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中國制造,焊接未來

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中國制造,焊接未來

中國焊接,正不斷高精尖,日漸高大上。

圖片來源:pexels-Pixabay

文|星船知造 清波

編輯|嚴大方

還記得關(guān)于三星堆的熱搜么?新一批文物出土后,人們奔走驚呼,「考古學不存在了」。

這么說的原因是,「金屬的冶煉與加工」、「文字的使用」、「社群的聚居」通常被認為是判斷文明誕生的三大因素。但這一次,來自三星堆古老文明的超高金屬加工工藝完全超出想象。

數(shù)千年前的青銅神樹、青銅大面具是采用了「現(xiàn)代焊接」技藝的焊接成品,有人認為其焊接工藝超越了現(xiàn)代制作不銹鋼防護欄的水準。

青銅神壇則將多個單獨鑄造的零件通過焊接的方式拼裝在一起。

人類文明的長河里,從中世紀鐵匠不斷鍛打紅熱狀態(tài)金屬來使其相連的「鍛焊」,到使用了金屬電極的「電弧焊」,從「手工電弧焊」,到價格昂貴,但能輕松搞定微型零件的「激光焊」,青銅時代巍峨奇異的鏡頭一轉(zhuǎn),上海特斯拉工廠里已是黑夜如晝,工業(yè)機器人們手持焊槍,長袖善舞的景觀。

今天地球上偉大的人造物,大都離不開一項技術(shù)——它是人類對使用雙手來操縱溫度和壓力的執(zhí)著。文明得以前行。

焊接,一種應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛的技術(shù)和工藝。它不像汽車、船舶、飛機、機械制造等行業(yè)那樣會在終端工序上產(chǎn)生出一種能夠望文生義、有形有樣的產(chǎn)品,但卻能覆蓋和滲透到了國民經(jīng)濟的方方面面。

今天中國焊接已從「三星堆」到以焊接機器人和智能焊接系統(tǒng)應(yīng)用為代表的新階段。也早已不是馬路邊一蹲蹲半天,激光四射,路人快步走過的粗活臟活。 我國的焊接專業(yè),有中專、職高,也有本科、碩士、博士學位。只要愿意就業(yè),不愁找不到工作。

2021版高職專業(yè)目錄中「焊接技術(shù)與自動化」專業(yè),已被更名為「智能焊接技術(shù)」。

是一門縱向跨越中專到博士、橫向跨越材料與機械的特色交叉學科 。即看齊藍翔學技術(shù),又看齊清華搞學術(shù)。

2022年6月,我國第三艘航母福建艦下海。其艦身每一條焊縫都是經(jīng)過X射線檢測,每條焊縫都對應(yīng)到具體責任人。

從中國第一臺萬噸水壓機,到中國高鐵的無縫鋼軌,從航空母艦的飛行甲板,到載人宇宙飛船的密封艙——今天大國重器的榮光,是由焊接院士、焊接博士,和更多車間中的藍領(lǐng)焊接技術(shù)工人,共同構(gòu)筑起來的。

中國焊接,正不斷高精尖,日漸高大上。

01 中國焊接材料的高精尖變局

焊接,也稱作熔接。是兩種或兩種以上同種或異種材料通過原子或分子之間的結(jié)合和擴散連接成一體的工藝過程。

國內(nèi)的焊接市場,如果按照最終產(chǎn)品來分,可分為「焊接材料」,「焊割設(shè)備」和「焊接工具及其他」三個大類。

焊接材料是指焊接時所消耗材料的通稱,包括焊條、焊絲、金屬粉末、焊劑、氣體等。如果以焊材被使用的方式來看,則主要可分為氬焊、CO2焊接、氧切割、電焊等。

焊接材料可以理解為鋼鐵的「黏合劑」,其上游行業(yè)主要是鋼鐵行業(yè)、有色金屬行業(yè)和焊材生產(chǎn)設(shè)備行業(yè)等。下游行業(yè)則主要包括軌道交通、石油化工、集裝箱、工程機械、船舶汽車等多個行業(yè)。

焊接材料行業(yè)的核心技術(shù)是「制造工藝」和「產(chǎn)品配方」——即如何根據(jù)不同鋼種和不同的使用環(huán)境進行設(shè)計調(diào)整,從而滿足焊接材料對母材和應(yīng)用環(huán)境的適應(yīng)性。

中國的焊接材料產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷由高速發(fā)展轉(zhuǎn)為高質(zhì)量發(fā)展。

用鋼量是衡量焊接技術(shù)總體水平的重要指標?!甘濉蛊陂g,我國鋼鐵產(chǎn)量及焊接材料產(chǎn)量居世界首位。

世界鋼鐵協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2020年我國粗鋼產(chǎn)量為10.53億噸,占世界總產(chǎn)量的56.5%。

中國每年有約三億噸左右的鋼材涉及焊接加工,占全球焊接加工量的50%以上。

目前,我國焊接材料企業(yè)眾多,年總產(chǎn)量保持在400萬噸以上,占世界總產(chǎn)量的1/2以上。

從當前情況來看,我國焊接材料行業(yè)發(fā)展較為成熟,市場化程度較高,已經(jīng)成為了焊接材料的第一大生產(chǎn)國。根據(jù)上市公司大西洋焊材在22年年報中提到的數(shù)據(jù):焊接材料行業(yè)市場化程度較高,行業(yè)處于完全充分競爭的情形。2021年焊接材料總產(chǎn)量約466萬噸,年焊材總產(chǎn)量同比增加2.4%。

其二,焊接材料產(chǎn)品性能向高強、高潔凈、高效率,產(chǎn)品生產(chǎn)方式向清潔、節(jié)能、智能、柔性方向發(fā)展:

●隨著我國焊接工業(yè)自動化水平的提高,焊材結(jié)構(gòu)不斷升級變化

主要表現(xiàn)為,在焊接機器人日益普及的大背景下,適用于自動化焊接的藥芯焊絲、實心焊絲、高效埋弧焊材產(chǎn)品發(fā)展開始提速。同時焊條占焊材總量的比例日漸下降。如國內(nèi)實心焊絲占焊材總產(chǎn)量由2009年的28.54%上升至2020年的43.52%。

未來普通焊條市場將進一步被焊絲替代。

●加強對高附加值和高技術(shù)性能品種的自主開發(fā)和配套供給力度

我國高性能焊材產(chǎn)品仍然依靠進口,同時我國焊接材料激烈的市場「內(nèi)卷」仍以利潤相對較低的普通焊接材料為主。大多是國內(nèi)企業(yè)之間互卷。

中國焊接材料行業(yè)還可能出現(xiàn)以下幾種發(fā)展趨勢:

首先,中國焊接材料行業(yè)的總體需求會進一步提高。2025年,中國焊接材料行業(yè)市場規(guī)模有望達到3000億元。這是建立在我國新能源汽車、智能家居等多個領(lǐng)域的爆發(fā)之上的。

其次,中國焊接材料行業(yè)將出現(xiàn)新的增量市場,即「小而美」的細分市場。這是行業(yè)成熟的標志之一,也是行業(yè)客戶對產(chǎn)品質(zhì)量、具體應(yīng)用場景提出更高要求后的必然結(jié)果。中國焊接材料行業(yè)會面臨更多專業(yè)化的需求。

第三,國內(nèi)企業(yè)加速卷向中高端市場。伴隨國內(nèi)頭部焊接焊接材料生產(chǎn)企業(yè)如大西洋、金橋、大橋等正在進行的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級(如以高附加值的特種焊條和焊絲產(chǎn)品替代低端手工焊條產(chǎn)品等),國內(nèi)企業(yè)和國際對手如林肯電氣、伊薩公司將在高端焊接材料市場展開更多競爭。

