调查报告(电焊机)
2004年调查报告（电焊机）
1我国焊接材料生产现状
1.1 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
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13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。
2.2 存在的主要问题
（1）（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近一倍。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）（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
表3国际著名公司气体保护实心焊丝品种数量与中国
表 4 国际著名公司药芯焊丝品种数
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研究机器人、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。
2.3 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14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，
图14 日本焊接材料总产量和各种材料比例统计图
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。从图15中可以看出在这10年里，各种焊材相对比例的变化，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
图15 日本近10年各种焊接材料产量比例统计
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。
3 我国焊接设备生产与应用情况 3.1 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16）。近几年来，由于CO 2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，平均每年以
20％－30％的速度增长。但是电焊机的产量和企业焊机的比例，不足以说明企业焊接的现状，因为焊机的数目不反映利用率。企业年消耗焊接材料的比例才能表明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17可以看出，中型企业用气体保护焊焊丝的比例最高，达到72%，焊条使用量较少（11%）；而大型企业的焊条用
图16 全国100家焊接相关企业电弧焊机比例
图17 100家企业中特大型（左）大型（中）和中型（右）企业焊材消耗比例
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%。这个统计结果可反映我国主要企业的焊接现状。
全面推进用CO 2或Ar+CO 2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18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药芯焊丝和/或埋弧自动焊的用量较大，实心焊丝CO 2气体保护焊的比例相对较低。
图18 不同行业中以气体保护焊取代焊条手工焊的比例
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的先进焊接设备，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近千家。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行业的，主要是少数几家合资企业，外国技术占有主导地位。这种现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，特别是气体保护焊的焊机。
3.2 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，如图19所示。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（图中带有斜杠的部分）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（斜杠部分）。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
图19 全国焊接机器人的行业分布（2001年底）
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。从图19中还能看出，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。
在制造业中推广应用焊接机器人是企业今后技术改造的主要方向。然而，焊接机器人的应用是一项系统工程，牵涉前后工序和部门上下之间的协调。在1995年进行的第一次全国焊接机器人调查中，就发现约有1/4的焊接机器人工作站不能正常应用，一般需要半年到一年的适应期。原因就是前后上下没有配合好，例如存在前序提供的零部件尺寸精度或一致性不稳定，装配胎夹具精度达不到机器人焊接的要求，机器人的操作、维修人员的素质和队伍的稳定不理想，生产计划和设备利用率不匹配，工件图纸不能及时修改以适应机器人焊接，操作人员的奖金和工资分配不合理，企业及车间管理层对使用机器人的认识不全面、不一致，对解决出现的问题缺乏信心等问题。目前情况已大有改善，除了少部分焊接机器人还没有正常使用外，大部分都已经在生产中发挥重要作用，特别是在汽车制造和汽车零部件行业。今后继续推广使用焊接机器人必须避免上述现象的重复出现。这需要通过宣传、交流、专题研讨会来提高企业决策层和技术人员的认识，普及已经取得的经验。
当前企业使用的焊接机器人工作站大多是用示教-再现型的机器人，不具备自适应能力，因此要求工件的装配尺寸必须稳定。近期我国有一些铁路车辆厂开始引进带有激光视觉传感器的焊接机器人，不仅能自动寻找和跟踪接缝，有的还能对坡口（间隙）宽度的变化自动进行一定的自适应调节。今后带有视觉传感器的焊接机器人将会不断增多，这是一个重要的发展方向，特别是对大型工件的焊接。大型工件的焊接自动化是比较困难的，由于工件的尺寸大、重量重，难以精确装配，过去一直采用手工焊或气体保护半自动焊。随着我国装备制造业的发展，重、大、厚件的焊接必然会继续增多。例如图1 所示的水轮机转轮，实现焊接自动化势在必行，而采用视觉传感器是一种高技术的发展方向。遗憾的是，到目前我国还没有一家生产焊接用的视觉传感器厂家，企业应用的视觉传感器全部是进口的，价格也相当昂贵，影响大面积推广。
3.3 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。
表6 焊接机器人和焊接专机的特点对比与选择原则
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。图20和21为冷藏集装箱铝合金T型底板焊接专用生产线和汽车消音器焊接专用设备。
从统计的115家各类企业的情况看，弧焊专机共有1,742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
图20 集装箱铝合金T 型底板焊接生产线 图21 汽车消音器焊接专机
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。 3.4 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，如图22和23所示。图23的手动变位机，要求尽量使其旋转轴和倾斜轴都通过工件的重心，这样即使是很重的工件也能用手轻松搬动进行变位。但是，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
图22 电动旋转/倾斜变位机 图23 手动变位机（平衡式）
机，工件仍是放在地上焊接。然而，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CO 2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条件，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。
4 焊接结构用钢量状况 4.1 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7,350万吨，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集成图，如图24所示。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，预计今年将会提高到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
图24 原苏联和日本20世纪80年代焊接结构用钢量
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。
4.2 钢材的主要用户
我国焊接结构的用钢量2002年达到7,350万吨，但需要进一步搞清楚哪些行业是用钢大户。根据最近冶金部门的统计数据，1998年到2002年全国8大行业钢材需求量的统计结果如表7所列，但是必须指出，表7的数据并不全部都用于焊接结构。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（包括桥梁、钢结构建筑等）、管道、汽车行业是用钢大户，每个行业年用钢量都在300万吨以上，其次是造船、电站设备、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。应该引起有关方面的足够重视。
日本1995年到1999年9大行业用钢量的统计数据分别如图25a、b所示。这些数据并不全部为焊接结构。从中可以看出建筑、建设、土木和汽车行业是日本的用钢大户，年用钢量都在400万吨以上。他们把这些没有确切用户的用钢量归在“贩卖业”类中。对比日本与我国的用钢量，我国建筑行业（相当于日本建筑、建设、土木行业）的用钢量明显超过日本，而其他行业都较低。说明我国的基建规模发展很快。近年来日本焊接界对提高钢结构件的焊接效率和质量给予了高度的重视，在焊接中采用了诸如焊接机器人
或带有激光跟踪传感器的焊接专机等先进装备。因此，我国焊接工作者不应把注意力只集中在少数几个行业，应扩大视野关注更多行业，使我国的焊接技术在各个行业都能均匀全面发展。
图25a 日本1995-1999年各主要行业用钢量
（主要表示500万吨以上的行业，用钢在500万吨以下的行业见下图）
图25b 日本1995-1999年各主要行业用钢量（表示上图中500万吨以下行业）