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文/成都电焊机研究所
尹显华
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,在生产中都不同程度地依赖焊接技术。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。焊接结构的用钢量将可能从2002年的7,350万吨〈占钢产量40％〉增加到2010年的1.8亿吨(占钢产量60％)以上。这样巨大的潜在发展趋势是无论如何也不应忽视的。
电焊机是现代工业重要的工艺装备
电焊机是现代工业重要的工艺装备，已广泛应用于造船、化工、冶金、建筑、机械、汽车、轻工、电力等各行业，也是航天、电子、原子能等国防尖端工业中不可缺少的加工设备。
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。国民经济的诸多行业都需要大量高档次的焊接设备。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,在生产中都不同程度地依赖焊接技术。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。我国钢材总量已达到2亿多吨，成为世界上最大的钢材生产国和消费国。目前,钢材是我国最主要的结构材料。在今后20年中钢材仍将占有重要的地位。然而,钢材必须经过加工才能成为有给定功能的产品。由于焊接结构具有重量轻、成本底、质量稳定、生产周期短、效率高、市场反应速度快等优点，焊接结构的应用日益增多。焊接加工的钢材总量比其他加工方法多。而焊接设备是保证高质量焊缝的首要必备条件。因此,发展我国制造业,尤其是装备制造业,必须高度重视焊接技术及其焊接设备的同步提高和发展。
电焊机行业的现状
电焊机近十年生产发展情况
行业统计表明，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10年前以国营企业为主体,转变到如今以合资企业、股份制企业和民营企业为主体。从电焊机产品认证检测的情况来看，电焊机生产企业超过500家，这些企业有的是兼营电焊机，有的是生产焊接辅机具。彩电行业中生产电子管式的或黑白电视机的企业早已被淘汰，但是电焊机行业却不同，低档次的交流焊机一直有广阔的市场，仅仅是随着焊接技术的提高，其构成比例有所下降而已。
表1： 1996年与2003年电焊机行业产品产量及构成比
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年份
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产量、
构成
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产品类别
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合 计
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交流弧焊机 |
直流弧焊机 |
自动、半自动焊机 |
电阻焊机 |
特种焊机 |
| 1996年 |
台
％ |
133327
74.32 |
19745
11.01 |
19405
10.82 |
6729
3.76 |
167 0.09 |
179373
100 |
| 2003年 |
台
％ |
239562
51.1 |
73580 15.7 |
110757
23.7 |
17242
3.7 |
27161
5.8 |
468302
100 |
从表1中可以看出，1996年交流焊机的产量占总产量的74.32％，到2003年其产量仍然占总产量的51％。600多家企业中很多是生产交流焊机，员工只有几十人、产值只有几百万，甚至几十万的生产作坊。以2003年为例，106家的电焊机产量468302台，利润总额为35609.8万元，电焊机产值
为278098.2万元，其中2000万元以上的38家，电焊机产值近亿元以上的只有6家,但这6家的产值就占了106家电焊机产值的40.78％。而自动和半自动焊机在近十年得到了迅猛的发展，其产量占总产量的百分比从1996年的10.82％逐年上升，到2003年已径达到23.7％，每年的增长幅度约在30％以上。