02 焊接設(shè)備:工業(yè)機器人的崛起

焊割設(shè)備是焊接設(shè)備和切割設(shè)備的簡稱。焊接設(shè)備是指實現(xiàn)焊接工藝所需要的裝備,包括焊機、焊接工藝裝備和焊接輔助器具。 根據(jù)焊接設(shè)備的自動化程度,焊接設(shè)備可分為全手動焊接設(shè)備、半自動焊接設(shè)備(實現(xiàn)自動送絲)以及機器人專用焊接設(shè)備這三種。

機器人用的專用焊接設(shè)備可謂是如今工廠自動化(汽車、鋰電、新能源、3C、機床等)中不可或缺的重要組成部分,亦是工業(yè)機器人資本賽道里炙手可熱的明星產(chǎn)品。

工業(yè)和信息化部發(fā)布的 《“十四五”智能制造業(yè)發(fā)展規(guī)劃》 明確提出發(fā)展智能焊接機器人。不完全統(tǒng)計,我國在役工業(yè)機器人中約有一半被運用于汽車制造領(lǐng)域,而在這些工業(yè)機器人中,又有超過一半為焊接機器人。

2022年,全球焊接機器人市場規(guī)模達到626.35億,中國焊接機器人市場在全球占比39.66%。

《2022-2027年中國焊接工具行業(yè)市場全景調(diào)研與發(fā)展前景預測報告》預計2023-2027年間,全球焊接機器人市場將以9%的復合增長率快速增長,2027年全球焊接機器人總體市場規(guī)模預計將達到1078億元。

焊接,已是機器人兵家必爭之地。這名工業(yè)裁縫在我國工業(yè)生產(chǎn)中主要起到以下幾個助力。

●解決招工難、提升就業(yè)環(huán)境

支撐中國工業(yè)發(fā)展的根本要素是人。

十幾年前有篇報道:多家職校反映,財會專業(yè)很熱,尤其是女生,開口就說想學財會。

財會人山人海,焊接只招到一半學生。

家長說,焊接工又臟又苦,都是獨生子女,自然舍不得了。

就連焊接工程專家、中國科學院潘際鑾院士在清華教焊接博士,家人也被人問:您男友是焊洋鐵壺的還是修自行車的?

曾經(jīng)焊接的工作環(huán)境十分惡劣,總和刺目的弧光、飛濺的金屬、嗆人的煙塵為伴。1992年,潘際鑾院士建立了焊接機器人實驗室——中國焊接機器人在誕生之初,為的就是讓焊工不再被強光傷眼,不再被煙塵傷肺。

這兩年,人們對焊接崗位的認識隨著產(chǎn)業(yè)升級下的智能化轉(zhuǎn)型逐漸清晰。

中國焊工在智能制造的時代背景下,是既懂制造技術(shù),又懂信息技術(shù)的復合型人才。如焊接專業(yè)學生在掌握焊接基礎(chǔ)知識的同時,也要進行機器人焊接技能、質(zhì)量檢測與管理和焊接工作站的維護管理技能等方面的學習。

機械手臂替代了焊工的手臂,焊工更多從煙塵飛揚的車間走入后臺的電腦前。

機器人作為先進制造業(yè)的重要支撐設(shè)備,也帶來更多比傳統(tǒng)產(chǎn)線操作崗位更高端、舒適的就業(yè)崗位。除了機器人焊接編程崗位,每個機器人焊接工作站也需要至少1名輔助操作工。每個崗位工人也需要至少1名專門的操作崗位管理人員對其進行培訓和管理。

美國《初步設(shè)計》報告曾提到:制造業(yè)上每投入1美元,在相關(guān)經(jīng)濟活動中將產(chǎn)出1.35美元。

平均來看,一個制造業(yè)工作支持了2.5個其他產(chǎn)業(yè)的就業(yè)。一個先進制造領(lǐng)域的就業(yè)可帶來5個先進制造業(yè)外的就業(yè)。而到了高端制造領(lǐng)域,一個崗位可以支持另外高達16個崗位。

在智能制造產(chǎn)業(yè)升級和勞動力等多重因素下,可以預見,中國焊接機器人的需求會繼續(xù)快速增長。

●提高質(zhì)量穩(wěn)定性。拓闊焊接場景

目前豐田公司已將點焊作為標準來裝備其日本國內(nèi)和海外的所有點焊機器人。應(yīng)用機器人焊接后,提高了焊接件的外觀和內(nèi)在質(zhì)量,也在保證質(zhì)量穩(wěn)定性的同時改善了勞動環(huán)境。

在太空、深海、核環(huán)境等眾多特種作業(yè)環(huán)境條件中,焊接也必須用遠距離的控制和機器人進行操作。

●國內(nèi)機器人企業(yè)正縮小與國外同行的差距

目前國外機器人在應(yīng)用廣泛的焊接機器人上占據(jù)絕對優(yōu)勢。焊接機器人最早應(yīng)用于汽車行業(yè),因?qū)附拥木鹊雀鞣矫嬉筝^高,一直采用國外機器人生產(chǎn)線,但國產(chǎn)焊接機器人在其它領(lǐng)域如工程機械等也已出現(xiàn)成功案例(三一臨港自動化生產(chǎn)車間等)。

●點焊機器人在中國還有巨大的增長潛力

根據(jù)國際機器人聯(lián)合會(IFR)和中國機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟 (CRIA)相關(guān)數(shù)據(jù),在外資品牌焊接機器人中,弧焊機器人和點焊機器人的銷量占比較大,「十三五」期間兩者占比合計在95%~97% 之間。

弧焊機器人的占比從 2016 年的37%逐年遞增到 2020 年的57%,點焊機器人占比從 2016年的58%增長到2017年的65%,之后三年逐年下滑,2020年降到39%。

其余三類焊接機器人的占比變化不大,都在 3%以內(nèi)。

目前,隨著激光視覺傳感技術(shù)的發(fā)展,其在焊接領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用也日漸廣泛。它可以提升焊接機器人焊接精度。

目前我國在工業(yè)3D視覺領(lǐng)域,內(nèi)資企業(yè)和外企企業(yè)基本處在同一起跑線,外資企業(yè)不存在太大先發(fā)優(yōu)勢。

最后,作為海洋工程裝備技術(shù)的重要組成部分,我國研發(fā)的水下焊接專用設(shè)備和焊接材料已經(jīng)可以應(yīng)用于勝利油田海上采油平臺、港珠澳大橋等海洋工程。

焊接設(shè)備的迭代始終和工業(yè)化進程緊緊相連。今天中國焊接一方面擁有鋼鐵、冶金、化工、建筑設(shè)施、汽車、火車(高鐵)、船舶、航空航天、紡織、石油及天然氣等新老工業(yè)近乎爆發(fā)式增長的強大地基,但另一方面,目前我國焊接自動化率僅20%左右,傳統(tǒng)手工焊接工藝將不斷被自動化的機器焊接逐步替代。

再看焊切設(shè)備。

全球焊切設(shè)備主要生產(chǎn)廠商集中在美國、歐洲、日本、中國等國家和地區(qū),主要代表企業(yè)有林肯、米勒、伊薩、福尼斯等,這些公司占據(jù)全球焊接、切割設(shè)備半數(shù)以上市場份額。

上述這些企業(yè)在技術(shù)水平和產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計能力上具備了相當強的競爭力,由此也造成了在高端焊接、切割設(shè)備生產(chǎn)制造方面,國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)競爭力相對不足。

