來源：金屬加工2013年第14期

1952 年我國鋼產量為135萬噸，焊條產量僅幾百噸，各類鋼結構大都是采用鉚接。 六十年來翻天覆地的變化，使焊接技術已成為制造業和工程建設中不可缺少的重要工藝與技術支撐。我國焊接設備、焊接材料和切割機具等直接為焊接加工提供器材的行業總產值至今已達600億元以上。

　　在2012年全國消費的近7億噸鋼材中，至少有3億噸鋼材在使用中涉及了焊接加工，焊接加工費用占各類焊接鋼結構（包括各類機械、船舶、橋梁、建筑等）成本的5%至30%，由此計算焊接加工成本累計的總產值至少在3萬億元以上，因此可以說，我國已是位居世界第一的焊接大國。

　　與國內高端制造業對焊接品質的要求相比；與鋼材品質提升相比；與制造業數字化智能化的進展相比，我國的焊接技術 和焊接產業仍有較大的差距，尤其在一些焊接器材和若干高端裝備焊接方面，仍落后于發達國家。

　　2012年，中國工程院院長周濟在中國工程院院企合作交流會上曾提出“制造業數字化智能化”是新的工業革命的核心技術，并展望其奮斗目標是：到2020年中國機械產品將全面應用數控技術，總體升級為“數控一代”。 到2030年中國機械產品將總體升級為“智能一代”，在制造業主要領域將全面推行智能制造模式，為中國現代化做出基礎性、關鍵性、戰略性的貢獻。我想這也應該成為我國焊接科學技術和焊接產業的奮斗目標。

　　記得上世紀五十年代末，我們還在上學時，孟廣喆教授多次講到：“焊接是邊緣科學，焊接科學是在融合多種學科的基礎上發展起來的，今后也要持續融合相關學科的先進技術”。

　　融合，聚力，創新，是焊接科學發展的永恒動力。不僅僅是焊接結構設計和選材、焊接設備、焊接材料、焊接工藝等各自的持續創新； 更要著重關注焊接設備、焊接材料、焊接工藝三位一體的融合創新，為機械制造和工程建設提供焊接作業的整體解決方案。  

焊接與信息技術的協同發展

　　中國制造業至今規模已經很大，在制造業行業分類的30多個大類中，已經半數以上行業生產規模居世界第一，但是制造業總體水平還比較低，產業結構調整的要求十分迫切，提升空間很大。 對于廣大科技工作者來說，積極促 進工業化與信息化的緊密結合，著力推 進制造技術機械化與信息化的兩化融合 不僅是我們義不容辭的責任，也是提升 機械制造業推動制造技術走向現代化的 有效途徑。

　　近年來，國際上一些大公司提出 “智慧地球”的概念，實際上是互聯 網與物聯網的有機結合；是新一代網 絡和信息技術的深度應用；也是信息 化與工業化的深度融合，這一理念受 到全世界的廣泛關注。

　　我們已經并不斷深刻地認識到信息技術是經濟增長“倍增器” ；是發展方式“轉化器” ；是產業升級“助推器”。

　　為此，特別要重點推動和 深化信息技術在制造業中的應 用。實現兩化深度融合，顯著 提高制造技術與生產過程的信 息化程度，進而提高其現代化 的水平。

　　現代工業的發展與制造技術的創新已越來越依靠對事物規律的認識和科學原理的理解。

　　于是，現代制造過程已不僅 僅是一個物質化的增值過程，同 時也表現為一種以知識和信息為 要素的新生產方式，進而體現以 提高質量、節能減排和增強綜合 效益為目標的現代化工業特征。 至今，科技與經濟的發展已進入了 基于知識信息時代。知識是信息應用的 基礎，當信息通過知識的提升成為能解 決實際問題的時候，將會把制造業推向 具有更高生產力水平的新階段，將會極 大地促進人類社會更好、更快、更和諧 地創新發展。可見，用信息化提升機械制造業是 一個有效的切入點。一是將使信息化從 對制造的宏觀管理深入到制造的微觀細 節；二是將使信息化從對制造工序與物 流的低成本控制進入到對制造工藝與技 術的高品質優化。從而將逐步替代從事重 復性操作的工人及其傳統生 產方式，使社會生產力得到又一次新的解放與發展。