近十年的调查统计的结果表明，电焊机行业的发展呈明显上升趋势。特别从2002年以来随着我国入世和西气东输、西电东送等全国性建设项目的上马，我国电焊机行业呈现供销两旺的势头，实现产销利的较大幅度增长。以下为1996年至2003年，统计企业（每年近100家）电焊机产值及利润的曲线图：
图1 1996-2003年统计企业电焊机产值年度曲线（单位：万元）
图2 1996-2003年统计企业电焊机利润总额年度曲线（单位：万元）
注：因为每年统计的厂家数不等，为了增加可比性，上述2个图表是以每年平均家数为90家的加权数据做出的曲线，即：曲线的数据=该年的实际数据X（平均家数/该年的实际家数）。
从图可以看出2003年的电焊机产值与2002年相比较增长了
27.03％，与2001年相比较增长了89.34％，与1996年相比较增长了204.26 ％；而2003年利润总额与2002年相比较增长了20.97％，与2001年相比较增长了 47.25％ ，与1996年相比较增长了7676.59 ％；总体呈明显上升趋势，尤其是利润总额。
近十年产品结构变化
交流弧焊机仍然量大面广,但比例有所下降（2003年占51％；2002年占57％；1996年占74.32％）.市场产品结构进一步调整，高技术含量、高附加值产品所占比例日益加大。MIG/MAG焊机、埋弧焊机不断放量巨增，2003年为总产量的23.7％，比2002年的20.56％上升了3.14个百分点，逆变电源技术更广泛地应用到各种焊接设备中，而且晶闸管MIG/MAG焊机比抽头式焊机好销，逆变电源中IGBT的份额大大高于晶闸管。
1996年及2003年各类电焊机所占比例对比，分别见图3和图4：
图3 1996 年统计企业各类电焊机所占比例
图4 2003 年统计企业各类电焊机所占比例
产品技术及质量状况
电焊机已经不是传统意义上的纯电工产品了，它集冶金、机械、电工、电子、控制及计算机技术于一体。目前国际上在生产中己经采用的成熟焊接方法与装备,在我国也都有所应用，只是应用的规模和广度有所不同而已。我国的制造企业己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、水射流切割、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、等离子焊接、精细等离子切割、数控切割系统、机器人焊接系统、焊接柔性生产线,变极性焊接电源等。甚至目前在国际上比较热门的复合焊接和搅拌摩擦焊技术,也准备应用到生产上,并己有所创新。电焊机行业一直在积极努力追赶国际先进水平。
近几年电焊机行业普遍采用了大量现代先进技术，产品技术水平得到了可喜的发展。如晶闸管相控、逆变技术和计算机控制技术等。现在我们基本上淘汰了高能耗的旋转直流发电机组(电动机-发电机机组)；晶闸管相控与逆变技术在直流弧焊机制造生产中已经占主导地位。“九五”计划开始时，可控硅逆变焊机仅仅是少数企业的产物，IGBT逆变焊机则刚刚进入试制阶段，电焊机行业的统计表中，尚未将逆变焊机单列。“十五”计划结束时，可控硅逆变焊机已是“大路货”，在2003年的逆变焊机统计中
IGBT逆变焊机占绝大多数，共19744 台，加上MIG/MAG、TIG
焊机及其它焊机中采用IGBT逆变的 总数已超过50000台。
20世纪70年代开始的混合式焊接，如：等离子/熔化极气体保护电弧焊、双波/电子束焊、激光束/钨极气体保护电弧焊、双波/激光束焊、激光束/熔化极气体保护电弧焊、激光束/等离子电弧焊、低能量CO2激光束/钨极气体保护电弧焊、激光辅助搅拌摩擦焊等，到今天已经是硕果累累。国内的大学及科研院所一直在跟踪混合式焊接方法的进展，象北京航空制造工程研究所已经在搅拌摩擦焊的推广应用方面做了大量的工作，取得了可喜的成绩。电焊机生产企业也在积极关注并跟踪混合式焊接方法的发展。
在质量控制方面，年度的国家监督抽查质量情况比较全面地反映出电焊机行业的质量进步。
1996年，共抽查21家企业的42台BX系列交流焊机产品。合格10家，总合格率为47.6%，
其中，获证企业合格率为80%；乡镇企业产品合格率为30.8%，私营企业产品合格率为0。
