞎扯中国焊接

前几天有人在帖子中说到乌克兰巴顿焊接研究所在广东搞合资搞企业。我顺便简单说说我知道的中国焊接情况。资料比较老，是N年前我身体还能支撑在一线时的情况，而且仅限于某一些特殊行业，而且只是国有大型制造业情况，民营企业和小企业情况不了解，不具有普遍性，将就看。

一般我们把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。目前全世界平均45％的钢材要经过焊接才能成为投入市场的产品，德国、美国、英国、日本等国焊接结构用钢量占本国钢产量的60％以上。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，焊接结构用钢量大幅度上升，据不完全统计，2010年我国焊接结构用钢超过我国钢材消耗量的45％以上，超过世界的平均水平。

目前大型国有制造业在大型机床、阀门制造中，以焊代铸、以锻焊代铸的技术普遍应用，在大型建筑钢架、铁路及公路桥梁和城市交通建设中各种高级焊接技术也普遍使用。

总体来讲，我国焊接技术除极少数的工艺和技术外，整体技术和工艺与世界水平相差不大，属于德国，美国，英国，日本之后的第二集团。

焊接就是把金属材料连接在一起，主要应用于重型机械、电力设备、石油化工、交通运输、建筑工程、航天航空等行业，电子器件、家用电器、医疗器械、通讯工程等也有一些焊接业务。

焊接学科包括了材料学、力学、热处理学、冶金学、自动控制学、电子学、检验学等。

一、我国焊接技术发展简单过程

我国焊接是从苏联援助156项开始起步的，也是苏联老大哥手把手教出来的。直到苏联1960年撕毁援助协议前，我国是并无真正的焊接技术和设备，不过是一个苏联焊接技术和设备使用者而已。

直到1972年，我国才独立自主的建立了几个焊接设备制造厂。目前国内大型通用焊接设备制造企业包括上海东升、上海沪工、上海通用、凯尔达、山东山大奥太、榆次经纬等。

改革开放后，这些大型焊接设备制造厂的技术骨干被人挖出来，在江浙一带建立了许多中小型的焊接设备生产厂，不过他们主要生产简单的焊接操作机、滚轮架、变位机、翻转机等，在自动化程度上比较低。目前中小型通用焊接设备制造企业包括无锡汉神、上海威特力、上海华威、上海正特、南通富力、成都华远、成都熊谷、成都焊研科技、重庆运达、唐山烁宝、广州烽火、深圳瑞凌实力、深圳瑞凌电器、深圳东山等。

80年代后，西方对我国技术封锁减轻，一些非军用焊接设备可以进口，我国一些央企在技术改造项目下，大量引进成套焊接设备，这些设备的自动化水平很高（真的开眼界，例如普遍使用机械控制技术、PLC控制技术以及数控系统）、设备精度也很高。这些设备引进，使我国在自动化焊接技术有了很大进步。

1996年我国开始批量进口焊机机器人，到2001年焊接机器人达到1040台，其中弧焊机器人占49%，点焊机器人占47%（目前全世界有不到200万台机器人投入使用，其中焊接机器人占全部机器人的45%以上，我国焊接机器人占机器人比例达到50%左右，2014年中国机器人保有量20万台，其中10万台是焊接机器人----这个数据是中国机器人产业联盟数据，有夸大嫌疑）。

现在我国大型国有制造企业现役的多数焊接设备都采用自动控制系统、智能化控制系统和网络控制系统等，并广泛采用焊机机器人作为操作单元，组成焊接中心、焊接生产线、集成制造系统。

目前在我国大型制造业里面，焊接已从简单的构件连接或毛坯制造，发展成为制造业中的精加工方法之一，已经实现不需要人直接参与焊接过程的焊接加工方法和工艺方案，以及焊接机械装备和焊接系统的结构和配置，并实现焊接检验和装配检验的自动化（也即实现了没有人直接参与的自动焊接过程）。

当然小企业，民营企业焊接依靠手工还是广泛存在的现象。

目前我国焊接技术已经从从单一的加工工艺发展成综合性工程技术，包括材料、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。

