熔焊過程與缺欠控制-緒論

熔焊過程與缺欠控制緒論授課教師：王新學(xué)習(xí)目標(biāo)】通過緒論的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握焊接方法的定義、分類及應(yīng)用；理解金屬熔焊的原理及熔焊過程；了解本課程的基本學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)方法，為更好地學(xué)習(xí)本門課程奠定一個感性認(rèn)識的基礎(chǔ)。一、焊接過程的實質(zhì)和焊接方法的分類1、焊接過程的實質(zhì)焊接的目的是將兩個或兩個以上的物體(焊件)連接為永久結(jié)合的整體。在GB/T3375—1994《焊接術(shù)語》中，對焊接所下的定義是：“焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件達到原子結(jié)合的一種方法。”問題1：兩個彼此靠近的工件能否達到原子結(jié)合？為什么？問題2：焊接過程的實質(zhì)是什么？在機械制造業(yè)中，使兩個或兩個以上金屬零件連接在一起的方法有螺栓聯(lián)接、鉚釘連接、粘接和焊接等，如圖0-1所示，其中螺栓聯(lián)接是可以拆卸的，而其他幾種連接則只有將接頭破壞才可以拆卸。

焊接制造的戰(zhàn)略地位

焊接是一種將材料永久連接，并成為具有給定功能結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)。幾乎所有的產(chǎn)品，從幾十萬噸巨輪到不足1克的微電子元件，在生產(chǎn)中都不同程度地依賴焊接技術(shù)。焊接已經(jīng)滲透到制造業(yè)的各個領(lǐng)域，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性和壽命以及生產(chǎn)的成本、效率和市場反應(yīng)速度。(具體應(yīng)用見下列圖片）

橋梁建造焊接結(jié)構(gòu)之所以有如此迅速的發(fā)展是因為它具有一系列優(yōu)點。（1）與鉚接相比它可以節(jié)省大量金屬材料，大約可減輕15-20%的金屬材料，因為它不需要輔助材料，比如角鋼、平板，更不需要鉚釘，而且柳接件經(jīng)過很長時間以后有可以會松動，影響質(zhì)量，但焊接絕是不可能的，雖然只有一道焊縫，但它屬于原子結(jié)合，所以能夠充分的解決一切問題。其次焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)不需打孔，劃線的工作量也比較少，因此比較省工、省時間，工作效率高。（2）與鑄件相比焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)不需要制作木模和砂型，也不需要專門熔煉，澆鑄，工序簡單，生產(chǎn)周期短。這一點對于單件和小批量生產(chǎn)特別明顯，換句話說，和鑄件相比就是特別的節(jié)省時間也就是工作效率高，其次，焊接結(jié)構(gòu)比鑄件節(jié)省材料，一般情況下，它比鑄鋼輕20-30%以上，比鑄鐵件輕50-60%，這主要是因為焊接結(jié)構(gòu)的截面可以按設(shè)計的需要來選取，不必象鑄件那樣因工藝的限制而加大尺寸。因為液體要想讓它流動的好充分到位，就必須要有較大的空間，這勢必會用到更多的金屬材料。

（3）通過焊接，可以很方便地實現(xiàn)多種不同形狀和不同厚度的鋼板（或其它金屬材料）的連接，甚至可以在不同種類的金屬材料、非金屬材料(石墨、陶瓷、玻璃、塑料等)

