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慧眼识“”焊",敢为人先

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目前,弧焊电源和气体保护焊电源每年是我国工业焊接设备60%以上的占有率,40%为其它焊接电源,而焊接设备每年50%靠进口,25%靠国内合资生产,25%是国内近千家普通焊机和简单的逆变焊机市场,而且这些市场份额也主要依靠低质量和廉价的劳动力,一些商业运作手段维持,这样的竞争能力能维持多久值得思考…我国最近几年随着军事装备和工业技术的迅速发展要求焊接质量越来越高,每年的焊接电源投资额75~100亿左右,由于我国焊接电源质量低下,高质量的焊接电源或一些大型工厂的焊接设备都是依靠进口。而弧焊电源和气体保护焊电源每年占市场投资额的60%以上,为42亿之多。因此我国未来金属焊接市场很大,高质量的焊接电源具有相当大的需求量,所以开发研究和生产我国自主品牌高质量焊接电源迫在眉急。可见因我国焊接电源质量低下近千家电焊机厂不抵日本松下和美国林肯两家公司焊接市场份额的一半,值得国人深思!
  数字智能电焊机解决了美国林肯STT焊机和日本松下全数字逆变焊机电源无法解决的问题。因此说,数字智能电弧焊和数字智能熔滴过渡成形气体保护焊在科技领域足以超越或取代目前世界上全数字逆变焊机电源和STT焊机电源设备,如果该产品大量投放市场,利用我们自主技术不但可以占领我国绝大部分焊接领域,也可以占领世界焊接界的重要地位,促使中国焊接技术迈上一个新的台阶,而不再受国外技术的制约和干扰,更利于中国装备制造业的腾飞发展,同时我们年收益也会在数亿元之上,随着世界工业科技的不断发展,对焊接电源的质量和焊接工艺要求会越来越高!需求量将会越来越大,焊接电源不再是一个简单的工具,而将代表一个国家装备业与工业科技发展的速度和进步程度。
  电弧焊仍是当今焊接的主要方式,焊接电源的性能直接影响到焊接过程的稳定性和效率以及材料和能源的消耗,最终体现在焊接接头的质量一致性。近25年来国外电焊机技术水平随着电力、电子元器件和计算机技术的发展迅速提高,从原先的旋转式直流焊机发展到二极管整流焊机、晶闸管(可控硅)整流焊机、晶体管整流焊机、逆变式焊机,一直到现在的全数字化逆变式焊机。国内电焊机行业在计划经济时期主要由上海电焊机厂、天津电焊机厂、成都电焊机厂等国营大企业唱主角,现在它们都退下来了,全国电焊机行业形成近千家的众多小型企业的局面。当前引领中国电焊机产业的是两家合资企业,产品主要是外国母公司的品牌,占有国内电焊机市场的近半壁江山。具有中国自主知识产权的电焊机主要是晶闸管整流焊机和简单功能的逆变焊机。目前国内骨干装备制造企业使用的高档焊机,如前面提到的STT焊机、全数字化逆变式焊机、脉冲气体保护焊机等基本上依靠进口。这些先进的焊机附加值极高,一台全数字化逆变焊电源价格高达12~15万元,而一般同等功率的普通晶闸管整流焊机价格仅为2~4万元,普通的逆变焊机更低至1~3千元。中国每年进口的焊接电源设备的费用约占全国市场的一半,而国内生产的焊接电源产值中由近一半是合资企业的。这样的竞争能力能维持多久值得思考。
1.在装备制造业中的地位与作用
 焊接是一种将材料永久连接,并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品,从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件,在生产制造中都不同程度的应用焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域,直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。