不可避免的,國內(nèi)客戶對進口產(chǎn)品的依賴度在現(xiàn)階段也相對較大。

不過,由于經(jīng)濟體量的迅速壯大及國民經(jīng)濟水平的穩(wěn)步提升,中國早已成為全球最大的焊接市場。在激烈的市場競爭面前,我國焊接產(chǎn)業(yè)逐步走向自動化和智能化。盡管當前我國的焊接自動化率相對較低(發(fā)達工業(yè)國家已經(jīng)達到80%),但我們在技術(shù)上奮力追趕的腳步一刻也沒有停止。最具說服力的應(yīng)用案例是自20世紀未開始,我國逐漸在各個行業(yè)推廣自動焊的基礎(chǔ)焊接方式——氣體保護焊,以焊接設(shè)備來取代傳統(tǒng)的手工電弧焊,目前已取得了相當大的代替成效,也同時促生出了大批設(shè)計、生產(chǎn)自動化保護焊設(shè)備的優(yōu)質(zhì)企業(yè)。

數(shù)字焊機、數(shù)字化控制技術(shù)業(yè)已穩(wěn)步進入國內(nèi)市場。三峽工程、西氣東輸工程、航天工程、船舶工程、汽車及零部件制造等大型的國家基礎(chǔ)工程中,就大量采用相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)。

經(jīng)過近幾十年的長效發(fā)展,目前我國電焊機行業(yè)成長迅速。

首先是形成較完整產(chǎn)業(yè)鏈的同時也形成了一定規(guī)模的電焊機產(chǎn)業(yè)集群。

根據(jù)中國電器工業(yè)協(xié)會電焊機分會對60家重點企業(yè)統(tǒng)計,2021年我國電焊機行業(yè)60家制造企業(yè)的全年工業(yè)總產(chǎn)值為173.68億元,同比增長12.1%;同年這60家企業(yè)的銷售規(guī)模為164.09億元,同比增長10.8%

主要分布在京津冀、長三角、珠三角以及成都地區(qū),在滿足國內(nèi)市場需求的同時,出口至海外市場。國內(nèi)相關(guān)企業(yè)達到600余家,規(guī)模較大的企業(yè)有深圳市佳士科技股份、上海滬工焊接集團、深圳市瑞凌實業(yè)股份、山東奧太電氣、凱爾達電焊機等。

尚待追趕之處在于,和發(fā)達工業(yè)國家電焊機品種規(guī)格已達到500余種相比,我國電焊機企業(yè)目前能生產(chǎn)的品種規(guī)格仍較少。

最后,來看焊接工具及其他(包括焊接用氣體及勞保用品等)。

一般而言,除去在焊接過程中用到的設(shè)備和材料,剩下的包括工具,如手工電弧焊所要用到的焊接電源,電焊鉗子、耐火鉗子、錘子等;又如在氧乙炔火焰焊中需用到的焊炬,塑膠管,減壓閥,回火停止器等;焊接用氣體(分為保護氣體和氣焊、切割用氣體兩大類)等——都屬于焊接工具及其他。

勞保用品的范圍就更廣了,焊工戴的電焊帽子、墨鏡,防火手套都算。

在這一領(lǐng)域,我國呈現(xiàn)出「企業(yè)數(shù)量眾多、產(chǎn)業(yè)集中度較低、絕大多數(shù)企業(yè)開發(fā)能力較弱」的特點。

出口產(chǎn)品多為零部件以及部分中、低端工具,出口單價和利潤額都相對較低。例外的是,由于生產(chǎn)焊接用氣體需要申請辦理特種設(shè)備生產(chǎn)制造許可證資質(zhì),因此該類生產(chǎn)企業(yè)的集中度較高,主要由跨國公司及國內(nèi)龍頭企業(yè)構(gòu)成,如Linde林德氣體、Air Liquide、Air Products、氣體動力Air Power、杭氧集團等。

國內(nèi)焊接工具及其他的市場內(nèi)容既繁多又復雜,并且有很多(如保護氣體,切割用氣體,勞防用品,保護用具等)還不是焊接行業(yè)單獨使用的,具有相當?shù)耐ㄓ眯?,因此這一塊的統(tǒng)計口徑偏離度和差異度非常之大,缺乏權(quán)威性的可靠數(shù)據(jù)。

綜合上述三大業(yè)務(wù)板塊,盡管中國市場早已成為了世界上最大的焊接(切割)設(shè)備、材料和工具生產(chǎn)和消費市場,但大不代表強,多并不等同于精。在焊接、切割設(shè)備的自動化使用上,在焊接材料的特殊配方及用途上,在焊接機器人的效率和穩(wěn)定性上,我們還有很大提升空間。

03 久違的情感

2022年,上海工人文化宮多了一件藝術(shù)品:中國第一臺萬噸水壓機廢棄零件做的藝術(shù)裝置。

揭幕儀式上,人們給三根巨型鋼鐵圓柱各帶上一朵大紅花,好像三個勞動模范。

萬噸水壓機建造的參與者、上海焊接界專家黃家華顫抖的雙手撫過鋼鐵切割面。60年前的一幕幕就在眼前。

1962年6月。中美尚未建交。美國記者埃德加·斯諾飛躍太平洋,前往上海采訪。斯諾曾深入中國西北革命根據(jù)地考察,和紅軍主要領(lǐng)導人朝夕相處,寫作了轟動東西方的紀實作品,《西行漫記》——它還有另一個更出名的名字,《紅星照耀中國》。

這一次,斯諾為“萬噸水壓機”東行。

不知當年的焊工師傅們是否想到,今天中國焊接已經(jīng)可以在多種環(huán)境下進行,野外、水下,甚至太空。

建造萬噸水壓機的人們老了。但中國第一臺萬噸水壓機至今仍在上海重型機器廠轟鳴。

雖然在現(xiàn)階段,我們必須承認國內(nèi)的焊接自動化程度還比不上歐美日韓等工業(yè)發(fā)達國家,但在焊接的世界舞臺上,數(shù)十年來,中國力量始終洶涌澎湃。

首先是經(jīng)濟體量鑄就焊接舞臺。

自2010年趕超日本,成為世界第二大經(jīng)濟體以來,中國連續(xù)十三年坐穩(wěn)這個位置。始終把GDP保持在一個相當可觀的幅度內(nèi)穩(wěn)步增長。

國家統(tǒng)計局發(fā)布的數(shù)據(jù),2022年中國國內(nèi)生產(chǎn)總值1210207億元,比上年增長3.0%。折算成美元后,大約是18萬億美元,約占世界經(jīng)濟總量的19%,為美國的70.67%。

其中,第一產(chǎn)業(yè)增加值88345億元,比上年增長4.1%;

第二產(chǎn)業(yè)增加值483164億元,增長3.8%;

第三產(chǎn)業(yè)增加值638698億元,增長2.3%。

第一產(chǎn)業(yè)增加值占國內(nèi)生產(chǎn)總值比重為7.3%,第二產(chǎn)業(yè)增加值比重為39.9%,第三產(chǎn)業(yè)增加值比重為52.8%。

第二產(chǎn)業(yè)中,黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)增加值增長1.2%,全國粗鋼產(chǎn)量101795.9萬噸,同比下降1.7%;鋼材產(chǎn)量134033.5萬噸,同比增長0.3%。

焊割設(shè)備的需求量和鋼材產(chǎn)量密切相關(guān)。據(jù)測算,我國鋼產(chǎn)量從1.29億噸迅速增加到6.26億噸這段時期,焊接用鋼所占比例約為40%-50%,而同期的工業(yè)發(fā)達國家,焊接用鋼量已達到其鋼材總量的60%-70%,所以我國焊接用鋼還具有較大的發(fā)展空間。

