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国内外焊接材料的应用及发展趋势

国内外焊接材料的应用及发展趋势
沈阳工业大学材料科学与工程学院
摘要：焊接材料是焊接行业中一个重要分支。随着焊接技术的发展，国内外焊接材料的生产和使用也得到了长足的进步。本文简单介绍国内外的钢材、焊接材料的应用状况，进而分析了焊接材料的应用领域，总结出我国焊接的材料发展中存在的问题及应对策略。
关键词：焊接材料；应用；发展趋势
1国内外钢材及焊接的应用现状
钢产量是衡量一个国家综合经济实力的重要指标，钢铁工业是中国工业进程中的支柱产业。表1为世界主要国家的钢产量数据。从表中数据可以发现，从2001年开始我国的钢产量已经跃居全球第一，从2001年到2008年钢产量已经提高了3倍多，这样的增速明显高于
其他国家。这主要是由于中国的经济持续高速增长，拉动了钢铁工业的快速发展，带动了中国钢铁的生产和消耗。但与中国钢产量全球第一形成鲜明的对比的是中国也是钢材进口大国，尤其是特种性能、高强度钢材的大量进口，因此中国钢材巨大产量，并没有给中国带来巨大的经济效益。
表1世界主要国家的钢产量（单位：百万吨）
韩国林肯
序号
国家
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
1
中国
463．0
451．1
418．8
353．4
280．5
224．4
182．2
150．9
2
日本
111．2
109．8
116．2
112．5
112．7
110．5
107．7
102．9
3
美国
87．8
90．1
98．5
94．9
99．7
93．7
91．6
90．1
4
俄罗斯
65．2
66．1
70．6
66．1
65．6
61．5
59．8
59
5
印度
50．6
48．3
44
40．9
32．6
31．8
28．8
27．3
6
韩国
49．8
46．8
48．4
47．8
47．5
46．3
45．4
43．9
7
德国
43．4
44．8
47．2
44．5
46．4
44．8
45
44．8
8
乌克兰
35．1
39．1
40．8
38．6
38．7
36．9
34．1
33．1
9
巴西
32．1
30．7
30．9
31．6
32．9
31．1
29．6
26．7
10
意大利
28．9
29．2
31．6
29．3
28．6
27．1
26．1
26．5
（数据来源：中国钢材贸易网）
焊接是一种将材料永久性连接，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地应用焊接技术。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。焊接技术包括焊接材料、设备和工艺等相关内容，而其中焊接材料是焊接技术发展的基础，所以焊接材料的应用和发展影响着焊接技术的发展。
钢材产量和快速升高又拉动了中国焊接材料产业的强劲发展，钢材的产量、品质及发展趋势直接决定了焊接行业的可持续发展及焊接技术的发展方向。2006年，按国际钢材协会统计，全世界钢产量12．39亿吨，按有
表1中国钢材与焊接材料产量
年份
钢材表观消费
量（亿吨）
焊接材料总产
量①（万吨）
其中（万吨）
焊条
焊条所占比例（%）
气体保护焊焊丝
埋狐焊焊丝
焊剂
药芯
焊丝
1996
1
约77
60
78
7
5
5
0．1
2000
1．4
约114
90
80
12
5．5
6
0．5
2003
2．7
200
150
75
30
10
12
4
2004
3．1
230—240
160
67
40
11
14
5
2005
3．5
270—280
170—180
63
60—65
16
19
7-8
2006
4．2
180
180
56
90
18
20
12
表3我国不同地区钢材消耗比例（%）
地区
年份
华东
中南
华北
东北
西南
西北
合计
2001
37．7
21．2
18．4
9．6
8．0
5．0
100
2002
40．6