  中国2005年钢产量达到3.49亿吨,成为世界最大的钢材生产与消费国,而焊接结构的用钢量也突破1.3亿吨,2010年中国钢铁产量增至6亿吨相当于美国一年的钢产量,2011年中国的粗钢产量为6.955亿吨占全球粗钢总产量的比例提高至45.5%,成为世界上空前最大的焊接钢结构制造国。
  从2005年中国完成的一些标志性工程来看,焊机技术发挥了重要作用。例如三峡水利枢纽的水电装备就是一套庞大的焊接系统,包括导水管、蜗壳、转轮、大轴、发电机机座等,其中马氏体不锈钢转轮直径10.7m,高5.4m,重440t,为世界最大的铸一焊结构转轮。该转轮由上冠、下环和13或15个叶片焊接而成,每个转轮的焊接需要用12t焊丝,耗时4个多月。神舟6号飞船的成功发射与回收,标志着中国航天事业的巨大进步,其中两名航天员活动的返回舱和轨道舱都是铝合金的焊接结构,而焊接接头的气密性和变形控制是焊接制造的关键。2005年底由第一重型机械集团为神华公司制造的中国第一个煤直接液化装置的加氢反应器,直径5.5m长62m厚337mm重2060t,为当今世界最大、最重的锻-焊结构加氢反应器,采用国内自主知识产权的全自动双丝窄间隙埋弧焊技术,每条环焊缝需连续焊接5天。西气东输的管道线长4000km,是中国第一条高强钢(X70)大直径长输管线,所用的螺旋钢管和直缝钢管全部是板-焊形式的焊接管。2005年我国造船的总吨位达到1212万吨,占世界造船总量的17%,居于日、韩之后,稳居世界第三,正向年产2500万吨的世界水平迈进。2011年,中国船舶工业三大指标造船完工量、新接订单量、手持订单量以载重吨计分别在6800万吨、3700万吨、1.6亿吨左右,居全球首位。我国总造船产能虽然世界领先,但在高端船舶研发和制造焊接方面,与世界造船强国日本和韩国还有一定差距。国内制造的30万吨超级油轮、新型5668标箱集装箱船、15万吨散装货船,以及为世界瞩目的,被称为“中华第一盾”的170舰,都是中国造船界的骄傲,船体是典型的板-焊结构。另外,上海中泸蒲大桥是世界最长的全焊钢拱桥;国家大剧院的椭球型穹顶是世界上最重的钢结构穹顶;奥林匹克主体育场的鸟巢式钢结构重4万多吨,也是世界之最。这些大型结构都是中国焊接制造的最大、最重、最长、最高、最厚、最新的具有代表性的重要产品。由此可见焊接电源技术在国民经济发展和国防建设中具有非常重要的地位和作用。
  从“十一五”规划的二十项国家重大技术装备的研制项目可以看出,在百万千瓦级核电机组、超临界火力发电机组成套设备、高水头超大容量水电机组、大型抽水蓄能机组,30~60万瓦级循环硫化床(CFB)锅炉的成套技术装备、百万吨级大型乙烯成套设备、百万吨级大型对苯二甲酸成套设备、大型煤制气成套设备以及大型煤矿综合采掘成套技术与装备中,焊接制造都是关键制造工艺之一。
2.行业自主创新能力分析
新中国建立以来,特别是改革开放多年来,中国先后引进了一些先进的焊接设备、技术和材料。目前国际上在生产中已经采用的成熟焊接方法与装备,在国内也都有所应用,只是应用的深度和广度有所不同而已。中国的制造企业已经在采用诸如电子束焊接、激光焊接、激光钎焊和激光切割、激光与电弧复合热源焊接、单丝或双丝窄间隙埋弧焊、4丝高速埋弧焊、双丝脉冲气体保护焊、等离子弧焊接、精细等离子弧切割、水射流切割、数控切割系统、机器人焊接系统、焊接柔性生产线(W-FMS)、变极性焊接电源、表面张力过渡焊接电源(STT)和全数字化焊接电源等。中国的焊接生产技术水平有了很大的提高,但是存在问题的严重性也不容忽视(技术主要依靠国外)。
