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、焊接专机和变位机的生产与应用情况和存在问题；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。
　　
　　一、焊接生产现状
　　
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１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2003年增加近4倍，质量也有明显提高，目前已经能够满足90％以上的国内需求；而先进的药芯焊丝，由于具有独特的工艺性能，7年来产量增长了近31倍，成为我国发展最快的焊材。从过去主要依靠进口，到现在国内应用的药芯焊丝50％以上是自己生产的，并且有少量出口，如图2所示。全国生产药芯焊丝的厂家共有29个，生产线48条，其中进口生产线21条，国产27条(包括我国台湾地区制造的3条)。保守地估计，按每条生产线平均具有年产500吨焊丝的能力计算，我国药芯焊丝产量近期内仍会有较大增长的空间。
　　埋弧焊多在船舶、压力容器、管道和钢结构件的制造中使用。我国埋弧焊丝的产量近年来也有较大增长，但是只占焊材总量的5.5％左右。而工业发达国家埋弧焊丝的比例一般在8-10％之间。

1.2 存在的主要问题

　　(1)我国焊材生产中手工焊条的比重居高不下，使得我国焊材生产总量与钢材生产总量之比偏高。以2002年为例，生产的焊材(仅计算焊条和焊丝)总量为144.9万吨，而钢产量为18,500万吨，两者之比为0.78％。工业发达国家的比例一般在0.3-0.5％之间，而发展中国家在0.5-0.8％之间。根据1999年的统计数据，不同国家和地区的比例如表2所列。可见，美、日、欧国家手工焊条产量的比重低，平均每1亿吨钢需要不到40万吨焊材，而我国由于手工焊条比例过高，造成每亿吨钢材需78万吨焊材，比工业发达国家高出一倍。还必须看到，我国目前取得生产许可证的焊条厂就有250多家，分散在全国各地，但具有较大规模的企业或企业集团主要集中在天津、上海、自贡和株洲。全国焊条总的生产能力超过150万吨。据焊条厂反映，当前焊条市场销路仍然看好。这可能是由于各地建设项目多，现场安装的焊接工作量较繁重。另外，广大乡镇企业仍以焊条手工焊为主，使得焊条的需求量居高不下。因此，焊条比例和焊材/钢材比例在短期内不大可能有明显的下降。这将对我国的资源、人力、物力、运力的合理应用，以及焊接生产效率的迅速提高会带来负面的影响。
　　(2)我国焊材的产量虽高居世界第一，但品种却较少，特别是缺少优质的不锈钢、耐热钢、低温钢和高强钢的焊接材料。表3、4分别列出我国生产的实心焊丝与药芯焊丝的品种与国外一些著名公司的产品品种数量的对比。可见，我们全国生产的焊丝品种还不如外国一家公司的多。而且，我国生产的焊材，除普通碳钢焊条外，工艺性大多不如外国的好。造成这种情况的原因比较复杂，但是有一点是肯定的，政府、高校、科研院所对研究开发新型焊接材料，尤其是使用量大面广的一般焊接材料，不够重视。高校和科研院所大多转向机器人、先进焊接电源、新型焊接方法、过程控制等高技术领域，而仍然坚持从事焊接材料研究的单位，数量在迅速减少。如不能集中一定的科研力量，仅仅靠焊材厂自身的力量来开发是不够的。这不仅会使我国焊接材料的品种和质量满足不了国内市场需求，而且在基础理论、焊材新成果数量以及测试技术、生产装备、可以利用的原辅材料等各个方面与外国的差距还将继续加大。

1.3 可借鉴的经验

　　从日本在二战之后焊接材料生产发展的经历中，可以借鉴一些有益的经验。战后日本经济恢复时期，焊接发挥着重要的作用，特别是随着钢铁行业和造船行业的发展，焊接材料的产量也迅速增加。到1972-1973年，日本焊材产量达到历史最高水平，接近60万吨，如图3所示。但是，1972年世界发生第一次石油危机，对日本经济产生巨大的冲击，造船行业首当其冲，焊材产量直线下滑。在这艰难时期，日本焊接工作者提出大力推广高效率的CO2气体保护半自动焊取代焊条手工焊，以降低生产成本，提高产品的国际竞争力。这一具有战略性意义的措施发挥了重大作用。从此实心焊丝的产量迅速增加。但是在实践中，发现实心焊丝CO2气体保护焊在造船的全位置焊接中工艺性不够满意；接着，又推动了日本焊接界重视吸收美国的技术，大力开展药芯焊丝的研究。从上世纪80年代开始日本的药芯焊丝产量加速发展，并在造船行业中占据主导地位。进入90年代后，日本经济逐步衰退，焊材的总产量也随之减少，从1990年的40．25万吨减少到1999年的28.69万吨。在这10年里，有比较大变化的部分主要是实心焊丝和药芯焊丝这两种材料。也就是说，在日本经济衰退的10年里，药芯焊丝的比例仍继续增长，并于1993年超过焊条的产量，反映药芯焊丝具有很好的发展前景。同时也能看到，日本的焊条比例从1980年约占58％，降低到1999年的不足20％。
　　回顾日本焊材产业的发展历程，我国应该从中吸取有益的经验。同时应看到，日本的焊接技术改造往往是在经济发展受阻时期或国际竞争激烈的困难阶段，而这些改造确实起到焕发活力的作用。这点我们更应该特别注意借鉴。
　　
2 我国焊接设备生产与应用情况
　　
2.1 电焊机的生产与应用

　　改革开放以来，我国电焊机产业经过一段时间的调整，从原先的计划经济体制，改变成为现在的适应市场经济的体制，电焊机的生产从过去主要由国营企业唱主角，转变到如今以合资企业、股份制企业和民营企业为主体。2000年及2001年全国焊接设备产量如表5所列。从表中可以看出，手工焊接用的交流和直流弧焊机的产量占总产量(台数)的77％-80％，这与焊接材料中焊条的比例相当。然而，在我们统计的100家主要与焊接生产相关的企业中，电焊机的平均配置情况为手工焊的直流、交流焊机和气体保护焊机三者各约占1／3左右(见图4）。近几年来，由于CO2气体保护焊的效率高，焊机和焊丝供应充足、质量稳定，普及的速度明显加快。但是电焊机的产量和企业焊机的比例，不足以反映企业焊接的现状，因为焊机的数目不能反映利用率。企业年消耗焊接材料的比例则可以反映焊接技术的实际现状。尽管我国总体焊接机械化、自动化率还比较低，但是从抽查的100家特大、大和中型企业的焊丝与焊条消耗比例来看，可以说明这些企业已经把提高焊接效率摆在重要地位。从图5可以看出，中型企业用气体保护焊丝的比例最高，达到72％，焊条使用量较少(11％)；而大型企业的焊条用量相对比较高，约38％；特大型企业(包括大造船厂)药芯焊丝用量相对较高，约占17％。这100家企业焊条用量都少于50％，说明这些企业正在逐步用高效率的CO2或 Ar+CO2气体保护焊取代焊条手工焊。这个统计结果可以反映我国主要企业的焊接现状。
　　全面推进用CO2或Ar+CO2气体保护半自动焊取代焊条手工焊是当前我国企业焊接技术改造的主要方向，这也是焊接生产进一步实现机械化自动化的基础。根据调查结果，在这方面不同行业的情况不尽相同，如图6所示。从图中可明显分出三个梯队，以汽车零部件、集装箱和工程机械行业为最好，基本上全部采用气体保护焊；而一般机械、铁路车辆和重型机械行业的比例都超过50％；在造船、锅炉和金属结构行业由于埋弧自动焊的用量较大，CO2气体保护焊的比例相对较低。
　　在面上继续大力推广CO2气体保护焊是我国焊接行业今后一段时间的重要任务，只有CO2气体保护焊的用量在全国范围大幅度增加，才能全面提高我国焊接效率、降低生产成本；才能减少焊条的产量、降低焊材与钢材的比例；才能为实现焊接生产过程的机械化与自动化奠定必要的基础。这正是对电焊机行业今后的发展提出的新要求。
　　然而，尽管我国每年生产的焊机达20多万台套，但大部分是普通型的，对新型高性能的焊接电源的开发速度相对较慢。每年我国仍需从境外进口较多先进焊接设备，进口总值和国内焊机的生产总值大致相当。这主要是我国的电焊机厂数量多，但规模较小，还没有形成大规模的企业集团。这点与焊材企业不尽相同。表5只是列出我国40家主要电焊机厂的统计结果，而全国焊接设备厂多达百多家。除了一些较大的国内厂家具有一定的开发能力和几家合资或独资企业主要依靠外国母公司的技术以外，大部分焊接设备厂缺乏强劲的开发高性能新产品的实力。目前领导我国电焊机产业的主要是少数几家合资企业，外国技术占有主导地位。这种情况与我国是一个世界最大的焊接大国，并正向焊接强国迈进的地位极不相称。为尽快加强我国电焊机的自主开发能力，政府的规划、引导和资助是必不可少的。今后一段时间我国主要应重点开发功能更多、性能更好、效率更高的焊机，特别是气体保护焊机。
　　
2.2 焊接机器人的应用

　　我国制造业中焊接机器人的应用主要是在20世纪90年代以后(个别企业在80年代中期)，经历了摸索阶段，近5年来焊接机器人的数量增加很快，特别是在汽车制造业。根据到2001年的统计，全国共有各类焊接机器人1040台，其中弧焊机器人多于点焊机器人，汽车制造和汽车零部件生产企业中的焊接机器人占全部焊接机器人的76％，是我国焊接机器人最主要的用户。汽车制造厂的点焊机器人多，弧焊机器人较少；而零部件厂弧焊机器人多，点焊机器人较少。该行业中点焊与弧焊总的比例约为3：2。其他行业大都是以弧焊机器人为主，主要分布在工程机械(10％)、摩托车(6％)、铁路车辆(4％)、锅炉(1％)等行业。焊接机器人分布在全国各个经济地区，但主要集中在东部沿海和东北地区。东部的上海和东北的长春这两个汽车城是我国拥有焊接机器人最多的城市。我国焊接机器人的行业分布不均衡，也不够广泛。今后应重点放在扩大应用领域，使更多行业用上焊接机器人。
　　我国从上世纪80年代开始在高校和科研单位全面开展工业机器人的研究，近20年来取得不少的成果。但是由于没有和企业联合，长期没能形成有规模的产业。目前国内除了一家以组装为主的中日合资的机器人公司外，具有自主知识产权的工业机器人主要由高校或科研单位组织生产，还没能形成批量。因此，我国企业装备的焊接机器人90％以上是从世界各知名机器人厂家进口的。近10年来，进口机器人的价格大幅度降低，从每台7-8万美元降低到2-3万美元，使我国自行制造的普通工业机器人在价格上很难与之竞争。特别是我国在研制机器人的初期，没有同步发展相应的零部件产业，使得所生产的机器人需要配套进口的零部件，使价格难以降低。
　　日本从上世纪70年代中后期开始开发工业机器人，15年后就成为产量最多、应用最广的世界工业机器人“王国”。日本的工业机器人是在几家原本就具备机器人相关技术的企业的基础上发展起来的，例如FANUC原本是生产数控设备的，YASKAWA原本是制造伺服电机的，PANASONIC原先就是著名的电器厂商。他们与高校结合，很快就能形成工业机器人的规模生产能力，加上政府用政策与资金支持企业扩大应用工业机器人，促进了日本机器人产业的迅速发展。我们应从中吸取日本发展机器人整个过程的各方面成功经验。