人們的巧手、毅力和民族自信促成焊接奇跡。

雖然說我國焊接自動化程度還不如工業(yè)發(fā)達國家那么高,設(shè)備也不如他們那么精密,但是憑借著一雙巧手和一股堅忍不拔的毅力,我國的焊工巧匠們同樣也創(chuàng)造出諸多項的中國焊接奇跡。

航天領(lǐng)域的高鳳林,中國有一半以上的火箭發(fā)動機都由他焊接;

核電工業(yè)領(lǐng)域的劉霞,主導了2017年中國第一根百萬級核電焊接轉(zhuǎn)子研發(fā)成功;

LNG(液化天然氣)船舶領(lǐng)域的秦毅,以其精湛的殷瓦焊接技術(shù),創(chuàng)造了LNG船液貨艙焊接一次性100%無漏點等多項國內(nèi)第一,為中國LNG船從無到有,進而達到世界領(lǐng)先水平做出了杰出貢獻 。

李萬君焊接的高鐵、盧仁鋒焊接的坦克也是全球高水平的。

在世界焊接的舞臺上,中國有兩項工程獲得了國際焊接學會(IIW)的最高榮譽,分別是國家體育場鳥巢和港珠澳大橋。

鳥巢的獲獎,打破了由西方國家壟斷焊接結(jié)構(gòu)大獎的歷史。其高空大跨度的馬鞍形設(shè)計獨特,內(nèi)部沒有一根立柱,全焊接的重型鋼結(jié)構(gòu)對焊接質(zhì)量要求之高、難度之大,不要說在中國沒有先例,在全世界的焊接史上也極少見。

港珠澳大橋焊接技術(shù)團隊首次將機器人焊接技術(shù)用于鋼橋制造領(lǐng)域,建成國內(nèi)首條板單元自動化生產(chǎn)線,率先在我國大跨度鋼橋制造上采用免涂裝耐候鋼焊接技術(shù),獲多項發(fā)明專利。

突破的關(guān)鍵技術(shù)包括但不限于:研制成功U形肋、板肋與面板組拼的自動組裝機床,實現(xiàn)了自動行走、打磨、除塵、定位、壓緊和機器人取代人工實現(xiàn)定位焊的自動化;

首次使用焊接機器人配合反變形翻轉(zhuǎn)胎,實現(xiàn)多條加筋肋同步焊接,焊縫質(zhì)量好,焊接效率高;

開發(fā)了焊接質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了焊接參數(shù)的實時監(jiān)控,確保了焊接質(zhì)量可追溯性;

建造了國內(nèi)首條鋼箱梁板單元制造自動化生產(chǎn)線等。

中國奇跡從來不僅發(fā)生在國家經(jīng)濟體量的飛躍式進步上,同樣也展現(xiàn)在各個重大工程,重點項目的實施建設(shè)中,而焊接的技術(shù)和工藝,恰恰就是一種讓世界見證中國奇跡的有效途徑。

手握一把焊槍,中國焊接人就能匯聚八方力量。

尾聲

中國制造業(yè)的由大變強,可以從中國焊接的未來發(fā)展上找到端倪。中國焊接事業(yè)的由大變強,也會影響到中國制造業(yè)的未來走向。

焊接行業(yè)的未來走向,有以下的三個趨勢。

●由手工化向自動化的轉(zhuǎn)變

如前文提到,我國當前的焊接自動化率僅20%左右,而工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)高達80%。用焊機來解放更多焊工,用自動化提升效率,以設(shè)備焊接來替代人工,解決更多的操作環(huán)境對人體健康危害的問題,是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。更何況機器在焊縫質(zhì)量、速度和效率方面的能力大大超過手工焊接,未來手工焊應(yīng)用的場景也會越來越少。

●由普通化向特種化的轉(zhuǎn)變

普通焊條、焊絲、焊機、工具的進入門檻不高,容易被模仿復制,更容易陷入無窮無盡的價格戰(zhàn)。

特種焊材,如不銹鋼的焊條、焊絲,稀有有色金屬的釬料,焊絲,無縫不銹鋼藥芯的焊絲,專業(yè)用途的焊機,工具等等,雖然量不如普通產(chǎn)品多,但附加值遠超前者。

能制造生產(chǎn)出特種化的焊材,焊機,工具等,是各個企業(yè)在焊接技術(shù)和工藝實力上的最終體現(xiàn)。這與其自身科技研發(fā)能力息息相關(guān)。說到底,不怕不識貨,就怕貨比貨,在實際的應(yīng)用場景中,是騾子是馬,只有牽出來遛遛才會知道。焊縫的質(zhì)量,密合的程度,永遠是騙不了人的。何況還有機器探傷——任何微小失誤,在焊接這個領(lǐng)域,都可能產(chǎn)生致命的后果。

●由人干「苦活」到機器人干「苦活」的轉(zhuǎn)變

從工業(yè)機器人的應(yīng)用實際來看,自動焊接機器人可以智能識別焊縫規(guī)格,下放適當?shù)暮覆膶缚p進行填充,焊縫填充度好,可以針對大中小型工件的焊接;可以實現(xiàn)二十四小時不間斷工作,工作效率較高,焊后的工件一致性高,焊接質(zhì)量穩(wěn)定。

特斯拉汽車工廠車間,人們能看到的除了四濺的焊花之外,更多的其實是密密麻麻的焊接機器人組群,它們能夠卓有成效、不知疲倦地連續(xù)作業(yè),可以不受污染環(huán)境影響的可持續(xù)操作能力,這又豈是血肉之軀的人體可以長期與之比肩和抗衡的?

未來的焊接工藝,一方面要研制新的焊接方法、焊接設(shè)備和焊接材料,以進一步提高焊接質(zhì)量和安全可靠性,如改進現(xiàn)有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能源;運用電子技術(shù)和控制技術(shù),改善電弧的工藝性能,研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法。

另一方面提高焊接機械化和自動化水平,如焊機實現(xiàn)程序控制、數(shù)字控制;研制從準備工序、焊接到質(zhì)量監(jiān)控全部過程自動化的專用焊機;在自動焊接生產(chǎn)線上,推廣、擴大數(shù)控的焊接機械手和焊接機器人,可以提高焊接生產(chǎn)水平,改善焊接衛(wèi)生安全條件等。

焊接行業(yè)的未來,會是一個以自動化機器和機器人替代人類進行高效率、全方位工作的全新時代,這是中國的未來場景,當然也會是世界的未來場景。

參考資料:

[1]智能制造背景下技工院校焊接專業(yè)高技能人才的培養(yǎng)分析與策略 付煒亮

[2]焊接機器人“十三五”銷售狀況與“十四五”展望 李憲政

[3] 激光視覺傳感器的機器人焊縫高精度跟蹤系統(tǒng) 蘇賜民

[4] 《2022-2027年中國焊接材料行業(yè)市場深度調(diào)研及投資策略預測報告》中研普華

[5] 《2022-2027年中國焊接工具行業(yè)市場全景調(diào)研與發(fā)展前景預測報告》 中研普華產(chǎn)業(yè)研究院

[6] 《中國電焊機行業(yè)發(fā)展深度研究與投資趨勢分析報告(2023-2030年)》 觀研報告網(wǎng)