  总体来看,中国2004年的焊接材料生产总量达到210万吨,比美国、日本德国三国焊接材料产量的总和还多,到2008年的焊接材料生产总量达到375万吨,但是其中手工焊接用的焊条产量占75%,各种机械化、自动化焊接用焊丝占25%,焊接的机械化/自动化率为35%,达到历年来的最高比例。
  中国制造业中以焊接为主要工艺的企业约有7000多家,其中特大型、大型和中型企业约占1/3,它们的焊接电源情况明显要好于众多的小型企业。主要在汽车、工程机械、摩托车、轨道车辆、锅炉、金属家具及军工等行业。近几年来,汽车行业(包括汽车制造厂和零部件厂)大量安装使用高性能的焊接电源和焊接机器人,全国高性能的焊接电源和焊接机器人70%集中在汽车行业。但是目前全国焊接用的90%以上是进口的。
  制造超临界和超临界火力电站锅炉、核电站成套装备以及石油化工装备的加氢反应器是国内能源发展的需要。焊接电源在这些重大装备的制造中起着重要的作用,但所需要的焊接电源基本依靠进口。工程机械用的高强度钢(900~1100mPa)的气体保护焊焊丝也主要依靠进口。国内焊接材料厂有近千家,列入统计名单的大中型企业120家,并已形成以天津、自贡、上海、昆山、锦州等几个较大的企业集团。但总的来说,产品品种较少、研发能力弱、研究开发速度慢,大多数为中低端产品,难以抵挡国外中高端焊接电源和焊接材料的不断涌入。对于国内重大技术装备与国防高新工程的研制具有严重影响。
综上所述,焊接工艺已经不是一种辅助工艺,它在最近几年已经成为制造业中的关键加工手段,完成了许多关系国际民生与国防建设的重大战略性产品的生产,中国已经毫无悬念地成为世界首屈一指的焊接大国。但是国内焊接生产中应用的关键焊接材料、焊接电源设备严重依赖国外进口,具有中国自主知识产权的关键技术与产品不多,而且总体研发、创新水平和速度都不高,与焊接大国的形象形成了巨大的反差。如果继续下去,将会逐步成为中国经济战略安全的薄弱环节。
3.国外技术创新状况
世界各工业发达国家都非常重视焊接技术的发展与创新。美国和德国专家在讨论21世纪焊接的作用和发展方向,一致认为:
  (1)焊接(到2020年)仍将是制造业的重要加工技术,它是一种精确、可靠、低成本,并且是采用高科技连接材料的方法,目前还没有其它方法能够比焊接更为广泛地应用于金属的链接,并对所焊产品增加更大的附加值。
  (2)焊接技术(包括链接、切割、涂敷)现在以及将来,都有最大可能成功的将各种材料加工成可投入市场的产品的首选加工方式。
  (3)焊接不再是一种“应召工艺”,它将逐步集成到产品的全寿命过程,从设计、开发、制造到维修、再循环的各个阶段。
  (4)焊接电源的好坏将被认为对改善产品全寿命的成本、质量和可靠性是至关重要的手段,而且对提高产品的市场竞争力有重要贡献。
  世界各主要工业发达国家都非常重视发挥焊接电源技术研究机构的作用,基本上都形成了大学、研究所、企业的三级研究开发体系,各主要工业发达国家都成立了焊接研究所,如英国的焊接研究所(TWI)、美国的爱迪生焊接研究所(EWI)、法国焊接研究所(FWI)、日本的连接与溶接研究所(JWRI)、乌克兰的巴顿电焊研究所(PEWI)、德国亚琛大学的焊接研究所(ISF)和德国焊接学会(DVS)下属的分布在全国各地的焊接研究与培训中心(SLV)等,而韩国的焊接研究中心是设计在韩国现代科学技术研究院(KAIST)的韩国工业生产技术研究院KITCH之内。它们都属于国家级的焊接研究机构。
  中国从20世纪80年代开始,国家连续投入几亿元的资金,花了近20多年的时间,但由于工作过于学术化,至今连一个能批量生产具有中国自主知识产权的高性能工业焊接电源和机器人的企业都没有建立,形成巨大的反差。