　　当前世界各国在发展工业机器人产业方面有三条不同的道路：

　　(1)机器人制造厂商以开发新型机器人和批量生产优质产品为主要目标，而各行业需要的机器人成套系统，一般由其子公司或社会上的工程公司来设计制造，并完成交钥匙工程(暂称为“日本模式”）；
　　(2)机器人制造厂商自己既生产机器人又设计制造用户所需要的系统，完成交钥匙工程(暂称为“欧洲模式”）；
　　(3)本国基本不生产一般工业机器人，企业需要的机器人系统由工程公司用进口的机器人自行设计制造外围设备并成套，完成交钥匙工程(暂称为“美国模式”)。
　　目前我国需要研究我们的机器人产业应走什么道路的问题。我们认为应从“美国模式”着手，在条件成熟后逐步向“日本模式”靠近。可喜的是，我国已经形成一批焊接自动化系统集成工程公司，可以完成焊接机器人工作站的设计、设备集成与技术咨询工作。现在我国使用的焊接机器人工作站有近20％是在国内由中国的工程师采用进口的机器人，配合自行设计的外围设备而集成的。但是比较复杂的焊接机器人生产线或焊接FMS大多还需要全套从国外进口。今后，应促使这些工程公司做大做强，政府应以政策鼓励企业采用我国自行成套的焊接机器人系统，而我国的工程师应进一步加强和国外的机器人厂家和集成公司的合作与技术交流，使国内应用的焊接机器人系统中自行成套的焊接机器人工作站迅速增多，促进我国机器人产业的成长。
　　
2.3 专机的应用

　　专机是一种刚性或半刚性的自动化焊接设备，不同于柔性自动化的焊接机器人。在选择上必须根据企业生产情况和产品要求来选择是用专机还是用机器人。不能笼统认为机器人是高水平的自动化，而专机是较低水平的自动化。根据实践经验，选择的原则如表6所列。
　　我国的焊接专机大多在大批量生产的企业，如在冰箱与空调压缩机的焊接生产线、汽车装焊生产线、管子生产线、汽车零部件生产线、摩托车零部件生产线等场合。
　　从统计的115家各类企业的情况看，弧焊专机共有1742台，80%是国产的；而电阻焊专机只有250台，进口的占75%，主要在汽车行业。总的看来，我国企业采用焊接专机的数量还不多，说明焊接生产的自动化水平还比较低，今后应加强焊接专机应用的推广力度，迅速提高焊接生产的机械化自动化率。
　　
2.4 变位机的应用

　　变位机可以使工件上的接缝处于理想的船形位置或平焊位置进行焊接，是提高焊接效率和质量，降低劳动强度的有效廉价工具。企业在没有进入自动化焊接阶段，就应大力推广应用变位机。一般变位机有两个回转轴，有电动的也有手动的，从调查的115家各类企业的情况看，总共只有焊接变位机750台，84％是国产的。可见，变位机在我国企业中的应用还不普遍，许多工厂没有变位机，工件仍是放在地上焊接。但是，我们在深入工厂的访问中也发现一些应用变位机好的典型，如厦门的林德叉车厂。这个工厂的焊接车间自动化水平并不高，没有焊接机器人，也几乎没有什么焊接专机，但是每个焊接工位都配备一台变位机、一台小电葫芦吊车和一台CO2气体保护焊机。这个工厂的焊接车间可以作为非自动化焊接车间的典范，应大力宣传和推广他们的经验。该企业充分利用了我国劳动力成本低的优势，同时用比较低廉的设备(变位机)解决生产效率、焊接质量和劳动强度的问题。
　　
3 焊接结构用钢量状况
　　
3.1 焊接结构用钢量

　　焊接结构的用钢量是衡量一个国家焊接技术总体水平的重要指标。我国长期缺乏这方面的可靠统计数据，一直对焊接结构的用钢量采取估计方法，没有可靠依据。这次调查我们曾试图统计全国各企业焊接结构的实际用钢量，但是由于回收数据太少，直接统计用钢量有困难。因此，提出通过计算已寄回调查表的115家企业年总焊接材料消耗量和总用钢量的比值，得出每吨钢材平均需要耗用焊材的数量，再用全国焊材的总产量来推算每年焊接结构的用钢量。根据115家企业提供的数据计算，我国企业当前焊材与钢材的比例为1.82％。但考虑到所统计的企业小型的少，大多是中型以上的企业，而众多的小型企业焊条用量比中型以上企业多得多，因此将这个比例数比较保守地调整为2％。我国2002年消耗的焊接材料总量(包括进口)按147万吨计算，可焊接的钢总量约为7350万吨，而2002年钢产量为1.85亿，因此焊接结构的用钢量约占钢产量的40％。可见，我国焊接加工的钢材总量大于其他冷、热加工方法。即使是这样，我们还是落后于工业发达国家。将收集到的日本和原苏联在上世纪80年代经济发展较快时期年焊接结构用钢量的数据汇总分析。原苏联焊接用钢量达到60％，而日本超过70％，其他发达国家大多在这个范围之内。我国钢产量还将继续增长，预计近年内将会提高到2亿吨以上。同时焊接结构的用钢比例也将逐步趋向60％的目标，国民经济建设中焊接的工作量将成倍地增加。焊接技术将迎来一个发展的新高潮。这点应该引起各级政府和焊接学会、焊接协会以及高校、科研单位和有关企业的高度重视，提前做好准备。
　　
3.2 钢材的主要用户

　　我国焊接结构的用钢量2002年达到7350万吨，但需要进一步搞清楚哪些行业是用钢大户。根据国家统计局及有关协会、联合会提供的产品产量和用钢量数据，粗略推算出1999年各主要行业的用钢量如表7所列。从表中可以大致看出我国主要行业的用钢情况，其中金属结构、管道、汽车和电站设备行业是用钢大户，每个行业年用钢量都在200万吨以上，其次是造船、石油化工机械和集装箱行业，各用钢超过100万吨。金属结构和管道行业是近7-8年才壮大起来的，并迅速成为我国的用钢大户。可是长期以来，焊接界的研究与开发工作大多针对化工设备、电站设备、冶金设备、船舶、飞机和车辆等制造业的需要，而较少关注这些现场安装焊接和野外焊接技术的提高。致使这些现场和野外焊接技术水平仍然停留在较落后状态，应　
　　粗略统计的15个主要行业的用钢量数据，总数只有2535万吨，而当年焊接结构的用钢量约为5000万吨，还有2400多万吨钢的用户不明。这点日本的统计数据也有类似问题，他们把这些没有确切用户的用钢量归在“贩卖业”类中，而建筑、建设、土木和汽车行业则是日本的用钢大户，年用钢量都在400万吨以上。

3.3 与焊接相关的企业数量

　　我国以焊接为主要生产手段的企业有多少，是焊接界共同关心的问题，但是一直没有一个比较准确的数据。我们从国家统计局的统计表中了解到1999年全国机械制造企业共有40675家，其中与焊接有密切关系的企业有7312家，包括特大型、大型、中型和小型企业。他们的数量和用钢量的比例如下：
　　特大型企业占0.2％ 消耗钢材15％
　　大型企业数占12.1％ 消耗钢材40％
　　中型企业数占25.4％ 消耗钢材25％
　　小型企业数占62.3％ 消耗钢材20％
　　应该指出，由于国家统计局的统计表没有给出企业用钢量的数据，因此我们从机械工业联合会的统计报告中计算出不同规模企业的用钢量比例，并将这个比例推广到全国同等规模的企业。从这些数据可以看出，占企业总数1/3左右的特大、大和中型企业，用钢量达到全部的80％。今后必须非常注意统计中型以上企业的情况，它们可以代表我国焊接生产的实际水平。但是也应适当关注小型企业的焊接技术进步，因为它们数量多，年消耗钢材达1500万吨。
　　
4 企业焊接技术人员和焊接工人概况

　　人是企业最具活力的生产力，企业是高新技术的载体。企业的竞争说到底是人才的竞争，包括技术人员的创新能力和工人的素质。因此我们对企业技术人员和焊接工人的情况进行抽样调查。从115家企业提供的数据，共有2012名焊接工程技术人员和21965名焊接工人(包括技师)。他们的职称比例如图7所示。企业焊接技术人员队伍中66％由工程师和助工组成，而具有研究员级高工职称的人数仅占1％。这些焊接工程技术人员的学历如下：
　　博士学位 (仅有1人) 0．05％ 　　硕士学位 1．7％
　　大学本科 52．6％ 　　　　　　　大专 22．9％
　　中专 12．4％ 　　　　　　　　　电大/职大 8．3％
　　其他 2．05％

　　可见，目前企业中高学历和高职称的焊接技术人员太少。在2012名焊接技术人员中仅有1名具有博士学位，而具有硕士学位的也不足2％。我国每年培养的焊接专业博士近百名、硕士数百名。但是我国大多数企业缺少高学历的、熟悉生产的焊接工程师和有经验的焊接结构设计工程师，这已是一个不容忽视的严峻问题。由于企业工作的性质以及条件与待遇的原因，目前大多数企业比较难吸引较多高学历的优秀人才到企业工作，就连高等院校的毕业生愿意到工厂，并坚持留在工厂做焊接技术工作的也不多，有一些企业已经出现第二次人才断层。造成这个现象的原因是复杂的，但应该说，媒体对某些行业的过度宣传，对大学生的思潮有一定的外在影响，而高等院校对学生的敬业教育和职业道德教育不够重视，学生在学习期间到工厂去的时间太短、对工厂生产不了解等，都是造成这种现象的内在因素。现在已经到了要大声疾呼全社会应重视引导高学历、高素质的优秀人才到生产第一线去锻炼、去工作的时候了。另外，中专毕业生在工厂的焊接技术人员中所占的比例也偏少(12．4％)，这是因为社会上愿意上中专的学生少。其实，工厂有一些工作可以由中专学历的技术人员来完成，不一定都让大学毕业的技术人员来做。这也是一种人才的浪费，是一种不正常的社会现象。
　　应该注意到，我国从1998年开始，高等院校取消各单独的热加工专业，合并成材料加工工程，实行了通才教育。然而，对企业来说需要的是能尽快独立工作的人才。能够尽快从“通才”过渡到“专才”，要求我国的教育培训体系有一个合理的总体安排。其中，高等教育应能适应不同层次的社会需求，特别是广大基层企业对技术人才的需求。工科的高等教育应特别注意，并重点培养能适合在现代企业工作的工程师。这是人数最多，对发展我国制造业有深远影响的群体。在四年的工科教育中不仅要使学生掌握基本的科学知识，更重要的是能真正了解现代企业的生产和管理特点，树立良好的职业道德，培养牢固的敬业精神和认真负责的工作态度，确立深入生产一线的思想。只要有一支强大的高素质的工程师队伍为后盾，我国的工业基础才能牢固，科技成果才能有众多的承接的主体，制造业才能有所创新和持续发展。
　　高等院校应有不同的层次，有以培养科研人才为主，也应有以培养广大企业需要的工程技术人才为主，两者的培养方法和教学内容不应完全相同，要各具特色。另外，“通才”到“专才”的后续教育也不应全部由企业来承担，这容易形成新的“师傅带徒弟”的不规范、不合理的局面。因此，尽快完善全国范围内的专业技术教育体系和继续教育体系显得更加重要。在高教改革后的今天，应加快完善这方面的社会功能。国外的一些专业技术学会/协会在培养本专业技术人才方面发挥着重要作用，很值得我们学习和借鉴。我国已经于2000年1月取得国际焊接学会(International Institute of Welding-IIW)的认可，成为国际焊接界的授权国家实体(Authorized National Body-ANB)的成员之一，正在按照IIW的要求，建立和完善培训体系，按照国际标准加强对中国的焊接工程师、焊接技术员、焊接技师和焊工的正规培训。并根据要求，经考试合格发给国际认可的证书，实现在焊接技术培训和认证方面与国际接轨。但是，目前接受培训的人数仍不够多，全国在焊接工程师和焊接技师、焊工培训方向也缺乏一个统一完整的体系，需要尽快完善。
　　从调查的21,965名焊工来看，90％以上都取得焊工证书，85％的焊工年龄在45岁以下，说明我国的焊工是一支比较年轻的、技术合格的队伍。目前焊工的主要来源有如下几个方面：
　　技校——58％ 　　企业培训一30％
　　临时工——8％ 　　其它——4％
　　可见，技校毕业的学生是我国焊工的主要来源。但是不同行业焊工的来源也不尽相同。一些企业集团公司和大型企业都有自己的技校，为本企业培养焊工的后备人员。但是，当前还有相当一部分企业兴办的技校由于经费困难和不能招收到足够数量愿意学习焊接的学生，已经难以继续维持。如果这个问题不能得到解决，技校不能输送足够的焊工后备军，企业自行培训焊工的比例将继续升高，企业的负担也将加重。这样，企业不仅要将“通才”的大学毕业生培养成焊接的专才，还要把“新手”培养成熟练焊工，这会拖累企业发展的步伐，也是不尽合理的社会分工。政府有关部门应重视并尽快解决这个工人预备队的来源问题。
　　焊接技师是具有熟练技能和专门知识与经验的高级焊工，但是目前企业中焊接技师与焊工的比例仅为4％。这说明企业过去对培养高水平的焊工方面力度不够，应引起企业和全社会对高技能人才的培养和晋升的重视。
　　
5 对现状的总体评价