二、我国大型国有制造业焊接技术的进步

1、国有大型制造业普遍实现焊接机器人应用和激光焊接技术普及化

我国目前基本实现中低端点弧焊机器人完全国产化（包括传感器、数控系统，减速机和伺服电机），并且实现工业联网控制，实现远程对焊接电流进行精细和智能调节。高端焊接机器人尚无竞争能力，主要是数控系统差距大，且产品精度，寿命和可靠性差距巨大。

目前我国正在推广的还有激光及激光电弧复合热源焊接工艺。

这种工艺具有高能量密度、高能量利用率、高的电弧稳定性、较低的工装准备精度和较低的待焊接工件表面质量。结合了激光和电弧两个独立热源各自的优点，激光热源具有高的能量密度、极优的指向性、及透明介质传导的特性，电弧等离子体具有高的热-电转化效率、低廉的设备成本的运行成本、技术发展成熟等优势，避免了二者的缺点，金属材料对激光的高反射率造成的激光能量损失、激光设备高的设备成本、低的电-光转化效率等，电弧热源较低的能量密度、高速移动时放电稳定性差等。

目前国内可以用于复合的激光包括CO2激光、YAG激光、半导体激光等，可以用于复合的焊接电弧热源包括TIG、MIG、MAG、等离子弧等，均能完全国产化。

不过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焊机所占比例还需要提高。

2、逆变式焊机在大型国有制造业普遍使用

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。

逆变式焊机我国研发和生产技术成熟，产量和品种发展很快，目前已经接近世界一流。其中逆变焊机中的关键器件逆变变压器是我国优势，目前国内大功率逆变式焊机普遍采用非晶铁芯，而国外多数还采用铁氧体磁芯，非晶铁芯比铁氧体更有材料成本优势和工艺指标优势。

而且在国有大型制造业普遍实现大功率逆变技术增大至1000A埋弧；电弧气刨以及250A级的空气等离子切割等工艺已普遍应用；逆变式CO2/MAG/MIG直流、脉冲、交流方波焊接设备，通过增大功率（最大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；我国逆变式高性能焊机已经普遍采用DSP为代表的数字化控制技术。

高效电弧焊工艺普遍使用，例如气体保护电弧焊（包括利用氩气作为焊接区域保护气体的氩弧焊、利用二氧化碳作为焊接区域保护气体的二氧化碳保护焊等）；钨极氩弧焊（常用于不锈钢、高温合金焊接）；
等离子电弧焊等等。

3、国有大型制造业波控、智能及自动、半自动焊接技术基本普及

目前我国已经能够完全国产化自动、半自动气体保护焊机、埋弧焊机、电阻焊机等产品。

工艺上主要使用双丝埋弧焊（在国有大型制造业达50%--60%的比例）

双丝焊焊接速度高，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，对于厚板可以提高焊丝熔敷率；焊接质量好，例如焊接铝合金时，可显著减少气孔量；且可用于低碳钢、普低钢、不锈钢和铝等金属材料焊接。

此外等离子喷焊工艺也开始推广使用（等离子喷焊是采用等离子弧为热源，在金属表面喷焊合金粉未，随着喷枪和工件的相对移动，液态合金逐渐凝固，便形成了合金喷焊层）。

近净成形焊接新技术也在推广使用，（近净成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的成形技术）。

4、国有大型制造业高效、节能、工艺过程数字化、自动化、智能化控制的数字化焊机普及，数控等离子切割机已经普及（不过可靠性高的配套的切割电源还要进口）。

例如目前大型国有制造业使用的数字控制焊机，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，并可以通过工业网络组网形成焊结生产线，同时还有焊接专家系统数据接口。

5、搅拌摩擦焊工艺应用

摩擦焊是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。

摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料，包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料。

原始摩擦焊方法焊接的对象主要是回转形零件，虽然也有其它形式的摩擦焊技术出现，以克服被焊工件几何形状的限制或提高生产率，如相位摩擦焊、径向摩擦焊、线性摩擦焊等，但实际应用很少。

搅拌摩擦焊是英国焊接研究所1991年发明的专利焊接技术，主要用于解决铝合金等低熔点材料的焊接。

搅拌摩擦焊也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，由一个圆柱体或其他形状的搅拌针伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，在焊接过程中，搅拌针在旋转的同时伸入工件的接缝中，旋转搅拌头与工件之间的摩擦热，使焊头前面的材料发生强烈塑性变形，然后随着焊头的移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后，从而形成搅拌摩擦焊焊缝，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接。