20．9
18．9
7．5
7．8
4．2
100
2003
41．8
20．0
17．8
8．2
7．8
4．5
100
2004
42．5
18．1
18．2
7．4
9．1
4．6
100
2005
41．7
17．9
19．6
7．7
8．3
4．8
100
预计2010
39．2
18．3
16．3
9．9
9．5
6．8
100
关资料综合测算，焊材的消费量应为钢材总量的0．6%--1．6%，全世界焊接材料约为600多万吨，因此，2006年中国钢产量占全世界钢产量的34%[2]，中国焊接材料产量占全世界焊接材料产量的50%左右。但是中国焊接材料的种类和分布不是很平衡[3，4]，见表2-表3。
2焊接材料在各领域的应用情况
按行业需求，我国钢材及焊材与国外发达国家的最大差异为：近年来我国建设用钢占50%左右，工业制造用钢不到45%左右；而目前美国、欧洲和日本建设用钢仅占20%-30%，工业制造用钢占70%-—78%。这种差异也反映了当前我国发展阶段的特征——大量进行各种基础设施和城镇化建设。
在2006年生产的钢材中，各类中厚板、厚板和薄板（不包括窄带钢）等板材占33%，不能用于制造焊接钢结构的各类钢筋、线材、棒材及钢轨等占45%以上，因此，我国焊接钢结构占钢材消费总量的比例1最多只能为40%--45%。所以估计我国目前焊接钢结构的用钢量为1．4--1．6亿吨是适宜的。但经焊接的钢材则不止这个数量，因为用于钢筋混凝土结构的各种钢材和线材，其中2/3左右是进行焊接的，总数为6000--8000万吨。因此可以说，2006年我国焊接钢结构为14．--1．6亿吨，而经焊接的钢材总数则达2．0--2．4亿吨之间。
有关重点行业对焊材的需求状况分述如下：
2．1建筑行业
随着中国建设行业的发展和城镇化进程的推进，每年在建筑行业消费的钢材数量巨大。据有关部门统计，2006年建筑钢结构制造量约为1600万吨，包括工业厂房钢结构、高层建筑钢结构、大跨度场馆钢结构、市政建设钢结构和住宅钢结构等，相当于消费焊接材料25—35万吨。预测2010年各类建筑钢结构制作量为2600万吨，将相应需要各类焊接材料40—50万吨。预测2015年各类建筑钢结构将消费钢材4000万吨以上。而在建筑过程中所使用的钢筋混凝土结构，每年将消耗钢筋和线材料1亿多吨，除少量粗直径钢材采用冷挤压套筒连接外，其余主要采用钢筋电渣压力焊和焊条电狐焊。每年需用于钢筋电渣压力焊的HJ431等熔炼焊剂10—13万吨，J422等焊条50万吨以上。因此，建筑钢材及相应的焊接材料是今后的一个增长热点。
2．2造船行业
我国造船业经过“八五”、“九五”共十年的高效技术推广，已在全国使用了半自动药芯焊丝，使用了各种简易方便的焊接设备和工艺如角焊机及双丝单熔池CO2焊接工艺。在板缝拼接中使用了3丝、4丝埋狐焊接技术，实现了高速焊接。在船体合拢缝焊中，使用了垂直立焊技术，大大提高了焊接作业的效率，行业的整体实力得到了显着提高，2007年的数据统计
显示：现在我国的订单量已排在全球第二位，但与传统的造船强国如：韩国、日本还有一定的差距，韩国造船业以超大型油轮等高附加值船舶为中心提高收益性，已成功具备了竞争力。从三星重工的形式来看，在每艘造价高达1万亿韩元的钻井船（在深水海域或浪高的海域钻探原油、天然气设备）领域，其世界市场占有率近70%。韩国造船企业的竞争力在于在船舶建造过程中加入了IT技术。尽管造船业被称为“烟囱企业”的代名词，但韩国大型造船厂却积极引进基于互联网的三维设计系统和自动运行控制产品等尖端技术，成为业界领跑者。相反，中国在价格相对便宜的散装船（运输粮食和矿物等普通货轮）方面占有比重较高。随着我国造船业国际化程度的发展，一方面对现有焊材在高效性、工艺性、发尘量方面提出了更高的要求；另一方面随着化学品船、铝合金船建造的增多，未来各类不锈钢、双向钢及有金属焊接材料将会有一定的需求。2006年，中国造船完工量1452万载重吨，约用钢材560万吨，相应消费焊接材料14—16万吨，其中药芯焊丝8—9万吨。预测2010年中国造船业用钢将达成1035万吨，相应需求焊接材料23—28万吨。