一、关于焊接材料高端化的趋势
大家周知,1952年我国钢产量为135万吨,焊条产量仅几百吨,各类钢结构大都是采用铆接。然而,六十年来翻天覆地的变化,使焊接技术已成为制造业和工程建设中不可缺少的重要工艺与技术支撑。我们不但要看到:我国焊接设备、焊接材料和切割机具等直接为焊接加工提供器材的行业总产值至今已达600亿元以上。更要看到:在去年全国消费的近7亿吨钢材中,至少有3亿吨钢材在使用中涉及了焊接加工,焊接加工费用占各类焊接钢结构(包括各类机械、船舶、桥梁、建筑等)成本的5%至30%,由此计算焊接加工成本累计的总产值至少在3万亿元以上,因此可以说,我国已是位居世界第一的焊接大国。
当然,我们还应看到:与国内高端制造业对焊接品质的要求相比:与钢材品质提升相比;与制造业数字化智能化的进展相比,我国的焊接技术和焊接产业仍有较大的差距,尤其在一些焊接器材和若干高端装备焊接方面,仍落后于发达同家。为此,作为焊接工作者,我们有责任思考如何促进和推动焊接材料高端化的进程,以适应国民经济诸多领域创新发展的现实需求。在这里我想谈几点看法,仅供大家参考:
1、焊材数量将不会再快速增长:
从1996年~2010年,是我国钢材和焊材高速发展时期,1996年我国钢产量近1亿吨,焊材产量约75万吨:2010年我国钢产量达6.7亿吨,焊材产量445万吨,都增长了6倍多:2011年焊材总产量已达470万吨。这种数量上的扩张,今后可能难以为继。
“十二五”规划明确指出:今后五年是我国“加快转变经济发展方式的攻坚时期”。对我国焊接材料产业而言,可能将面临前所未有的变局。市场需求将使焊接材料向高端化方向发展,推动转型升级将淘汰落后产品和落后生产能力。这种变化已经逐渐开始显现出来:
(1)焊材结构的调整在加快。2011年按焊条产量与焊材总产量比例测算的焊接自动化率为52.4%,但焊条产量中包含了三十多万吨出口焊条,因此扣除出口焊条,国内消费的各种气保护焊丝、药芯焊丝和埋弧焊材的数量已占焊材总消耗量约59%。就全国范围而言,按使用焊材品种测算的“自动化率”已接近60%。当然这是一种“初级自动化率”,因为其中包含了大量的半自动化手工操作,这也与近年来的市场调查相吻合,诸如各行业中大部分大型企业消耗焊材中的焊条比例已降到30%以下。
(2)与钢产量相对应的焊材消费量正在下降。过去二十多年来,我国焊材消费量与钢产量的比值一直在0.7%左右,而国外发达国家均为0.3%左右。就单位钢产量而言,我国焊材的消耗量是发达国家的一倍以上。分析原因一是由于管理落后,浪费大:二是钢材档次低,消耗大;三是焊接结构设计落后.焊接工作量大;四是焊接自动化程度低,焊条的浪费和消耗大。然而,这种情况近年来已在逐渐改变。扣除出口的焊材后,2009—2011年连续三年国内焊材消耗量均为400万吨左右,而2009年的钢产量为5.7亿吨,2011年的钢产量为6.8亿吨。按此测算,内需焊材量与钢产量的比值,从2009年的0.7%,降到2011年的0.585%。今后几年有可能降到O.5%以下。因此我国焊材的总体内需量将可能逐年递减,产能过剩的状况将日益凸显,企业转型调整是必然趋势。
(3)焊材的品种调整和品质升级已逐渐显现。例如高强钢实心焊丝,按焊材行业统计报表.2009年的产量为5.6万吨,2010年为7.3万吨,2011年为17.4万吨。高强高韧性焊条、低温钢焊条、耐热钢焊条等产量也在增长。总之,按照目前的钢材走势和各行业的焊接技术发展,焊材消耗的比值将逐渐降低。预计今后我国焊材产量可能将不会再增长,并可能逐年下降。也可以说,我国焊材的发展已到了一个新的转折点,今后的发展重点是焊材品种结构的调整和品质的提升。