　　从上面5部分的简要介绍，可以宏观地了解我国焊接生产的总体情况。应该说改革开放25年来，焊接的成绩与进步是显著的，但是问题和困难也是很多的。我国已经是一个世界上最大的焊接国家，但还远不是一个焊接强国，距离国际先进水平还有一段路要走。

　　主要存在如下几个问题：

　　——长期对焊接产业的统计工作不重视，没有具体的负责统计单位，相当多企业不愿意提供数据，而国家有关部门的统计内容不统一、不全面，统计工作很难做得科学、准确。国家缺乏准确的统计数据，不可能正确制定发展规划和确定方针、政策。统计数据确是产业发展的基础，产业缺乏这个基础，不可能做大做强。
　　——对焊接在国民经济建设中，特别是在振兴装备工业中的重要作用认识不足，缺乏明确的发展规划。当前焊接结构占钢总产量的40％，如果5年内提高到60％，而钢总产量也增加到2.5亿吨，这将意味着焊接工作量将增加一倍，钢结构用钢量从现在的7300多万吨提高到1.5亿吨。可是，当前国家有关部门还缺乏必要的思想、技术和规划的准备。
　　——焊接生产水平的发展不均衡。东部沿海地区较高，西部内陆地区较低；中型以上企业较高，小型企业较低；汽车等重点发展企业较高，钢结构制造及现场安装行业较低。
　　——焊接机械化自动化总体水平低(只占40％)。焊材中焊条的比例过高(75％以上)，焊材与钢材之比偏高(0.77％以上)，焊材质量和品种与国际先进水平的差距大。目前从事焊接材料研究(特别是量大面广焊接材料的研究)的高校和科研单位少，而焊材企业的开发实力又不足，优质的特种焊材仍需依靠进口。
　　——电焊机企业数量多、规模小，集团化差，开发能力弱。一般化的产品多，先进的焊接电源，特别是性能好、功能多的气体保护焊设备产量少，新工艺的开发与推广速度慢，每年仍需大量进口新型焊接技术与设备。
　　——焊接机器人、焊接专机、焊接变位机的用量少。特别是焊接机器人85%分布在交通行业(汽车、铁路、摩托车)，其他行业少。具有我国自己知识产权的工业机器人没能形成批量生产，90%以上的焊接机器人来自外国。
　　——焊接技术人员和焊接工人的教育与培训没有形成全国统
　　(1) 完整的体系，与国际接轨的进程慢。企业难以吸引优秀的人才和高学历人才到企业从事焊接技术发展工作。缺乏焊工预备队的问题，应引起重视，并应注意高技能的焊接技师的培养、教育与晋升。
　　(2) 焊接发展战略
　
6 焊接在未来制造业发展中的作用

　　焊接是一种现代化的传统加工技术，在21世纪的知识经济时代里是否仍是一种重要的生产手段，这必须从国内外的情况来进一步分析。我国是一个发展中国家，还没有完成工业化建设，还需要大力发展制造业，振兴装备制造业。钢的产量还在高速增长，预计今年(2003年)就会达到2亿吨，按这个速度发展，到2020年可能超过4亿吨。因此，我国在完成全面建设小康社会之前，钢铁仍将是主要结构材料，焊接技术也必然要跟随钢铁的发展而同步提高。焊接结构的用钢量将可能从现在的7350万吨(占钢产量40％)增加到2．4亿吨(占60％)以上。这样巨大的潜在发展趋势是无论如何也不能忽视的。同时，高新技术的快速发展，装备的轻量化、节能化、高性能化使铝镁钛等轻金属、复合材料、陶瓷、塑料和新型材料也将扩大应用范围，这些材料都需要用新的焊接或连接技术制成给定功能的结构。无论是钢或其他材料的发展都对我国焊接(连接)技术的提高，从工艺、耗材、装备、自动化和质量、效率、成本、寿命以及维修、再循环等各个方面都提出更新、更高、更多的要求。当前就必须为焊接技术更高水平的发展高潮的到来，事先做好各方面的准备。
　　美国和德国在进入21世纪的前夜都曾组织过一些焊接专家共同讨论21世纪焊接的作用和发展方向。从会议的总结(内部材料)中有几点结论性意见值得我们注意：

　　——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，并对所焊的产品增加更大的附加值。
　　——焊接技术(含连接、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成可投入市场的产品的首选方法。
　　——焊接不应再是一种“应召产业”，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。
　　——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。

　　美国和德国都是发达国家，已经进入后工业化社会并正向着知识经济或新经济社会的方向发展，他们对焊接的作用仍给予高度的重视。我国更不应该忽视焊接在发展国民经济和振兴装备制造业的重要作用，更应继续大力发展我国的焊接技术。

7 制定焊接发展战略的基本思路

　　焊接是一种应用量很大、应用面很广的共性技术，它不仅对发展尖端科技与国防装备有重要作用，而且对提高全民生活质量有普遍意义。可是，我国焊接生产的发展是很不均衡的，长期只注重某些点的发展，而忽略带动面的提高；注重科研，忽视推广；注重引进外国先进技术，忽视消化吸收和培养本国的开发能力；注重产品，忽视工艺。在21世纪里，在振兴装备制造业时，在向世界制造强国迈进过程中，我们必须对工艺的重要性有更新的认识。因此在制定焊接发展战略时应：点面兼顾、上下(游)兼顾、远近兼顾，既见物又见人。而在具体规划中应以近为主、适当照顾远；以面为主、适当照顾点；以普及为主、适当照顾前沿；以人为主、适当照顾条件。在今后10年或更长一段时间的总体发展战略目标是：

　　——全面提高我国的总体焊接生产技术水平；
　　——培养一批优秀的焊接专业技术人才；
　　——在一些尖端前沿科技领域占有一席之地。

8 发展焊接技术的几点主要措施

　　根据上述的基本战略思想及我国当前焊接生产的现状，提出如下几点发展措施：

8．1 加强全国焊接基本情况的统计与分析工作统计工作是制定方针、政策的基础，情况清楚才能措施得当。可是长期以来，对全国焊接基本情况的统计不够重视，缺乏全面、真实、准确的统计数据。全国也缺乏一个全面的焊接发展规划，造成发展不均衡，也使得各级政府资助的项目往往具有随意性，只能从申请者提出的研究方向中来选择。为了加强全国焊接基本情况的统计，建议：
　　(1)充分发挥专业协会的作用。政府应明确要求专业协会必须做好本专业全面情况的统计分析工作，作为专业协会的主要职责之一，并定期公开发布统计结果和对现状的分析。统计工作应接受政府与群众的监督，及时改进统计方法和统计内容。各级政府在制定相关规划、政策和资助的有关项目时应尽可能征求专业协会/学会的意见，力求均衡发展。
　　(2)国家统计局、海关总署、各专业协会、联合会应协调统计的内容，使统计数据具有互补性，照顾相邻专业的需要，可以互相利用。建议国家统计局和民政部联合召开统计工作会议，协调并明确各专业协会、联合会的统计要求与内容。建立一套企业积极主动配合专业协会做好统计工作的运作机制。企业要主动按时提供本企业的准确统计数据。专业协会对企业提供的数据负有保密责任，在没有征得企业同意前，不得单独公开某一企业的数据。

8.2 重点扶持共性工艺技术研究单位的发展
　　焊接技术是一种重要的共性工艺技术。全国原先有多家焊接(焊机)研究所和附属于其他研究院／所中的焊接研究室，他们曾经为发展我国的焊接事业发挥过重大的作用。当前，研究院／所在企业化改造中，把主要精力集中到办产业方面，以创收为本，以“短平快”为主，有的以生存为主，而对中、长期发展方向的研究投入力度大为降低。有的单位设备老化，人员不齐，经费减少，整体科研开发水平在迅速下降。原先以高等院校为上／中游，以科研院所为中／下游，企业为成果应用对象的科技发展链条，由于研究所(室)向企业方向靠拢，而有脱节的趋势。然而，全部由高等院校来弥补这个空缺是不合理的，也加重了高等院校的负担。我国的焊接(焊机)研究所(室)大多有几十年的历史，他们比较接近生产企业，有很丰富的工程经验，是国家发展共性焊接技术的重要力量。因此，国家应有重点地扶持一些焊接共性技术的研究所和研究室。建议：
　　(1)国家应有选择地扶持几个焊接共性技术研究所/室，确定研发队伍的规模，每年给予较为丰厚的经费支持，明确研究方向(以面上的共性技术为主)，定期检查科研进展情况，追踪科研成果的推广应用绩效。根据由外部专家组成的评议组的评议结果来确定对这些所/室的支持力度或淘汰。
　　(2)国家支持的焊接研究所/室只是支持其研发部的运作(与产业公司无关)，因此必须实行首席专家负责制。首席专家对科技人员的聘用、工资待遇、设备购置、经费使用、研究方向等有最后的决定权，并在研发绩效与人员素质方面向国家负责。
　　(3)备方面给予有力支持，消除研发队伍的后顾之忧。
　　(4)各级政府部门在焊接共性技术攻关科研项目的招标中，在条件基本相同的情况下，应优先交给国家支持的共性研究所／室来承担，使之迅速壮大发展。