之間進行，焊接方法也多種多樣。（4）焊接結(jié)構(gòu)的剛性大，重量輕。焊接是一種金屬原子之間的永久連接方式，焊接結(jié)構(gòu)中各部分是直接連接，與其它的連接方式相比，不需要附加的連接件；焊接結(jié)合部位(焊接接頭)不僅可以獲得與母材相同的力學(xué)性能，而且其他使用性能(耐熱性、耐蝕性等)也都能夠與母材相匹配。因此，焊接結(jié)構(gòu)重量輕、剛度大、工作可靠。（5）焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)一般不需要大型和貴重的機器設(shè)備投建焊接結(jié)構(gòu)制造工廠（車間）所需設(shè)備和廠房的投資少、見效快。同時，焊接車間適應(yīng)不同批量的產(chǎn)品生產(chǎn)，而且結(jié)構(gòu)的變更與改型快，所以轉(zhuǎn)產(chǎn)（焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品）方便，而且并不因此而增加很多投資。（6）焊接準(zhǔn)備工作簡單近年數(shù)控精密氣割設(shè)備的發(fā)展，無論是多大厚度或形狀多么復(fù)雜的待焊件，都可以不用預(yù)先劃線而直接從板料上切割出來，并且一般不必再機械加工，就能投入裝配和焊接。（7）接頭的強度高與鉚釘或螺栓結(jié)構(gòu)的接頭相比，焊接接頭的強度高。這是由于鉚接和螺栓連接接頭，都必須預(yù)先在母材上鉆孔，因而減小了接頭的工作截面，使其接頭的強度低于母材(大約低20％左右)。而現(xiàn)代的焊接技術(shù)已經(jīng)能做到焊接接頭的強度等于甚至高于母材的強度。（8）焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈活性大（9）焊接接頭密封性好焊縫可以達到其他連接方法無法比擬的氣密和液密性能，特別在高溫、高壓容器和船殼等需要高度密封的結(jié)構(gòu)上，只有焊接才是最理想的連接形式。（10）最適于制作大型或重型的、結(jié)構(gòu)簡單而且是單件小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由于受設(shè)備容量的限制，鑄造與鍛造制作大型金屬結(jié)構(gòu)困難，甚至不可能。對于焊接結(jié)構(gòu)來說，結(jié)構(gòu)越大、越簡單越能發(fā)揮它的優(yōu)越性。但是，當(dāng)構(gòu)件小，形狀復(fù)雜，而且是大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，從技術(shù)和經(jīng)濟上就不一定比鑄造或鍛造結(jié)構(gòu)優(yōu)越。（11）容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)如果在焊接結(jié)構(gòu)上的焊縫很規(guī)則，就容易實現(xiàn)高效率的機械化和自動化焊接生產(chǎn)，其綜合經(jīng)濟效益極為顯著。（12）成品率高一旦出現(xiàn)焊接缺陷，修復(fù)容易。缺點:焊接接頭的組織和性能具有較的不均勻性，其不均勻程度遠超過鑄件和鍛件；焊接結(jié)構(gòu)有較大的焊接應(yīng)力和變形，影響焊接結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸，降低結(jié)構(gòu)的承載能力；焊接接頭容易產(chǎn)生缺陷。焊接過程：實現(xiàn)焊接連接的整個工藝過程。焊接技術(shù)：各種焊接方法、焊接材料、焊接工藝及焊接設(shè)備及其基礎(chǔ)理論的總稱。焊接工藝：與制造焊件有關(guān)的加工方法和實施要求，包括焊接準(zhǔn)備、材料選用、焊接方法選定、焊接參數(shù)、操作要求等。焊接操作：按照給定的焊接工藝完成焊接過程的各種動作的統(tǒng)稱。焊接順序：焊件上各焊接接頭和焊縫的焊接次序。焊接接頭：用焊接方法連接的接頭（簡稱接頭）。焊接接頭包括焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。焊縫：焊接后所形成的結(jié)合部分。2、焊接方法分類根據(jù)焊接過程中金屬所處的狀態(tài)（接頭形成的本質(zhì)）不同，可以把焊接方法分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。熔焊：是將待焊處的母材熔化，但不加壓力以形成焊縫的焊接方法。壓焊：是在焊接過程中，必須對焊件施加壓力(加熱或不加熱)，才能完成焊接的方法。釬焊：是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現(xiàn)連接的方法。在所有的焊接方法中，熔焊是目前焊接生產(chǎn)中應(yīng)用最多的一類焊接方法。對大型、高參數(shù)(高溫、高壓下運行)設(shè)備，如大噸位船舶、艦艇、發(fā)電設(shè)備、核能裝置、鍋爐、化工容器等的制造中，幾乎全部采用熔焊。

金屬熔焊是利用熱源將分離的兩個金屬焊件加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，隨著熱源的移動，熔池也隨之移動，熔池中的液態(tài)金屬逐步冷卻結(jié)晶后形成焊縫，從而將兩個焊件連接成一個整體的焊接方法。

在熔焊的過程中，焊接熱源首先將焊接處的母材及填充金屬加熱熔化形成熔池(圖0-3a中的細(xì)實線部分)，熔池金屬與周圍的高溫固體母材金屬緊密接觸，充分的浸潤，待焊接熱源離開，溫度降低，液態(tài)的熔池金屬冷卻凝固，形成同母材金屬長合在一起的聯(lián)生結(jié)晶，成為原子結(jié)合的接頭(圖0-3b)。金屬熔焊的方法很多，主要有氣焊、焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊、等離子弧焊、電渣焊、電子束焊和激光焊等。熔化焊接頭的組成a)對接接頭斷面圖b)搭接接頭斷面圖1-焊縫金屬2-熔合區(qū)3-熱影響區(qū)4-母材

焊縫金屬：是指焊件在焊接熱源的作用下，由母材和焊材熔化后組成，也可以不添加焊材全部由熔化的母材組成，其組織和化學(xué)成分、力學(xué)性能都不同于母材。熔合區(qū)：是焊縫金屬向熱影響區(qū)過渡的區(qū)域。母材與焊縫交界的地方并不是一條線，而是一個狹窄區(qū)，這就是熔合區(qū)。熔合區(qū)是焊接接頭的薄弱地帶，晶粒非常粗大，冷卻后的組織是粗大過熱組織，塑性和韌性很差。此外，這個地區(qū)還存在著嚴(yán)重的化學(xué)不均勻性、物理不均勻性，是熔合區(qū)性能下降的另一個主要原因。熱影響區(qū)：母材在焊接過程中因受加熱的影響（但是沒有熔化），而發(fā)生的金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。二、本課程的主要內(nèi)容及要求1.主要內(nèi)容

(1)焊接冶金基礎(chǔ)主要介紹焊接冶金的基本知識、焊縫及焊接熱影響區(qū)的組織與性能等內(nèi)容。

(2)焊接材料主要介紹焊條、焊絲、焊劑等的分類、牌號和型號、成分、性能和用途等內(nèi)容；焊接用保護氣體及電極。

(3)焊接缺陷的產(chǎn)生及防止主要介紹氣孔、夾雜、裂紋等焊接缺陷的產(chǎn)生原因與防止措施。

2.學(xué)習(xí)目標(biāo)