1997年，共抽查28家企业的56台BX系列交流弧焊机产品，合格企业数为16个，合格产品数为32台，抽样合格率为57.1%。其中，获证企业合格率84.6%；国有企业合格率60%，集体企业55.6%，民营企业0。
1997年抽查产品合格率为57.1%，
分别比1996年、1995年、1993年抽查合格率高出9.5、5.7和33.1个百分点。反映出行业交焊机质量在逐渐提高。
2000年，抽查的产品为ZX系列弧焊整器、WS系列氩弧焊机和NB系列MIG／MAG弧焊机三大系列产品。抽查合格企业数为23家，合格产品数为23个。产品抽查合格率为74.2％。与1998年国抽合格率的47.1％相比，有明显的提高。
2004年抽查的产品为ZX系列弧焊整流器、WS系列TIG焊机、NB系列MIG/MAG焊机、LG系列空气等离子切割机及BX系列交流弧焊机（其中BX系列交流弧焊机抽查仅限于山东省行政区域内）。本次抽查合格率为57.1%。抽查实际共抽查了49家企业，样品数量为98台(套)，企业分别分布于北京、河北、河南、上海、浙江、江苏、广东、山东共8个省市。
因抽查是突击抽样，基本覆盖了集中生产地区，具有代表性，上述几年的国家抽查情况表明，全国电焊机行业电焊机产品的质量水平一年比一年好，逐年在提高。
在竞争激烈的电焊机市场，高质量的产品是企业占领市场份额并立于不败之地的有效保障，这已是行业厂家的共识。2003年国家开始对电焊机产品实施强制性产品认证实，电焊机行业企业积极响应，从2002年5月1日起实施新的3C认证到2003年底，电焊机及辅机具3C认证证书约1600多份。由此可见，越来越多的电焊机行业企业经过产品强制认证和质量体系认证后，将进一步净化我国电焊机行业产品市场，使电焊机产品的整体质量得到进一步的提高。
生产企业的管理与改革
“九五”期间，我国电焊机企业大多为国有、集体或乡镇企业，随着市场经济的发展涌现出越来越多的非国有资本的企业。从近年各类企业的营运情况来看，国有企业因为包袱沉重、融资困难、技术落后等原因正在逐步减少市场份额，而非国有、多种经济成分组成的企业却显示出了强劲的发展态势。
2003年106个厂家中，外资及合资的企业11家，平均人数1342人，其电焊机产值为 97012.6万元，占全行业焊机总产值的34.88％，利润 19074.6万元，占全行业总利润53.57％；股份制的60家，平均人数7710人，电焊机产值为12147.9 占43.85％，利润为 9365.2万元，占26.3％
。二者合计电焊机产值占78.23％，而利润占79.87％。民营企业16家，平均人数1632人，电焊机产值为38717.3万元，占13.92％，利润为4600.7.5万元，占12.92％。国有企业11家，平均人数2635 人，电焊机产值为11286.7万元，只占4.06％，利润为 166.1万元，只占0.33％。 但在1996年国有企业24家，平均人数12847人，电焊机产值为26014.6万元，占28％，股份制企业11家，平均人数1344人，电焊机产值为10259.2万元，占11％。1996年国有企业的产值还占到28％，到了2003年已下降为4.06％，而平均人数占38.72％。国有企业人才人才济济，但在僵化的运行机制下他们的积极性、创造性无法得到充分的发挥。电焊机行业是属于竞争性的小行业，从长远的观点来看，国有资产从该行业的逐步退出是明智之举，利大于弊。因此积极进行产权体制改革，建立适应市场的新机制，为企业注入活力是必由之路。
电焊机行业的发展趋势
焊接在未来制造业发展中的作用
焊接是一种现代化了的传统加工技术,在21世纪的知识经济时代里是否仍是一种重要的生产手段,这必须从国内外的情况来进一步分析。我国是一个发展中国家,还没有完成工业化建设,还需要大力发展制造业,振兴装备制造业。钢的产量还在高速增长,预计2004年就会接近2.6亿吨，按这个速度发展,不久就会达到3亿吨。因此,我国在完成全面建设小康社会之前,钢铁仍将是主要结构材料,焊接技术也必然要跟随钢铁的发展而同步提高。根据冶金行业的预测,2005年和2010年我国8大行业钢材需求量如表2所示。八大行业用钢量约为钢总产量的80%。
表2： 八大行业2005年和2010年钢材需求预测（万吨）
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年份 |
种类 |
合计 |
|
建筑 |
机械 |
