焊接行业发展报告
３ 自主创新模式与创新道路分析
３．１ 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ＣＯ２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；韩国解决依赖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研究院所企业的三级创新体系
３．２ 创新案例
自改革开放以来，在国家设立发明奖的２６年内，仅有十多项焊接成果获得过国家发明奖，可见国内在焊接方面的创新成果并不很多（主要指焊接材料、焊接工艺技术、焊接设备的直接成果）。从这十多个发明奖项目的推广面、应用效果、经济效益和社会效益角度来分析，可以认为哈尔滨焊接研究所的“双丝窄间隙埋弧焊技术”成果最为突出。该科研成果于１９８５年鉴定，同年申报发明专利，并于１９８７年授权；于１９８９年获机械部科技进步一等奖，１９９０年获国家发明三等奖，１９９４年获全国优秀专利项目奖。全自动窄间隙埋弧焊设备自从１９８７年开始在太原重型机器厂和哈尔滨锅炉厂推广应用以来，经过十多年的不断完善，现在已经有６０台套在国内的骨干重点企业中应用，例如第一重型机械厂、第二重型机械厂、太原重型机械厂、哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂、武汉锅炉厂、上海电站辅机厂、上海金山化工机械厂、兰州石油化工机械厂等，最多的一家有４套，先后焊接了如６０万千瓦电站锅炉汽包、石化的大型加氢反应器、大型水压机的主工作缸和柱塞等产品，焊接的最大厚度达４００ ｍｍ，并已经成为中国重型装备制造企业的重要焊接生产设备。现在该设备已经稳稳地占领了国内市场，不仅价格比国外的类似产品低而且性能比外国的好，焊接效率高，焊接质量稳定，经多年的实际应用证明，接头一次探伤合格率达到９９．５％以上。２００５年由第一重型机械厂为神华集团生产的中国第一套煤直接液化装置的加氢反应器，通过国际招标，最终决定全部采用中国自己的专利产品——全自动双丝窄间隙埋弧焊设备（共两套）。该加氢反应器直径５．５ ｍ，全长６２ ｍ，壁厚３３７ ｍｍ，总重２ ０６０ ｔ，是当今世界最重最大的反应器。每个反应器由十多个大型整体锻造筒节焊接而成，每条环焊缝需要连续焊接５天，所有焊缝均一次探伤合格。
该项目是１９８０年第六个五年计划初期由国家科委下达的科技攻关课题，原计划是要求对常规埋弧焊设备进行现代化改造，以适应大型装备焊接的需求。课题组深入哈尔滨锅炉厂、第一重型机械厂、太原重型机械厂等大厂调研，并广泛阅读和仔细分析国外的文献资料。课题组发现美国和日本在１９６０ ～ １９７０年代对不同形式的窄间隙气体保护焊进行过多年的研究，有成功的经验也有失败的教训。主要的问题是坡口过小难以实现自动化跟踪，而且一旦出现缺陷又难以清除和修复。课题组也发现欧洲在开发一种窄间隙埋弧焊方法，但不了解详细情况。１９８１年在埃森国际焊接与切割展览会中，发现两家国际著名的焊接设备公司展出一种单丝窄间隙埋弧焊设备，在与设备的开发工程技术人员的交谈中，尽可能详细了解设备的特点和设计思想。课题组认真分析了他们设备的优、缺点，并结合以往的科研和生产实践经验，认为该设备具备一定特色，但也存在重大问题，即当提高焊接电流以增大熔敷率时，电弧对母材的热输入量也将增加，母材热影响区中的过热区会加宽、组织粗化，接头性能将明显降低。另外他们采用单侧横向跟踪和环焊缝焊接每圈的搭焊方式容易出缺陷，也有必要改进。为了解决重型装备焊接效率和质量的矛盾，课题组采用了双丝的方案，并巧妙地布置和排列了两根焊丝，使之既能保证坡口侧壁熔透，又不增加对母材的热输入；既能保证高熔敷率，又能形成薄而宽的焊道，充分利用后一道焊道焊接时的热量对前一道焊道的热影响区进行正火处理，细化其过热区的晶粒。最终找到解决焊接质量和效率矛盾的两全方法。经实际焊接检验，效率比普通埋弧焊提高效率一倍以上，比单丝窄间隙埋弧焊提高６０％，而焊接接头热影响区中过热区的冲击韧性达到接近正火＋回火的母材水平。同时改进了跟踪的方式，采用横向双侧跟踪，并且还改进了搭焊的程序。实践证明这些措施是很有必要且相当有效的，也特别适合国内企业的生产实际需要。在无需提高接头装配精度的条件下，可以保证高效率焊接和稳定的焊接质量。这项成果是中国第一个研究成功并广泛推广的窄间隙焊接方法，该方法使国内的窄间隙焊接技术达到国际先进水平。
４ 提高自主创新能力的战略目标及关键核心技术
４．１ 今后十年内自主创新战略目标
１ 焊接机械化、 自动化率从目前的３５％提高到５０％，提高焊接机械化、自动化成套装备的设计与制造能力，满足７０％以上国内市场需求；
２ 从夯实国内焊接材料和弧焊电源的技术基础着手，提高研发能力，大力推进新型弧焊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，而且使焊接材料的质量和性能达到世界先进水平，使高端焊材的自给率达６０％以上，焊材出口量超过２５％；
３ 围绕国家重大技术装备，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知识产权；
４ 发展焊接新技术（包括激光、激光与其它热源复合焊接技术、搅拌摩擦焊技术等），并在重点装备制造企业中推广应用。
４.２关键核心技术
焊接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，需要开展的关键核心技术有以下几个领域：
（１）重大厚长及复杂焊接结构的优质、高效、智能化、自动化成套焊接技术关键技术主要是视觉传感技术、焊接过程的智能化和协调控制技术、工业机器人产业化与配套技术。必须重视国内工业机器人的产业化生产，缺乏自主的工业机器人系统，很难集成上述技术，并且在高端装备上受制于人。
（２）激光焊接、激光与其它热源复合焊接以及搅拌摩擦焊等新型焊接技术。关键焊接技术主要有激光与材料的作用机理、激光与其它能源的复合机理、搅拌摩擦焊的成形机理的深层次认识，以及新工艺技术在新型材料（包括铝、镁、钛合金及超高强钢等）焊接中的冶金特性。
（３）多功能全数字化逆变弧焊电源技术。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、更多功能的弧焊电源，推动使用量大面广的弧焊技术的发展。
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