　　具體地說，在積極促進產品設 計數字化、生產裝備智能化、制造 過程自動化和經營管理網絡化水平 迅速提高的同時還要關注由于電子 信息以及通信技術的發展推動和催 生一批新興工業領域的蓬勃發展。

　　僅以“增材 制造技術”的發展趨勢來說明兩化融合的必要 性及現實性。 增材制造最原始的形態就是堆焊，例如用焊條手工電弧堆焊 或用自動化的小電流鎢極氬弧填 絲堆焊，只是這類焊接熱源不具 有顯著的柔性和技術優勢，尚不 能滿足增材制造的實際需求。 然而高能束流（電子束、激 光束、離子束）是最具柔性的熱 源，這正是在過去20年間增材制 造技術得以迅猛發展的技術基礎；可聚焦、可掃描、可偏轉的長焦距 高能束流與CAD/CAM技術相結合，在 真空室內或惰性氣體保護的環境中，向 加熱區填送金屬絲材或鋪送金屬粉料， 材料逐層熔化、凝固堆積，構成了無模 具的快速成形或稱金屬直接成形的增材 制造技術。 特別是在航天航空等諸多領域的 多品種、小批量、復雜結構的制造過 程中，結構設計方案總是在不斷修改 完善，增材制造技術的優勢在于能順 應這種變化，并做出快速反應，以無 需模具而實現新結構方案的低成本短 周期快速制造。例如：可用激光鋪粉在充 氬室內完成增材制造鈦合金結 構件和在真空室內完成電子束 送絲增材制造鈦合金結構件等 等。

　　激光鋪粉增材制造技術

　　電子束熔絲快速成形增材制造技術

　　可以看出：

　　也就是說，具有柔性可控 的焊接熱源與CAD/CAM技術 相結合，都有可能形成新的增 材制造方法。增材制造技術是采用把材料逐 層累加的方法制造實體零件的技術 （做加法），相對于傳統的把材料 去除 / 切削加工技術（做減法）來 說，該方法是一種“自下而上” 的 快速制造方法。 近二十年來，增材制造技術 取得了快速的發展，這一技術不 需要傳統的刀具、夾具和多道加 工工序，在一臺設備上可快速地 直接制造出復雜形狀的零件，從 而實現“自由制造”。 可以看出，這一新技術緩 解了難以制造的復雜結構零件 的成形問題，減少了加工工序，縮短了加工周期，而且越是復 雜結構的產品，其優越性越加 顯著。 增材制造原理與不同的材料 和不同的增材制造工藝相結合形成了許多增材制造設備，目前已有設備種類達到二十多種。 并在諸如電子、機械、汽車、 航天航空、醫療、工業設計等諸多 領域得到了應用。其特點是實現單 件或小批量的快速制造，這一技術 特點決定了快速成形在產品創新中 的明顯作用。 增材制造技術的發展具有美好 的前景，但也面臨著巨大的挑戰。 例如：材料的物理與化學性能往往 制約其工藝的實現，其質量、精度、效率與成本等問題也尚需予以關注 和解決。

　　總體來看，增材制造技術在制造工程領域有如下三個主要發展方向：

　　在今后10～20年， 可望實現如下三個主要目標：

　　目前，在工業發達國家增材制 造技術發展較快。例如：在航空航 天領域應用量大約8%，尤其適合于 多品種、小批量、復雜零件的制造。 由此可見，增材制造技術與企業產 品創新緊密結合是推動其發展的根 本動力。

　　為此，當前在以加快產業結構調整 和發展方式轉變為主線，著力推進技術 優化和產業升級的同時，要把推進制造 技術與信息技術的深度融合作為促進制 造業在高起點上加快發展的重要環節。 這已成為我們制造科技工作者務必面對 的一個十分艱巨而重要的使命。