本課程是焊接專業(yè)的一門主干課程，通過學(xué)習(xí)，要求達到如下學(xué)習(xí)目標(biāo)：

(1)知識目標(biāo)

1)了解金屬熔焊過程的基本規(guī)律及焊接冶金的特點。

2)理解焊縫在形成過程中成分、組織變化的規(guī)律。

3)理解焊接熱影響區(qū)金屬組織與性能變化的規(guī)律。

4)掌握焊接材料的特點、型號和牌號及其選用原則。

5)理解金屬熔焊過程中常見缺陷的產(chǎn)生原因及控制方法。

(2)能力目標(biāo)

1)初步具備使用金相顯微鏡去觀察和分析焊接接頭的金相組織的能力。

2)能正確選用和使用焊條，能借助《焊接手冊》正確選用和使用焊絲、焊劑等焊接材料。

3)初步具備根據(jù)生產(chǎn)實際條件分析常見焊接缺陷產(chǎn)生的原因并提出防止措施的能力。

3.學(xué)習(xí)方法

本課程內(nèi)容與生產(chǎn)實際緊密相連，學(xué)習(xí)中應(yīng)掌握以下方法：

1)注意理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。

2)注意前后知識的融會貫通和相關(guān)知識的綜合運用。

3)學(xué)會分析、歸納、總結(jié)的方法，提高自學(xué)能力。

4)積極參加各種實習(xí)和生產(chǎn)實踐活動，仔細(xì)觀察，積極思考。

5)重在知識的應(yīng)用，防止過多過深的理論探討和追求理論完整性。

一、世界焊接發(fā)展史話

公元前3000多年埃及出現(xiàn)了鍛焊技術(shù)。

公元前2000多年中國的殷朝采用鑄焊制造兵器。

公元前200年前，中國已經(jīng)掌握了青銅的釬焊及鐵器的鍛焊工藝。1900年：法國人Fouch和Picard制造出第一個氧乙炔割炬。1901年：德國人Menne發(fā)明了氧矛切割。1909年：Schonherr發(fā)明了等離子弧。上圖為水下等離子切割上圖為手工等離子弧切割1912年：位于美國費城的EdwardG.Budd公司生產(chǎn)出第一個使用電阻點焊焊接的全鋼汽車車身。

大約1912：年美國福特汽車公司為了生產(chǎn)著名的T型汽車，在自己工廠的實驗室里完成了現(xiàn)代焊接工藝。1924年美國焊接協(xié)會活動時紀(jì)念照片1919年：ComfortA.Adams組建了美國焊接學(xué)會（AWS）。大約1920年：開始使用電弧焊修理一些貴重設(shè)備。1923年：世界上第一個浮頂式儲罐（用來儲存汽油或其他化工品）建成；其優(yōu)點是由焊接而成的浮頂與罐壁組成象望遠鏡一樣可升高或降低的儲罐，從而可以很方便的改變儲罐的體積。1926年：由美國的A.O.Smith公司率先介紹了在電弧焊接用金屬電極外使用擠壓方式涂上起保護作用的固體藥皮（即手工電弧焊焊條）的制作方法。1931年：由焊接工藝制造全鋼結(jié)構(gòu)組成的帝國大廈建成。1933年：第一條使用電弧焊工藝焊接的接頭采用無襯墊結(jié)構(gòu)的長輸管線鋪成。1933年：當(dāng)時世界上最高的懸索橋舊金山的金門大橋建成通車，

是由87750噸鋼材焊接拼成的。1934年：巴頓焊接研究所成立。

巴頓所創(chuàng)始人葉夫金·奧斯卡洛維奇·巴頓歐洲最大的全焊接第涅伯河上鐵橋—巴頓橋1935年：美國的LindeAirProducts公司完善了埋弧焊技術(shù)。1941年：二次世界大戰(zhàn)時艦艇、飛機、坦克及各種重武器的制造

采用了大量的焊接技術(shù)。1944年：英國Carl發(fā)明爆炸焊。大約1950年：在前蘇聯(lián)首次把電渣焊用于生產(chǎn)。1954年：自保護藥芯焊絲在美國Lincoln電氣公司投入生產(chǎn)。圖為焊接工人正在利用自保護藥芯焊絲焊接高層建筑1954年：第一艘采用焊接工藝制造的核潛艇TheNautilus號開始為美國海軍服役。1956年：中國成立了哈爾濱焊接研究所

1956年：前蘇聯(lián)楚迪克夫發(fā)明了摩擦焊技術(shù)。上圖為中國最早的摩擦焊設(shè)備1957年：《焊接》創(chuàng)刊，這是中國第一本焊接專業(yè)雜志。1960年：美國Maiman發(fā)現(xiàn)激光，現(xiàn)激光已被廣泛的應(yīng)用在焊接領(lǐng)域。上圖為利用激光的機器人對轎車車門進行切割1965年：焊接而成的Appllo10號宇宙飛船登月成功。1984年：前蘇聯(lián)女宇航員SvetlanaSavitskaya在太空中進行焊接試驗。1988年：焊接機器人開始在汽車生產(chǎn)線中大量應(yīng)用。1991年：英國焊接研究所發(fā)明了攪拌摩擦焊，成功的焊接了鋁合金平板。1996年：以烏克蘭巴頓焊接研所B.K.Lebegev院士為首的三十多人的研制小組，研究開發(fā)了人體組織的焊接技術(shù)。2001年：人體組織焊接成功應(yīng)用于臨床。2002年：三峽水輪機的焊接完成，是已建造和目前