汽车 |
造船 |
铁道 |
石油 |
家电 |
集装箱 |
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2005 |
13924 |
4000 |
1400 |
380 |
320 |
480 |
525 |
250 |
21279 |
|
2010 |
16640 |
5200 |
2000 |
510 |
380 |
490 |
630 |
280 |
26130 |
焊接结构的用钢量将可能从2002年的7,350万吨〈占钢产量40％〉增加到2010年的1.8亿吨(占钢产量60%)以上。这样巨大的潜在发展趋势是无论如何也不应忽视的。同时,高新技术的快速发展,装备的轻量化、节能化、高性能化使铝、铁等轻金属、复合材料、陶瓷、塑料和新型材料也将扩大应用范围,这些材料都需要用新的焊接或连接技术制成给定功能的结构。无论是钢或其他材料的发展都对我国焊接技术的提高,从工艺、耗材、装备、自动化和质量、效率、成本、寿命以及维修、再制造、再循环等各个方面都提出更新、更高、更多的要求。当前就必须为焊接技术更高水平的发展高潮的到来,事先做好各方面的准备。
焊接自动化技术的展望
电子技术、计算机微电子信息和自动化技术的发展，推动了焊接自动化技术的发展，这是不言而喻的。特别是数控技术、柔性制造技术和信息处理技术等单元技术的引入，促进了焊接自动化技术革命性的发展。
焊接过程控制系统的智能化是焊接自动化的核心问题之一，也是我们未来开展研究的重要方向，我们应开展最佳控制方法方面的研究，包括线性和各种非线性控制。最具代表性的是焊接过程的模糊控制、神经网络控制，以及专家系统的研究。
焊接柔性化技术也是我们着力研究的内容。在未来的研究中，我们将各种光、机、电技术与焊接技术有机结合，以实现焊接的精确化和柔性化。用微电子技术改造传统焊接工艺装备，是提高焊接自动化水平的根本途径。将数控技术配以各类焊接机械设备，以提高其柔性化水平和质量控制水平，是我们当前要研究的一个方向。
焊接控制系统的集成是人与技术的集成和焊接技术与信息技术的集成。集成系统中信息流和物质流是其重要的组成部分，促进其有机地结合，可大大降低信息量和实时控制的要求，注意发挥人在控制和临机处理的响应和判断力，建立人机对话的友好界面，使人和自动系统和谐统一，是集成系统的不可低估的因素。
提高焊接电源的可靠性、质量稳定性和可控性，以及其优良的动感特性，应是电焊机行业着重研究的课题。应开发研制具有调节电弧运动、送丝和焊枪姿态，能探测焊缝坡口形状、温度场、熔池状态、熔透情况，适时提供焊接规范参数的高性能焊机，并应积极开发焊接过程的计算机模拟技术。总之，使焊接技术由“技艺”向“科学”演变，是实现焊接自动化的一个重要方面。
电焊机发展趋势
随着市场竞争的日益加剧，适者生存，优胜劣汰将成为电焊机行业结构调整的必然趋势。有些电焊机企业在竞争中发展壮大，甚至发展成大集团；有些企业将面临破产，或被兼并、收购，而退出电焊机行业。但无论是从目前电焊机产量构成比的发展趋势，还是从电焊机的技术发展方向上看，我国电焊机今后将向高效、节能、机电一体化和成套性方面发展。
逆变式焊接电源所占比重将越来越大
逆变式焊接电源由于具有焊接性能好、动态反应速度快、动特性好、体积小、重量轻、效率高、焊接速度高、多功能、有利于实现焊接机械化和自动化的优点，已成为弧焊电源的发展方向。2000年，国家将IGBT逆变电源列入高科技产品目录，这是电焊机行业唯一被列入的产品。逆变焊机产量每年以近30%的速度增长。以目前国内电焊机总产量为35万台计算，各类逆变焊机所占比例已超过10％。
自动、半自动焊接设备，尤其是高效节能的CO2焊机将得到快速的发展
自动、半自动焊接设备主要是指自动、半自动气体保护焊机、埋弧焊机等产品，是实现优质、高效焊接工艺的必备，尤其是CO2气体保护焊机，还具有节能、生产效率高、成本低、焊接品质好、有利于实现焊接自动化等特点。
目前，通过电焊机行业的自行开发、设计、引进技术和合资生产，使我国的自动、半自动焊机的技术水平有了很大的提高，同时也推动了我国机电一体化焊接设备的发展。
自动、半自动焊接设备的技术发展方向正朝着以下趋势发展：
高组合化和多功能，即以标准型多功能的弧焊电源为主体，配以各种功能装置，实现多种用途。