 　焊接裝備的數字化與智能化

　　在《國家中長期科學和技術發展 規劃綱要》確定的16項重大專項中， 如大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電 站、大型油氣田及煤層氣開發、大型 飛機、載人航天與探月工程、集成電 路制造等均離不開連接技術。 在《國務院關于加快振興裝備制 造業的若干意見》中提出的16個重大 技術裝備領域中，如大型清潔高效發 電裝備、大型乙烯和煤化工成套設備、海洋石油工程裝備及液化天然氣（LNG）運輸船、高速列車、飛機及航空發動 機等領域也與焊接密切相關。

　　這些重大工程的需求正推動 傳統的焊接向自動化、智能化以 及“高精度控形”、“低損傷控性”的先進制造模式的轉變，為此， 我們可從以下幾個方面對焊接裝 備的發展方向做一下分析和探討：

　　近年來，以高性能、高效率為 目標的各種類型的復合焊技術成為 以改善工藝和產品質量為目標的熱 點。一批具有自主知識產權的由新 原理、新裝備支持的焊接新工藝正 在迅速形成。

　　1.積極促進焊接熱源的創新發展

　　例如，近年來對激光-電弧熱 源、激光-攪拌摩擦、等離子-電 弧熱源、電弧-電弧熱源等多種類 型的復合焊接熱源與焊接工藝的 著力關注，其實質是改善單一熱 源在能量分布與冶金過程中的局 限性，而使復合后的熱源獲得原 來不具有的效果和優勢。 這一進展已經或將會以焊接工藝與裝備集成的特點，使得焊 接“控形、控性”目標的實現走 出了實質性的一步并對當前迅速 發展中的高強、超高強材料的焊 接需求是一個十分重要的新的技 術支撐。

　　大家知道，現代控制理論與數字信號處理技術的結合，已能夠通過“源”的能量輸出形式的變化賦予“弧”的新的熱特性和力特性，由此涌現出一系列“受控”條件下的弧焊新工藝。例如，通過對接頭成形與熱輸入的定量分析來選擇金屬過渡的形式；多熱源復合在提高焊接效率的同時也提升了焊接接頭的綜合性能。又如，對于船體甲板、艙壁、殼體等結構的T型梁，采用傳統GMAW焊時是雙面坡口焊接，當采用激光-電弧復合焊時，可以無坡口實現全熔透焊接，焊絲消耗可減少4至7倍，甲板焊接變形程度減小2/3。可見這些新工藝、新裝備的深度開發及其推廣應用已是我們面對的現實課題。

　　經20多年來的推廣，使焊接 與切割等工業機械人得到了前所 未有的廣泛應用，我國已成為世 界焊接機器人需求增長率最高的 國家之一，去年的銷量達到2.26 萬臺。

　　2.積極促進焊接自動化智能化技術的持續發展

　　自2004年以來，國內焊接 機器人市場年平均增長率達到 40%以上，2011年增長率達到 51%，焊接機器人新安裝量達 到23000臺。國際機器人聯合 會預測，到2014年中國將成為 全球最大的工業機器人市場。

　　近兩年，一方面由于人力成本大幅上升，壓縮了加工企業的盈利空間，另一方面對制造效率和產品品質的要求不斷提高，從而迫使大量的制造企業向自動化和智能化生產模式轉型。 至今，我國工程機械等 行業的“裝載機”、“挖掘機”、“起重機”等產品的年 產量已超過萬臺以上。 徐工、中聯、三一等國內工程機械行業大型企業，已經建立了具有特色的中厚板鋼結構件機器人自動化生產線（100臺以上焊接機器人），打破了國外公司對焊接自動化技術的長期壟斷。手工焊的焊接速度難以超過每分鐘500毫米，而先進的自動化焊接已達到了每分鐘幾米甚至十幾米。 由此，就會提出金屬在高速熔化、物化反應、凝固結晶等新的焊接冶金問題；就會提出對焊接過程組織、缺陷、應力狀態等的控制問題； 就會提出焊接過程各參數信息的獲取、分析及其與質量的關聯問題；就會提出新的高效、高能量焊接熱源及其“弧-源”協同問題；就會提出新的裝備如何滿足新工藝的需求問題。