正在建造的世界上最大的水輪機。焊接制造的主要成就

近幾年來，我國在大型焊接鋼結(jié)構(gòu)的開發(fā)與應(yīng)用方面創(chuàng)造了建國以來的最高水平，有的已成為世界第一。例如：

例如，（1）北京奧運會主場館——鳥巢（中國八大現(xiàn)代建筑之一），建筑頂面呈鞍形，長軸為332.3米，短軸為296.4米，最高點高度為68.5米，最低點高度為42.8米。鋼結(jié)構(gòu)大量采用由鋼板焊接而成的箱形構(gòu)件。（2）香港中銀大廈

香港中銀大廈自1982年底開始規(guī)劃設(shè)計，至1990年3月19日銀行喬遷開始營業(yè)，歷時六年有余，大廈基地面積約8400平方米，地上70層，總高369米。結(jié)構(gòu)采用4角12層高的巨形鋼柱支撐。（3）北京國家大劇院國家大劇院工程總投資26億元人民幣，主體建筑呈“巨蛋”形，其橢球形穹頂長軸212.2m,短軸143.64m,高46.28m，焊接鋼結(jié)構(gòu)的總重量達6,475噸，將成為世界最大的穹頂。（4）中央電視臺新樓

中央電視臺新臺址地處東三環(huán)路以東、光華路以北、朝陽路以南，CBD規(guī)劃范圍內(nèi)。中央電視臺新臺址用地面積總計187，000平方米，總建筑面積約55萬平方米,最高建筑約230米，用鋼12.18萬t，工程建設(shè)總投資約50億元人民幣，將于2009年1月竣工。（5）香港會展中心

香港會展中心是亞洲第二大的會議及展覽場館，規(guī)模僅次于日本。會展中心同時擁有兩幢世界級酒店，一幢辦公大樓，一幢服務(wù)式住宅。香港會議展覽中心由香港貿(mào)易發(fā)展局擁有，是亞洲首個專為展覽會議用途而興建的大型設(shè)施，并由香港會議展覽中心管理有限公司負(fù)責(zé)管理。大會堂前廳的玻璃幕墻高達三十米，擁有一百八十度寬廣的海港景觀，香港會展中心新翼與原有的會展中心之間，由一條長110米的天橋走廊連接。（6）香山飯店

建于1982年，位于西山風(fēng)景區(qū)的香山公園內(nèi)，坐擁自然美景，四時景色各異。依傍皇家古跡，人文積淀厚重；飯店建筑獨具特色，一九八四年曾獲美國建筑學(xué)會榮譽獎，整座飯店憑借山勢,高低錯落，蜿蜒曲折，院落相見，內(nèi)有十八景觀，山石、湖水、花草、樹木與白墻灰瓦式的主體建筑相映成趣，飯店大廳面積八百余米，陽光透過玻璃屋頂瀉灑在綠樹茵茵的大廳內(nèi)明媚而舒適。（7）東方明珠佇立在黃浦江、蘇州河交匯處的浦江西側(cè)，聳入云天的東方明珠電視塔，塔身一大一小兩個圓球型建筑，以及呈三角形的底座支架，與周圍的建筑聯(lián)綴而成的群體建筑。（8）南京國際展覽中心

南京國際展覽中心座落于玄武湖、紫金山麓，造型優(yōu)美、設(shè)施現(xiàn)代、體量宏偉、功能完備，是古都南京的一項標(biāo)志性建筑。它集展覽、商貿(mào)、會議、信息、旅游、娛樂、餐飲為一體，是按照當(dāng)代國際展覽功能建設(shè)的大型智能化展館。配套設(shè)施齊全，具備承辦單項國際博覽會、全國性質(zhì)恰談會的能力。占地12.6萬平方米，總建筑面積10.8萬平方米。（9）世界關(guān)注的長江三峽水利工程，其水電站的水輪機轉(zhuǎn)輪直徑10.7m，高5.4m，重達440噸，為世界最大、最重的不銹鋼焊接轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪分別由上冠、下環(huán)和13個或15個葉片焊接而成，每個轉(zhuǎn)輪需要消耗12噸焊絲。同樣，三峽水電站的電機定子座和蝸殼的結(jié)構(gòu)也是巨大的，其中電機定子座直徑22m，高6m，重832噸，是在我國焊接的最大鋼結(jié)構(gòu)機座；蝸殼進水口直徑12.4m，總重量750噸，為世界最大、最重的焊接蝸殼。（10）我國另一項重大工程：鋪設(shè)從新疆維吾爾自治區(qū)塔里木盆地的輪南到上海的輸送天然氣的管線，全長約4,300km。管線采用X70鋼，直徑1016mm（40英寸）的焊接螺旋管和焊接直縫管。這是我國鋪設(shè)的第一條高強度鋼的長距離管線，并且在鋪設(shè)中采用了自動化焊接技術(shù)和其他新型焊接材料和工藝。

