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(gè)感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)。一、焊接過程的實(shí)質(zhì)和焊接方法的分類1、焊接過程的實(shí)質(zhì)焊接的目的是將兩個(gè)或兩個(gè)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(duì)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(dá)到原子結(jié)合的一種方法?！眴栴}1：兩個(gè)彼此靠近的工件能否達(dá)到原子結(jié)合？為什么？問題2：焊接過程的實(shí)質(zhì)是什么？在機(jī)械制造業(yè)中，使兩個(gè)或兩個(gè)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(gè)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(chǎng)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?yàn)樗哂幸幌盗袃?yōu)點(diǎn)。（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?yàn)樗恍枰o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(zhǎng)時(shí)間以后有可以會(huì)松動(dòng)，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(shí)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(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短。這一點(diǎn)對(duì)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(shí)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?yàn)楹附咏Y(jié)構(gòu)的截面可以按設(shè)計(jì)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?yàn)橐后w要想讓它流動(dòng)的好充分到位，就必須要有較大的空間，這勢(shì)必會(huì)用到更多的金屬材料。

（3）通過焊接，可以很方便地實(shí)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(jìn)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(jī)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(shí)，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(jiǎn)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(jī)械加工，就能投入裝配和焊接。（7）接頭的強(qiáng)度高與鉚釘或螺栓結(jié)構(gòu)的接頭相比，焊接接頭的強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度等于甚至高于母材的強(qiáng)度。（8）焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性大（9）焊接接頭密封性好焊縫可以達(dá)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(jiǎn)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(duì)于焊接結(jié)構(gòu)來說，結(jié)構(gòu)越大、越簡(jiǎn)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(jì)上就不一定比鑄造或鍛造結(jié)構(gòu)優(yōu)越。（11）容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)高效率的機(jī)械化和自動(dòng)化焊接生產(chǎn)，其綜合經(jīng)濟(jì)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(diǎn):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(yuǎn)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(shí)現(xiàn)焊接連接的整個(gè)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(shí)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(dòng)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(jiǎn)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(duì)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(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)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(duì)大型、高參數(shù)(高溫、高壓下運(yùn)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(gè)金屬焊件加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，隨著熱源的移動(dòng)，熔池也隨之移動(dòng)，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(gè)焊件連接成一個(gè)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(shí)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(rùn)，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(zhǎng)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(hù)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(duì)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)、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(hào)和型號(hào)、成分、性能和用途等內(nèi)容；焊接用保護(hù)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(dá)到如下學(xué)習(xí)目標(biāo)：

(1)知識(shí)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(diǎn)。

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(diǎn)、型號(hào)和牌號(hào)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(cè)》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(shí)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(shí)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(shí)際，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。

2)注意前后知識(shí)的融會(huì)貫通和相關(guān)知識(shí)的綜合運(yùn)用。

3)學(xué)會(huì)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(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)，仔細(xì)觀察，積極思考。

5)重在知識(shí)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(guó)的殷朝采用鑄焊制造兵器。

公元前200年前，中國(guó)已經(jīng)掌握了青銅的釬焊及鐵器的鍛焊工藝。1900年：法國(guó)人Fouch和Picard制造出第一個(gè)氧乙炔割炬。1901年：德國(guó)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(guó)費(fèi)城的EdwardG.Budd公司生產(chǎn)出第一個(gè)使用電阻點(diǎn)焊焊接的全鋼汽車車身。

