1 在裝備制造業中的地位與作用

  焊接是一種將材料永久連接,并成為具有給定功能結構的制造技術。幾乎所有的產品,從幾十萬噸巨輪到不足1克的微電子元件,在生產制造中都不同程度地應用焊接技術。 焊接已經滲透到制造業的各個領域,直接影響到產品的質量、可靠性和壽命以及生產的成本、效率和市場反應速度。

  中國2005年鋼產量達到3.49億噸,成為世界最大的鋼材生產與消費國,而焊接結構的用鋼量也突破1.3億噸,相當于美國一年的鋼產量,成為世界上空前最大的焊接鋼結構制造國。

  從2005年中國完成的一些標志性工程來看,焊接技術發揮了重要作用。例如三峽水利樞紐的水電裝備就是一套龐大的焊接系統,包括導水管、蝸殼、轉輪、大軸、發電機機座等,其中馬氏體不銹鋼轉輪直徑10.7m 高5.4m 重440t,為世界最大的鑄-焊結構轉輪。該轉輪由上冠、下環和13或15個葉片焊接而成,每個轉輪的焊接需要用12t焊絲,耗時4個多月。神舟6號飛船的成功發射與回收,標志著中國航天事業的巨大進步,其中兩名航天員活動的返 回艙和軌道艙都是鋁合金的焊接結構,而焊接接頭的氣密性和變形控制是焊接制造的關鍵。2005年底由第一重型機械集團為神華公司制造的中國第一個煤直接液化裝置的加氫反應器,直徑5.5m長62m厚337mm重2060t,為當今世界最大、最重的鍛-焊結構加氫反應器,采用國內自主知識產權的全自動雙絲窄間隙埋弧焊技術,每條環焊縫需連續焊接5天。西氣東輸的管線長4000km,是中國第一條高強鋼(X70)大直徑長輸管線,所用的螺旋鋼管和直縫鋼管全部是板-焊形式的焊接管。2005年我國造船的總噸位達到12121萬噸,占世界造船總量的17%,居于日、韓之后,穩居世界第三位,正向年產2500萬噸的世界水平邁進。國內制造的30萬噸超級油輪、新型5668標箱集裝箱船、15萬噸散裝貨船,以及為世界矚目的,被稱為“中華第一盾”的170艦,都是中國造船界的驕傲,船體是典型的板-焊結構。另外,上海中瀘浦大橋是世界最長的全焊鋼拱橋;國家大劇院的橢球型穹頂是世界最重的鋼結構穹頂;正在修建的奧林匹克主體育場的鳥巢式鋼結構重4萬多噸,也是世界之最。這些大型結構都是中國焊接制造的最大、最重、最長、最高、最厚、最新的具有代表性的重要產品。由此可見,焊接在國民經濟發展和國防建設中具有非常重要的地位和作用。

  從“十一五”規劃的二十項國家重大技術裝備的研制項目可以看出,在百萬千瓦級核電機組、超超臨界火力發電機組成套設備、高水頭超大容量水電機組、大型抽水蓄能機組、30 ~ 60萬瓦級循環硫化床(CFB)鍋爐的成套技術裝備、百萬噸級大型乙烯成套設備、百萬噸級大型對苯二甲酸成套設備、大型煤制氣成套設備以及大型煤礦綜合采掘成套技術與裝備中,焊接制造都是關鍵制造工藝之一。

  2 行業自主創新能力分析

  2.1 行業技術現狀

  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。目前國際上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。甚至目前在國際上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%,達到歷年來的最高比例。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,全國焊接機器人有1040臺,到2005年底預計增加到22700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,全國焊接機器人的70%集中在汽車行業。但是目前全國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。全國只有一家中日合資<
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