中国工程院咨询项目

《我国制造业焊接生产现状与发展战略研究》总 结 报 告

中国工程院机械与运载学部

执笔人：林尚扬 关 桥

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摘要：本文介绍了我国自改革开放以来制造业中焊接生产的主要成就及焊接在国民经济建设中的重要地位；全面分析了我国焊接材料、电焊机、焊接机器人、焊接专机和变位机等的生产与应用情况和存在的问题；统计了焊接结构的用钢量及主要用钢行业；分析了企业中焊接技术人员和焊工的现状及我国在专业教育与培训中的问题。为了使我国从焊接大国向世界焊接强国迈进，提出需要采取的发展战略和措施的建议。

关键词：中国 焊接现状 发展战略

一、焊接生产现状

1 焊接在我国制造业中的战略地位和成就

1.1 焊接制造的战略地位：

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，在生产中都不同程度地依赖焊接技术。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。我国2002年的钢产量超过1.85亿吨，如果再加上进口的钢材，国内市场流通的钢材总量达到2亿多吨，成为世界最大的钢材生产国和消费国。目前，钢材是我国最主要的结构材料，在今后20年钢材仍将占有重要的地位。然而，钢材必须经过加工才能成为有给定功能的产品。由于焊接结构具有重量轻、成本低、质量稳定、生产周期短、效率高、市场反应速度快等优点，焊接结构的应用日益增多。与世界工业发达国家一样，我国焊接加工的钢材总量比其他加工方法多。因此，发展我国制造业，尤其是装备制造业，必须高度重视焊接技术的同步提高。

1.2 焊接制造的主要成就：

我国在实行改革开放政策的25年以来，经济有了巨大的发展。钢的产量从1979年的3,178万吨提高到2002年的18,500万吨，增加了5倍。这为大量采用钢结构提供了物质基础。近几年来，我国在大型焊接钢结构的开发与应用方面创造了建国以来的最高水平，有的已成为世界第一。例如世界关注的正在建设中的长江三峡水利工程，其水电站的水轮机转轮直径10.7m，高5.4m，重达440吨，为世界最大、最重的不锈钢焊接转轮，如图1所示。转轮分别由上冠、下环和13个或15个叶片焊接而成，每个转轮需要消耗12吨焊丝。同样，三峡水电站的电机定子座和蜗壳的结构也是巨大的，其中电机定子座直径22m，高6m，重832吨，是在我国焊接的最大钢结构机座；蜗壳进水口直径12.4m，总重量750吨，为世界最大、最重的焊接蜗壳，如图2、3所示。

图1 世界最大的三峡水轮机转轮 （左图13 叶片转轮；右图：15叶片转轮）

我国正在进行的另一项重大工程是铺设从新疆维吾尔自治区塔里木盆地的轮南到上海的输送天然气的管线，全长约4,300km。管线采用X70钢，直径1016mm（40英寸）的焊接螺旋管和焊接直缝管。这是我国铺设的第一条高强度钢的长距离管线，并且在铺设中采用了自动化焊接技术和其他新型焊接材料和工艺。

图2 三峡水电站电机定子吊装入机坑

图3 三峡水电站焊接中的蜗壳

在桥梁和高层建筑方面，焊接结构的应用也取得很大的进步。例如最近完成的跨越长江的芜湖长江大桥（图4），是一座公路/铁路两用桥，采用矮塔斜拉结构，全长10km，主跨312m，是我国目前跨度最大的公/铁两用桥，采用50mm厚的14MnNbq钢整体焊接箱型主桁。最近刚通车的“世界第一拱桥”——上海卢浦大桥，全长3,900m，跨度550 m，为世界跨度最大的全焊钢结构拱桥，用3.4万吨厚度为30-100mm的细晶粒钢焊接而成。上海的金茂大厦是我国目前最高的摩天大楼，采用焊接钢结构框架，共有88层，高420m。图5是正在北京建造的国家大剧院，其椭球形穹顶长轴212.2m, 短轴143.64m,高46.28m，焊接钢结构的总重量达6,475吨，将成为世界最大的穹顶。

我国的造船业在过去的20年里有了很大的发展，造船的总吨位从1985年的每年50万吨，提高到2002年的463万吨，成为世界的第三造船大国。这是在造船行业中大力推广先进、高效焊接技术的成就。同时我国也制造了一些过去未曾建造过的大型的和特殊功能