[7] “港珠澳大橋”項目榮獲國際焊接工程最高獎 中國機械工程學會焊接分會

本文為轉(zhuǎn)載內(nèi)容,授權(quán)事宜請聯(lián)系原著作權(quán)人。

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中國制造,焊接未來

中國焊接,正不斷高精尖,日漸高大上。

圖片來源:pexels-Pixabay

文|星船知造 清波

編輯|嚴大方

還記得關(guān)于三星堆的熱搜么?新一批文物出土后,人們奔走驚呼,「考古學不存在了」。

這么說的原因是,「金屬的冶煉與加工」、「文字的使用」、「社群的聚居」通常被認為是判斷文明誕生的三大因素。但這一次,來自三星堆古老文明的超高金屬加工工藝完全超出想象。

數(shù)千年前的青銅神樹、青銅大面具是采用了「現(xiàn)代焊接」技藝的焊接成品,有人認為其焊接工藝超越了現(xiàn)代制作不銹鋼防護欄的水準。

青銅神壇則將多個單獨鑄造的零件通過焊接的方式拼裝在一起。

人類文明的長河里,從中世紀鐵匠不斷鍛打紅熱狀態(tài)金屬來使其相連的「鍛焊」,到使用了金屬電極的「電弧焊」,從「手工電弧焊」,到價格昂貴,但能輕松搞定微型零件的「激光焊」,青銅時代巍峨奇異的鏡頭一轉(zhuǎn),上海特斯拉工廠里已是黑夜如晝,工業(yè)機器人們手持焊槍,長袖善舞的景觀。

今天地球上偉大的人造物,大都離不開一項技術(shù)——它是人類對使用雙手來操縱溫度和壓力的執(zhí)著。文明得以前行。

焊接,一種應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛的技術(shù)和工藝。它不像汽車、船舶、飛機、機械制造等行業(yè)那樣會在終端工序上產(chǎn)生出一種能夠望文生義、有形有樣的產(chǎn)品,但卻能覆蓋和滲透到了國民經(jīng)濟的方方面面。

今天中國焊接已從「三星堆」到以焊接機器人和智能焊接系統(tǒng)應(yīng)用為代表的新階段。也早已不是馬路邊一蹲蹲半天,激光四射,路人快步走過的粗活臟活。 我國的焊接專業(yè),有中專、職高,也有本科、碩士、博士學位。只要愿意就業(yè),不愁找不到工作。

2021版高職專業(yè)目錄中「焊接技術(shù)與自動化」專業(yè),已被更名為「智能焊接技術(shù)」。

是一門縱向跨越中專到博士、橫向跨越材料與機械的特色交叉學科 。即看齊藍翔學技術(shù),又看齊清華搞學術(shù)。

2022年6月,我國第三艘航母福建艦下海。其艦身每一條焊縫都是經(jīng)過X射線檢測,每條焊縫都對應(yīng)到具體責任人。

從中國第一臺萬噸水壓機,到中國高鐵的無縫鋼軌,從航空母艦的飛行甲板,到載人宇宙飛船的密封艙——今天大國重器的榮光,是由焊接院士、焊接博士,和更多車間中的藍領(lǐng)焊接技術(shù)工人,共同構(gòu)筑起來的。

中國焊接,正不斷高精尖,日漸高大上。

01 中國焊接材料的高精尖變局

焊接,也稱作熔接。是兩種或兩種以上同種或異種材料通過原子或分子之間的結(jié)合和擴散連接成一體的工藝過程。

國內(nèi)的焊接市場,如果按照最終產(chǎn)品來分,可分為「焊接材料」,「焊割設(shè)備」和「焊接工具及其他」三個大類。

焊接材料是指焊接時所消耗材料的通稱,包括焊條、焊絲、金屬粉末、焊劑、氣體等。如果以焊材被使用的方式來看,則主要可分為氬焊、CO2焊接、氧切割、電焊等。

焊接材料可以理解為鋼鐵的「黏合劑」,其上游行業(yè)主要是鋼鐵行業(yè)、有色金屬行業(yè)和焊材生產(chǎn)設(shè)備行業(yè)等。下游行業(yè)則主要包括軌道交通、石油化工、集裝箱、工程機械、船舶汽車等多個行業(yè)。

焊接材料行業(yè)的核心技術(shù)是「制造工藝」和「產(chǎn)品配方」——即如何根據(jù)不同鋼種和不同的使用環(huán)境進行設(shè)計調(diào)整,從而滿足焊接材料對母材和應(yīng)用環(huán)境的適應(yīng)性。

中國的焊接材料產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷由高速發(fā)展轉(zhuǎn)為高質(zhì)量發(fā)展。

用鋼量是衡量焊接技術(shù)總體水平的重要指標?!甘濉蛊陂g,我國鋼鐵產(chǎn)量及焊接材料產(chǎn)量居世界首位。

世界鋼鐵協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2020年我國粗鋼產(chǎn)量為10.53億噸,占世界總產(chǎn)量的56.5%。

中國每年有約三億噸左右的鋼材涉及焊接加工,占全球焊接加工量的50%以上。

目前,我國焊接材料企業(yè)眾多,年總產(chǎn)量保持在400萬噸以上,占世界總產(chǎn)量的1/2以上。

從當前情況來看,我國焊接材料行業(yè)發(fā)展較為成熟,市場化程度較高,已經(jīng)成為了焊接材料的第一大生產(chǎn)國。根據(jù)上市公司大西洋焊材在22年年報中提到的數(shù)據(jù):焊接材料行業(yè)市場化程度較高,行業(yè)處于完全充分競爭的情形。2021年焊接材料總產(chǎn)量約466萬噸,年焊材總產(chǎn)量同比增加2.4%。

其二,焊接材料產(chǎn)品性能向高強、高潔凈、高效率,產(chǎn)品生產(chǎn)方式向清潔、節(jié)能、智能、柔性方向發(fā)展:

●隨著我國焊接工業(yè)自動化水平的提高,焊材結(jié)構(gòu)不斷升級變化

主要表現(xiàn)為,在焊接機器人日益普及的大背景下,適用于自動化焊接的藥芯焊絲、實心焊絲、高效埋弧焊材產(chǎn)品發(fā)展開始提速。同時焊條占焊材總量的比例日漸下降。如國內(nèi)實心焊絲占焊材總產(chǎn)量由2009年的28.54%上升至2020年的43.52%。

未來普通焊條市場將進一步被焊絲替代。

●加強對高附加值和高技術(shù)性能品種的自主開發(fā)和配套供給力度

我國高性能焊材產(chǎn)品仍然依靠進口,同時我國焊接材料激烈的市場「內(nèi)卷」仍以利潤相對較低的普通焊接材料為主。大多是國內(nèi)企業(yè)之間互卷。

中國焊接材料行業(yè)還可能出現(xiàn)以下幾種發(fā)展趨勢:

首先,中國焊接材料行業(yè)的總體需求會進一步提高。2025年,中國焊接材料行業(yè)市場規(guī)模有望達到3000億元。這是建立在我國新能源汽車、智能家居等多個領(lǐng)域的爆發(fā)之上的。

其次,中國焊接材料行業(yè)將出現(xiàn)新的增量市場,即「小而美」的細分市場。這是行業(yè)成熟的標志之一,也是行業(yè)客戶對產(chǎn)品質(zhì)量、具體應(yīng)用場景提出更高要求后的必然結(jié)果。中國焊接材料行業(yè)會面臨更多專業(yè)化的需求。

第三,國內(nèi)企業(yè)加速卷向中高端市場。伴隨國內(nèi)頭部焊接焊接材料生產(chǎn)企業(yè)如大西洋、金橋、大橋等正在進行的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級(如以高附加值的特種焊條和焊絲產(chǎn)品替代低端手工焊條產(chǎn)品等),國內(nèi)企業(yè)和國際對手如林肯電氣、伊薩公司將在高端焊接材料市場展開更多競爭。