8.3 完善焊接专业技术人员的教育、培训体系
　　焊接专业技术人员的素质决定焊接生产发展的后劲。这个问题已经到了非常危急的地步，如不能尽快解决，将会制约我国焊接生产的快速发展。这是一个关系多个部门和涉及整个教育体系的复杂问题，必须由国家统一安排解决。建议：
　　(1)完善工科高等院校材料加工工程学科的教育。工科高等院校应有所分工，有的以培养科研型人才为主，也应有以培养适应现代企业需要的工程技术人才为主的，各具特色，教学内容与方法应有所区别。“提高教学质量”和“适应广大基层企业需要”并不矛盾。当前，工科高等院校大多偏向科研型，而不够重视培养学生适应现代企业工作需要的能力。学生在校期间深入工厂的时间不长，对生产过程的了解太少，不懂得现代企业的特点和管理方式，教学内容更新较慢，也缺乏敬业精神、认真踏实的工作态度和深入生产实际的教育。而且教师本身大多对生产也并不熟悉，很少曾在工厂工作过。因此，工科高等院校应在普及通才教育改革的基础上，进一步完善教学内容与方法，除了一部分以培养科研型人才为主以外，大部分工科高等院校应重视培养适应现代企业需要的基层工程技术干部。不仅要使学生掌握基本的专业知识，还应增加一定学时的现代企业管理课程。保证学生到工厂实习的次数、时间和质量，培养学生深入生产第一线，解决实际问题的工作态度与能力。
　　(2)完善专业技术教育和继续教育体系以及统一考核认证体系。高等院校的通才教育与企业所需要的专业技术人才，是有一定距离的。目前企业大约需要3-4年才能将大学毕业生培养成基本能适应工厂工作的工程技术人员。德国规定，凡是要在工厂做焊接工程师工作的大学毕业生，必须在焊接培训中心经过一定学时的强化专业培训，并经考试合格，发给证书，才能受聘上岗。那些分布在全国各地的焊接培训中心是由德国焊接学会(DVS)办的。中国焊接协会和焊接学会与德国焊接学会合作创建的哈尔滨焊接技术培训中心，在经过严格的检查、审核后，于2000年获得国际焊接学会(IIW)的批准，成为我国唯一的授权实体CANB(每个国家只能有一个授权实体)，可以按IIW的统一要求进行培训，学员经考试合格后，颁发国际共　　同认可的焊接工程师、技术员、技师、焊工证书。直至现在，我国取得国际证书的人数如下：
　　国际焊接工程师（IWE） 1173名
　　国际焊接技师（IWS） 164名
　　国际焊工（IWP） 150名
　　可见按国际标准培训的人数仍很少，全国培训点的分布还不够广泛。我国国家质量监督检验总局对焊工和焊接技师有考核规程和标准，但是对焊接工程师、技术员和培训焊工操作技能的焊工教师还没有统一的考核与认可标准，往往由企业自己审定。因此，必须尽快统一并完善我国焊接技术培训体系，将中国焊接协会/学会建立的国际焊接培训考核体系与国家质检部门建立的培训考核体系统一起来，并逐步将专业培训工作过渡到由专业协会/学会来负责管理，政府部门退出这个领域，实现与国际惯例接轨。国家应规定，企业聘任焊接工程师、焊接技术员、焊接技师、焊工教师及焊工等职务，必须先经过培训并获得相应的资格证书后才能正式上岗。培训中心定期举办短期培训班或专题讲座，对各级技术与管理人员进行终身的再教育。要求技术人员的晋级必须经过一定学时的再教育。只有这样才能规范人员的素质，才能适应焊接生产的快速发展。
　　(3)加强焊接结构设计人员的教育与培训。焊接结构的应用日益增多，焊接结构的用钢量将从现在的7300多万吨(占钢产量40％)发展到亿吨以上(占60％)。焊接结构设计的合理性、安全性、可靠性、可焊接性、适用性是非常重要的问题。在焊接生产中常有设计不合理的问题发生。由于目前许多大型焊接结构的设计是引用外国图纸，矛盾还不很突出，但是随着具有独立的知识产权的产品的日益增多，设计问题将会显现出其严重性。现在的设计人员大多是学机械制造专业，比较熟悉冷加工，但是焊接结构与铸造、锻压结构不同，具有一定的特殊性。因此无论是在高等教育还是在专业培训中都应重视培养一支既了解焊接特点又熟悉结构设计的工程师队伍。同时应强调在产品设计与开发过程中应规定有专业焊接工程师参加工艺性的审查，把设计不合理的问题消灭在初始阶段，并及时根据生产、使用、维修中反映出来的问题主动修改设计图纸。
　　(4)完善各地技术学校的建设。由于在计划经济时期企业办社会，许多职业技术学校都是由企业自己办的，并成为企业工人的主要来源。当前企业要把一些社会职责剥离出来，技校首当其冲。但是技校怎样剥离出来，由谁来承办，这问题还没有很好解决，也没有引起重视，已经到了必须认真考虑的时候了。这个问题不解决，将来企业的工人来源和新工人的素质将成大问题。国家应高度重视技校的建设。当前最可行的办法是大型企业集团集中统一办理适合自己需要的技校，同时政府与社会共同承办一般的技术学校。我们不能只重视高等教育而忽视技工教育，社会的需求是多种多样的，少了哪一方面都不行。工人的素质是生产力的重要部分，提高工人的素质是关系到我国产品的声誉和竞争力的大事。争取在10年内使我国焊接工人80％以上来自技校毕业生。
　　
8.4 重视组织新的共性技术的研究，解决面上存在的问题
　　我国已经是一个世界最大的焊接大国，但远不是一个焊接强国。由于长期缺乏实施全面的规划，发展很不均衡，有自流趋势，特别是面上的问题更为突出。要成为焊接强国，不仅在技术前沿要有所突破，更重要的是使总体生产技术水平也能均衡提高。作为国家焊接发展战略更应重视面的发展。
　　建议：
　　(1)制定向焊接消耗材料研究开发与生产强国迈进的实施规划。争取10年内使我国生产的焊接消耗材料在品种、性能、质量、产量等各个方面都达到国际先进水平，成为世界最大的焊接材料开发与生产强国，并在国际市场上占有较大的份额。这是一个量大面广的发展战略问题，政府应以政策和资金来引导高等院校和科研院所与焊材企业集团结合从理论和生产上开展研究，并有所突破。努力使我国焊材的品种结构趋向合理，降低焊材与钢材的比例。
　　研究对象包括实心焊丝、药芯焊丝、金属粉芯焊丝、焊条、焊棒、焊剂、钎料、钎剂等，还要重视开发新的原辅材料，研究应用纳米材料的可能范围。同时要注意新型结构材料的发展对研制新焊接材料的需求。特别是当前已经出现的高纯度、超低碳的新钢种，可能会对焊接电弧物理现象提出新的挑战，需要从理论上有所突破才能有新的进展。
　　(2)加强新型焊接设备的研究开发力度。利用信息技术、微电子技术、计算机技术的新成果、新产品来开发新的焊接设备，特别是高性能/价格比的气体保护焊设备。加速用气体保护焊取代一般焊条手工焊的进程，在10年内将全国的焊接机械化自动化率提高到50％以上。要使科研与生产在这个领域能很好地结合，加速电焊机产业的发展，很重要的一点是要求我国的电焊机企业尽快形成若干个大型企业集团，提高研发水平，才能引导我国电焊机产业的发展。政府资助的项目应有助于促进这种集团的出现。
　　(3)加强新的焊接共性技术的研究与开发。提高我国焊接生产的效率、质量与焊接生产的信息化与管理现代化。建议当前应重视开展如下的几个主要方面的研究：
　　——以搅拌摩擦焊技术为代表的新焊接技术的研发与推广应用。搅拌摩擦焊是英国焊接研究所发明的一种新型固态焊接技术，已经引起全世界的重视，在航空、航天与造船部门已经将这种技术应用于铝合金的焊接，取得很好的效果。我国也引进了这种专利技术。但是对不同材料的可焊接性及不同形状接头的焊接方法等方面还有很大的研究发展空间。这种技术有很广泛的应用前景，有可能成为今后中、薄板(包括有色金属和黑色金属)焊接的重要方法。我国必须加快研究与应用开发。
　　——以激光与激光+电弧为代表的焊接新热源的深入研究与推广应用。这也是当前国际上的一个热门技术。激光被认为是21世纪的新热源，在薄板焊接中已经取得显著成效，特别是在汽车制造领域更为突出。但是激光焊接也存在一些不足，而激光与电弧的复合可以优势互补，弱化各自的缺点，获得很好的效果。但是对激光与电弧复合的一些特点，特别是对中、厚板的焊接，还有许多问题需要深入研究。这方面的研究需要从两方面着手，一是大功率固体激光设备的开发与产业化；另一方面是针对中厚板焊接工艺特点的研究。
　　——高速高效焊接新方法的研究与应用。高速度与高效率焊接是提高企业竞争力和市场反应速度的重要途径，已经引起世界各国的重视。目前对于薄板大多采用激光高速焊技术；对于中板大多采用多电弧复合焊接方法，而对于厚板大多采用窄间隙焊接技术来提高焊接效率；并重视把电子束焊接技术应用于一些重要结构件的制造。但是在应用这些技术方面还有许多可进一步发展的余地。
　　——重大厚件焊接与现场焊接的自动化技术。这是我国今后重大装备制造和安装都要面对的一个不可回避的重要问题。当前这些大型结构大多采用焊条手工焊或手工半自动焊，效率和质量都较难进一步提高。今后重大厚件(包括有色与黑色金属)无论是在车间焊接或现场焊接都必须实现自动化，这方面的研究除了开发工艺、装备(机器人)外，很重要的一方面是、先进传感器和自适应控制技术的应用。国外最近已经将这个问题提到日程，我国应独立开发这些技术，力争在国际市场上占有一席之地。
　　——焊接过程数值模拟与专家系统的开发与推广应用。这是一条必须要走的艰巨之路。焊接由于是高温、瞬态、非平衡、强偶合的过程，而且缺乏材料在焊接瞬态的物理、力学特性数据，使得精确数值模拟变得十分困难，在这方面已经明显落后于铸造、塑性加工和热处理过程。今后提高焊接生产的水平必须广泛应用数值模拟技术和专家系统。数值模拟技术方面可包括焊接缺陷的预测与防止、焊接接头组织与性能的预测与优化、焊接应力与变形的预测与控制等。专家系统方面包括的内容更广泛，如焊接方法与规范、参数的选择，焊接工时、材科消耗、成本的计算，规程与标准的要求等。目前我国还缺乏比较完善的焊接专家系统和比较成熟的模拟技术，需要大力开发并尽快推广应用。
　　——焊接生产信息化和管理现代化技术的研究。十六大提出要走新型工业化道路，要以信息化带动工业化，以工业化促进信息化。但是焊接生产过程如何实施信息化，焊接生产如何管理才算是现代化，这些问题都有待深入进行专题研究。中国焊接协会和焊接学会应在焊接产业现代化建设中发挥积极作用。
　　——焊接生产的劳动卫生与环境保护问题必须提到议事日程。我国长期不够重视焊接的环保与卫生问题，焊接职业病已经成为一个不可否认的严重问题。这里有焊接消耗材料生产过程的卫生与环保问题和焊接过程的卫生与环保问题。研究内容包括有毒烟尘的测定与消除，金属蒸汽的危害与防止，接头上残留物的腐蚀与污染危害，电弧的光线辐射与有害气体的产生与防护，焊缝材料(如钎料中的铅)在再循环过程的污染与危害问题等。努力使焊接过程由肮脏、枯燥、危险的3D作业变成绿色的环保型作业。
　　
9 国家应出台的扶持政策