搅拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技术的优点外，还可以进行多种接头形式和不同焊接位置的连接。

搅拌摩擦焊对设备的要求并不高，就是焊头的旋转运动和工件的相对运动，一台铣床也可简单地达到小型平板对接焊的要求。但焊接设备及夹具的刚性要求高。

搅拌摩擦焊接过程中不需要其它焊接消耗材料，如焊条、焊丝、焊剂及保护气体等。唯一消耗的是焊接搅拌头。

搅拌头的设计和材料是搅拌摩擦焊工艺的关键。搅拌头的硬度要求远远高于被焊材料的硬度，这样能够在焊接过程中将搅拌头的磨损减至最小；搅拌头形状是获得良好机械性能焊缝的关键。

由于搅拌摩擦焊接时的温度相对较低，因此焊接后结构的残余应力和变形都比熔化焊小得多。特别是铝合金薄板熔化焊接时，结构的平面外变形是非常明显的，无论是采用无变形焊接技术还是焊后冷、热校形技术，都是很麻烦的，而且增加了结构的制造成本。

搅拌摩擦焊主要是用在焊接金属基复合材料、快速凝固材料、钛、低碳钢、复合材料等采用熔焊会有不良反应的材料，以及熔化温度较低的有色金属，如锌、铝、铜等合金。对于钢材，需要先经辅助加热才能实现搅拌摩擦焊，但这时搅拌摩擦焊成本比传统熔化焊接高。目前搅拌摩擦焊在铝合金和铜合金上的应用越来越广泛，焊接厚度范围从1mm到75mm，现在广泛应用于铝铝复合材料焊接，铝镁复合材料焊接，铜铝复合材料焊接；铸铝合金与碳硅复合材料焊接。

搅拌摩擦焊可进行多种位置焊接，如平焊，立焊，仰焊和俯焊，可完成多种形式的焊接接头，如对接、角接和搭接接头，甚至厚度变化的结构和多层材料的连接，也可进行异种金属材料的焊接。

但是搅拌摩擦焊存在一些缺点，例如焊接工件必须刚性固定，反面应有底板，所以仅限于结构简单的构件，如平直的结构或圆筒形结构的焊接，而且在焊接过程中工件要有良好的支撑或村垫；对一些特殊领域中要考虑腐蚀性能、残余应力和变形时，目前还不适用；对板材进行单道连接时，效率远远不如熔化焊接；而且成本高，搅拌头的磨损消耗太快。

挪威是世界上第一个商业化搅拌摩擦焊工艺的国家，可焊接厚3-15mm、尺寸6×16的铝合金船板。

1998年美国波音公司的空间和防御实验室引进了搅拌摩擦焊技术，用于焊接某些火箭部件，这种技术用于制造Delta运载火箭的推进剂贮箱。

我国中航工业集团的北京航空制造工程研究所在2002年购买了英国焊接研究所的搅拌摩擦焊专利技术许可，成立了中国搅拌摩擦焊中心（北京赛福斯特技术公司），开始搅拌摩擦焊工程化，目前已经实际应用。

目前赛福斯特公司已成功开发了60余套搅拌摩擦焊设备，发展处纵缝焊接、环缝焊接、无匙孔焊接、变截面焊接、自支撑双面焊接、空间3D曲线焊接、搅拌摩擦点焊、回填式点焊、搅拌摩擦焊表面改性处理、搅拌摩擦焊超塑性材料加工等多种连接加工方法和技术。

搅拌摩擦焊技术目前已经广泛应用于我国航空、航天、船舶、列车、汽车、电子、电力等工业领域中，铝、镁、铜、钛、钢等金属材料焊接已经普遍使用，例如我国的航天筒体结构件、航空薄壁结构件、船舶宽幅带筋板、高速列车车体结构、大厚度雷达面板、汽车轮毂、集装箱型材壁板、各种结构散热器及热沉器等都使用了搅拌摩擦焊结技术。

6、高精度及大厚度切割工艺在大型国有制造业中普遍使用

高精度及大厚度切割主要是激光切割和等离子切割。

激光切割目前已经广泛使用CAD/CAPP/CAM和自动控制，可以根据加工速度自适应地控制激光功率和激光模式或建立工艺数据库和专家自适应控制系统，提高激光切割整机性能。