02 焊接設(shè)備:工業(yè)機器人的崛起

焊割設(shè)備是焊接設(shè)備和切割設(shè)備的簡稱。焊接設(shè)備是指實現(xiàn)焊接工藝所需要的裝備,包括焊機、焊接工藝裝備和焊接輔助器具。 根據(jù)焊接設(shè)備的自動化程度,焊接設(shè)備可分為全手動焊接設(shè)備、半自動焊接設(shè)備(實現(xiàn)自動送絲)以及機器人專用焊接設(shè)備這三種。

機器人用的專用焊接設(shè)備可謂是如今工廠自動化(汽車、鋰電、新能源、3C、機床等)中不可或缺的重要組成部分,亦是工業(yè)機器人資本賽道里炙手可熱的明星產(chǎn)品。

工業(yè)和信息化部發(fā)布的 《“十四五”智能制造業(yè)發(fā)展規(guī)劃》 明確提出發(fā)展智能焊接機器人。不完全統(tǒng)計,我國在役工業(yè)機器人中約有一半被運用于汽車制造領(lǐng)域,而在這些工業(yè)機器人中,又有超過一半為焊接機器人。

2022年,全球焊接機器人市場規(guī)模達到626.35億,中國焊接機器人市場在全球占比39.66%。

《2022-2027年中國焊接工具行業(yè)市場全景調(diào)研與發(fā)展前景預測報告》預計2023-2027年間,全球焊接機器人市場將以9%的復合增長率快速增長,2027年全球焊接機器人總體市場規(guī)模預計將達到1078億元。

焊接,已是機器人兵家必爭之地。這名工業(yè)裁縫在我國工業(yè)生產(chǎn)中主要起到以下幾個助力。

●解決招工難、提升就業(yè)環(huán)境

支撐中國工業(yè)發(fā)展的根本要素是人。

十幾年前有篇報道:多家職校反映,財會專業(yè)很熱,尤其是女生,開口就說想學財會。

財會人山人海,焊接只招到一半學生。

家長說,焊接工又臟又苦,都是獨生子女,自然舍不得了。

就連焊接工程專家、中國科學院潘際鑾院士在清華教焊接博士,家人也被人問:您男友是焊洋鐵壺的還是修自行車的?

曾經(jīng)焊接的工作環(huán)境十分惡劣,總和刺目的弧光、飛濺的金屬、嗆人的煙塵為伴。1992年,潘際鑾院士建立了焊接機器人實驗室——中國焊接機器人在誕生之初,為的就是讓焊工不再被強光傷眼,不再被煙塵傷肺。

這兩年,人們對焊接崗位的認識隨著產(chǎn)業(yè)升級下的智能化轉(zhuǎn)型逐漸清晰。

中國焊工在智能制造的時代背景下,是既懂制造技術(shù),又懂信息技術(shù)的復合型人才。如焊接專業(yè)學生在掌握焊接基礎(chǔ)知識的同時,也要進行機器人焊接技能、質(zhì)量檢測與管理和焊接工作站的維護管理技能等方面的學習。

機械手臂替代了焊工的手臂,焊工更多從煙塵飛揚的車間走入后臺的電腦前。

機器人作為先進制造業(yè)的重要支撐設(shè)備,也帶來更多比傳統(tǒng)產(chǎn)線操作崗位更高端、舒適的就業(yè)崗位。除了機器人焊接編程崗位,每個機器人焊接工作站也需要至少1名輔助操作工。每個崗位工人也需要至少1名專門的操作崗位管理人員對其進行培訓和管理。

美國《初步設(shè)計》報告曾提到:制造業(yè)上每投入1美元,在相關(guān)經(jīng)濟活動中將產(chǎn)出1.35美元。

平均來看,一個制造業(yè)工作支持了2.5個其他產(chǎn)業(yè)的就業(yè)。一個先進制造領(lǐng)域的就業(yè)可帶來5個先進制造業(yè)外的就業(yè)。而到了高端制造領(lǐng)域,一個崗位可以支持另外高達16個崗位。

在智能制造產(chǎn)業(yè)升級和勞動力等多重因素下,可以預見,中國焊接機器人的需求會繼續(xù)快速增長。

●提高質(zhì)量穩(wěn)定性。拓闊焊接場景

目前豐田公司已將點焊作為標準來裝備其日本國內(nèi)和海外的所有點焊機器人。應(yīng)用機器人焊接后,提高了焊接件的外觀和內(nèi)在質(zhì)量,也在保證質(zhì)量穩(wěn)定性的同時改善了勞動環(huán)境。

在太空、深海、核環(huán)境等眾多特種作業(yè)環(huán)境條件中,焊接也必須用遠距離的控制和機器人進行操作。

●國內(nèi)機器人企業(yè)正縮小與國外同行的差距

目前國外機器人在應(yīng)用廣泛的焊接機器人上占據(jù)絕對優(yōu)勢。焊接機器人最早應(yīng)用于汽車行業(yè),因?qū)附拥木鹊雀鞣矫嬉筝^高,一直采用國外機器人生產(chǎn)線,但國產(chǎn)焊接機器人在其它領(lǐng)域如工程機械等也已出現(xiàn)成功案例(三一臨港自動化生產(chǎn)車間等)。

●點焊機器人在中國還有巨大的增長潛力

根據(jù)國際機器人聯(lián)合會(IFR)和中國機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟 (CRIA)相關(guān)數(shù)據(jù),在外資品牌焊接機器人中,弧焊機器人和點焊機器人的銷量占比較大,「十三五」期間兩者占比合計在95%~97% 之間。

弧焊機器人的占比從 2016 年的37%逐年遞增到 2020 年的57%,點焊機器人占比從 2016年的58%增長到2017年的65%,之后三年逐年下滑,2020年降到39%。

其余三類焊接機器人的占比變化不大,都在 3%以內(nèi)。

目前,隨著激光視覺傳感技術(shù)的發(fā)展,其在焊接領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用也日漸廣泛。它可以提升焊接機器人焊接精度。

目前我國在工業(yè)3D視覺領(lǐng)域,內(nèi)資企業(yè)和外企企業(yè)基本處在同一起跑線,外資企業(yè)不存在太大先發(fā)優(yōu)勢。

最后,作為海洋工程裝備技術(shù)的重要組成部分,我國研發(fā)的水下焊接專用設(shè)備和焊接材料已經(jīng)可以應(yīng)用于勝利油田海上采油平臺、港珠澳大橋等海洋工程。

焊接設(shè)備的迭代始終和工業(yè)化進程緊緊相連。今天中國焊接一方面擁有鋼鐵、冶金、化工、建筑設(shè)施、汽車、火車(高鐵)、船舶、航空航天、紡織、石油及天然氣等新老工業(yè)近乎爆發(fā)式增長的強大地基,但另一方面,目前我國焊接自動化率僅20%左右,傳統(tǒng)手工焊接工藝將不斷被自動化的機器焊接逐步替代。

再看焊切設(shè)備。

全球焊切設(shè)備主要生產(chǎn)廠商集中在美國、歐洲、日本、中國等國家和地區(qū),主要代表企業(yè)有林肯、米勒、伊薩、福尼斯等,這些公司占據(jù)全球焊接、切割設(shè)備半數(shù)以上市場份額。

上述這些企業(yè)在技術(shù)水平和產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計能力上具備了相當強的競爭力,由此也造成了在高端焊接、切割設(shè)備生產(chǎn)制造方面,國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)競爭力相對不足。

