２０１ １年５月 广西轻工业 ＧｕＡＮＧＸＩ Ｊ０ｕＲＮＡＬ ｏＦ ＬＩＧＨＴ ＩＮＤｕｓＴＲＹ 第５期（总第１５０期） 机械与电气 焊接设备技术现状及发展趋势 黄政艳 （广西机电职业技术学院，广西南宁５３０００７） 【摘 要】 简要分析我国焊接设备的技术现状以及与国外先进技术的差距，分析焊接设备行业发展存在问题，从焊接电源 控制数字化、焊接工艺控制智能化、焊接系统集成化网络化、焊接装备环保化以及电弧焊机、焊接智能化及自动化等方面阐述焊接 设备的未来发展趋势。 【关键词】焊接技术；焊接设备；应用现状；发展趋势 【中图分类号】ＴＧ４３ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】 １００３—２６７３（２０１１）０５—３１—０２ 据统计，２００９年我国的钢产量已达到５．３亿吨，是全世界 钢材消费量最大的国家。钢铁产品中大约有三分之一需要经过 焊接加工才能成为有一定功能的产品，焊接结构具有质量轻、 富，焊接工艺控制更加方便；而国内的自动化焊接系统普遍处 于继电器开关量编组控制的水平，各个自动化焊接部件信息量 的传递十分有限，难以实现复杂的焊接工艺协调控制。 （４）焊接机器人自动化装备技术方面，在欧美、日本等技术 发达国家，自动化、机器人焊接设备的应用非常普遍，已形成了 成熟的技术、设备和与之配套并不断升级的焊接工艺。在我国， 汽车、石化、电力、钢结构等行业焊接生产现场使用的自动化和 机器人焊接设备，少部分为国内焊接装备企业的自主知识产权 成本低、性能稳定、生产周期短、效率高等优点，其应用日益广 泛。当前，装备制造业是我国国民经济发展的支柱行业，焊接设 备作为钢铁的“裁缝”，已广泛应用于机械、汽车、造船、建筑、冶 金、化工、轻工、电力等各行业以及航天、电子、原子能等国防尖 端工业，焊接装备蕴涵着巨大的市场需求。 设备，一部分由国内或合资、独资企业提供的、关键部件采用国 １ 焊接设备行业技术现状 我国已经成为世界上最大的焊接设备生产国和出口国，除 外技术的组装和成套产品，更多的则是成套进口设备。国内企 业对自动化、机器人焊接设备的关键技术的掌握和生产应用方 面，与国际先进水平相比还存在较大差距。 了少数高端设备外，焊接加工设备我国基本都能自行提供。 １．１焊接设备技术水平 焊接设备技术水平主要体现在以下几个方面：高效节能的 ＣＯ 焊机、埋弧焊机的应用率大幅度提高；逆变焊机已经形成 普遍推广的势头，特别是逆变ＣＯ 焊机获得了普遍应用；自动 焊接设备发展迅猛，在高速机车、工程机械、钢结构、家电、汽车 等行业获得广泛应用，已经占据主体地位；以焊接机器人为代 表的焊接自动化装备的数量大幅增加，应用日益广泛；在金融 危机的大背景下，电焊机出口数量和规模都大幅增加，在低端 商用国际市场上的占有率大幅上升。 １．２我国焊接技术与国外先进焊接技术的对比 ２焊接设备行业发展存在问题 焊接设备行业发展存在的主要问题：我国已经成为世界上 的电焊机大国，但还远非强国。电焊机厂家数量多但普遍规模 偏小，产品链不完善，与国外优势企业缺乏强有力的竞争能力。 电焊机企业大都缺乏核心技术，大量企业片面追求扩张规模， 采用粗犷式生产方式提高产能以求更大的市场占有率，大都难 以筹措更多的资金进行高端产品的研制开发，产品的拷贝抄袭 现象严重，在知识产权日益受到重视的今天，企业的发展后劲 不足。电焊机产业同质化发展，各个企业在产品构成、市场取向 方面过于集中导致了价格的恶性竞争，损害了电焊机行业的整 与国外先进技术发展相比，我国焊接设备的技术水平还存 在一定差距。 体利益。对行业标准、质量管理体系，环境对设备的要求等认识 不深，对出口、参与国际竞争的焊接设备的国际标准和要求了 （１）在数字化焊机控制方面，进口焊机的主流是全数字化 控制的焊机，全数字化控制技术大大提高焊机产品的控制精 度、一致性和可靠性，而国内的焊接电源，仍然以模拟控制技术 为主。 