  电弧焊至今仍是焊接的主要方法,而电弧焊技术的进步主要是有焊接电源的发展带动的。国外企业非常重视焊接电源的开发,而且将电源的开发与电弧物理和焊接工艺技术相结合。每当出现一种新型焊接电源都同时推出新的控制方法。例如当出现晶闸管整流焊接电源就推出波形控制减少飞溅的C02焊接电源和方波交流焊接电源;当逆变电源出现后就推出变极性电源、STT短路过渡焊接电源等,这说明焊接电源的焊接并不只是电路的设计,它关系到电气技术、微电子技术、控制技术、计算机技术、电弧物理、工艺技术等工程技术人员。国内电焊机行业缺乏龙头企业,缺乏这样的团队,是造成国内电焊机电源发展速度慢、小企业只能在低端产品的生产中挣扎生存的主要原因。
  我公司研制的数字智能电焊机是焊接新技术,这是一项带有颠覆性的创新,由于焊接时智能分析而输出,可做到单点熔滴过渡控制,焊接密度是常规焊机焊接密度的8~20倍,弧光和热辐射小、耗能小、效率高、工件变形小,电网污染小等诸多的优点,是当今焊机无法相比的,会迅速得到推广应用。同时也解决了常规电焊机因电子电路复杂温度漂移,控制技术低下而不能进入我国西北和东北地区的现象,解决了野外焊接作业的困难。目前全数字焊接电源已经在飞机、火箭、快艇、油轮、火车车厢等铝合金结构制造领域得到应用。国内一些研究院所也正在展开研究与开发,开始自己的创新活动。
  综上所述,国外主要工业发达国家的政府很重视焊接技术的发展,他们希望用先进的焊接电源技术来提高产品的生产质量、提高效率、降低成本,以此来与劳力成本相对低廉的国家进行市场竞争,这是一种战略手段。
4.国内自主创新能力的问题和差距
与国外相比,从总体上看国内焊接电源的技术水平较低,众多企业需要的、中国自有的、“使用量大面广”的焊接技术、焊接电源设备、焊接材料的水平甚至比尖端焊接技术更落后于国外。然而,对于汽车、造船、轨道车辆、电站锅炉、发电设备、重型机械、工程机械、集装箱等行业的中等以上骨干企业,在改革开放以来的多次技术改造中,引进了一些国外先进的焊接电源与设备、材料和工艺,焊接生产的技术水平有了很大的提高,基本上能达到接近国外同类企业水平,能够生产出国家经济和国防建设需要的装备和产品,只是先进技术的应用方面、使用的数量和技术的先进程度有别于国外的企业。但是必须看到国内还缺少更多的具有自主品牌的先进焊接电源与设备、高端焊接材料和高效焊接工艺技术,目前国内企业使用的这些先进的焊接电源设备与材料大多依赖国外进口。国内焊接生产的这种表面辉煌,技术空心化的局面是一个很严重的战略软肋!在很大程度上还是制约了我国装备业和工业制造的发展。
国内焊接电源创新能力不高的原因:
“现在从国家层面来说,政府有关部门也开始重视对焊接技术在国民经济发展和国防建设中的地位和重要性的全面准确认识;针对经济发展和市场竞争需求也提出焊接技术发展的战略性指导规划;开始追求高新精尖焊接电源技术的创新。”
  (1)从国家和高等学校层面来说,1998年以前,中国共有50多所高等院校设立焊接专业,每年给国家培养上千名焊接毕业生。实行通才教育后,国家教育部仅批准哈尔滨工业大学一家扔保留独立的焊接专业,每年培养70~80名焊接专业学士、70名左右的焊接硕士和博士。其他高校的焊接教研室大多改称焊接研究所,在通才教育的前提下,部分材料系或机械的学生偏重于焊接学科,但是有关焊接的专业课程比原先减少了一半以上的学时。这些大学毕业生要从事焊接技术的创新与开发需要比较长的在职锻炼时间。
  目前,国内的高等院校,特别是著名的大学,创新能力都比较强,从事焊接技术研究的领域,比较多偏向于机械自动控制、机器人、新型材料的焊接,以及电子束焊接、激光焊接等技术方面。研究这些高新精尖技术很有必要,可以解决特殊领域的需求,也比较容易得到政府部门的资助。但是这些技术应用面相对比较窄,对国民经济发展的影响较小;而需求最大的常规金属焊接电源还停留在数值模拟焊接电源上,而坚持从事“常规”焊接材料、焊接工艺和数字智能焊接电源创新研究的高校却屈指可数。例如中国手工焊条的年产量超过150万吨,包括其它焊条总计375万吨,是世界上最大的焊条生产国,这应该是中国的长项,但是由于长期缺乏深入的基础理论研究,中国焊接电源的质量和焊接工艺水平长期落后于国外,而且进展缓慢。对于焊接电源、电弧物理方面的研究已快后继乏人了。