不可避免的,國內(nèi)客戶對進口產(chǎn)品的依賴度在現(xiàn)階段也相對較大。

不過,由于經(jīng)濟體量的迅速壯大及國民經(jīng)濟水平的穩(wěn)步提升,中國早已成為全球最大的焊接市場。在激烈的市場競爭面前,我國焊接產(chǎn)業(yè)逐步走向自動化和智能化。盡管當前我國的焊接自動化率相對較低(發(fā)達工業(yè)國家已經(jīng)達到80%),但我們在技術(shù)上奮力追趕的腳步一刻也沒有停止。最具說服力的應(yīng)用案例是自20世紀未開始,我國逐漸在各個行業(yè)推廣自動焊的基礎(chǔ)焊接方式——氣體保護焊,以焊接設(shè)備來取代傳統(tǒng)的手工電弧焊,目前已取得了相當大的代替成效,也同時促生出了大批設(shè)計、生產(chǎn)自動化保護焊設(shè)備的優(yōu)質(zhì)企業(yè)。

數(shù)字焊機、數(shù)字化控制技術(shù)業(yè)已穩(wěn)步進入國內(nèi)市場。三峽工程、西氣東輸工程、航天工程、船舶工程、汽車及零部件制造等大型的國家基礎(chǔ)工程中,就大量采用相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)。

經(jīng)過近幾十年的長效發(fā)展,目前我國電焊機行業(yè)成長迅速。

首先是形成較完整產(chǎn)業(yè)鏈的同時也形成了一定規(guī)模的電焊機產(chǎn)業(yè)集群。

根據(jù)中國電器工業(yè)協(xié)會電焊機分會對60家重點企業(yè)統(tǒng)計,2021年我國電焊機行業(yè)60家制造企業(yè)的全年工業(yè)總產(chǎn)值為173.68億元,同比增長12.1%;同年這60家企業(yè)的銷售規(guī)模為164.09億元,同比增長10.8%

主要分布在京津冀、長三角、珠三角以及成都地區(qū),在滿足國內(nèi)市場需求的同時,出口至海外市場。國內(nèi)相關(guān)企業(yè)達到600余家,規(guī)模較大的企業(yè)有深圳市佳士科技股份、上海滬工焊接集團、深圳市瑞凌實業(yè)股份、山東奧太電氣、凱爾達電焊機等。

尚待追趕之處在于,和發(fā)達工業(yè)國家電焊機品種規(guī)格已達到500余種相比,我國電焊機企業(yè)目前能生產(chǎn)的品種規(guī)格仍較少。

最后,來看焊接工具及其他(包括焊接用氣體及勞保用品等)。

一般而言,除去在焊接過程中用到的設(shè)備和材料,剩下的包括工具,如手工電弧焊所要用到的焊接電源,電焊鉗子、耐火鉗子、錘子等;又如在氧乙炔火焰焊中需用到的焊炬,塑膠管,減壓閥,回火停止器等;焊接用氣體(分為保護氣體和氣焊、切割用氣體兩大類)等——都屬于焊接工具及其他。

勞保用品的范圍就更廣了,焊工戴的電焊帽子、墨鏡,防火手套都算。

在這一領(lǐng)域,我國呈現(xiàn)出「企業(yè)數(shù)量眾多、產(chǎn)業(yè)集中度較低、絕大多數(shù)企業(yè)開發(fā)能力較弱」的特點。

出口產(chǎn)品多為零部件以及部分中、低端工具,出口單價和利潤額都相對較低。例外的是,由于生產(chǎn)焊接用氣體需要申請辦理特種設(shè)備生產(chǎn)制造許可證資質(zhì),因此該類生產(chǎn)企業(yè)的集中度較高,主要由跨國公司及國內(nèi)龍頭企業(yè)構(gòu)成,如Linde林德氣體、Air Liquide、Air Products、氣體動力Air Power、杭氧集團等。

國內(nèi)焊接工具及其他的市場內(nèi)容既繁多又復雜,并且有很多(如保護氣體,切割用氣體,勞防用品,保護用具等)還不是焊接行業(yè)單獨使用的,具有相當?shù)耐ㄓ眯裕虼诉@一塊的統(tǒng)計口徑偏離度和差異度非常之大,缺乏權(quán)威性的可靠數(shù)據(jù)。

綜合上述三大業(yè)務(wù)板塊,盡管中國市場早已成為了世界上最大的焊接(切割)設(shè)備、材料和工具生產(chǎn)和消費市場,但大不代表強,多并不等同于精。在焊接、切割設(shè)備的自動化使用上,在焊接材料的特殊配方及用途上,在焊接機器人的效率和穩(wěn)定性上,我們還有很大提升空間。

03 久違的情感

2022年,上海工人文化宮多了一件藝術(shù)品:中國第一臺萬噸水壓機廢棄零件做的藝術(shù)裝置。

揭幕儀式上,人們給三根巨型鋼鐵圓柱各帶上一朵大紅花,好像三個勞動模范。

萬噸水壓機建造的參與者、上海焊接界專家黃家華顫抖的雙手撫過鋼鐵切割面。60年前的一幕幕就在眼前。

1962年6月。中美尚未建交。美國記者埃德加·斯諾飛躍太平洋,前往上海采訪。斯諾曾深入中國西北革命根據(jù)地考察,和紅軍主要領(lǐng)導人朝夕相處,寫作了轟動東西方的紀實作品,《西行漫記》——它還有另一個更出名的名字,《紅星照耀中國》。

這一次,斯諾為“萬噸水壓機”東行。

不知當年的焊工師傅們是否想到,今天中國焊接已經(jīng)可以在多種環(huán)境下進行,野外、水下,甚至太空。

建造萬噸水壓機的人們老了。但中國第一臺萬噸水壓機至今仍在上海重型機器廠轟鳴。

雖然在現(xiàn)階段,我們必須承認國內(nèi)的焊接自動化程度還比不上歐美日韓等工業(yè)發(fā)達國家,但在焊接的世界舞臺上,數(shù)十年來,中國力量始終洶涌澎湃。

首先是經(jīng)濟體量鑄就焊接舞臺。

自2010年趕超日本,成為世界第二大經(jīng)濟體以來,中國連續(xù)十三年坐穩(wěn)這個位置。始終把GDP保持在一個相當可觀的幅度內(nèi)穩(wěn)步增長。

國家統(tǒng)計局發(fā)布的數(shù)據(jù),2022年中國國內(nèi)生產(chǎn)總值1210207億元,比上年增長3.0%。折算成美元后,大約是18萬億美元,約占世界經(jīng)濟總量的19%,為美國的70.67%。

其中,第一產(chǎn)業(yè)增加值88345億元,比上年增長4.1%;

第二產(chǎn)業(yè)增加值483164億元,增長3.8%;

第三產(chǎn)業(yè)增加值638698億元,增長2.3%。

第一產(chǎn)業(yè)增加值占國內(nèi)生產(chǎn)總值比重為7.3%,第二產(chǎn)業(yè)增加值比重為39.9%,第三產(chǎn)業(yè)增加值比重為52.8%。

第二產(chǎn)業(yè)中,黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)增加值增長1.2%,全國粗鋼產(chǎn)量101795.9萬噸,同比下降1.7%;鋼材產(chǎn)量134033.5萬噸,同比增長0.3%。