　　焊接已经成为制造业中很重要的共性工艺技术，今后15年里还将有巨大的需求，国家应重视焊接在制造业中的作用，并为焊接技术的快速发展提供政策性的引导与必要的资金扶持。
　　——国家应赋予共性工艺协会／学会以更多的权力，充分发挥它们在专业技术发展、数据统计分析、人员培训、资格认定、职称评定等方面的作用，当好政府的助手与参谋。
　　——国家应对产业化改制了的共性工艺技术研究所(室)给予经费和政策的支持，消除科研人员后顾之忧，提高共性技术研究能力与水平，发挥它们在行业发展中的主导作用。
　　——各级政府在共性工艺技术项目提供的资金支持应有利于形成产、学、研的联合，加速科研成果的转化速度。
　　——国家应支持工程技术集成公司的发展，在政策上鼓励企业应用我国自己设计、制造、集成的焊接成套装备与生产线，加速我国焊接工程公司的发展和设计队伍的成长，使能够完成大型复杂焊接生产成套装备的交钥匙工程。
　　——国家应从政策上鼓励焊接产业走向世界，加强国际交流与合作，促使我国焊接材料、焊接装备和焊接劳务的输出，并承接更多的外国焊接成套装备设计制造和焊接加工任务。
　　——国家应强化焊接标准的制定与贯彻，加快与国际接轨，并从资金上支持我国焊接专家参与国际焊接标准的制定，保护我国利益。
　　
10 结束语

　　我国的焊接技术在改革开放的25年来，取得了巨大的发展，成功地焊接了许多具有标志性意义的重大产品，在国民经济建设中发挥了重要的作用。我国已经成为世界焊接大国，但是还远不是焊接强国。我国焊接生产技术的发展由于缺乏全面统一的规划，在不同行业中还很不均衡，面上存在的矛盾仍很突出。
　　我国要在2020年前完成全面建设小康社会，要振兴制造业，特别是装备制造业，完成工业化过程，焊接将发挥更加关键的作用，并将进入新的高水平发展阶段，趁国家正在制定长期发展规划之机，制定一个完整全面的焊接生产技术发展规划是势在必行。
　　完善人才教育与培养体系，吸引优秀人才从事焊接工作，形成强大的焊接材料、工艺、装备的研究、开发、设计、制造队伍，是我国焊接生产持续发展的重中之重。
　　发挥焊接协会/学会在行业中的龙头作用，赋予职权；扶持焊接研究所/室，发挥它们在焊接共性技术研究与开发中的主导作用，并强化对焊接协会/学会以及焊接研究所／室绩效的考核。
　　加强国际交流，参与国际市场竞争；重视标准的制定，并积极参与国际焊接标准的编制工作，与国际接轨。
　　今后20年是我国焊接技术大发展的最好时机，政府与企业界、教育界、焊接界都应高度重视，为把我国建设成世界最大的焊接强国而共同努力奋斗。

高云青

　　摘　要　在对16Mn钢与27SiMn钢的焊接性进行分析探讨的基础上，采取焊前预热、选用较低强度焊条和焊后保温等措施，成功地进行了匀化床的异种材质端盖和床体的焊接。
　　主题词　钢结构　焊接　工艺　方法　效果

　　我厂为中国矿业大学制造的匀化床，其端盖采用16Mn钢、床体采用27SiMn钢(中碳合金钢)。由于27SiMn钢的焊接性差，保证床体的焊接质量就成为一个难点。通过对27SiMn钢进行分析，针对问题症结之所在，参考有关资料，根据现场实际情况制订了焊接工艺，并采取可靠的预热保温措施，圆满地解决了匀化床的焊接问题。

1　焊接性分析
　　匀化床床体用钢的化学成分见表1。

表1　27SiMn钢化学成分

　　Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+Cu/13+P/2(%)

　　通过计算可知，27SiMn钢的碳当量在0.58%～0.82%之间。碳当量如此之高，表明母材有相当大的淬硬性，如无特殊控制措施，则焊接裂纹很难避免；加之端盖(厚60mm)、床体(厚26mm)壁厚匀较厚，拘束度较大，易出现较大的拘束应力，这同样会造成焊接热影响区容易产生硬脆的高碳马氏体，发生脆化现象。

2　焊接工艺的确定
　　据以上分析，端盖与床体焊接的主要问题是设法避免焊接裂纹。为此，我们从降低热影响区的淬硬性，减少焊缝的扩散氢含量，以及降低焊接区的拘束应力等几个方面入手，制定了以下焊接工艺：
　　(1)针对27SiMn钢淬硬倾向很大的特点，我们采取小线能量施焊，同时采取预热、缓冷和后热措施。因为采用小线能量减少了高温停留时间，避免了奥氏体晶粒的过热，增加了奥氏体成分的不均匀性，从而降低了奥氏体的稳定性，并通过预热和缓冷来降低冷却速度，避免了马氏体的形成，以降低焊接热影响区的淬硬性。考虑现场的实际情况，将预热温度定为250～330℃。
　　(2)接头尺寸及焊接参数分别见图1和表2(使用直径4mm的E5015焊条、电源直流反接)。

图1　接头与坡口尺寸

表2　焊接参数

　　(3)27SiMn钢的抗拉强度为980MPa，而16Mn钢的抗拉强度为470～590MPa。若按照等强度原则选择焊条，则会增加焊接接头的实际拘束应力，易导致焊接区出现裂纹，故选择了低匹配接头形式，选用了抗拉强度为490MPa的E5015焊条作为焊接材料。这样，既控制了焊缝的扩散氢含量，又有效地降低了焊接区的实际拘束应力，有效地控制了冷裂纹的出现。

3　施焊方法和效果
　　(1)焊条使用前应在烤箱内烘烤到350～400℃并保温1～2h，使用时放在保温筒内，随用随取。
　　(2)焊前应将端盖与床体接头坡口及边缘20mm以内的油、锈等杂物除净。
　　(3)用氧乙炔焰对工件进行预热范围为坡口两侧150～200mm。主要以预热床体为主，预热温度用数字式测温仪测量。
　　(4)达到预热温度要求时进行定位焊，定位焊采用钟点式定位焊顺序。
　　(5)定位焊后立即清除熔渣，测量工件的温度符合要求后立即施焊。焊后立即加温至350℃，然后用石棉毡裹住焊缝，后热保温1h以上。
　　为了验证焊接工艺，对3个床体焊件的焊缝进行了磁粉探伤，未发现裂纹。采用以上工艺生产的产品使用了4年以上，效果良好。

作者单位:高云青　(石油管道二公司压力容器厂)221008　江苏省徐州市

参考文献

1　周振丰，张文钺.焊接冶金与金属焊接性(修订本).北京：机械工业出版社，1987
2　吴晓清，张连生.熔焊原理.北京：机械工业出版社，1993
3　GB3077-88合金结构钢技术条件
4　GB150-89钢制压力容器

Application Situation and Prospect of Automatic Welding
Technology Faced on Pressure Vessel

LEI Yi, YUAN Xiao – bo, SUN Xiao – na

(School of Mechanical and Electronic Engineering, University of Petroleum,
Dongying 257061, China)

Abstract: By analyzing the hardware and software factors of the automatic
welding technology faced on pressurevessel, the application situation for the
automatic welding technology is summarized during the manufacturing ofthe
pressure vessel at china and abroad, and finally, the developing trends and
application foregrounds areprospected with regard to the automatic welding
technology in the pressure vessel manufacturing.

Key words: pressure vessel; manufacturing; welding; automatic technology

压力容器广泛应用于石油、化工、锅炉等各工业部门，是国民经济生产中重要的特种设备。据国家质量技术监督局统计[1]，我国在2003年一年时问内，共发生各类压力容器、气瓶爆炸事故144起，直接经济损失达1486．33万元。因此提高其焊接质量和机械自动化水平对于压力容器乃至整个焊接行业都具有十分重要的意义。

压力容器是承受内外压力的设备，具有多种结构形式，基本组成由壳体、封头、法兰、接管、支座等构成，这些部件均需要通过焊接组装成为一个整体。因此，焊接过程是压力容器生产制造过程中的核心内容。压力容器最常见到的接头形式为对接接头、角接接头和搭接接头，其焊缝形式有对接焊缝、角焊缝和组合焊缝三种[2]。目前，国内外石油化工行业广泛使用的大型立式油罐，其主要焊缝均不同程度采用了自动焊接技术_3_3。罐底、罐壁环向焊缝和罐壁下节点大脚焊缝主要采用埋弧焊自动焊接技术，罐壁纵向焊缝主要采用气电立焊技术。早在20世纪70年代国外就开始研究球罐全位置自动焊技术，目前美国、日本等工业发达国家在球罐全位置自动焊中相继应用了药芯焊丝自保护焊及MIG焊等方法。国内曾于加世纪80年代就MIG焊用于球罐全位置自动焊进行过试验研究，但未能达到实际应用水平。通过引进和开发研究，目前我国球罐压力容器的施工已经逐渐向自动焊方向发展1415J。大型球罐横缝自动焊机的研究，已成功应用于厚度30mm以上的浮顶式球罐的横缝焊接。通用型自动弧焊机的发展，在压力容器行业可以应用于环缝等焊接[6]。对于5万m3的立式储罐，文献[7]采用CO，气体保护焊机和埋弧自动焊机相结合的方式．能够降低生产成本，提高劳动效率，具有良好的应用前景。

焊接过程已成为现代工业生产中的一种重要的金属加工工艺，直接制约着其它各个行业的发展。丹麦学者Jens Klastrup
Kristensen[8]系统总结了焊接过程的影响因素，认为焊接领域影响着自动化技术、材料科学、环境、无损检测、机械与腐蚀、断裂力学等多门学科。而焊接自动化作为焊接领域的一个重要分支，反过来也制约着焊接这一过程。对于压力容器而言，焊接自动化技术可以概括为硬件因素和软件因素。硬件因素主要指压力容器自动焊接设备和方法；软件因素主要指计算机技术、电子技术、自动控制技术以及信息技术等进入压力容器焊接领域而形成的焊接控制技术、人工智能技术及专家系统等.

1 硬件因素

1．1 自动焊接设备

在压力容器组装时，需要对容器的不同部位进行焊接，因焊缝类型较多，在焊接生产过程中往往涉及到多种自动焊接设备，如电渣焊机、气体保护焊机(CO：焊机和氩弧焊机等)、埋弧焊机、等离子焊机等。如何使得焊接设备具有自动化、智能化功效，以提高压力容器焊接自动化程度，是国内外焊接学者研究的重要内容。

我国压力容器焊接自动化技术发展较晚，起始于20世纪五、六十年代，到目前为止，取得了很大的成就。整个行业采用的各种自动焊机越来越多地替代了手工焊机。2002年，国产自动和半自动焊机已占焊机总量的20．55％[9]，其中，MIG／MAG焊机较上年增长63．12％，TIG焊机较上年增长19．24％，埋弧焊机较上年增长135．36％。传统的电弧焊机在国内已经成批生产晶闸管式弧焊整流器，但与国外相比，缺少热启动、数显等功能；对于MIG／MAG焊机，国内已经拥有各种气体保护电弧焊机，在已经发展的逆变式MIG焊机上增加了波形控制技术，并且采用计算机控制，能够适应压力容器全位置焊接的要求；数字控制的埋弧自动焊机的研究[10]，其焊接电源的输出特性、送丝速度和焊接速度均采用数字控制算法调节，引弧、焊接、收弧采用过程控制软件控制。但目前国内埋弧焊机的最大额定容量只限于2000
A以下，处于发展阶段。