（11）跨越長江的蕪湖長江大橋，是一座公路/鐵路兩用橋，采用矮塔斜拉結(jié)構(gòu)，是我國目前跨度最大的公/鐵兩用橋，采用50mm厚的14MnNbq鋼整體焊接箱型主桁。（12）“世界第一拱橋”——上海盧浦大橋，投資22億余元，全長3,900m，主橋長750米，跨度550m，跨度比排名第二的美國西弗吉尼亞大橋長出32米。是世界上首座采用箱形拱結(jié)構(gòu)的特大型拱橋，主拱截面世界最大，為9米高，5米寬，橋下可通過7萬噸級的輪船。它也是世界上首座完全采用焊接工藝連接的大型拱橋（除合攏接口采用栓接外），現(xiàn)場焊接焊縫總長度達4萬多米，用3.4萬噸厚度為30-100mm的細(xì)晶粒鋼焊接而成。（13）上海的金茂大廈，高420.5米，世界第4，于1998年落成，是我國目前最高的摩天大樓，采用焊接鋼結(jié)構(gòu)框架，共有88層，耗資50億元人民幣。我國的造船業(yè)在過去的20年里有了很大的發(fā)展，造船的總噸位從1985年的每年50萬噸，提高到2002年的463萬噸，成為世界的第三造船大國。這是在造船行業(yè)中大力推廣先進、高效焊接技術(shù)的成就。同時我國也制造了一些過去未曾建造過的大型的和特殊功能的艦船。（14）我國建造的最大載重量之一的30萬噸超大型原油船，長333m，寬58m。（15）國產(chǎn)最大的半冷半壓液化氣船，總長154.98米，型寬23.10米，載重量17,900噸，其中3個液態(tài)貨罐采用了厚度為30-35mm的13MnNi63低溫鋼焊接而成，工作溫度為-48℃,總?cè)莘e16,500立方米。在壓力容器的焊接制造方面我國也取得很大進步。例如，（16）總重量達千噸級、壁厚280mm的大型熱壁加氫反應(yīng)器是焊接制造。例如，（17）汽包長30m，壁厚203mm，重250噸的600MW熱電站鍋爐是焊接制造。例如，（18）隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展，近年建成了國內(nèi)最大的空間環(huán)境模擬裝置，它是一個大型不銹鋼整體焊接結(jié)構(gòu)，主艙是一個直徑18m，高22m的真空容器，輔艙直徑12m。我國發(fā)射的“神舟”號載人飛船都曾在這個模擬艙中進行過試驗。在鋁合金、鈦合金焊接方面的成就集中體現(xiàn)在航空、航天工業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展。在國產(chǎn)J-11飛機上的全焊鈦合金重要承力結(jié)構(gòu)件的總重量達到飛機機體重量的15%。例如（19）“神舟”號載人飛船和長征系列運載火箭的燃料箱，都是全焊接的鋁合金結(jié)構(gòu)。

1989年在香港建成的天壇大佛，總高26.4m，總重量250t。大佛臉部用錫青銅整體鑄成，佛體由202塊鑄造錫青銅壁板拼焊而成。上述的一些大型結(jié)構(gòu)例子都是我國近年來焊接的最大、最重、最長、最高、最厚、最新的具有代表性的重要產(chǎn)品。它們的制造成功表明我國焊接技術(shù)水平有了明顯的提高，焊接在國民經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展中發(fā)揮著無可替代的重要作用。為了完成諸多重要產(chǎn)品的焊接任務(wù)，在近年來我國也先后自行研制、開發(fā)和引進了一些先進的焊接設(shè)備、技術(shù)和材料。目前國際上在生產(chǎn)中已經(jīng)采用的成熟焊接方法與裝備，在我國也都有所應(yīng)用，只是應(yīng)用的規(guī)模和廣度有所不同而已。我國的制造企業(yè)已經(jīng)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(fù)合熱源焊接、水射流切割、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、等離子焊接、精細(xì)等離子切割、數(shù)控切割系統(tǒng)、機器人焊接系統(tǒng)、焊接柔性生產(chǎn)線，STT焊接電源，變極性焊接電源和全數(shù)字化焊接電源等。二、我國焊接材料生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1

現(xiàn)狀一個國家焊接消耗材料的生產(chǎn)情況可以反映該國焊接技術(shù)的總體水平。從圖可以清楚地看出我國焊材的生產(chǎn)總體上是與鋼材同步增長的，近7年來產(chǎn)量翻了一番。僅統(tǒng)計焊條與焊絲，1996年的產(chǎn)量為62.96萬噸，發(fā)展到2002年已達144.9萬噸，如果加上進口的焊材，總耗量達到147萬多噸，成為世界最大的焊材生產(chǎn)與消費國家。但是，從不同焊材的產(chǎn)量構(gòu)成看，存在的問題就會明顯地顯現(xiàn)出來。表為7年中焊材產(chǎn)量的統(tǒng)計結(jié)果。在我國生產(chǎn)的焊材中手工焊的焊條產(chǎn)量一直占75%以上，而機械化、自動化焊接需要的各種焊絲的總量不足25%。按熔敷金屬計算，2002年我國焊接機械化、自動化率僅能達到40.1%,而世界工業(yè)發(fā)達國家一般都在60%-70%以上?？梢娢覈暮附由a(chǎn)總體上說自動化率仍比較低。這足以說明我國只是一個焊接的大國，還遠不是一個焊接的強國。年份焊條