焊割設(shè)備的需求量和鋼材產(chǎn)量密切相關(guān)。據(jù)測算,我國鋼產(chǎn)量從1.29億噸迅速增加到6.26億噸這段時期,焊接用鋼所占比例約為40%-50%,而同期的工業(yè)發(fā)達國家,焊接用鋼量已達到其鋼材總量的60%-70%,所以我國焊接用鋼還具有較大的發(fā)展空間。

人們的巧手、毅力和民族自信促成焊接奇跡。

雖然說我國焊接自動化程度還不如工業(yè)發(fā)達國家那么高,設(shè)備也不如他們那么精密,但是憑借著一雙巧手和一股堅忍不拔的毅力,我國的焊工巧匠們同樣也創(chuàng)造出諸多項的中國焊接奇跡。

航天領(lǐng)域的高鳳林,中國有一半以上的火箭發(fā)動機都由他焊接;

核電工業(yè)領(lǐng)域的劉霞,主導了2017年中國第一根百萬級核電焊接轉(zhuǎn)子研發(fā)成功;

LNG(液化天然氣)船舶領(lǐng)域的秦毅,以其精湛的殷瓦焊接技術(shù),創(chuàng)造了LNG船液貨艙焊接一次性100%無漏點等多項國內(nèi)第一,為中國LNG船從無到有,進而達到世界領(lǐng)先水平做出了杰出貢獻 。

李萬君焊接的高鐵、盧仁鋒焊接的坦克也是全球高水平的。

在世界焊接的舞臺上,中國有兩項工程獲得了國際焊接學會(IIW)的最高榮譽,分別是國家體育場鳥巢和港珠澳大橋。

鳥巢的獲獎,打破了由西方國家壟斷焊接結(jié)構(gòu)大獎的歷史。其高空大跨度的馬鞍形設(shè)計獨特,內(nèi)部沒有一根立柱,全焊接的重型鋼結(jié)構(gòu)對焊接質(zhì)量要求之高、難度之大,不要說在中國沒有先例,在全世界的焊接史上也極少見。

港珠澳大橋焊接技術(shù)團隊首次將機器人焊接技術(shù)用于鋼橋制造領(lǐng)域,建成國內(nèi)首條板單元自動化生產(chǎn)線,率先在我國大跨度鋼橋制造上采用免涂裝耐候鋼焊接技術(shù),獲多項發(fā)明專利。

突破的關(guān)鍵技術(shù)包括但不限于:研制成功U形肋、板肋與面板組拼的自動組裝機床,實現(xiàn)了自動行走、打磨、除塵、定位、壓緊和機器人取代人工實現(xiàn)定位焊的自動化;

首次使用焊接機器人配合反變形翻轉(zhuǎn)胎,實現(xiàn)多條加筋肋同步焊接,焊縫質(zhì)量好,焊接效率高;

開發(fā)了焊接質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了焊接參數(shù)的實時監(jiān)控,確保了焊接質(zhì)量可追溯性;

建造了國內(nèi)首條鋼箱梁板單元制造自動化生產(chǎn)線等。

中國奇跡從來不僅發(fā)生在國家經(jīng)濟體量的飛躍式進步上,同樣也展現(xiàn)在各個重大工程,重點項目的實施建設(shè)中,而焊接的技術(shù)和工藝,恰恰就是一種讓世界見證中國奇跡的有效途徑。

手握一把焊槍,中國焊接人就能匯聚八方力量。

尾聲

中國制造業(yè)的由大變強,可以從中國焊接的未來發(fā)展上找到端倪。中國焊接事業(yè)的由大變強,也會影響到中國制造業(yè)的未來走向。

焊接行業(yè)的未來走向,有以下的三個趨勢。

●由手工化向自動化的轉(zhuǎn)變

如前文提到,我國當前的焊接自動化率僅20%左右,而工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)高達80%。用焊機來解放更多焊工,用自動化提升效率,以設(shè)備焊接來替代人工,解決更多的操作環(huán)境對人體健康危害的問題,是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。更何況機器在焊縫質(zhì)量、速度和效率方面的能力大大超過手工焊接,未來手工焊應(yīng)用的場景也會越來越少。

●由普通化向特種化的轉(zhuǎn)變

普通焊條、焊絲、焊機、工具的進入門檻不高,容易被模仿復制,更容易陷入無窮無盡的價格戰(zhàn)。

特種焊材,如不銹鋼的焊條、焊絲,稀有有色金屬的釬料,焊絲,無縫不銹鋼藥芯的焊絲,專業(yè)用途的焊機,工具等等,雖然量不如普通產(chǎn)品多,但附加值遠超前者。

能制造生產(chǎn)出特種化的焊材,焊機,工具等,是各個企業(yè)在焊接技術(shù)和工藝實力上的最終體現(xiàn)。這與其自身科技研發(fā)能力息息相關(guān)。說到底,不怕不識貨,就怕貨比貨,在實際的應(yīng)用場景中,是騾子是馬,只有牽出來遛遛才會知道。焊縫的質(zhì)量,密合的程度,永遠是騙不了人的。何況還有機器探傷——任何微小失誤,在焊接這個領(lǐng)域,都可能產(chǎn)生致命的后果。

●由人干「苦活」到機器人干「苦活」的轉(zhuǎn)變

從工業(yè)機器人的應(yīng)用實際來看,自動焊接機器人可以智能識別焊縫規(guī)格,下放適當?shù)暮覆膶缚p進行填充,焊縫填充度好,可以針對大中小型工件的焊接;可以實現(xiàn)二十四小時不間斷工作,工作效率較高,焊后的工件一致性高,焊接質(zhì)量穩(wěn)定。

特斯拉汽車工廠車間,人們能看到的除了四濺的焊花之外,更多的其實是密密麻麻的焊接機器人組群,它們能夠卓有成效、不知疲倦地連續(xù)作業(yè),可以不受污染環(huán)境影響的可持續(xù)操作能力,這又豈是血肉之軀的人體可以長期與之比肩和抗衡的?

未來的焊接工藝,一方面要研制新的焊接方法、焊接設(shè)備和焊接材料,以進一步提高焊接質(zhì)量和安全可靠性,如改進現(xiàn)有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能源;運用電子技術(shù)和控制技術(shù),改善電弧的工藝性能,研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法。

另一方面提高焊接機械化和自動化水平,如焊機實現(xiàn)程序控制、數(shù)字控制;研制從準備工序、焊接到質(zhì)量監(jiān)控全部過程自動化的專用焊機;在自動焊接生產(chǎn)線上,推廣、擴大數(shù)控的焊接機械手和焊接機器人,可以提高焊接生產(chǎn)水平,改善焊接衛(wèi)生安全條件等。

焊接行業(yè)的未來,會是一個以自動化機器和機器人替代人類進行高效率、全方位工作的全新時代,這是中國的未來場景,當然也會是世界的未來場景。

參考資料:

[1]智能制造背景下技工院校焊接專業(yè)高技能人才的培養(yǎng)分析與策略 付煒亮

[2]焊接機器人“十三五”銷售狀況與“十四五”展望 李憲政

[3] 激光視覺傳感器的機器人焊縫高精度跟蹤系統(tǒng) 蘇賜民

[4] 《2022-2027年中國焊接材料行業(yè)市場深度調(diào)研及投資策略預測報告》中研普華

[5] 《2022-2027年中國焊接工具行業(yè)市場全景調(diào)研與發(fā)展前景預測報告》 中研普華產(chǎn)業(yè)研究院

[6] 《中國電焊機行業(yè)發(fā)展深度研究與投資趨勢分析報告(2023-2030年)》 觀研報告網(wǎng)

[7] “港珠澳大橋”項目榮獲國際焊接工程最高獎 中國機械工程學會焊接分會

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