解不够，一些企业对标准、认证等工作只停留在形式和表面，仅 为了应付检查，而在日常生产中的执行力不够。电焊机产品是 焊接、机械、电子、信息技术的综合体，由于各个大学焊接专业 的撤消，导致电焊机行业大量缺乏专业技术人才，电焊机从业 人员的技术水平参差不齐。 （２）在智能化工艺控制方面，国外进口焊接电源大都以免 费或选配的方式提供了焊接专家系统，允许操作者输入焊接材 料、厚度、坡口形式等焊接工艺条件就可以自动生成焊接工艺； 而国内焊接电源厂家在焊接工艺的研究和积累工作还十分有 限，难以提供成熟可靠的焊接工艺支持，导致国内产品除价格 ３ 焊接设备行业技术发展趋势 随着我国经济的持续快速发展，国内重型机械、冶金机械、 外与进口产品相比没有竞争优势。 （３）网络化系统集成方面，国外自动化焊接系统的集成水 船舶制造、矿山工程机械、电站锅炉、压力容器、石油化工、机车 车辆、汽车等行业已经进入世界同行业先进行列，由于这些行 平较高，焊接设备大都提供了现场总线接口，而且可靠参数丰 【作者简介】黄政艳（１９７３一），男，广西容县人，副教授，高级工程师，工学硕士，研究方向：机械制造及其自动化技术、高等职业教育管理。 ３１ 业都是以焊接工艺为主导，加上国内投资的增加，为中国电焊 机行业提供了良好的发展机遇。高效节能焊接装备将强势增 长，在石化、造船、锅炉、铁路等行业得到快速推广。国内焊接自 （５）去技能化的电弧焊机。针对熟练焊工短缺的环境，不需 要焊接技能就可以进行高品质的焊接：焊接操作一键实现；即 使焊接过程遇到焊接间隙等变化，焊机能够自适应调整。 （６）实现网络化管理的电弧焊机。为焊接用户的数字化工 厂提供解决方案。 动化装备将进入高速发展阶段，自动化程度高、性能优良、可靠 性好的各种自动化专用成套焊接设备、焊接机器人工作站和焊 接生产线，其市场容量相当大，发展前景乐观。 ３．１焊接设备技术发展趋势 ３．１．１焊接电源控制数字化 （７）焊接电源与机器人控制融合的新型焊接电源。实现焊 接控制与机器人动作的一体化控制。 ３．２．２焊接自动化及智能化 中国的数字化焊接电源经过十几年的发展，“十二五”期间 会开始逐步走向成熟。针对不同电弧过渡形式中的电弧物理与 工艺特征的优化控制模式，数字化逆变焊接电源的研究开发不 仅仅是电路的开发与创新，必须将逆变电源的开发与工艺，特 别是电弧物理相结合，开发新型的、更高性能的、更多功能的弧 据统计，国内企业现有焊接自动化焊接设备（含焊接机器 人）占总焊接设备的比例仅为１０—１５％，而国外同行业的先进 企业比例已超过５０％，部分已达到９０％，因此中国焊接自动化 市场化发展空间巨大。未来５年，对焊接自动化设备的需求量 将会非常大，尤其是锅炉、压力容器、船舶、钢结构、桥梁、汽车、 机车、冶金设备、采矿机械、石油化工设备、家用电器、医疗设备 焊电源，推动使用量大面广的弧焊技术的发展。国外企业应用 的数字化焊接电源占全部电源的２５—３０％，并且还有逐年增长 的趋势。国内企业近年来刚刚开始采用数字化焊接电源，数字 化电源占全部电源的比例不到５％。 ３．１．２焊接工艺控制智能化 和半导体器件等重点制造业都需要在自动化程度高、性能优 良、可靠性高的各种专用自动化成套设备、焊接机器人工作站 和焊接生产线。 （１）机器人焊接技术由于其良好的控制柔性和软硬件成本 由于缺乏专业的焊接工艺技术人才，“十二五”期间电焊机 行业将开始从销售焊机向用户提供一体化的焊接设备工艺过 渡。这就需要电焊机产品必须包含焊接工艺数据库，也就是说， 的迅速降低，将得到极大地发展并成为制造业自动化焊接技术 的首选。主要包括：中厚板钢结构部件机器人焊接技术；铝、镁 结构部件机器人焊接技术；低成本焊接机器人技术；Ｍｉｎｉ型焊 接机器人技术；特殊环境下工作的焊接机器人技术；专用激光 电焊机市场必将从焊机性能的竞争过渡到焊接性能的竞争。 ３．１．３焊接系统集成网络化 或激光一电弧复合焊接机器人技术；具有视觉或其他传感跟踪 焊缝轨迹及自适应焊接参数调整功能的智能化焊接机器人技 术；机器人焊接的专家数据库技术；高效高速双丝机器人焊接 技术；多机器人协同焊接控制技术；机器人遥控示教、遥控焊接 技术；机器人焊接的质量控制技术。 各类焊接专机的构成将从以ＰＬＣ为核心的开关量编组控 制过渡到以各类工业现场总线为基础的分布式控制，系统集成 的技术水平将进一步提高。 ３．１．４焊接装备环保化 “十二五”期间将大力发展节能降耗的焊接设备，ＥＭＣ标 准、ＲＯＨＳ指令将得到普遍推行，同时对操作人员的电磁健康 也会得到关注，将出台电焊机能耗标准等一系列政策淘汰高能 耗产品。 （２）焊缝形式单一的标准化的自动化焊接专机在金属结构 制造和金属结构安装行业将得到极大发展。包括：窄空间焊接 专机、管一管焊接专机、管一板焊接专机、管一法兰焊接专机、 相贯线焊接专机、表面堆焊焊接专机。 （３）针对特定行业具有金属结构件的非标自动化焊接专机 技术将继续得到发展的智能化焊接专机技术。 ３－２焊接设备行业发展重点领域 ３．２．１电弧焊机 随着国内装备制造业及金属加工行业的发展，焊接施工技 术的结构在调整，焊接自动化进程不断加快，各主要工业领域 的焊接自动化及智能化时代已经到来，十二五期间将是国内焊 （４）其他方面焊接自动化及智能化技术包括：大型的自动 化焊接装备技术；自动化焊接再制造技术；自动化焊接生产线 技术；自动化焊接车间技术；自动化焊接车间的网络化、数字化 管理，远程控制技术；焊缝的自动检测、跟踪和补偿技术；电弧 的检测与自动补偿技术；可视化焊接技术的开发与应用。 接自动化技术发展及其应用的高速增长期，也是中国焊接自动 化发展的关键阶段。 （１）高效、高速、节能的焊接工艺趋势引起的电焊机发展。 带来多丝（枪）协调功能的高效ＭＩＧ／ＭＡＧ焊机、ＴＩＧ焊机；实 现高速焊接的ＭＩＧ／ＭＡＧ焊机、ＴＩＧ焊机；与激光协调的 ＭＩＧ／ＭＡＧ焊机、ＴＩＧ焊机。 （２）节能焊机的发展。在当前逆变焊机基础上，采用新材 ４结语 “十二五”期间，国内焊接设备产业面临着十分严峻的形 势，为了提高民族焊接装备的技术水平，要增强自主创新能力， 加大科研投入力度，集中攻克一批长期困扰产业发展的共性技 料、新工艺、新控制方式追求进一步降低能耗的电弧焊机。 （３）绿色环保焊机的发展。符合ＩＥＣ、ＧＢ的ＥＭＣ要求的电 术难关，提升企业产品开发、制造、试验、检测能力。要加快完善 产品标准体系，紧跟国际先进技术发展趋势，制订装备产品技 术标准，提高标准水平，促进新技术、新工艺、新设备、新材料的 弧焊机；使用材料符合ＲＯＨＳ要求的电弧焊机；对操作人员电 磁健康关注的电弧焊机。 （４）实现精密焊接的电弧焊机。低热输入量的ＭＩＧ／ＭＡＧ 焊机、低飞溅的ＭＩＧ／ＭＡＧ焊机。 推广应用，淘汰落后产品。要加强焊接装备专门技术人才和管 理人才的队伍建设，充分发挥高等院校、科研院所、职业教育部 （下转第８０页） ３２ 表５ ＶＯＣ估算对比表（单位：吨／年） 调查收集深圳市２００３年的旅客吞吐量和货物吞吐量，结合 大气污染物各参数运用（１）式计算深圳市船舶排放清单见表９。 表９ ２００３年深圳市船舶污染物排放清单及其占流动源总量的比例 表６一氧化碳估算对比表（单位：吨／年） 注：船舶发动机燃烧较充分，可以认为排放的粒子全都是ＰＭ１ ０，按北京市 机动车平均比例计算￣＇ＪＰＭ１０中９１ ７％为ＰＭ２ ５。 ３ 结语 本文介绍的船舶污染物排放清单估算方法依托香港详细 表７粒子估算对比表（单位：吨／年） 的船运资料和大气污染物数据库，经过有效的验证，适应性和 准确性较好，有效地填补了国内在船舶污染物排放清单研究上 的空缺。