MAG

焊絲藥芯焊絲埋弧焊絲年總消耗量自動化率（%）1996

55.0(87%)

5.60.06

2.3

62.96

19.61997

72.5(89%)

5.6

0.13

3.6

81.83

18.41998

87.0(88%)

7.0

0.20

5.0

99.20

21.11999

90.0(85%)

10.6

0.36

5.0

105.96

24.62000

90.0(83%)

11.7

0.70

6.0

108.40

27.22001100.0(82%)

14.0

1.20

7.0

122.20

29.22002110.0(76%)

25.0

1.90

8.0

144.90

40.1括弧中的紅色數(shù)據(jù)為該焊材所占比例

2.2存在的主要問題（1）我國焊材生產(chǎn)中手工焊條的比重居高不下，使得我國焊材生產(chǎn)總量與鋼材生產(chǎn)總量之比偏高。以2002年為例，生產(chǎn)的焊材（僅計算焊條和焊絲）總量為144.9萬噸，而鋼產(chǎn)量為18,500萬噸，兩者之比為0.78%。工業(yè)發(fā)達國家的比例一般在0.3-0.5%之間,而發(fā)展中國家在0.5-0.8%之間。

國家或地區(qū)焊條實心焊絲藥芯焊絲埋弧焊絲焊材總量鋼總產(chǎn)量(億噸)焊材/鋼產(chǎn)量比例（%）中國大陸90(85.5%)10(9.5%)0.3(0.3%)

5(4.7%)105.31.20.88中國臺灣2.7(54)1.35(27)0.45(9)0.5(10)50.140.36日本5.4(19.4)11.3(38.4)8.5(29.3)3.5(12.2)28.71.040.28美國10.8(26.9)12.4(30.8)12.8(31.8)4.2(10.5)40.20.9750.41西歐16.2(26.7)33.6(55.5)4.2(6.9)6.6(10.9)60.61.340.45根據(jù)1999年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，不同國家和地區(qū)的比例如表?？梢?，美、日、歐國家手工焊條產(chǎn)量的比重低，平均每1億噸鋼需要不到40萬噸焊材，而我國由于手工焊條比例過高，造成每億噸鋼材需78萬噸焊材，比工業(yè)發(fā)達國家高出近一倍。括弧內(nèi)紅色數(shù)字為所占比例（2）我國焊材的產(chǎn)量雖高居世界第一，但品種卻較少，特別是缺少優(yōu)質(zhì)的不銹鋼、耐熱鋼、低溫鋼和高強鋼的焊接材料。表中分別列出我國生產(chǎn)的實心焊絲與藥芯焊絲的品種與國外一些著名公司的產(chǎn)品品種數(shù)量的對比?？梢?，我們?nèi)珖a(chǎn)的焊絲品種還不如外國一家公司的多。日本神鋼日本日鐵美國林肯瑞典伊薩美國伊薩分公司德國蒂森英國曼徹特瑞士奧利康中國38311018111620158日本神鋼日本日鐵日本溶接棒美國林肯瑞典伊薩美國伊薩分公司德國蒂森英國曼徹特美國麥凱中國79603033376121319320三、我國焊接設(shè)備生產(chǎn)與應(yīng)用情況

3.1電焊機的生產(chǎn)與應(yīng)用改革開放以來，我國電焊機產(chǎn)業(yè)經(jīng)過一段時間的調(diào)整，從原先的計劃經(jīng)濟體制，改變成為現(xiàn)在的適應(yīng)市場經(jīng)濟的體制。電焊機的生產(chǎn)從過去主要由國營企業(yè)唱主角，轉(zhuǎn)變到如今以合資企業(yè)、股份制企業(yè)和民營企業(yè)為主體。2000年及2001年全國焊接設(shè)備產(chǎn)量如表所列。從表中可以看出，手工焊接用的交流和直流弧焊機的產(chǎn)量占總產(chǎn)量（臺數(shù)）的77%--80%，這與焊接材料中焊條的比例相當(dāng)。產(chǎn)品

2000年

2001年交流弧焊機

106,085

129,222直流弧焊機

32,054

21,384電阻焊機

6,936

5,196全、半自動焊機

32,541

43,535特種焊機和其它焊機

2,198

4,803備件及輔機具

208,951在統(tǒng)計的100家主要與焊接生產(chǎn)相關(guān)的企業(yè)中，電焊機的平均配置情況為手工焊的直流、交流焊機和氣體保護焊機三者各約占1/3左右（見圖）。近幾年來，由于CO2氣體保護焊的效率高，焊機和焊絲供應(yīng)充足、質(zhì)量穩(wěn)定，普及的速度明顯加快，平均每年以20％－30％的速度增長。100家企業(yè)中特大型（左）、大型（中）和中型（右）企業(yè)焊材消耗比例從下圖可以看出，中型企業(yè)用氣體保護焊焊絲的比例最高，達到72%，焊條使用量較少（11%）；而大型企業(yè)的焊條用量相對比較高，約38%；特大型企業(yè)（包括大造船廠）藥芯焊絲用量相對較高，約占17%。這個統(tǒng)計結(jié)果可反映我國主要企業(yè)的焊接現(xiàn)狀。全面推進用CO2或Ar+CO2氣體保護半自動焊取代焊條手工焊是當(dāng)前我國企業(yè)焊接技術(shù)改造的主要方向，這也是焊接生產(chǎn)進一步實現(xiàn)機械化自動化的基礎(chǔ)。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，在這方面不同行業(yè)的情況不盡相同，如圖所示。從圖中可明顯分出三個梯隊，以汽車零部件、集裝箱和工程機械行業(yè)為最好，基本上全部采用氣體保護焊；而一般機械、鐵路車輛和重型機械行業(yè)的比例都超過50%；在造船、鍋爐和金屬結(jié)構(gòu)行業(yè)由于藥芯焊絲和/或埋弧自動焊的用量較大，實心焊絲CO2氣體保護焊的比例相對較低。3.2焊接機器人的應(yīng)用