个别大企业已经有多功能的激光加工中心，将激光切割、激光焊接以及激光热处理等各道工序集成在一起，充分发挥激光加工的整体优势。

我国大型国有制造业目前使用的激光切割设备主要是三维高精度大型数控激光切割机，实现了激光切割单元FMC、无人化和自动化。

等离子弧切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化（和蒸发），并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。

等离子切割配合不同的工作气体（常用的等离子弧工作气体有氩、氢、氮、氧、空气、水蒸气等）可以切割各种氧气切割难以切割的金属，尤其是对于不锈钢、铝、铜、钛、镍等等切割效果更佳。在于切割厚度不大的金属的时候，等离子切割速度快，例如在切割普通碳素钢薄板时，速度可达氧切割法的5--6倍，且切割面光洁、热变形小。

7、特种工程条件下的特种材料焊接获得突破

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（超强度钢，铝合金，钛合金等等）的焊接工艺获得突破，基本能够完全依赖国产设备和焊接材料完成任务。

8、成套、专用焊接设备实现批量制造，基础件、配套件也实现突破，通用产品部分已接近或达到国外先进水平

目前我国大型企业生产的焊接设备可以满足：

用于超临界和超超临界火力发电机组的新型耐热钢焊接;

用于各行业的超低碳贝氏体高强钢和超高强钢焊接;

用于低温液化石油气（LPG）和液化天然气（LNG）储罐的低温钢焊接;用于X70、X80和X100的高强管线钢焊接;

用于高层建筑钢结构和大跨度钢桥的高性能高强钢及高强度耐大气腐蚀钢焊接;

用于石油精炼设备和加氢裂化设备的新型高强度耐热钢焊接；

以及高性能铁素体不锈钢和双相不锈钢焊接等。

并且能够生产各类高性能的配套焊接材料。

9、焊接材料生产水平迅速增长，产品结构变化大

我国焊丝产量早就是世界第一，最近几年，产品结构实现了优化，低附加值的焊丝产量减少，而用于半自动、自动焊的焊丝产量增加。目前在大型国有制造业中消费的焊材中，焊条比例均已小于20%，气保护焊丝使用比例大于50%。

我国焊接材料目前主要问题是质量稳定性与世界水平存在差距，所以一些重点工程和国防工程不愿意用国产焊接材料，不得不依赖进口的高价焊材，例如高合金钢、镍基合金以及其他合金用的气体保护实芯焊丝、埋弧焊丝，以及一些超高压压力容器和超临界机组锅炉使用的焊接材料。

焊材的质量稳定性，是由焊材厂的生产装备、检测手段和质量管理体系决定的，这其实是管理问题而不是技术问题，也不是设备工艺问题。

目前我国焊材产量与钢材产量之比为0.9%左右，已经接近发达国家水平。

10、焊接工序自动化和焊接生产自动化获得进展

我国目前在实验室阶段的焊接自动化系统能够实现：

（1）、系统的控制器及软件系统有很高的信息处理速度，电气机械装置有很好的控制精度（机器人和焊接操作机行走机构的定位精度要达到0.1mm，移位速度的控制精度达到0.1%）。

（2）、系统的结构是模块化的设计，能够根据不同用户对系统功能的要求，进行模块的组合，提供不同的控制功能。

（3）、系统能够利用传感技术、计算机技术和智能控制技术，使系统能够在各种复杂环境、变化的焊接工况下实现高质量、高效率的自动焊接，不仅可以根据指令完成自动焊接过程，而且可以根据连续实测焊接工件坡口宽度，确定每层焊缝的焊道数及相关参数、覆盖层位置等，而且从坡口底部到盖面层的所有焊道均由焊机自动提升、变道、完成焊接。

（4）、系统还可以组成柔性制造系统，能够充分发挥装备的效能，满足同类产品不同规格工件的生产需要。

（5）、系统能够通过工业网络实现管控一体化，生产管理和焊接过程自动控制一体化，实现脱机编程，远程监控、诊断和检修。

（6）、系统结构、硬件电路芯片、接口实现了标准化、通用化，能够实现系统的扩展、外设的兼容，而且有利于系统的维修。

再次声明，上述情况以偏概全，不一定正确，尤其是不能当真，就是瞎扯而已。