　　“逆風正是起飛時”上述需要攻克的重點難題也正是我們面對的巨大開拓空間和發展前景。

　　必須認識傳統焊接的“經驗”制造與現代的先進制造之間的區別。并積極推動焊接工藝、焊接裝備和焊接材料之間建立起“精量化”的聯系，促使傳統焊接制造過程由部分定量 + 經驗試湊的模式向基于工藝與質量“數據庫”的在線優化與監控模式的轉變；

　　3.積極促進焊接裝備產業的科學發展

　　實現從傳統焊接的“控形”加工向 具有接頭性能預測和參數調控能力的 “控性”技術的提升，這就需要我們著 力攻克“弧-源”能量傳遞形式、焊接熱 循環和焊接材料冶金過程控制、焊接結 構應力狀態對其服役性能影響等基礎技 術研究的難關，進而推動具有機理和規律支 撐的、可定量預測和控制的新一 代焊接數字化和智能化制造體系 的形成，積極促進焊接裝備產業 的科學發展。至今，我國雖為“焊接大國”，但仍 缺乏“大國”應有的實力。我們已經看到，現代裝備的使役正趨向各類“極限”工作 環境，而且進一步提出了長壽命、高可靠 的要求，這些需求的挑戰正顛覆和轉變著 “焊縫成形美觀”這一傳統的焊接質量評 價觀念。

 焊接細分產業的有機整合 

　　面對焊接的供需市場整體處于“高端靠國際名牌、中端靠合 資引進、低端靠國內拼搶”的勢態，同時 在焊接領域之內，其工藝、裝備、材料三 大基本板塊（或三大焊接細分產業）之間 仍然十分缺乏有力度的相互融合，影響了 在國內外重大焊接工程中的市場占有率， 也影響了相關企業的發展。 

　　在焊接的基礎理論與應用研究方 面也鮮有具有國際影響力的亮點與貢 獻，這些現狀將會極大地制約焊接技 術自身的進步及其與相關學科的協同 創新和持續發展。 我們期待著具有“中國設計”和 “中國創造”特色的焊接制造業，就 是為了不再以“引進”作為提高起點 的主要措施，不再以“仿制”和“替 代”作為中國制造的主要目標； 不再以“一哄而上”的“主 流式”研發作為“趕超”的主要 方式，不再以“低端”的無序競 爭作為生存的主要手段。 在國家經濟建設的各大支柱 產業對焊接的需求中，其關鍵工 藝、關鍵裝備和關鍵材料要以依 靠自己的能力和符合國情的創新 去解決。 猶如不同的文化，其特色間 的碰撞與激發成就其燦爛；猶如 生生不息的自然，當優勢的互補 與融合方能出類拔萃。焊接同樣 遵循著社會與自然發展的這一 “推陳出新”規律。 更如同改革，焊接同樣進入 了發展的“深水區”，已不能再 依靠“人口紅利和資源紅利”， 已不能再依靠引進和依賴進口， 更不能踏入“比較優勢”的陷阱 之中。 為此，我們焊接工作者將必須 與各界同仁一起，加強焊接制造業 與自動化、信息化、數字化、智能 化以及綠色化等高新技術的深度結 合，促進多學科的交叉發展，集中 攻克一批長期困擾焊接產業持續進 步的共性技術。 倡導產品與技術發展的多維 與個性化，推動新技術、新工藝、 新設備、新材料的示范應用，著 力打好“焊接強國”的翻身仗， 為中國制造業的進步與崛起做出 更大的貢獻。 

　　我希望，通過焊接界廣大同仁們 的銳意進取、協同創新，努力實現從 僅僅關注單個產品攻關，向更要關注 焊接產業鏈整合方向轉變；努力實現 從僅僅關注爭取訂單和項目，向更要 關注人才團隊建設與項目間的有機結 合方向轉變。 我作為一名焊接工作者，更加衷心的祝愿：業內上下，凝心聚力，主動作為；創新 驅動做強，內生增長健康， 拓展高端市場。