我國制造業(yè)中焊接機器人的應(yīng)用主要是在20世紀(jì)90年代以后，近年來焊接機器人的數(shù)量增加很快，特別是在汽車制造業(yè)。汽車制造和汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)中的焊接機器人占全部焊接機器人的76%（2001年），是我國焊接機器人最主要的用戶。其他行業(yè)大都是以弧焊機器人為主，主要分布在工程機械（10%）、摩托車（6%）、鐵路車輛（4%）、鍋爐（1%）等行業(yè)。焊接機器人分布在全國各個經(jīng)濟地區(qū)，但主要集中在東部沿海和東北地區(qū)。東部的上海和東北的長春這兩個汽車城是我國擁有焊接機器人最多的城市。從圖中還能看出，我國焊接機器人的行業(yè)分布不均衡，也不夠廣泛。今后應(yīng)重點放在擴大應(yīng)用領(lǐng)域，使更多行業(yè)用上焊接機器人。在制造業(yè)中推廣應(yīng)用焊接機器人是企業(yè)今后技術(shù)改造的主要方向。

3.3專機的應(yīng)用

專機是一種剛性或半剛性的自動化焊接設(shè)備，不同于柔性自動化的焊接機器人。我國的焊接專機大多在大批量生產(chǎn)的企業(yè)，如在冰箱與空調(diào)壓縮機的焊接生產(chǎn)線、汽車裝焊生產(chǎn)線、管子生產(chǎn)線、汽車零部件生產(chǎn)線、摩托車零部件生產(chǎn)線等場合。圖為冷藏集裝箱鋁合金T型底板焊接專用生產(chǎn)線和汽車消音器焊接專用設(shè)備?？偟目磥恚覈髽I(yè)采用焊接專機的數(shù)量還不多，說明焊接生產(chǎn)的自動化水平還比較低，今后應(yīng)加強焊接專機研發(fā)、應(yīng)用推廣力度，迅速提高焊接生產(chǎn)的機械化自動化率。3.4變位機的應(yīng)用變位機可以使工件上的接縫處于理想的船形位置或平焊位置進行焊接，是提高焊接效率和質(zhì)量，降低勞動強度的有效廉價工具。企業(yè)在沒有進入自動化焊接階段，就應(yīng)大力推廣應(yīng)用變位機。變位機在我國企業(yè)中的應(yīng)用還不普遍，許多工廠沒有變位機，工件仍是放在地上焊接。企業(yè)應(yīng)充分利用了我國勞動力成本低的優(yōu)勢條件，同時用比較低廉的設(shè)備（變位機）解決生產(chǎn)效率、焊接質(zhì)量和勞動強度的問題。四、焊接結(jié)構(gòu)用鋼量狀況4.1焊接結(jié)構(gòu)用鋼量

焊接結(jié)構(gòu)的用鋼量是衡量一個國家焊接技術(shù)總體水平的重要指標(biāo)。我國焊接結(jié)構(gòu)的用鋼量約占鋼產(chǎn)量的40%，大于其他冷、熱加工方法。即使是這樣，我們還是落后于工業(yè)發(fā)達國家。原蘇聯(lián)在上世紀(jì)80年代經(jīng)濟發(fā)展較快時期年焊接用鋼量達到60%，而日本超過70%，其他發(fā)達國家大多在這個范圍之內(nèi)。我國鋼產(chǎn)量還將繼續(xù)增長，同時焊接結(jié)構(gòu)的用鋼比例也將逐步趨向60%的目標(biāo)，國民經(jīng)濟建設(shè)中焊接的工作量將成倍地增加。焊接技術(shù)將迎來一個發(fā)展的新高潮。4.2我國鋼材的主要用戶

我國主要行業(yè)的用鋼情況，其中金屬結(jié)構(gòu)（包括橋梁、鋼結(jié)構(gòu)建筑等）、管道、汽車行業(yè)是用鋼大戶，每個行業(yè)年用鋼量都在300萬噸以上，其次是造船、電站設(shè)備、石油化工機械和集裝箱行業(yè)，各用鋼超過100萬噸。金屬結(jié)構(gòu)和管道行業(yè)是近7-8年才壯大起來的，并迅速成為我國的用鋼大戶。年份建筑機械汽車農(nóng)用車造船鐵道石油家電集裝箱合計比例%1998523550.33120011.543703.642502.401401.352602.51251.202832.721431.348012

