焊接在国民生产中的作用

焊接在国民生产中的作用

内容提要：焊接是一种先进的制造技术，它已从单一的加工工艺发展成为现代科技多学科互相交融的新学科，成为一种综合的工程技术，它涉及到材料、结构设计、焊接预处理、焊接工艺装备、焊接材料、下料、成形、焊接耐磨焊条生产过程控制及机械化自动化、焊接质量控制、焊后热处理等诸多技术领域。焊接技术已广泛地应用于工业生产的各个部门，在推动工业的发展和产品的技术进步以及促进国民经济的发展都发挥着重要作用。

关键字：焊接、国民生产经济、发展、

正文：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。

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。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。

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。

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，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。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的舰船。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。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。

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；焊接制造了600MW热电站锅炉，其汽包长30m，壁厚203mm，重250吨。随着我国航天事业的发展，近年建成了国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。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”号载人飞船和长征系列运载火箭的燃料箱，都是全焊接的铝合金结构。等离子切割新技术在制造化工设备中的应用

1960年科研单位与工厂合作研制成功氩气等离子切割机并定型生产。这项技术为国内制造化肥设备起到了重要作用，它解决了制造化肥设备中不锈钢切割关键问题，这是焊接工作者子瞄准国民经济建设需要，超前发展焊接新技术的典型例子。12000吨水压机的制造 ，60年代我国大型水压机只有一台，12000吨水压机立柱还不能整锻制造。我国创造性地用电渣焊新技术，分段锻-焊制造出12000吨立柱。这一成就显示出焊接在制造重型机械设备的潜力。大型球形储罐的制造，我国大型球罐的建造，对焊接是一次大练兵，使我国建造球罐的水平上了一个新台阶。目前我国已形成了一支强大的球罐建造队伍，随着国内科研的不断发展，建造球罐技术又有新的发展，特别是焊后消除应力处理已有国际先进方法。除了目前采用热消除应力外，还可以用国内研究成功的热水过载处理与爆炸工艺消除焊接应力等先进方法。焊接在国防建设中作用，60年代我国研制成功等离子焊、真空电子束焊、真空高温钎焊、储能电阻焊与缝焊、充氩箱内氩弧焊或氦弧焊等焊接新技术。这些新技术及时地应用于国防尖端产品的制造，为我国两弹一星、核潜艇、宇宙飞船等制造成功起到了重要作用。 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)大型水轮机转子叶片的抗泥沙、抗气蚀材料的堆焊。

焊接在未来制造业发展中的作用，焊接是一种现代化了的传统加工技术，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）就会超过2亿吨，按这个速度发展，2010年预计会超过3亿吨，而到2020年可达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。根据冶金行业的预测，2005年和2010年我国8大行业钢材需求量如表1所示。八大行业用钢量约为钢总产量的80％。

表 1 八大行业2005年和2010年钢材需求预测 （万吨）

焊接结构的用钢量将可能从现在的7,350万吨（占钢产量40%）增加到2010年的1.8亿吨（占钢产量60%）以上。这样巨大的潜在发展趋势是无论如何也不应忽视的。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、再制造、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工成可投入市场的产品的首选加工方法。

——焊接不应再是一种“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。

——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。

提出以下两点不成熟：

1.大力推广焊接科研成果

中国焊接协会的成立对于推广科研成果创造了很好条件。推广科研成果复杂，需要各方面包括上级行政领导、科研院校、生产企业的支持。科研成果推广要公正合理、不要掺杂本位主义。

改革开放前，由于不是市场经济，看不到科研是第一生产力，焊接科研成果很难应用到生产。尽管我国焊接科研水平与国际相差不大，有的已赶上国际先进水平，但国内焊接生产与焊接产品与国外相比有较大差距，不少高水平焊接科研成果如能用于国家重大工程，不仅可以提高工程质量，而且还能大幅度降低制造成本。例如我国大型水轮机转子采用0Cr13Ni5Mo整体铸造是否合理值得考虑，因为水轮机转子受泥沙磨损与气蚀联合作用下的磨损破坏只是在叶片与下环小部分，而不是整个转子，如果采用国内已研究成功、抗磨蚀性能远比0Cr13Ni5Mo好的材料铸造叶片或用此材料堆焊一般铸钢叶片，然后与转子上、下环焊接，焊后用研究成功的爆炸工艺消除焊接应力处理，这样制造水轮机转子，不论在设计上和合理选材上都是先进的，这是一条又好又省的制造水轮机新途径。

40多年来，我国有不少有水平、有价值的高水平科研成果得不到推广，对国家是很大损失。我建议两会今后创造条件，使科研与生产互相结合，推广科研成果。

2我国焊接水平的评估及今后方向

我国已有一支相当水平、实力雄厚的焊接队伍，它为国家建设作出了重大贡献。由于我

国科技力量分散在科研单位、高等院校，科研成果除了在学会刊物上刊登外，不少发表在国外刊物，有的只能见之于科研成果鉴定会上，所以要全面了解我国焊接水平与优势是比较困难的。所以我建议两会组织专家，对焊接成就作一个认真、公正、合理的评估。评估专家是关键，应该聘请有真才实学、为人公正、不受框框限制的专家。要评估的科研成果可由焊接专业委员会公正推荐，也可由单位直接申报具有国际水平的科研成果。相信我国有些领域已达到国际水平或国际先进水平，把这些成果综合起来就是我们对世界的贡献。另外通过评估还可以了解各单位的优势与特点。两会应有意识地将这一工作组织起来，形成我国独特的科技体系。

我国今后焊接发展要考虑两方面工作，一是以钢铁与有色金属等常规冶金材料的焊接为服务对象，这是大量的、长期的工作，焊接工艺以熔焊为主的常规焊接，但要向高效率、自动化、低成本方向发展。二是要解决先进的新型材料的连接问题，这种先进材料不是常规冶金方法生产，而是用特殊工艺制造，如急冷非平衡合金的非晶态材料、纳米材料、金属间化合物、工程陶瓷以及复合材料等。上述材料不能用熔焊方法，而需要用特殊连接方法解决，这要求创新，难度很大，有很多科研工作要做，所以决不是焊接没有工作可干了。现在重要的是要发挥国内科技力量，公正合理的组织起来，攻克新型材料的连接。