2、焊材必须随钢材进展而提升品质
近年来由于钢材冶炼和轧制技术的巨大进展,焊缝金属的洁净度(S、P等杂质的含量1和韧性已较为普遍地落后于钢材的性能。现在我国大型钢铁企业已基本建成“洁净钢”生产流程和钢水二次精炼设施,精炼比已超过70%。钢材的含碳量与硫、磷、氧、氮、氢杂质含量正在进一步降低,钢材的品质正在逐渐接近围际先进水平。值得注意的是,我国的主要行业用钢的国家标准中钢材硫、磷含量已低于国际标准(ISO)的规定值,冲击韧性已高于国际标准(ISO)的规定值。而我国焊材国家标准,包括新修订的焊条标准,仍沿用与国际标准 fISO)等效的传统概念,因此焊材和钢材的国家标准,已呈现较大的明显差距。于是,制定高于国家标准的企业标准,或以实物水平作为供货保证条件,是提高企业市场竞争力和提升企业形象的有效措施。
3、高端焊材将成为企业实力比拼的热点
在“十二五”时期将加快发展战略性新型产业。国务院在相关决定中指出:“发展战略性新型产业已成为世界主要国家抢占新一轮经济和科技发展制高点的重大战略”,包括“高端装备制造产业”、“新材料产业”、“新能源产业”、“节能环保产业”等。有关专家预测,今后十年我国高端装备制造业的销售产值将占全部装备制造业销售产值的30%以上。因此,用于高端装备制造产业、新材料产业、新能源产业等战略性新型产业的各种高性能优质焊接材料,可定位为“高端焊材”。
“十二五,时期,对各类高端焊材的需求量,将大幅度增长。主要有:用于核电机组的不锈钢、镍基合金和高强钢等各类高端焊接材料。例如:核电站堆芯区部件用焊材,现全部为进口。该焊材需满足最新APl000和 CAPl400第三代核电设计规范的严格规定,对焊缝金属的杂质含量和力学性能有严格要求。在进口的国外某公司焊材熔敷金属中,硫小于0.003%,磷小于0.007%.铜小于0.01%,钛小于0.013%,铝小于0.004%.钒小于0.004%,铌小于0.005%,钴小于0.005%,锌和铅均小于0.002%。此外,其力学性能还要满足室温强度,
用于超超临界火电机组的各类高端焊接材料。对目前已推广使用的
用于海洋工程装备制造的高端焊材经过二十多年的努力.我国已建成年产5000万吨的海上采油能力。“十二五”时期将在我国的近海再建成年采油5000万吨的生产能力,总投资将超过2500~3000亿元人民币。在制造和安装中需焊接的海工装备,包括钻井平台、采油平台、工程船舶、水下管道及储油罐等,主要采厢高强高韧性、低温高韧性、耐海水腐蚀等各类高端焊接材料。
用于石油化T行业的高端焊材石化行业年消费钢材己达1500万吨以上,其中包括了各类高档钢材,对焊接性能的要求越来越苛刻,包括不同强度级别的高强钢焊材、不锈钢焊材、抗氢钢焊材、新一代耐热钢焊材、各种低温钢焊材等。
此外。纳入高端焊材生产范畴的品种,还应包括造船、压力容器、桥梁、工程机械、高层及大跨度钢结构、水电、重型机械等行业用焊材中的高性能产品或更新换代产品。
在这里,需要强调指出的是:各类高端焊材.包括高性能的各种焊条、实心焊丝、药芯焊丝和埋弧焊材等.目前在焊材销售总量中不到10%,预计五年后可能增长到占焊材销售总量的20%至30%左右。各类高端焊材的品质.不但取决于研发水平.而且更重要的是取决于现代化的生产装备,特别是检测仪器的水平以及质保体系的有效性。因此一般使,H=j单位都要先对焊材生产企业的实力作上述考察之后。才决定可供选择的供货单位。
高端焊材由于技术含量高,附加价值也较高,优质优价将成为“十二五”时期焊材企业实力比拼和市场竞争的热点。就高端焊材的国内市场需求情况而言:
(1)从历届埃森焊接展览会可以看出,国内最缺的品种是用于气保护焊和埋弧焊的各类特种实心焊丝。由于化学成分不同,批量少,国内钢厂不愿供货,因此外商报价高。从发展前景看,用特种金属粉j卷焊丝代替特种实心焊丝,将是今后的一个方向。
(2)今后几年普通焊条的市场需求量将逐年下降,但高端焊条的需求量将逐年上升。
(3)药芯焊丝发展,应从重规模、重数量转向重质量、重品种。一是目前生产量最大的普通钛型气保护药芯焊丝在船舶建造市场中的容量已趋饱和,预计甚至可能会逐年下降。,船用钢材正在向高强度、高韧性方向发展,要求焊接接头具有更高的强度和韧性及抗裂性能,药芯焊丝的品种需要更新换代,提升性能。二是药芯焊丝在建筑钢结构、桥梁、输油输气管道、重型机械等其他产业中的应用,有待不断开拓市场。i是随着数字化逆变焊机等新型焊接电源和控制技术的进步,已能使实心焊丝C0:气保护焊的大电流焊接效率和作业性能与药芯焊丝相当,因此一些用户在普通的结构钢焊接时,将会选用价格较便宜和易保管的实心焊丝。也就是说,数字化逆变焊机加优质实心焊丝的这种匹配,可能会为更多用户接受,因此一般结构钢焊接中.药芯焊丝的应用将可能会萎缩。因而药芯焊丝的发展方向,应转向多品种的低合金钢、合金钢、不锈钢药芯焊丝、堆焊及喷焊药芯焊丝等。
(4)目前,熔炼焊剂和烧结焊剂的品种和品质都满足不了国内市场的需求。据不完全统计,现每年进口焊剂一万吨左右,其中每年从日本进口的焊剂,连续多年都超过5000吨。
综上分析,可以预测在今后几年,中国焊材企业,包括内资和外商企业,已经到了重新洗牌的时候了。
4、企业升级转型中建议关注的相关工作
(1)高端焊材性能稳定的基础是原材料性能稳定。为此国外各知名企业和在国内经营较好的外商企业,都已在厂内专门设立原材料处理车间,逐批逐捆的检验购入的盘料、焊线和钢带,对粉剂原材料作分批混匀、过筛、化验及烘焙等处理。
(2)对焊条、镀铜焊丝、药芯焊丝、焊剂等生产设备,进行升级换代,淘汰落后装备。
(3)应建立在连续生产过程中,对各种原材料和焊材成品快速检测的手段,动态监测产品的质量稳定性。为此必须购制有关快速分析仪器和建立严格的品质监管程序和体系。
(4)有实力的企业应通过产、学、研、用的紧密合作,进行必要的应用基础理论研究。例如:①碱性低氧渣系如何同时降硫降磷?仍是当今焊接冶金理论中尚待解决的课题。②各种级别高强钢、耐热钢、低温钢等焊缝金属成份——组织——性能关系的基础研究。③目前性能优良的钛型药芯焊丝必须采用价格日益高涨的进口高品位金红石,急需研究如何用同产原材料替代或改变渣系,但仍需保持其优良的使用性能。④应用信息化技术,对焊材生产全过程进行监控管理,研制相应的软件和网络系统等。
(5)不但要培养企业的研发人员和管理人员,也要培养能指导用户使用的销售工程师。
总之,各类高端焊材的品质,不但取决于研发水平,更重要的是取决于现代化的生产装备和检测仪器及品质管理体系。
二、关于焊接与信息化技术的协同发展
大家知道,中国制造业至今规模已经很大,在制造业行业分类的30多个大类中,已经半数以上行业生产规模居世界第一,但是制造业总体水平还比较低,产业结构调整的要求十分迫切,提升空问很大。对于广大科技工作者来说.积极促进工业化与信息化的紧密结合,着力推进制造技术机械化与信息化的两化融合不仅是我们义不容辞的责任,也是提升机械制造业推动制造技术走向现代化的有效途径。