图5 “世界第一穹顶”北京国家大剧院

（设计效果图）

图4 芜湖长江大桥 （公/铁两用桥）

的舰船。如图6所示的是我国建造的最大载重量之一的30万吨超大型原油船，长333m，宽58m。图7为国产最大的半冷半压液化气船，总长154.98米，型宽23.10米，载重量17,900吨，其中3个液态货罐采用了厚度为30-35mm的 13MnNi63低温钢焊接而成，工作温度为-48℃, 总容积16,500立方米。

图6 大型30万吨原油船

图7 半冷半压式液化气船

在压力容器的焊接制造方面我国也取得很大进步。例如焊接制造了总重量达千吨级、壁厚280mm的大型热壁加氢反应器，如图8所示；焊接制造了600MW热电站锅炉，其汽包长30m，壁厚203mm，重250吨，如图9所示。随着我国航天事业的发展，近年建成了国

图8 千吨级热壁加氢反应器

图9 600MW电站锅炉汽包

内最大的空间环境模拟装置，它是一个大型不锈钢整体焊接结构，主舱是一个直径18m，高22m的真空容器，辅舱直径12m，如图10所示。我国发射的“神舟”号载人飞船都曾在这个模拟舱中进行过试验。在铝合金、钛合金焊接方面的成就集中体现在航空、航天工业产品的发展。在国产J-11飞机上的全焊钛合金重要承力结构件的总重量达到飞机机体重量的15%。“神舟”号载人飞船（图11）和长征系列运载火箭的燃料箱，都是全焊接的铝合金结构。

图10 大型空间环境模拟舱

图11 “神舟”4 号飞船返回地面

上述的一些大型结构例子都是我国近年来焊接的最大、最重、最长、最高、最厚、最新的具有代表性的重要产品。它们的制造成功表明我国焊接技术水平有了明显的提高，焊接在国民经济建设和社会发展中发挥着无可替代的重要作用。

为了完成诸多重要产品的焊接任务，在近25年来我国也先后自行研制、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，在我国也都有所应用，只是应用的规模和广度有所不同而已。我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、水射流切割、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、等离子焊接、精细等离子切割、数控切割系统、机器人焊接系统、焊接柔性生产线，STT焊接电源，变极性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，也准备应用到生产上，并已有所创新。我国的焊接工作者一直在积极努力追赶国际先进水平，但是我们也应认识到要赶上世界先进水平还有一段很长的路要走。

1 我国焊接材料生产现状

1.1 现状

一个国家焊接消耗材料的生产情况可以反映该国焊接技术的总体水平。从图12可以清楚地看出我国焊材的生产总体上是与钢材同步增长的，近7年来产量翻了一番。仅统计焊条与焊丝，1996年的产量为62.96万吨，发展到2002年已达144.9万吨，如果加上进口的焊材，总耗量达到147万多吨，成为世界最大的焊材生产与消费国家。但是，从不同焊材的产量构成看，存在的问题就会明显地显现出来。表1为近7年焊材产量的统计结果。在我国生产的焊材中手工焊的

图12 我国钢年产量和焊接材料年用量的发展变化对比

表1 近7年我国焊接材料产量统计表 （万吨）

年 份	焊条	MAG 焊丝	药芯 焊丝	埋弧 焊丝	年总 消耗量	自动化率（%）
1996	55.0 (87%)	5.6	0.06	2.3	62.96	19.6
1997	72.5 (89%)	5.6	0.13	3.6	81.83	18.4
1998	87.0 (88%)	7.0	0.20	5.0	99.20	21.1
1999	90.0 (85%)	10.6	0.36	5.0	105.96	24.6
2000	90.0 (83%)	11.7	0.70	6.0	108.40	27.2
2001	100.0 (82%)	14.0	1.20	7.0	122.20	29.2
2002	110.0 (76%)	25.0	1.90	8.0	144.90	40.1

注： 括弧中的红色数据为该焊材所占比例

焊条产量一直占75%以上，而机械化、自动化焊接需要的各种焊丝的总量不足25%。按熔敷金属计算，2002年我国焊接机械化、自动化率仅能达到40.1%, 而世界工业发达国家一般都在60%-70%以上。可见我国的焊接生产总体上说自动化率仍比较低。这足以说明我国只是一个焊接的大国，还远不是一个焊接的强国。

从统计数据还可以看出，近几年来我国焊丝产量正在迅猛发展。例如气体保护焊（MAG）用的实心焊丝从1996年到2002年增加近4