  (2)从焊接研究机构层面来说,中国在20世纪50年代由机械工业部建立了专门的焊接研究机构----哈尔滨焊接研究所和成都电焊研究所。其它产业部门也相继建立了相应的焊接研究机构,但是大多数是以处、室的形式设在研究院所内,如钢铁研究总院的焊接室、冶金建筑研究院的焊接室、船舶工业研究所的焊接室、航空制造工程研究所的焊接室等等。哈尔滨焊接研究所是国内唯一一所焊接技术综合性研究所,研究领域包括焊接材料、材料焊接性、焊接工艺、焊接设备、无损探伤等;行业服务中介领域包括全国焊接学会秘书处、全国焊接协会秘书处、全国焊接标准化技术委员会秘书处、国家焊接材料质量监督检验中心、焊接杂志社等。50年来,这些研究机构为中国的经济发展和国防建设做出了重要的贡献,同时也建立了具有比较先进的研究测试仪器和设备的实验研究基地,培养了一支具有多种学科、经验丰富、熟悉生产的科技队伍,树立了良好的科研气氛。随着改革的发展,一些工业部被撤销,有两百多个研究院所转制成为科技型企业,但是国家如何战略定位这些研究院所,对这些转制研究院所在科研、创新中要起什么作用,比较模糊。
  (3)从企业层面来说,2006年全国科技大会明确指出企业在科技创新中应起主体作用。“主体”并不是意味独干,或企业自己从头干起。政府应促进企业积极牵头,超前提出需要研究解决的课题,坚持产学研的有机联合开展预先研究;“主体”也要有所为有所不为,企业不能包打天下,什么都要自己来干。国家提出企业发挥主体作用是一项比较长远的目标要求,不是每个企业都能马上做到的。目前企业的研发力量大都比较薄弱,不可能、也不应该面面俱到。装备制造企业最主要的是从事产品的创新和管理的创新,而共性的工艺技术的开发,应该更多地依赖社会的研发力量-----高等院校、科研院所和有关的专业企业。在2002~2003年期间,工程院的一个咨询项目曾对115家中型到特大型企业进行调查,在2012名焊接技术人员中具有博士学位的仅1人,而具有硕士学位的不足2%,企业中其他工艺的技术人员可能也好不了多少。这个结果比较真实地反映当前制造企业中工艺创新能力的不足。
  目前国家要在装备制造企业中投资建立工程技术中心,如果制造企业按已被转制的原先研究院所的模式来建立技术中心,将会造成研究资源的更大浪费。
  改革开放以来,许多企业从国外引进先进的焊接设备和生产线,的确提高了工艺技术水平,改变了过去焊接生产的脏、慢、差的局面,但是在企业中也形成一种潜规则:凡是外国的设备就是先进的、好的、可以炫耀的,甚至出现“外国的再贵也要买、国产的再好也不要”的情况。
  制造企业在引进国外的生产设备或新设计的产品过程,从引进到消化吸收比较多的是封闭在企业内自行解决,很少组织产学研的联合消化、创新的攻关,造成不断引进。其实产学研的结合对企业来说能够获得更多的信息和更全面的分析意见,帮助企业更快地掌握和吸收;而对高校和院所来说,也能获得更多、更具体、更详尽的国外先进技术资料,有助于进一步改进、创新。企业应提供更多的平台,更充分发挥和体现主体的作用。
  韩国是刚从中国身边超越而跑到中国前面的国家,他们的科技发展很重视实效和对经济的促进作用。韩国政府对于一些需求量大而又依赖进口的设备(产品)会举行科技项目竞标,由政府资助、企业配套一定资金,实行产学研结合攻关,一旦出成果,国家将逐步减少对该产品的进口,鼓励装备制造企业用国产的产品。例如前几年韩国进口一整套的轨道交通铝合金车厢焊接生产线,他们说:“我们就进口这一套,不会再进口第二套,第二套必然是国产的”这种自豪是建立在国家的政策支持上。韩国并不追求获得“诺贝尔奖金”,但是他们的造船技术、钢铁技术、汽车技术、IT技术都超过了中国。
