焊接行业现状与自主创新战略

文章出处: - 发布时间:2014-08-30 10:25

1、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10.7 m 高5.4 m 重440 t,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12 t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5.5 m长62 m厚337 mm重2 060 t,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4 000 km,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1 212万吨,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2 500万吨的世界水平迈进。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


2.1  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。


2.2    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21世纪焊接的作用和发展方向。一致认为:


(1) 焊接(到2020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。


(2) 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。


(3) 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。


(4) 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。


2.3  国内自主创新能力的问题和差距


2.3.1  问    题


与国外相比,从总体上看国内焊接生产的机械化、自动化水平较低,众多企业需要的、中国自有的、“使用量大面广”的焊接技术、焊接设备、焊接材料的水平甚至比尖端焊接技术更落后于国外。然而,对于汽车、造船、轨道车辆、电站锅炉、发电设备、重型机械、工程机械、集装箱等行业的中等以上骨干企业,在改革开放以来的多次技术改造中,引进了一些国外的先进焊接设备、材料和工艺,焊接生产的技术水平有了很大的提高,基本上能达到接近国外同类企业的水平,能够生产出国家经济和国防建设需要的装备和产品,只是先进技术的应用面、使用的数量和技术的先进程度有别于国外的企业。但是必须看到国内还缺少更多的具有自主品牌的先进焊接设备、高端焊接材料和高效焊接工艺技术,目前企业使用的这些先进焊接设备与材料大多依赖外国进口。国内焊接生产的这种表面辉煌,技术空心化的局面是一个严重的战略软肋。


国内焊接创新能力不高的原因是多方面的:


(1) 从国家层面来说,政府有关部门缺乏对焊接技术在国民经济发展和国防建设中的地位和重要性的全面准确认识;缺乏针对经济发展和市场竞争需求而提出焊接技术发展的战略性指导规划;过分追求高新精尖,而忽视基本焊接技术的创新。


(2) 从高等学校层面来说,1998年以前,中国共有50多所高等院校设立焊接专业,每年给国家培养上千名焊接毕业生。实行通才教育后,国家教育部仅批准哈尔滨工业大学一家仍保留独立的焊接专业,每年培养70 ~80名焊接专业学士、70名左右的焊接硕士和博士。其他高校的焊接教研室大多改称焊接研究所,在通才教育的前提下,部分材料系或机械系的学生偏重于焊接学科,但是有关焊接的专业课程比原先减少了一半以上的学时。由于国内缺乏继续教育和专业培训的制度,这些大学毕业生要从事焊接技术的创新与开发需要比较长的在职锻炼时间。


目前,国内的高等院校,特别是著名的大学,创新能力都比较强从事焊接技术研究的领域,比较多偏向于自动控制、机器人、数值模拟、新型材料的焊(连)接,以及电子束焊接、激光焊接等高新技术方面。研究这些高新精尖技术很有必要,可以解决特殊领域的需求,也比较容易得到政府部门的资助。但是这些技术应用面相对比较窄,对国民经济发展的影响较小;而坚持从事“常规”焊接材料、焊接工艺和焊接电源创新研究的高校却屈指可数。例如中国手工焊条的年产量超过150万吨,是世界上最大的焊条生产国,这应该是中国的长项,但是由于长期缺乏深入的基础理论研究,中国焊条的质量和工艺水平长期落后于国外,而且进展缓慢。对于电焊机、电弧物理方面的研究已快后继乏人了。


(3) 从焊接研究机构层面来说,中国在20世纪50年代由机械工业部建立了专门的焊接研究机构——哈尔滨焊接研究所和成都电焊机研究所。其它产业部门也相继建立了相应的焊接研究机构,但是大多是以处、室的形式设在研究院所内,如钢铁研究总院的焊接室、冶金建筑研究院的焊接室、船舶工艺研究所的焊接室、航空制造工程研究所的焊接室等等。哈尔滨焊接研究所是国内唯一一所焊接技术综合性研究所,研究领域包括焊接材料、材料焊接性、焊接工艺、焊接设备、无损探伤等;行业服务中介领域包括全国焊接学会秘书处、全国焊接协会秘书处、全国焊接标准化技术委员会秘书处、国家焊接材料质量监督检验中心、焊接杂志社等。50年来,这些研究机构为中国的经济发展和国防建设做出了重要的贡献,同时也建立了具有比较先进的研究测试仪器和设备的实验研究基地,培养了一支具有多种学科、经验丰富、熟悉生产的科技队伍,树立了良好的科研气氛。随着改革的发展,一些工业部被撤消,有两百多个研究院所转制成为科技型企业,但是国家如何战略定位这些研究院所,对这些转制研究院所在科研、创新中要起什么作用,比较模糊。


(4) 从企业层面来说,2006年全国科技大会明确指出企业在科技创新中应起主体作用。“主体”并不是意味独干,或企业自己从头干起。政府应促进企业积极牵头,超前提出需要研究解决的课题,坚持产学研的有机联合开展预先研究;“主体”也要有所为有所不为,企业不能包打天下,什么都要自己来干。国家提出企业发挥主体作用是一项比较长远的目标要求,不是每个企业都能马上做到的。目前企业的研发力量大都比较薄弱,不可能、也不应该面面俱到。装备制造企业最主要的是从事产品的创新和管理的创新,而共性的工艺技术的开发,应该更多地依靠社会的研发力量——高等院校、科研院所和有关的专业企业。在2002 ~ 2003年期间,工程院的一个咨询项目曾对115家中型到特大型企业进行调查,在2 012名焊接技术人员中具有博士学位的仅1人,而具有硕士学位的不足2%。企业中其他工艺的技术人员可能也好不了多少。这个结果比较真实地反映当前制造企业中工艺创新能力的不足。

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