经计算，２００３年深圳市船舶排放的ＳＯ 占全市流动源 ＳＯ 排放量的５８．６２％，是一个重要的污染源。 参考文献 【１】Ｃａｌｉｆｏｒｉｎａ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｂｏａｒｄ，Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐａｒｔｉｃ— ｕｌａｔｅ Ｍｕｔｕｇｅｎｓ Ｉｎ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃａｌｉｆｏｒｉａ’ｓ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ．Ｍａｒｃｈ １９８４ ＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｒｂ．ｃａ．ｇｏｖ＞ ［２】ｕ．Ｓ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｇｅｎｃｙ，Ｆｉｎａｌ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ，Ｃｈａｐｔｅｒ ７：Ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ Ｂａｓｅｌｉｎｅ ａｎｄ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ａｄ— ｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊａｎｕａｒｙ ２００３＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｐａ ｇｏｖ／ｏ— ｔａｑ／ｒｅｇｓ／ｎｏｎｒｏａｄ／ｍａｒｉｎｅ／ｃｉ／ｒ０３００４ ｐｄｆ＞ 【３】香港航运发展局、香港港口及航运局＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃ．ｇｏｖ ｈｋ＞ 从以上各污染物估算对比表可以看出，估算量与实际公布 量的相对偏差都小于２．５％，说明估算的准确性相当高。除 ＶＯＣ外，用参数ａ；，Ｉ，，代入即用旅客吞吐量和货物吞吐量进行 估算的（１）式比用参数ｃ．、ｄ 的（２）式要精确。 ２．３ ２００３年深圳市船舶污染物排放清单 【４】香港特区政府统计处＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｎｆｏ．ｇｏｖ．ｈｋ＞ （５】香港环保署＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｐｄ．ｇｏｖ．ｈｋ／ｅｐｄ／ｃｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ＞ ｆ６吴烨，６］郝吉明．应用ＰＡＲＴ５模式计算机动车尾气管的颗粒物排放ⅡＪ． 环境科学，２００２，１（１）：２３． （上接第３２页） 门的技术及人才优势，多方合作，重点培养一批高素质的行业 （３４）：５５． 技术研究、应用和管理人才。要充分发挥行业协会作用，使行业 协会真正成为政府与企业之间的桥梁纽带和参谋助手。 参考文献 …李春范等．中国焊接材料的现状及发展趋势卟焊接，２０１０，（７）：２１—３３． 【２】章建华等．我国焊接行业的现状与未来Ⅱ】．黑龙江科技信息，２００９ 林尚扬等加强共性技术创新，促进装备制造业发展——中国焊接行 业的现状与自主创新战略【ｃ］振兴东北地区等老工业基地专家论坛论 文集，２００６：４—８ １４】中国焊接协会焊接设备分会，成套设备与专用机具分会．焊接设备现 状及发展趋势［ｃ］．２０１０年度中国焊接装备行业高峰会议论文，２０１０． ８０