5.自主创新模式与创新道路分析
5.1创新与创新道路分析
  技术创新模式原则上可以分为原始创新、集成创新、引进消化吸收再创新,技术创新应与国民经济发展的需求相结合;重视在新时期新挑战面前的战略性创新规划;重视高端技术和常规共性技术的均衡发展;重视关键技术与相关配套技术的成套化发展;重视创新成果推广应用的环境建设。
  关于创新的道路应该首先从战略角度来分析,日本、韩国和德国的做法很值得借鉴。例如日本在面对第一次石油危机的冲击,提出发展C02气体保护焊和工业机器人技术以保持汽车和造船业的竞争力的战略性创新;韩国解决依靠外国关键技术由政府引导和部分资助企业为主导的产学研结合的创新;德国和欧盟发展新工艺、新技术来弥补劳力成本高以提高造船和汽车行业的国际竞争实力的系统成套创新等。
对于中国的焊接电源技术创新,从共性技术发展的角度来看,应根据装备制造业的发展需求开展预研,由政府和装备制造企业共同资助,组成产学研联合攻关。企业应重视支持中国自己的创新成果,提供应用的舞台,促进国内自己的创新队伍的成长。企业应更多地提前提出需求,尽量通过对发展趋势的分析和预测,更多的是采取预先“订货”,而不是现时买“现货”的方式,才能推动有目标的自主创新。中国对于共性工艺技术的发展宜采取大学、建立焊接电源研究院所、企业的三级创新体系,提高自主创新能力的战略目标及关键核心技术。
5.2 今后十年内自主创新战略目标
  (1)从夯实国内焊接材料和焊接电源的技术基础着手,提高研发能力,大力推进新型焊接电源和高性能焊接材料的自主创新,使中国不仅是世界最大的焊接材料生产国,而且使焊接电源与材料的质量和性能达到世界先进水平,使高端焊接电源与材料的自给率达60%以上,焊材出口量超过25%。
  (2)围绕国家重大技术设备,重点解决重、大、厚、长及复杂焊接结构的优质、高效、智能化焊接技术的自主创新(包括船体高效焊接、大型水轮机的高效焊接、长输管线现场高效焊接、铝合金车体优质焊接、厚壁压力容器优质焊接、大面积容器(管)的耐蚀堆焊、厚大马鞍形焊缝的高效焊接等),使重大装备产品的关键焊接技术均有国内自主支持产权;5.3关键核心技术技术的总体发展趋势是高效、优质、低成本、环境友好、适应新材料、新结构、新功能要求焊接。
  多功能数字智能焊接电源关键技术主要有针对不同电弧过渡形式中的电弧物理与工艺特性的优化控制模式,数字智能化焊接电源的研究开发不仅仅是电路的开发与创新,而将焊接电源的开发与工艺,特别是电弧物理相结合,开发了新型的、更高性能的、更多功能的弧焊电源的智能软件和硬件,可推动数字智能电焊机使用量大面广的弧焊技术的发展,因此数字智能焊接电源在未来的军事装备和工业发展中具有重要的地位,有广阔的发展空间!
  智焊科技公司的数字智能电焊机解决了STT焊和全数字逆变焊机电源无法解决的问题。因此说,智焊科技公司的数字智能电弧焊和数字智能熔滴过渡成形气体保护焊在科技领域以超越或取代目前世界上全数字逆变焊机电源和STT焊机电源设备,也弥补了我国焊接技术落后的空白,将我国焊接技术推向世界,摘掉我国焊接技术落后的帽子,以一个崭新的形象立足于世界。
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1楼2017-01-03 14:55回复
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    2楼2017-01-04 14:20
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