近年来,国际上一些大公司提出“智慧地球”的概念,实际上是互联网与物联网的有机结合;是新一代网络和信息技术的深度应用;也是信息化与工业化的深度融合,这一理念受到全世界的广泛关注。我们已经并不断深刻地认识到信息技术是经济增长的“倍增器”、是发展方式的“转化器”、是产业升级的“助推器”。为此,特别要重点推动和深化信息技术在制造业中的应用。实现两化深度融合,显著提高制造技术与生产过程的信息化程度,进而提高其现代化的水平。
现代工业的发展与制造技术的创新已越来越依靠对事物规律的认识和科学原理的理解。于是.现代制造过程已不仅仅是一个物质化的增值过程,同时也表现为一种以知识和信息为要素的新生产方式,进而体现以提高质量、节能减排和增强综合效益为目标的现代化工业特征。
至今,科技与经济的发展已进入了基于知识信息时代。知识是信息应用的基础,当信息通过知识的提升成为能解决实际问题的时候,将会把制造业推向具有更高生产力水平的新阶段,将会极大地促进人类社会更好、更快、更和谐地创新发展。可见,用信息化提升机械制造业是一个有效的切入点:一是将使信息化从对制造的宏观管理深人到制造的微观细节;二是将使信息化从对制造工序与物流的低成本控制进入到对制造工艺与技术的高品质优化。从而将逐步替代从事重复性操作的工人及其传统生产方式,使社会生产力得到又一次新的解放与发展。
具体地说,在积极促进产品设计数字化、生产装备智能化、制造过程自动化和经营管理网络化水平迅速提高的同时还要关注由于电子信息以及通信技术的发展推动和催生一批新兴工业领域的蓬勃发展。
在这里,仅以“增材制造技术”的发展趋势来说明一下两化融合的必要性。增材制造最原始的形态就是堆焊,例如用焊条手I丁-电弧堆焊或用自动化的小电流钨极氩弧填丝堆焊,只是这类焊接热源不具有显著的柔性和技术优势,尚不能满足增材制造的实际需求。,然而高能束流(电子束、激光束、离子束)是最具柔性的热源.这正是在过去20年间增材制造技术得以迅猛发展的技术基础,可聚焦、可扫描、可偏转的长焦距高能束流与CAD/CAM技术相结合,在真空室内或惰性气体保护的环境中.向加热区填送金属丝材或铺送金属粉料,材料逐层熔化、凝固堆积,构成了无模具的快速成形或称金属直接成形的增材制造技术。
特别是在航天航空等诸多领域的多品种、小批量、复杂结构的制造过程中,结构设计方案总是在不断修改完善,增材制造技术的优势在于能顺应这种变化,并做出快速反应,以无需模具而实现新结构方案的低成本短周期快速制造。例如:可用激光铺粉在充氩室内完成增材制造钛合金结构件和在真空室内完成电子束送丝增材制造钛合金结构件等等。
可以看出:这是增材制造形成实物构件的五个基本环节——①电子制图②数据传输③能束扫描④材料融化⑤逐层叠加。
也就是说,具有柔性可控的焊接热源与CAD/CAM技术相结合,都有可能形成新的增材制造方法。增材制造技术是采用把材料逐层累加的方法制造实体零件的技术(做加法),相对于传统的把材料去除/切削加工技术(做减法)来说,该方法是一种“自下而上”的快速制造方法。
近二十年来,增材制造技术取得了快速的发展,这一技术不需要传统的刀具、夹具和多道加工工序,在一台设备上可快速地直接制造出复杂形状的零件,从而实现“自由制造”。可以看出,这一新技术缓解了难以制造的复杂结构零件的成形问题,减少了加工工序,缩短了加工周期,而且越是复杂结构的产品,其优越性越加显著。增材制造原理与不同的材料和不同的增材制造工艺相结合形成了许多增材制造设备,目前已有设备种类达到二十多种。并在诸如电子、机械、汽车、航天航空、医疗、工业设计等诸多领域得到了应用。其特点是实现单件或小批量的快速制造,这一技术特点决定了快速成形在产品创新中的明显作用。