77.0

1999631551.77160013.114373.582742.251301.072702.211200.983252.661701.399641

79.02

2000733555.90200015.274983.82571.961601.222802,141300.993602.752301.7611250

85.88

2001898057.94240015.476384.122201.422001.292901.871701.13872.501651.0613450

86.77

20021052053.67275014.039104.652201.122251.153001.532901.484552.321800.9215850

80.87

注：表中紅色數(shù)字是當(dāng)年所占的百分比4.3與焊接相關(guān)的企業(yè)數(shù)量

我國以焊接為主要生產(chǎn)手段的企業(yè)有多少，是焊接界共同關(guān)心的問題，但是一直沒有一個比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。國家統(tǒng)計局到1999年全國機械制造企業(yè)共有40,675家，其中與焊接有密切關(guān)系的企業(yè)有7,312家，包括特大型、大型、中型和小型企業(yè)。他們的數(shù)量和用鋼量的比例如下：特大型企業(yè)占0.2%消耗鋼材15%

大型企業(yè)數(shù)占12.1%消耗鋼材40%

中型企業(yè)數(shù)占25.4%消耗鋼材25%

小型企業(yè)數(shù)占62.3%消耗鋼材20%五、企業(yè)焊接技術(shù)人員和焊接工人概況

人是企業(yè)最具活力的生產(chǎn)力，企業(yè)是高新技術(shù)的載體。企業(yè)的競爭說到底是人才的競爭，包括技術(shù)人員的創(chuàng)新能力和工人的素質(zhì)。從115家企業(yè)提供的數(shù)據(jù)，共有2,012名焊接工程技術(shù)人員和21,965名焊接工人（包括技師）。他們的職稱比例如圖所示。企業(yè)焊接技術(shù)人員隊伍中66%由工程師和助工組成，而具有研究員級高工職稱的人數(shù)僅占1%。這些焊接工程技術(shù)人員的學(xué)歷如下：博士學(xué)位（僅有1人）—0.05%碩士學(xué)位———————1.7%大學(xué)本科———————52.6%大?！?2.9%中?！?2.4%電大/職大——————8.3%其它————————2.05%從調(diào)查的21,965名焊工來看，90%以上都取得焊工證書，85%的焊工年齡在45歲以下，說明我國的焊工是一支比較年輕的、技術(shù)合格的隊伍。目前焊工的主要來源有如下幾個方面：技?！?8%

企業(yè)培訓(xùn)—30%

臨時工——8%

其它———4%可見，技校畢業(yè)的學(xué)生是我國焊工的主要來源。然而，不同行業(yè)焊工的來源也不盡相同，如圖所示。一些企業(yè)集團公司和大型企業(yè)都有自己的技校，為本企業(yè)培養(yǎng)焊工的后備人員。企業(yè)不僅要將“通才”的大學(xué)畢業(yè)生培養(yǎng)成焊接的專才，還要把“新手”培養(yǎng)成熟練焊工，這會拖累企業(yè)發(fā)展的步伐，也是不盡合理的社會分工。焊接技師是具有熟練技能和專門知識與經(jīng)驗的高級焊工，但是目前企業(yè)中焊接技師與焊工的比例僅為4%。焊接在未來制造業(yè)發(fā)展中的作用焊接是一種現(xiàn)代化了的傳統(tǒng)加工技術(shù)，在21世紀(jì)的知識經(jīng)濟時代里是否仍是一種重要的生產(chǎn)手段，這必須從國內(nèi)外的情況來進一步分析。我國是一個發(fā)展中國家，還沒有完成工業(yè)化建設(shè)，還需要大力發(fā)展制造業(yè)，振興裝備制造業(yè)。我國在完成全面建設(shè)小康社會之前，鋼鐵仍將是主要結(jié)構(gòu)材料，焊接技術(shù)也必然要跟隨鋼鐵的發(fā)展而同步提高。根據(jù)冶金行業(yè)的預(yù)測，2005年和2010年我國8大行業(yè)鋼材需求量如表所示。八大行業(yè)用鋼量約為鋼總產(chǎn)量的80％。

建筑機械汽車造船鐵道石油家電集裝箱合計20051392440001400380320480525250212792010166405200200051038049063028026130發(fā)展焊接技術(shù)的幾點主要措施

1、加強全國焊接基本情況的統(tǒng)計、分析與規(guī)劃工作

（1）充分發(fā)揮專業(yè)協(xié)會的作用。政府應(yīng)明確要求專業(yè)協(xié)會必須做好本專業(yè)全面情況的統(tǒng)計分析與規(guī)劃工作，作為專業(yè)協(xié)會的主要職責(zé)之一，并定期公開發(fā)布統(tǒng)計結(jié)果和對現(xiàn)狀的分析。統(tǒng)計工作應(yīng)接受政府與群眾的監(jiān)督，及時改進統(tǒng)計方法和統(tǒng)計內(nèi)容。各級政府在制定相關(guān)規(guī)劃、政策和資助的有關(guān)項目時應(yīng)盡可能征求專業(yè)協(xié)會／學(xué)會的意見，力求均衡發(fā)展。（2）國家統(tǒng)計局、海關(guān)總署、各專業(yè)協(xié)會、聯(lián)合會應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)計的內(nèi)容，使統(tǒng)計數(shù)據(jù)具有互補性，照顧相鄰專業(yè)的需要，可以互相