逆变焊机作为一种新技术和新工艺，被国内外公认为最先进的焊机，具有优良的焊接性能和电气性能，适用于各种不同的弧焊方法和压力容器多位置焊接…j。20世纪70年代末出现晶闸管逆变焊机，主要应用于手工电弧焊和TIG焊工艺。新一代逆变焊机采用功率晶体管、MOSFET、IGBT等为开关器件，同时运用高频PWM开关技术和微电子技术。逆变焊机在国外已经得到很大的应用，美国、日本逆变焊接的应用程度已达到30％。我国的逆变焊机研究始于20世纪80年代，目前已经形成三代产品，第一代是以晶闸管为主开关器件的弧焊逆变器，其逆变频率为2000～5 000 Hz；第二代是以GTR和MOSFET为主歼关器件的弧焊逆变器，其逆变频率为20～50 kHz；第三代为IGBT弧焊逆变器，逆变频率为20～30
kHz。逆变焊机由于具有其独特的优势，在国内压力容器行业的应用前景是十分乐观的。如东方锅炉厂、兰州石油化工机械厂等先后引进国外的TIG、c02及MMAW逆变焊机，已用于锅炉、压力容器的全位置焊接。

我国在“七五”期间，各锅炉厂从瑞典等国引进全位置自动焊机，如上海、武汉等锅炉厂从德国引进KOMESMA800、1600等型号膜式水冷壁专用成套焊机。20世纪90年代初，国内已研制出多头埋弧自动焊机和多头MAG自动专用焊机，目前国内已有卜多家锅炉厂使用国产模式水冷壁专用焊机[12]。2002年国内专用成套焊接设备较上年同期增长了67．63％[9]。

现代焊接机器人大多为柔性自动化工作站或焊接生产线，由焊接机器人、焊接电源、焊接工艺装备、上下料机械手等不同组合，以及离线CAD仿真编程构成，用微机对其系统进行控制。据有关报道，2002年全球机器人生产总价值超过80亿美元，预计每年将以14．7％的速度上升。而弧焊机器人作为典型的程序控制柔性焊接系统，具有效率高、质量稳定等优点，在压力容器焊接领域受到高度重视[13]。柔性焊接机器人工作站随着其价格的不断降低将在我国逐步推广应用，代表了成套焊接设备的微机自动化控制技术的一个发展方向。

综上所述，埋弧自动焊机、气体保护焊机和逆变焊机对于压力容器行业来说具有较好的应用前景，专用成套自动焊接设备正逐渐应用于各锅炉、压力容器制造业。除此之外，一些工艺设备的改进，诸如液压封头简体对装设备、万向焊接转台、电渣焊拼板的液压卡架装置和小直径筒体纵缝环缝自动焊装置等，在很大程度上也提高了压力容器焊接自动化程度。1．2自动化焊接方法

对于压力容器的组装焊接，目前投入生产使用的材料主要包括碳素钢、低合金钢和高合金钢等。常用的方法主要有手工电弧焊、电渣焊、气体保护焊和埋弧焊等，以适用于不同材质和厚度的压力容器焊接。弧焊作为一种传统的焊接工艺，在焊接速度和焊接热量输入等自身因素上改善程度有限，提高弧焊自动化水平的关键在于弧焊设备的机械自动化水平。目前，手工电弧焊虽然还少量地应用于压力容器的焊接，但由于其自动化程度较低，生产效率不高以及焊接质量欠佳等原因而逐渐减少。

气体保护焊具有电弧热量集中，熔池小，结晶快以及焊接过程无熔渣等优点，有利于实现全位置和薄板焊接，能够方便实现焊接过程的机械化和自动化。co2是一种高效率焊接方法，根据焊丝不同分为实芯焊丝和药芯焊丝CO，气保焊，目前在国外发达国家应用较为普遍。国内于20世纪80年代开始得到应用和推广。基于CO，气体保护焊单面焊双面成形技术的研究[14]，对C02气保焊在压力容器的推广具有积极意义；药芯焊丝和C02气保焊的研究和应用[15]，实现了球罐制造过程中的低成本、高效率自动焊。我国石油天然气第七建设公司从美国引进了球罐药芯焊丝全位置自动焊接技术[16]，焊接熔敷效率高，速度快，改善了焊接条件。TIG焊接技术主要用于焊缝密封性能和力学性能要求高的压力容器，由于脉冲TIG焊具有较宽的电流调节范围，通过脉冲参数的调节，可精确控制电弧能量及其分布，从而对熔深体积和形状进行精确的控制，能较好地实现压力容器的全位置焊接。

埋弧自动焊开始发展于20个世纪40年代后期，是目前压力容器焊接的主要工艺方法，应用于焊接拼板焊缝、筒节焊缝、筒节间相连接的环缝等，使焊接过程的自动化和机械化成为现实。早在20世纪80年代，国际上就弧焊自动控制原理研究甚多，人们所关注的重点偏向于如何使弧焊的自动化水平提高，准确性和功效加强。但目前国内埋弧自动焊的控制系统大多仍然采用简单的模拟电路，整体性能仍有待于进一步提高。

堆焊技术主要用于厚壁压力容器的焊接，包括加冷焊丝双丝自动电弧堆焊、双丝间接电弧自动堆焊、单丝或双丝横向等速摆动气体保护自动堆焊、带极埋弧自动堆焊以及双热丝等离子堆焊等。带极埋弧堆焊(SAW)由于母材熔深较浅且比较均匀，对工件表面质量要求较低，被国际誉为压力容器内壁堆焊的主要方法。随着科技的进步，最近又出现了一种高速带极堆焊法(HSW)，与带极埋弧堆焊(SAW)和带极电渣堆焊(ESW)相比较，其堆焊层边界晶粒细小，杂质含量低，是…一种经济性较好的堆焊方法[17]。

窄间隙焊接技术是为解决厚板焊接，提高焊接接头性能，节省焊接材料所研究出来的焊接方法。其焊丝细小，熔池小，可进行全位置焊接，易于实现焊接过程的自动化。该技术采用脱渣性良好的焊剂，并且采用焊丝校正机构，目前国外已经发展了一些脱渣性良好的碱性烧结焊剂，如86435／DIN8857、KBl20等；日本在进行窄间隙焊接时，采用由弯丝板构成的电弧机械摆动装置，使电弧产生波形；神户制钢所研制出了“扭弧”法，采用两根互成麻花状的焊丝，无需特殊的焊丝摆动装置。国内对此也有研究，伍小龙[18]等人对于厚壁容器的焊接采用双丝窄间隙埋弧焊，该设备具有焊前预置参数、自动稳定焊接电压、焊接电流和焊接速度的功能，采用闭环控制，并且设有高度和横向自动跟踪系统，实现焊缝的自动焊接。

激光被誉为20世纪中可以与半导体相媲美的发现，激光焊接是利用经聚焦的高功率密度的激光束为热源的特种方法，具有极高的能量密度，由于其HAZ区极小，能焊接几乎所有的金属，可以进行全位置焊接。目前，该方法主要应用于汽车、航空以及电子、精密仪器等高科技领域。随着高功率激光器的出现，激光自动焊接技术正向厚壁焊接发展。但由于其价格昂贵，并且设备笨重，在压力容器行业的应用前景还不容乐观。

据统计[19]，2001年国内共生产各类焊材约130余万吨，除出口以外，实际消耗约125万吨。其中焊条约100万吨，占焊材总量中约77％；埋弧焊材约12万吨，占9．2％；气体保护实芯焊丝约14万吨，占10．8％；药芯焊丝约1．6万吨，仅占焊材总量中的1．2％。而日本在近20年中焊条产量逐年下降，主要发展自动化、半自动化焊材。如1999年焊条产量仅占焊材总量约19％，埋弧焊材占12％，气体保护实芯焊丝占38％；药芯焊丝占31％。其自动焊材高于我国现有水平。

2 软件因素

2．1 焊接控制技术

现代焊接自动化的主要标志是焊接过程控制系统的智能化、焊接生产系统的柔性化以及焊接生产系统的集成化。近年来焊接自动控制技术在国内外发展很快，同时也受到高度的重视，已成为焊接技术的一个独立分支。

由于可编程序控制器、微处理机和自动控制技术、计算机技术等在焊接生产中的应用，使压力容器制造过程中焊接自动化技术得到了很大发展。现代高精度的自动控制系统，如最优控制系统、自适应控制系统及自学习控制系统等，已在工业生产中得到应用。在全位置TIG焊管机规范参数控制过程中，文献[20]改变了传统的TIG管焊机焊接电流参数分段控制模式，采用单片机技术，通过抛物线拟合算法形成平滑的焊接电流规范参数曲线，实现全位置TIG管焊机焊接电流的平滑调节，精确控制电弧能量及其分布。通过试验证明了该控制技术对于压力容器全位置焊接的可行性。

焊缝跟踪是焊接自动化控制系统的一个重要组成部分，对实现压力容器生产过程的焊接自动化意义深远。目前，应用于焊缝跟踪系统主要包括接触式和非接触式两种类型。

接触式跟踪系统分为探头式和靠模式跟踪系统。探头式接触传感器以导杆或导轮在焊炬前探测焊缝位置，结构简单，操作直接，抗干扰能力强。但焊接厚板压力容器时，点固焊点会使传感器发生阻塞现象，筒体存在的椭圆度会引起传感器发生轴向移动。靠模式跟踪系统能较好解决这个问题，它利用同步运动原理_2lj，通过横向跟踪、纵向跟踪和微调系统保持导电嘴和焊缝之间距离不变，能够应用于圆筒状压力容器的焊接，实现环缝焊接自动化。但有时会因坡口及焊缝的加工装配不均匀而影响传感器的测量精度。

非接触式跟踪系统分为超声波式、声发射式、光电式、电弧传感和视觉传感式跟踪系统。非接触式跟踪系统与其它学科联系紧密，目前国内外学者对此进行了不同内容和程度的研究。直接电弧式跟踪系统是从焊接电弧自身直接提取焊缝位置偏差信号，实时性好，不需要在焊枪上附加任何装置，焊枪运动的灵活性和可达性最好，尤其符合焊接过程低成本自动化的要求。目前国外发达国家主要采用的方法是通过测量焊接电流，、电弧电压u和送丝速度。来计算工件与焊丝之间的距离H，并应用模糊控制技术实现焊缝跟踪。但由于电弧式跟踪只能获得焊接区的局部信息，不能获得焊炬高度匹配度、焊根间隙和焊缝形式等重要信息，因而限制了其使用范围。文献[22]提出了一种新型焊缝跟踪系统，通过在Mz一1000埋弧焊机上进行对焊缝坡口检测的焊缝跟踪试验，可以满足压力容器制造的需要。该系统采用非接触式超声波跟踪传感器，传感器具有抗干扰能力强、成本低等特点，在低成本焊接自动化具有较好的应用前景。据日本焊接技术学会的调查结果显示，领导未来焊缝跟踪的传感器主要是光学传感器，其中以视觉传感器最引人注目。基于CCD视觉焊缝跟踪系统可以用于埋弧焊、等离子弧焊等多种焊接方法和设备中。但鉴于焊接过程的应用环境恶劣，传感器要受到弧光、高温、烟尘、飞溅、振动和电磁场的干扰，使传感器的精度、抗干扰性能和灵敏度受到不同程度影响。虽然迄今为止已研究出多种自动跟踪方法，但大多还处在实验室阶段。目前，国内外还有对电子束焊自动熔透及焊缝跟踪、co2气体保护焊焊缝跟踪、激光超声感应自动跟踪等进行研究[23]。随着计算机信息技术的发展和新型传感方式的研究，焊缝跟踪技术将会在压力容器行业得到广泛的应用，从而进一步提高压力容器焊接过程的自动化和智能化程度。

2．2人工智能技术及专家系统

人工智能技术引入焊接设备形成了焊接设备的智能控制系统，这一领域具有代表性的焊接过程是模糊控制系统、神径网络控制系统和焊接专家系统。在高性能波控焊接电源基础上发展智能化的焊接设备，是今后焊接设备的发展方向。如Ill-Soo Kim和Joon-Sik Son等人[24]将人工神经网络引入GMA焊接方法来预测焊接区宽度，拓宽了GMA焊接的应用领域。未来的焊缝跟踪技术将具有智能性的模糊控制和神经网络等手段渗透到焊缝跟踪控制中，以增强非线性系统控制的准确性。