增材制造技术的发展具有美好的前景,但也面临着巨大的挑战。例如:材料的物理与化学性能往往制约其工艺的实现,其质量、精度、效率与成本等问题也尚需予以关注和解决。总体来看,增材制造技术在制造丁程领域有如下三个主要发展方向:
在工业造型、产品创意等方面向“三维打印”制造方向发展:
在金属材料、陶瓷材料以及复合材料的成形方面向功能零件制造方向发展:
在“设计一材料一组织一结构”一体化制造方面向控形控性制造方向发展。
在今后10~20年,可望实现如下三个主要目标:
一是实现微米级的高精度制造:二是实现大型构件的高效率制造:三是实现多材料和多工艺复合的控形控性制造。目前,在工业发达国家增材制造技术发展较快。例如:在航空航天领域应用量大约8%,尤其适合于多品种、小批量、复杂零件的制造。由此可见,增材制造技术与企业产品创新紧密结合是推动其发展的根本动力。
为此,当前在以加快产业结构调整和发展方式转变为主线,着力推进技术优化和产业升级的同时,要把推进制造技术机械化与信息化的两化融合作为促进制造业在高起点上加快发展的重要环节。这已成为我们制造科技工作者务必面对的一个十分艰巨而重要的历史任务。
三、关于焊接细分产业的有机整合
至今,我国虽为“焊接大国”,但仍缺乏“大国”应有的实力。我们已经看到,现代装备的使役正趋向各类“极限”工作环境,而且进一步提出了长寿命、高可靠的要求,这些需求的挑战正颠覆和转变着“焊缝成形美观”这一传统的焊接质量评价观念。
我们还在面对,焊接的供需市场整体上依然处于“高端靠国际名牌、中端靠合资引进、低端靠国内拼抢”的势态,同时在焊接领域之内,其工艺、装备、材料三大基本板块(或三大焊接细分产业)之问仍然十分缺乏有力度的相互融合,影响了在国内外重大焊接工程中的市场占有率。也影响了相关企业的发展。在焊接的基础理论与应用研究方面也鲜有具有国际影响力的亮点与贡献,这些现状将会极大地制约焊接技术自身的进步及其与相关学科的协同创新和持续发展。
我们期待着具有“中国设计”和“中国创造”特色的焊接制造业,就是为了不再以“引进”作为提高起点的主要措施,不再以“仿制”和“替代”作为中国制造的主要目标;不再以“一哄而上”的“主流式”研发作为“赶超”的主要方式;不再以“低端”的无序竞争作为生存的主要手段。在国家经济建设的各大支柱产业对焊接的需求中,其关键工艺、关键装备和关键材料要以依靠自己的能力和符合国情的创新去解决。犹如不同的文化,其特色问的碰撞与激发成就其灿烂.犹如生生不息的自然,当优势的互补与融合方能出类拔萃。
焊接同样遵循着社会与自然发展的这一“推陈出新”规律。更如同改革,焊接同样进入了发展的“深水区”,已不能再依靠“人口红利和资源红利”,已不能再依靠引进和依赖进口,更不能踏人“比较优势”的陷阱之中。
为此,我们焊接工作者将必须与各界同仁一起,加强焊接制造业与自动化、信息化、数字化、智能化以及绿色化等高新技术的深度结合,促进多学科的交叉发展,集中攻克一批长期困扰焊接产业持续进步的共性技术。倡导产品与技术发展的多维与个性化,推动新技术、新工艺、新设备、新材料的示范应用,着力打好“焊接强国”的翻身仗,为中国制造业的进步与崛起做出更大的贡献。
我希望,通过焊接界广大同仁们的锐意进取、协同创新,努力实现从仅仅关注单个产品攻关,向更要关注焊接产业链整合方向转变,努力实现从仅仅关注争取订单、争取项目,向更要关注人才团队建设与项目间的有机结合方向转变。我作为一名焊接工作者,更加衷心的祝愿:业内上下,凝心聚力,主动作为;创新驱动做强,内生增长健康,拓展高端市场。
最后,让我再一次祝福:焊接同仁们身体健康!万事顺达!谢谢!