大約1912：年美國(guó)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(shí)驗(yàn)室里完成了現(xiàn)代焊接工藝。1924年美國(guó)焊接協(xié)會(huì)活動(dòng)時(shí)紀(jì)念照片1919年：ComfortA.Adams組建了美國(guó)焊接學(xué)會(huì)（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(gè)浮頂式儲(chǔ)罐（用來儲(chǔ)存汽油或其他化工品）建成；其優(yōu)點(diǎn)是由焊接而成的浮頂與罐壁組成象望遠(yuǎn)鏡一樣可升高或降低的儲(chǔ)罐，從而可以很方便的改變儲(chǔ)罐的體積。1926年：由美國(guó)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(hù)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(guó)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(zhǎng)輸管線鋪成。1933年：當(dāng)時(shí)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(guó)的LindeAirProducts公司完善了埋弧焊技術(shù)。1941年：二次世界大戰(zhàn)時(shí)艦艇、飛機(jī)、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(guó)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(hù)藥芯焊絲在美國(guó)Lincoln電氣公司投入生產(chǎn)。圖為焊接工人正在利用自保護(hù)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(hào)開始為美國(guó)海軍服役。1956年：中國(guó)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(guó)最早的摩擦焊設(shè)備1957年：《焊接》創(chuàng)刊，這是中國(guó)第一本焊接專業(yè)雜志。1960年：美國(guó)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(jī)器人對(duì)轎車車門進(jìn)行切割1965年：焊接而成的Appllo10號(hào)宇宙飛船登月成功。1984年：前蘇聯(lián)女宇航員SvetlanaSavitskaya在太空中進(jìn)行焊接試驗(yàn)。1988年：焊接機(jī)器人開始在汽車生產(chǎn)線中大量應(yīng)用。1991年：英國(guó)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(jī)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(jī)。焊接制造的主要成就

近幾年來，我國(guó)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(guó)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(yùn)會(huì)主場(chǎng)館——鳥巢（中國(guó)八大現(xiàn)代建筑之一），建筑頂面呈鞍形，長(zhǎng)軸為332.3米，短軸為296.4米，最高點(diǎn)高度為68.5米，最低點(diǎn)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(jì)，至1990年3月19日銀行喬遷開始營(yíng)業(yè)，歷時(shí)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(guó)家大劇院國(guó)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(zhǎng)軸212.2m,短軸143.64m,高46.28m，焊接鋼結(jié)構(gòu)的總重量達(dá)6,475噸，將成為世界最大的穹頂。（4）中央電視臺(tái)新樓

中央電視臺(tái)新臺(tái)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(tái)新臺(tái)址用地面積總計(jì)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(huì)展中心

香港會(huì)展中心是亞洲第二大的會(huì)議及展覽場(chǎng)館，規(guī)模僅次于日本。會(huì)展中心同時(shí)擁有兩幢世界級(jí)酒店，一幢辦公大樓，一幢服務(wù)式住宅。香港會(huì)議展覽中心由香港貿(mào)易發(fā)展局擁有，是亞洲首個(gè)專為展覽會(huì)議用途而興建的大型設(shè)施，并由香港會(huì)議展覽中心管理有限公司負(fù)責(zé)管理。大會(huì)堂前廳的玻璃幕墻高達(dá)三十米，擁有一百八十度寬廣的海港景觀，香港會(huì)展中心新翼與原有的會(huì)展中心之間，由一條長(zhǎng)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(shí)景色各異。依傍皇家古跡，人文積淀厚重；飯店建筑獨(dú)具特色，一九八四年曾獲美國(guó)建筑學(xué)會(huì)榮譽(yù)獎(jiǎng)，整座飯店憑借山勢(shì),高低錯(cuò)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(gè)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(guó)際展覽中心

南京國(guó)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(xiàng)標(biāo)志性建筑。它集展覽、商貿(mào)、會(huì)議、信息、旅游、娛樂、餐飲為一體，是按照當(dāng)代國(guó)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(xiàng)國(guó)際博覽會(huì)、全國(guó)性質(zhì)恰談會(huì)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(zhǎng)江三峽水利工程，其水電站的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑10.7m，高5.4m，重達(dá)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(gè)或15個(gè)葉片焊接而成，每個(gè)轉(zhuǎn)輪需要消耗12噸焊絲。同樣，三峽水電站的電機(jī)定子座和蝸殼的結(jié)構(gòu)也是巨大的，其中電機(jī)定子座直徑22m，高6m，重832噸，是在我國(guó)焊接的最大鋼結(jié)構(gòu)機(jī)座；蝸殼進(jìn)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(guó)另一項(xiàng)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(zhǎng)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(guó)鋪設(shè)的第一條高強(qiáng)度鋼的長(zhǎng)距離管線，并且在鋪設(shè)中采用了自動(dòng)化焊接技術(shù)和其他新型焊接材料和工藝。