焊接工程中专家系统的建立成为智能化焊接设备的研究基础，以焊接机器人为核心的柔性智能焊接自动化技术的广泛应用，焊接专家系统的普及已是国内外公认的发展方向。焊接领域中专家系统研究始于20世纪80年代中期，最早报道的是美国科罗多矿业学院(CSM)与美国焊接研究所(AWl)联合开发的焊接材料选择系统Weldselector[25]。目前，英国、日本和德国等一些工业发达国家相继开展了这方面的工作，主要集中在工艺制定、缺陷分析、材料选择和设备选择等方面。其中有关工艺选择及工艺制定软件约占70％。在焊接过程实时控制方面，美国Adaptive Technologies公司开发的Camtech 100和Adaptitech 1000可完成零件定位、焊接操作和质量检查等功能，系统能根据来自传感器的光、温度、电弧等信息，自动调整焊接路径、线能量、送丝速度和摆动参数等，并可优化多道焊参数。日本NKK公司开发的“焊接参数控制专家系统”可给出最优焊接参数，进而控制焊接设备，以保证恒定的熔深及焊接高度。目前国际上已形成多种商品化产品，且有广阔的发展与应用前景。

经过近几年的努力，我国的焊接软件研究与应用已取得可喜的成果。清华大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、天津大学等在这领域进行过一系列研究，并相继开发了不同类型的应用软件，其中清华大学开发的“通用型弧焊工艺专家系统QHWES”因其较强的适应性和再开发能力而独具特色。吕波等[26]人开发的压力容器焊接专家系统，在锦西化工机械厂和金州重型机械厂取得良好的效果。

3 展望

目前，压力容器焊接自动化技术在国际上已经获得了广泛应用。我国压力容器焊接技术的发展主要经历以下几个阶段：手工电弧焊阶段、自动焊应用阶段、焊接低合金高强度钢制容器阶段以及压力容器大型化和焊接新技术发展阶段。在压力容器的制造过程中，积累了许多经验，其焊接自动化水平得到了发展。但与国际上工业发达国家相比，总体技术水平仍存在一定差距。为了最大限度地实现压力容器生产过程的自动化焊接，提高压力容器的制造水平，对其焊接自动化技术的应用研究还有待进一步提高。

(1) 硬件方面：

大部分焊接过程都需要一种特定静态和动态性能的电源。研究适应于焊接过程控制的新型电子型电源是目前焊接设备的发展方向。应用于压力容器的自动焊接设备在国际上发展较快，作为比较，我国在焊接生产中大量使用的是手工电弧焊，焊机的机械化水平和自动化水平较低。国内应加大高性能焊接电源、自动焊材(药芯焊丝、实芯焊丝)的研究开发力度；对传统焊接工艺设备进行智能改进，如以埋弧自动焊为代表的焊接方法设置参数自动调节器、熔深自动调节装置、焊缝跟踪系统以及程序自动控制系统等功能，以满足压力容器全位置焊接、智能控制的基本要求；新型焊接工艺方法(窄间隙焊、电子束焊、激光焊和现场组装自动焊接技术等)集微观、宏观技术为一体，为压力容器自动焊接技术领域提供了新的途径。焊接机器人是机器人与现代焊接技术相结合，用以完成焊接作业任务的典型机电一体化产品，它的开发和利用可视为焊接自动化的重要标志。用先进的计算机技术、自动化控制技术、信息技术来改造大量老设备，设计出自动化程度高、效率高和精度高的先进焊接控制系统是焊接自动化研究的重要方向。

(2) 软件方面：

提高焊接质量、改善劳动条件、提高劳动生产率，已成为所有焊接工作者的强烈愿望。焊接过程是特定能量转换条件下进行的化学和物理冶金过程，不同的焊接方法意味着不同的冶金过程和能量转换过程。焊接过程控制就是通过焊接冶金过程的特征来控制其能量转换条件。压力容器焊接过程的控制要求由简到繁，功能越来越强，精度越来越高，体现了生产力发展的进步和趋势。自动控制作为一个专门的科学在不断发展着，从经典的线性控制，到现代的非线性控制，甚至模糊控制、人工智能专家系统控制等，在现代机械系统中起到很大的作用。因此，需要研究焊接过程的动态行为特征，摸清决定焊接接头或焊缝质量的各种边界条件，寻找更合理的控制变量，建立能确保焊接质量的控制模型和控制方法。

目前，焊缝跟踪系统、人工神经网络以及焊接专家系统逐渐开始应用于压力容器的焊接自动化过程中，已成为压力容器焊接自动化技术发展的一个重要方向。研究焊接过程参数和检测传感方法及传感器，特别是那些直接或间接反映焊接过程动态质量的状态变量的检测传感器。其中，CCD视觉焊缝跟踪系统的研究具有很大的应用前景。

总体上来说，压力容器焊接自动化技术涉及到多门学科的综合利用。随着压力容器新型材料的研制和应用，其综合机械性能逐步提高，需要进一步开发新的焊接设备和工艺方法，充分借助于其他学科如电子信息技术、计算机技术和自动控制技术等实现焊接过程控制系统的智能化、焊接生产系统的柔性化以及焊接生产系统的集成化。从而使压力容器的焊接自动化水平提高到一个新的层次。

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作者简介：雷 毅(1960一)，男，副教授，主要从事材料成型及控制工程、无损检测方面的科研工作，通讯地址：山东东营市石油大学(华东)机电工程学院。

焊接技术作为一种传统的加工工艺经过上百年的发展，其应用领域涉及各行各业，焊接工艺方法近百种，在机械制造、航空航天、汽车、电子等行业已成为其它连接方式无法替代的工艺技术。尤其我国尚处于工业化过程中，钢铁的产量与消耗量均据世界首位，焊接技术依然起着非常重要的作用。纵观工业发达国家，钢铁强国同是焊接强国。

热轧厚板产品主要应用于船舶制造、建筑结构、桥梁、锅炉和压力容器、输送管线、海洋平台、工程机械等重要场合，因此对产品的质量、焊接性要求亦越来越高。这种要求表现在以下几方面：

（1）最大限度地满足强度、韧性的指标要求；

（2）优异的服役性能，包括耐高、低温性能，抗疲劳性能，耐介质腐蚀性能等；

（3）良好的焊接性能，包括广泛的焊接工艺适应性，高抗裂纹性，适用于大线能量焊接；

（4）符合各项法、规规定；

其中对焊接性的要求是最主要的内容之一，也是钢铁生产企业努力解决的关键技术。微合金化是钢铁产品改善和提高焊接性的核心。

冶炼和轧制技术的进步

1 纯净钢技术

微合金化离不开冶金技术的整体进步，铁水预处理、转炉炼钢、钢包精炼、真空精炼等精炼技术的采用，使钢中S、P 等杂质元素的含量远低于以往的低碳钢和低合金钢。

以实绩为例，目前的纯净钢冶炼技术能够达到如下水平：

[P+S+N+O+H] ≤80ppm

P≤20ppm， S≤5ppm，N≤20ppm，O≤10ppm，H≤1.0ppm

随着杂质元素的大幅度降低，结晶裂纹发生率随之大大减小，不再成为人们关注和研究的重点。

由于使用时结构设计的要求，钢板的板厚方向性能不容忽视。消除连铸坯中间偏析技术的日臻完善，大大降低偏析程度，改善了厚板的Z向性能。

2 控制轧制和控制冷却

控制冷却技术的发展推动了轧制技术的进步，使控制轧制和控制冷却有效结合，结合的结果使得钢种成分更加简单，钢板综合性能进一步提高。同时随着自动化控制技术在轧钢应用中的不断成熟，有条件生产高品质、高精度的产品。微合金化技术结合控轧控冷，在受控状态下实现形变热处理，具有形变强化、析出强化和相变强化的综合作用，可获得比合金化法、正火处理及调质处理，更好的塑性、低温韧性、高的强度，更重要是由于碳当量Ceq 和裂纹敏感指数Pcm的降低，焊接性能大大提高，逐渐由可焊向易焊方向发展。

目前热轧厚钢板制造被广泛采用的控制轧制（TM）有正火轧制，控制轧制（又称CR，分为两阶段轧制和三阶段轧制）；控制冷却工艺有加速冷却（ACC）和直接淬火（DQ）；控制轧制和控制冷却工艺结合形成TMCP工艺。

日本已采用TMCP 工艺生产出屈服强度570MPa 的结构钢，用于桥梁、压力容器和管线，并确保75mm 钢板焊接无预热、无弧坑裂纹。同时用相同工艺正开发屈服强度690MPa 的结构钢。

新型微合金钢焊接的优势

采用TMCP工艺技术，国外已开发出多种高强度焊接结构钢。较为典型的钢种有：

(1)新日铁研制生产的屈服强度420MPa的钢（符合API 2WGr.60），厚度40～70mm，焊后热处理Akv（-40℃）280J，且FATT 达到-90℃～-100℃、Akv150J，用于海洋平台；接着又开发了氧化物弥散分布的屈服强度500MPa 的海洋平台用钢。

(2)川崎制铁和神户制钢开发了屈服强度570MPa钢，焊接热输入可达200KJ/cm（为传统钢种的4 倍），-20℃下使用，焊接不预热，无弧坑裂纹、无硬化现象，厚度可达75mm，与SM570 相比具有明显的优势，用于桥梁建设，且无需涂装。

(3)新日铁采用氧化钛和氮化钛弥散分布技术（简称HTUFF－Super HAZ Toughness Technology with Fine Microstructure Imparted by Fine Particles）开发抗震建筑用钢490MPa、520MPa、590MPa系列，最大厚度100mm， 焊接热输入可达1000KJ/cm，局部脆化减弱。

(4) 芬兰采用TMCP ＋ ACC 技术， 生产NVE360、NVE400、NVE500，用于破冰船，、NVE400、NVE500，用于破冰船，NVE500 的Ceq仅为0.40%。
从以上实例可以发现，现代轧制技术的发展带来的是钢铁企业的低成本（合金添加量少），更主要的是为钢铁生产的下游用户提供更为直接的效益。

1 低裂纹敏感性

影响钢种焊接裂纹敏感性的因素来自淬硬组织、扩散氢、拘束度，碳当量Ceq 和裂纹敏感指数Pcm 决定了淬硬倾向。而微合金化技术和控制轧制技术的运用，使钢种的成分设计简单，合金总量减少，特别是碳含量的降低（超低碳），高温和中温转变组织比例提高，加之析出相的影响，形核增加，晶粒细化。形成针状铁素体和低碳贝氏体为主的组织，因此达到高的强度与韧性。成分的简化为提高钢种的抗冷裂性提供了保证。

2 高热影响区韧性

焊接热影响区的韧性是新型微合金钢的最主要的问题，此问题是伴随着高效焊接技术而来。为提高焊接效率，埋弧自动焊、气电焊（单丝、多丝、熔嘴）、电渣焊（KES、SES）广泛应用，随焊接线能量的增加对焊接热影响区韧性的损伤越来越明显。焊接研究者和钢种设计者不得不寻找能有效阻止HAZ晶粒粗化的技术。

各国冶金工作者经过多年的研究，首先发现了氮化钛的有效作用，并付诸实施，取得了良好的效果。更为令人感兴趣的是日本的研究人员发现氧化钛比氮化钛具有更强的高温稳定性，对钉扎晶界、阻止晶粒长大更为有效（即HTUFF 技术），使钢种承受的焊接线能量大大提高。