气体保护焊机中，脉冲焊接进一步向同步脉冲最佳控制方向发展，将微机、逆变技术用于MIG/MAG/CO2焊机，通过精确控制输出脉冲，减少飞溅。
应用微机实现焊机自适应控制，利用微机控制弧焊机电源的动态、静态特性，自动调节焊接规范和焊接参数，改善焊接性能，保证焊缝一致性，获得高质量焊缝。
逆变式气体保护焊机（特别是CO2焊机）将得到更大的发展。为实现更可靠的引弧和更理想的波形控制，要求电源具有更好的动态响应能力，所以逆变电源用于CO2焊将有更广阔的前途。
自动化焊接技术及其设备将以前所未有的速度得到发展
三峡工程、西气东输工程、航天工程、船舶工程等国家大型基础工程有力地促进了先进焊接工艺特别是焊接自动化技术的发展与进步。汽车及零部件的制造对焊接自动化程度的要求也是日新月异，我们可以这样来概括未来我国电焊机行业的发展趋势，即“高效、自动化、智能化”。目前我国的焊接自动化率还不足30%，同发达工业国家的近80%差距尚远。从上个世纪末国家逐渐在各个行业推广自动焊的最基础焊接方式---气体保护焊，来取代传统的手工电弧焊，现已初见成效。可以预计在未来的10年，国内自动化焊接技术及其设备将以前所未有的速度得到发展。
熔化极气体保护焊逐渐取代手工电弧焊将成为焊接的主流，预计未来10年内实芯焊丝占焊材消耗量的比例会由现在的15％增长到30％，药芯焊丝由现在的2％增长到20％，埋弧焊焊材也将在10％的水平上继续增长。其中药芯焊丝的增长幅度明显加大，在未来20年内会超过实芯焊丝，最终会成为焊接中的主导产品。
高效、节能并能够自动调节焊接参数的智能型的逆变焊机会逐渐取代手弧焊机和普通晶闸管焊机，而且焊机的操作趋向于简单化、智能化，以符合当今淡化操作技能的趋势。
在汽车、造船、工程机械和航空航天等领域较广泛应用适用于不同场合的智能化焊接机器人，大幅度提高焊接质量和生产效率。
可喜的是我国很多行业部门和大型企业已经意识到这些问题，船舶工业早已经率先提出，到2005年船厂的高效率焊接要达到80％以上，其中二氧化碳焊接应用率达到55％，焊接机械化率、自动化率要达到70％左右。
成套、专用焊接设备的应用将会也来也广阔
近年来，电焊机行业在专用成套焊接设备制造方面有了一定的发展，除继续为汽车、冶金、石油化工、轻工等传统产业提供部分所需要焊接设备外，还部分承担了国家重点工程焊接装备的供货工作，如承担了西气东输工程中输气管道用的大直缝管焊接生产线的研制任务。此外，机器人焊接、切割及搬运系统也已经在汽车、摩托车、工业电器、化工机械以及民用产品制造等众多领域得到应用。
各工业部门，为了提高生产的效益，以最低的生产成本，满足市场对产品的高水平高质量的要求，都在千方百计地设法提高焊接生产过程的机械化自动化水平，也给焊接专用成套设备提出了更高的要求，如，从“小成套”到“大成套”，包括生产线、焊接工装、焊接机床和成套焊接工艺等，有些工程要求承制方提供产品生产全过程的成套设备，除焊装设备外，还需要其它加工设备、检测装置等，即要求实现交钥匙工程；交货周期急剧缩短，要求制造单位既要有足够的技术力量和技术储备，还要有强大的生产能力和制造经验；产品有极高的可靠性和耐用性，很多产品要求连续运转，24小时不停机；制造企业要有较强的承接能力和质量保证能力，一般均要求企业通过体系认证等。
我国的电焊机成套制造企业不但要在提高技术、设计水平上做出努力，还要在企业质量管理、各种基础件、配套件的选用方面投入下功夫，争取在专用、成套焊接设备方面取得新的突破。
今后，电焊机成套焊接设备的开发重点有：
焊接机械化、自动化的关键技术和部件的研究开发
研究高性能的焊接电源，标准化积木化的焊机部件，焊接参数检测及控制技术，焊接过程自适应控制技术，生产线标准传输单元，装焊夹具的标准构件等等，都是当前应立即着手开展研究的课题。
继续开发国民经济各行业急需的电焊机成套设备，如汽车总装焊接生产线（包括焊接机器人系统、高精度传输装置、中心控制系统等）；电站锅炉、压力容器行业的重型容器焊接中心、集箱焊接生产线、大型三通的马鞍形接头的全自动焊接装置。
开发、研制高科技含量的特种专用焊接设备，如大功率电子束焊机、大功率激光焊机等。
为国家重大项目研制高起点，高水平的电焊机成套设备，提供交钥匙工程，保证焊接质量和可靠性。
本世纪的头十年，将是电焊机行业飞速发展的有利时期,电焊机行业任重而道远。
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