（11）跨越長(zhǎng)江的蕪湖長(zhǎng)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(guó)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(zhǎng)3,900m，主橋長(zhǎng)750米，跨度550m，跨度比排名第二的美國(guó)西弗吉尼亞大橋長(zhǎng)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(jí)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(chǎng)焊接焊縫總長(zhǎng)度達(dá)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(guó)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(guó)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(guó)。這是在造船行業(yè)中大力推廣先進(jìn)、高效焊接技術(shù)的成就。同時(shí)我國(guó)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(guó)建造的最大載重量之一的30萬噸超大型原油船，長(zhǎng)333m，寬58m。（15）國(guó)產(chǎn)最大的半冷半壓液化氣船，總長(zhǎng)154.98米，型寬23.10米，載重量17,900噸，其中3個(gè)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(guó)也取得很大進(jìn)步。例如，（16）總重量達(dá)千噸級(jí)、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(zhǎng)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(guó)航天事業(yè)的發(fā)展，近年建成了國(guó)內(nèi)最大的空間環(huán)境模擬裝置，它是一個(gè)大型不銹鋼整體焊接結(jié)構(gòu)，主艙是一個(gè)直徑18m，高22m的真空容器，輔艙直徑12m。我國(guó)發(fā)射的“神舟”號(hào)載人飛船都曾在這個(gè)模擬艙中進(jìn)行過試驗(yàn)。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(guó)產(chǎn)J-11飛機(jī)上的全焊鈦合金重要承力結(jié)構(gòu)件的總重量達(dá)到飛機(jī)機(jī)體重量的15%。例如（19）“神舟”號(hào)載人飛船和長(zhǎng)征系列運(yùn)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(guó)近年來焊接的最大、最重、最長(zhǎng)、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(guó)焊接技術(shù)水平有了明顯的提高，焊接在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)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(guó)也先后自行研制、開發(fā)和引進(jìn)了一些先進(jìn)的焊接設(shè)備、技術(shù)和材料。目前國(guó)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(guó)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(guó)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(hù)焊、等離子焊接、精細(xì)等離子切割、數(shù)控切割系統(tǒng)、機(jī)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(guó)焊接材料生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1

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

MAG

焊絲藥芯焊絲埋弧焊絲年總消耗量自動(dòng)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(guó)焊材生產(chǎn)中手工焊條的比重居高不下，使得我國(guó)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(jì)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(dá)國(guó)家的比例一般在0.3-0.5%之間,而發(fā)展中國(guó)家在0.5-0.8%之間。

國(guó)家或地區(qū)焊條實(shí)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(guó)大陸90(85.5%)10(9.5%)0.3(0.3%)

5(4.7%)105.31.20.88中國(guó)臺(tái)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(guó)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(jì)數(shù)據(jù)，不同國(guó)家和地區(qū)的比例如表。可見，美、日、歐國(guó)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(guó)由于手工焊條比例過高，造成每?jī)|噸鋼材需78萬噸焊材，比工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家高出近一倍。括弧內(nèi)紅色數(shù)字為所占比例（2）我國(guó)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(qiáng)鋼的焊接材料。表中分別列出我國(guó)生產(chǎn)的實(shí)心焊絲與藥芯焊絲的品種與國(guó)外一些著名公司的產(chǎn)品品種數(shù)量的對(duì)比?？梢?，我們?nèi)珖?guó)生產(chǎn)的焊絲品種還不如外國(guó)一家公司的多。日本神鋼日本日鐵美國(guó)林肯瑞典伊薩美國(guó)伊薩分公司德國(guó)蒂森英國(guó)曼徹特瑞士奧利康中國(guó)38311018111620158日本神鋼日本日鐵日本溶接棒美國(guó)林肯瑞典伊薩美國(guó)伊薩分公司德國(guó)蒂森英國(guó)曼徹特美國(guó)麥凱中國(guó)79603033376121319320三、我國(guó)焊接設(shè)備生產(chǎn)與應(yīng)用情況