焊接研究面临的问题

我国在TMCP等轧制技术应用方面起步较晚，目前国内轧机的生产能力和技术水平远落后于日本等国家，作为其应用必不可少的焊接技术同样缺乏研究，国外的发展历史和经验值得借鉴。结合本人所从事的工作简要叙述以下几点想法。

1 焊接材料

钢级强度和韧性的提高首先迫切需要解决的是焊接材料的配套问题，这些配套焊接材料包括焊丝（实心、药芯）、焊剂、焊条及特殊焊材，尤其是高效焊接材料。因此下列品种将成为今后的研究和发展重点。

(1)开发适合于大线能量焊接用的焊丝（尤其是药芯焊丝），满足气电立焊和电渣焊；

(2)由于钢板抗裂倾向的降低，裂纹转移至焊缝金属，开发抗裂纹性良好的焊接材料是关键；

(3)高强度实心气保护焊丝，要求低飞溅、高性能；

(4)与高速多丝埋弧自动焊相匹配的烧结焊剂；

(5)特殊服役性能要求的焊丝，分别要求耐腐蚀、耐火、抗震；

(6)特殊的熔嘴电极；

更主要的是国内能形成品种相对齐全（包括实心焊丝、药芯焊丝、焊剂、焊条）、质量稳定的焊接材料生产企业。

2 焊接标准

1） 焊接材料

焊接材料标准一定程度上反映了焊接技术发展水平。我国现有的焊材标准，以实心气保护焊丝、药芯焊丝为例，有《气保焊用碳钢、低合金钢焊丝》（GB/T8110）、《碳钢用药芯焊丝》（GB/T 10045）和《低合金钢用药芯焊丝》（GB/T17493）；而日本对焊接材料标准的分类更适宜于用户的选用，有《碳钢及高强钢MAG焊接用实芯焊丝》（JISZ3312）、《耐候钢用CO2气体保护焊实芯焊丝》（JIS Z3315）、《钼及铬钼钢MAG焊接用实芯焊丝》（JIS Z3317）、《低温钢MAG焊接用实芯焊丝》（JIS Z3325）、《碳钢、高强钢及低温钢用气体保护焊和自保护电弧焊药芯焊丝》（JIS Z3313）《钼及铬钼钢MAG焊接用药芯焊丝》（JIS Z3318）《气电立焊用药芯焊丝》（JIS Z3319）和《耐候钢CO2焊接用药芯焊丝》（JIS Z3320），共计8个，日本是目前焊接材料标准最齐全的国家。

2） 焊接规程

目前我国焊接规程主要以行业划分，如JB/T4709 《钢制压力容器焊接规程》、GB50094《球形储罐施工及验收规范》等。而日本、德国均由WES和SEW制定只对应钢种（或钢级）的焊接规程，如WES3001《高强钢焊接》、SEW088《可焊细晶粒结构钢的焊接规程》，德国焊接学会还推荐针对各钢级的焊接材料选择建议，这对制造业用户极为方便。

3 新工艺的推广

微合金钢的优势明显，解决了冷裂纹和热影响区脆化问题，由于大线能量焊接导致焊后冷却速度低于轧制冷却期间的冷却速度，因而在HAZ 出现软化，与传统的合金强化相比，软化成为新问题。因此合理的焊接工艺措施仍然是焊接工作者的研究内容，包括焊接线能量的控制、焊接材料强度与母材的匹配等。

随着焊接技术的进步，高效的多丝埋弧自动焊、多丝气保护焊、冷丝焊、窄间隙焊成为最为实用的焊接方式，其主要目的在于既提高效率，又能控制焊接热影响区的高温停留时间、加快冷却速度。

精度制造概念的提出，新型的焊接方式正为工业界接受，其中激光焊接技术发展最为迅速，首先大规模地应用于汽车制造业，特别是激光拼焊板（Tailor Blank Welding）的推出，使激光焊接得以推广。最近国内已开始开展激光复合电弧焊应用于厚板（主要是船用钢板）的研究，这将为微合金钢的应用提供新的途径。

微合金化技术于控制控冷技术的应用为高强度钢的发展提供了充足的条件，提高了钢材的焊接性，特别是降低了冷裂纹的敏感性，在一定程度上简化了焊接工艺，减小了焊接加工的制造成本。同时微合金化也提高了焊接热影响区的综合性能，焊接线能量得以提高，可实现高效焊接。但仍然有许多问题急待解决，尤其是高效、高性能的焊接材料。

王建国　王　贵　刘晓刚

【摘要】　在对6CrW2Si钢剪刃失效方式和服役条件分析的基础上，提出了剪刃的综合力学性能要求。6Cr2Si钢报废剪刃表面经堆焊高合金耐磨层修复后，寿命比以前提高一倍以上。
关键词：失效　剪刃　堆焊

Restoring　Process　for　Shear　Blade　of　Hot　Shearer
Wang　Jianguo，Wang　Gui，Liu　Xiaogang
（Department　of　Science-Technology　Research，Baotou　University　of　Iron　and　Steel　Technology，Baotou　014010）

【Abstract】　The comprehensive mechanical properties of 6CrW2Si steel shear blade were demanded according to its failure forms and service conditions．When discarded shear blade was restored by surface welding of high alloy layer，its service life doubled．
Key　words：failure，shear　blade，surface　welding

1　前言
　　热剪刃的作用是将冶金厂轧制坯剪切成各种规格尺寸。由于工作环境较恶劣，传统6CrW2Si钢制剪刃性能难以满足使用要求，使用寿命较低，严重影响了生产的正常运行。以包头钢铁公司初轧厂生产的热剪刃为例，剪刃尺寸为400mm×200mm×150mm，采用6CrW2Si钢制造，热处理工艺为淬火＋回火，室温硬度为50HRC左右。由于红硬性较差，使用过程中硬度很快降至36HRC左右，并因剪刃磨损严重或卷刃而失效，每块剪刃平均使用寿命仅5天左右，这不仅影响生产的正常运行，而且剪刃消耗量大，生产成本较高。针对上述情况，我们和生产厂家对剪刃的服役条件及失效形式进行了深入地研究，并在此基础上开展了报废旧剪刃的修复工艺研究，经过修复后的剪刃平均使用寿命达10天以上，较以前提高了一倍，取得了较好的经济效益和社会效益。

2　剪刃服役条件和失效形式分析
　　热剪切机工作时，上、下刀台通过相对运动并在很大压力作用下将红热钢坯剪断。工作过程中剪刃和1000℃左右的钢坯接触，并伴有冷却水循环冷却。因此，剪刃受很大的压应力和高温摩擦力作用，同时还要承受一定的撞击和热疲劳作用。现场调查发现，剪刃正常失效形式主要是刃口磨损、卷刃，这说明剪刃工作刃口部分高温强度和耐磨性较低，不能满足刃口部分的性能要求，导致使用寿命较低。根据以上分析，剪刃应具有以下综合性能：①剪刃整体具有高淬透性，经过淬火、回火后整体保持足够的强度和韧性；②剪刃具有良好的导热性和较高的热疲劳性能；③剪刃工作刃口部分具有高红硬性和耐磨性；④剪刃工作刃口部分具有一定的冲击韧度。
　　从剪刃综合性能要求看，整体和工作刃口部分的性能要求显然是不同的，而这种不同的性能要求依靠6CrW2Si单一材料是难以同时满足的。传统剪刃的制造、处理工艺主要偏重于整体强度、韧性的要求，忽视了刃口部分的性能要求。基

于以上分析，我们认为采用堆焊方式在原来报废旧剪刃上，重新制造高红硬性、高耐磨性的工作刃口是解决剪刃整体和刃口不同性能要求较好的途径。

3　剪刃堆焊修复工艺
3.1　剪刃堆焊修复方法
　　堆焊前，将剪刃整体进行去油清洗，并对有缺陷部位打磨，然后在刃口部分开出10mm×15mm的堆焊槽。堆焊时，先将刀体和焊条在300℃～500℃预热2h，然后在工作台架上，通过手工电弧堆焊方法，在刃口部分堆焊具有高红硬性、高耐磨性的高合金堆焊层，整个刃口部分共堆焊10层左右，堆焊道次按一定顺序一次完成。同时对刀体有缺陷部位利用5CrMnMo焊条进行修补。堆焊修补完成后，剪刃立即放在井式电炉中缓慢冷却，然后再进行520℃×1h二次回火处理，最后在磨床上加工成规定尺寸。
3.2　堆焊刃口显微组织和性能分析
　　剪刃经堆焊修复后，在刃口部分取样进行金相组织观察和硬度测试，结果如图1～3所示。图1是剪刃基体组织，为均匀分布的回火索氏体，硬度测试结果为36.7HRC。图2是堆焊熔合区组织，堆焊层和基体熔合较好，基体一侧仍为均匀分布的回火索氏体，而刃口一侧呈现针状马氏体特征，马氏体针较细、较短，同时有颗粒状碳化物分布。图3是刃口靠近边缘的金相组织，呈现粗大针状马氏体特征，马氏体针因回火而呈黑色，硬度测试结果为61.2HRC。对刃口堆焊部位进行薄膜透射电子显微镜观察，组织形貌如图4所示。可从照片中清楚看到，马氏体在回火过程中析出了碳化物，碳化物为较规则的颗粒状，且尺寸相差较大。另外在原奥氏体晶界处，可看到呈多边形、尺寸较大的碳化物颗粒，显然，这种碳化物不是马氏体在回火过程中析出的，而是在堆焊过程中形成的二次析出碳化物。
3.3　讨论
　　当堆焊工艺制定合理时，堆焊层得到以马氏体为主的组织，且由于含有较多的合金元素Cr、W、Mo、V，使堆焊区奥氏体晶粒较细小，没有出现焊接过程中易产生的过热、过烧组织特征。虽然电镜观察发现，在原奥氏体晶界处有二次碳化物析出，但数量极少，对刃口的韧性不会造成严重的损害。剪刃堆焊后经520℃二次回火处理，硬度为61.2HRC，较回火前提高约1.5HRC，组织为回火马氏体，残留奥氏体基本消除。造成这一结果的原因是由于堆焊层中含有较多的合金元素，特别是Cr、W、Mo、V强烈提高马氏体的回火稳定性，使堆焊层仍保留原马氏体组织特征。同时W、Mo、V在520℃回火时可形成特殊碳化物，产生二次硬化效应。从图4可见，析出的碳化物细小、规则且分布较均匀，这些结果使堆焊刃口具有较高的红硬性和耐磨性。适当控制碳含量和合金元素含量又可保证堆焊刃口具有一定的韧性和较好的热疲劳性能，使剪刃工作刃口和基体具有不同的性能，满足剪刃的综合性能要求。经堆焊修复后的剪刃，在包钢初轧厂现场使用情况表明，刃口部分红硬性、耐磨性显著提高，从而延长了剪刃的使用寿命。

作者简介：王建国：男，40岁，副教授，硕士，处长。主要从事机械设备的设计、制造等开发研究工作，以及设备故障诊断、设备维修及修复技术研究工作。联系电话：(0472)5150485(O)　2132074(H)　该项目为内蒙古自治区科技攻关课题。收稿日期：1998年8月23日
作者单位：包头钢铁学院科研处（包头014010）

参考文献
　1　周振丰，张文铖.焊接冶金与金属焊接性.北京：机械工业出版社，1988
　2　陈天佐，李泽高.金属堆焊技术.北京：机械工业出版社，1991
　3　史美堂.常用模具钢热处理性能.上海：上海科学出版社，1984