3.1電焊機(jī)的生產(chǎn)與應(yīng)用改革開放以來，我國(guó)電焊機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)整，從原先的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制，改變成為現(xiàn)在的適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的體制。電焊機(jī)的生產(chǎn)從過去主要由國(guó)營(yíng)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(yíng)企業(yè)為主體。2000年及2001年全國(guó)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(jī)的產(chǎn)量占總產(chǎn)量（臺(tái)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(jī)

106,085

129,222直流弧焊機(jī)

32,054

21,384電阻焊機(jī)

6,936

5,196全、半自動(dòng)焊機(jī)

32,541

43,535特種焊機(jī)和其它焊機(jī)

2,198

4,803備件及輔機(jī)具

208,951在統(tǒng)計(jì)的100家主要與焊接生產(chǎn)相關(guān)的企業(yè)中，電焊機(jī)的平均配置情況為手工焊的直流、交流焊機(jī)和氣體保護(hù)焊機(jī)三者各約占1/3左右（見圖）。近幾年來，由于CO2氣體保護(hù)焊的效率高，焊機(jī)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(zhǎng)。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(hù)焊焊絲的比例最高，達(dá)到72%，焊條使用量較少（11%）；而大型企業(yè)的焊條用量相對(duì)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(duì)較高，約占17%。這個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可反映我國(guó)主要企業(yè)的焊接現(xiàn)狀。全面推進(jìn)用CO2或Ar+CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊取代焊條手工焊是當(dāng)前我國(guó)企業(yè)焊接技術(shù)改造的主要方向，這也是焊接生產(chǎn)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)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(gè)梯隊(duì)，以汽車零部件、集裝箱和工程機(jī)械行業(yè)為最好，基本上全部采用氣體保護(hù)焊；而一般機(jī)械、鐵路車輛和重型機(jī)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(dòng)焊的用量較大，實(shí)心焊絲CO2氣體保護(hù)焊的比例相對(duì)較低。3.2焊接機(jī)器人的應(yīng)用

我國(guó)制造業(yè)中焊接機(jī)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(jī)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(jī)器人占全部焊接機(jī)器人的76%（2001年），是我國(guó)焊接機(jī)器人最主要的用戶。其他行業(yè)大都是以弧焊機(jī)器人為主，主要分布在工程機(jī)械（10%）、摩托車（6%）、鐵路車輛（4%）、鍋爐（1%）等行業(yè)。焊接機(jī)器人分布在全國(guó)各個(gè)經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)春這兩個(gè)汽車城是我國(guó)擁有焊接機(jī)器人最多的城市。從圖中還能看出，我國(guó)焊接機(jī)器人的行業(yè)分布不均衡，也不夠廣泛。今后應(yīng)重點(diǎn)放在擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，使更多行業(yè)用上焊接機(jī)器人。在制造業(yè)中推廣應(yīng)用焊接機(jī)器人是企業(yè)今后技術(shù)改造的主要方向。

3.3專機(jī)的應(yīng)用

專機(jī)是一種剛性或半剛性的自動(dòng)化焊接設(shè)備，不同于柔性自動(dòng)化的焊接機(jī)器人。我國(guó)的焊接專機(jī)大多在大批量生產(chǎn)的企業(yè)，如在冰箱與空調(diào)壓縮機(jī)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(chǎng)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。總的看來，我國(guó)企業(yè)采用焊接專機(jī)的數(shù)量還不多，說明焊接生產(chǎn)的自動(dòng)化水平還比較低，今后應(yīng)加強(qiáng)焊接專機(jī)研發(fā)、應(yīng)用推廣力度，迅速提高焊接生產(chǎn)的機(jī)械化自動(dòng)化率。3.4變位機(jī)的應(yīng)用變位機(jī)可以使工件上的接縫處于理想的船形位置或平焊位置進(jìn)行焊接，是提高焊接效率和質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的有效廉價(jià)工具。企業(yè)在沒有進(jìn)入自動(dòng)化焊接階段，就應(yīng)大力推廣應(yīng)用變位機(jī)。變位機(jī)在我國(guó)企業(yè)中的應(yīng)用還不普遍，許多工廠沒有變位機(jī)，工件仍是放在地上焊接。企業(yè)應(yīng)充分利用了我國(guó)勞動(dòng)力成本低的優(yōu)勢(shì)條件，同時(shí)用比較低廉的設(shè)備（變位機(jī)）解決生產(chǎn)效率、焊接質(zhì)量和勞動(dòng)強(qiáng)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(gè)國(guó)家焊接技術(shù)總體水平的重要指標(biāo)。我國(guó)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(dá)國(guó)家。原蘇聯(lián)在上世紀(jì)80年代經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快時(shí)期年焊接用鋼量達(dá)到60%，而日本超過70%，其他發(fā)達(dá)國(guó)家大多在這個(gè)范圍之內(nèi)。我國(guó)鋼產(chǎn)量還將繼續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)焊接結(jié)構(gòu)的用鋼比例也將逐步趨向60%的目標(biāo)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(gè)發(fā)展的新高潮。4.2我國(guó)鋼材的主要用戶

我國(guó)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(gè)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(jī)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(guó)的用鋼大戶。年份建筑機(jī)械汽車農(nóng)用車造船鐵道石油家電集裝箱合計(jì)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(guó)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(gè)比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局到1999年全國(guó)機(jī)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(jìng)爭(zhēng)說到底是人才的競(jìng)爭(zhēng)，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(duì)伍中66%由工程師和助工組成，而具有研究員級(jí)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%大專————————22.9%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(guó)的焊工是一支比較年輕的、技術(shù)合格的隊(duì)伍。目前焊工的主要來源有如下幾個(gè)方面：技?！?8%

企業(yè)培訓(xùn)—30%

臨時(shí)工——8%

其它———4%可見，技校畢業(yè)的學(xué)生是我國(guó)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(tuán)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(huì)拖累企業(yè)發(fā)展的步伐，也是不盡合理的社會(huì)分工。焊接技師是具有熟練技能和專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)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(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代里是否仍是一種重要的生產(chǎn)手段，這必須從國(guó)內(nèi)外的情況來進(jìn)一步分析。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)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(guó)在完成全面建設(shè)小康社會(huì)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(cè)，2005年和2010年我國(guó)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(jī)械汽車造船鐵道石油家電集裝箱合計(jì)20051392440001400380320480525250212792010166405200200051038049063028026130發(fā)展焊接技術(shù)的幾點(diǎn)主要措施

1、加強(qiáng)全國(guó)焊接基本情況的統(tǒng)計(jì)、分析與規(guī)劃工作

（1）充分發(fā)揮專業(yè)協(xié)會(huì)的作用。政府應(yīng)明確要求專業(yè)協(xié)會(huì)必須做好本專業(yè)全面情況的統(tǒng)計(jì)分析與規(guī)劃工作，作為專業(yè)協(xié)會(huì)的主要職責(zé)之一，并定期公開發(fā)布統(tǒng)計(jì)結(jié)果和對(duì)現(xiàn)狀的分析。統(tǒng)計(jì)工作應(yīng)接受政府與群眾的監(jiān)督，及時(shí)改進(jìn)統(tǒng)計(jì)方法和統(tǒng)計(jì)內(nèi)容。各級(jí)政府在制定相關(guān)規(guī)劃、政策和資助的有關(guān)項(xiàng)目時(shí)應(yīng)盡可能征求專業(yè)協(xié)會(huì)／學(xué)會(huì)的意見，力求均衡發(fā)展。（2）國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、海關(guān)總署、各專業(yè)協(xié)會(huì)、聯(lián)合會(huì)應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容，使統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)具有互補(bǔ)性，照顧相鄰專業(yè)的需要，可以互相