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國內外焊接材料的應用及發展趨勢

一  國內外鋼材及焊接的應用現狀

 

鋼產量是衡量一個國家綜合經濟實力的重要指標,鋼鐵工業是中國工業進程中的支柱產業。表1為世界主要國家的鋼產量數據。從表中數據可以

現,從2001年開始我國的鋼產量已經躍居全球第一,從2001年到2008年鋼產量已經提高了3倍多,這樣的增速明顯高于其他國家。這主要是由于中國的經濟持續高速增長,拉動了鋼鐵工業的快速發展,帶動了中國鋼鐵的生產和消耗。但與中國鋼產量全球第一形成鮮明的對比的是中國也是鋼材進口大國,尤其是特種性能、高強度鋼材的大量進口,因此中國鋼材巨大產量,并沒有給中國帶來巨大的經濟效益。

        表1      世界主要國家的鋼產量(單位:百萬噸)

序號

國家

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

1

中國

4630

4511

4188

3534

2805

2244

1822

1509

2

日本

1112

1098

1162

1125

1127

1105

1077

1029

3

美國

878

901

985

949

997

937

916

901

4

俄羅斯

652

661

706

661

656

615

598

59

5

印度

506

483

44

409

326

318

288

273

6

韓國

498

468

484

478

475

463

454

439

7

德國

434

448

472

445

464

448

45

448

8

烏克蘭

351

391

408

386

387

369

341

331

9

巴西

321

307

309

316

329

311

296

267

10

意大利

289

292

316

293

286

271

261

265

                                 (數據來源:中國鋼材貿易網)

焊接是一種將材料永久性連接,并成為具有給定功能結構的制造技術。幾乎所有的產品,從幾十萬噸巨輪到不足1的微電子元件。在生產制造中都不同程度地應用焊接技術。焊接已經滲透到制造業的各個領域,直接影響到產品的質量、可靠性和壽命以及生產的成本、效率和市場反應速度。焊接技術包括焊接材料、設備和工藝等相關內容,而其中焊接材料是焊接技術發展的基礎,所以焊接材料的應用和發展影響著焊接技術的發展。

鋼材產量和快速升高又拉動了中國焊接材料產業的強勁發展,鋼材的產量、品質及發展趨勢直接決定了焊接行業的可持續發展及焊接技術的發展方向。2006年,按國際鋼材協會統計,全世界鋼產量12.39億噸,按有

     表1     中國鋼材與焊接材料產量

年份

鋼材表觀消費

量(億噸)

 

焊接材料總產

(萬噸)

其中(萬噸)

焊條

焊條所占比例(%

氣體保護焊焊絲

埋狐焊焊絲

焊劑

藥芯

焊絲

1996

1

77

60

78

7

5

5

01

2000

14

114

90

80

12

55

6

05

2003

27

200

150

75

30

10

12

4

2004

31

230—240

160

67

40

11

14

5

2005

35

270—280

170—180

63

60—65

16

19

7-8

2006

42

180

180

56

90

18

20

12

 

表3   我國不同地區鋼材消耗比例(%)

地區

年份

華東

中南

華北

東北

西南

西北

合計

2001

377

212

184

96

80

50

100

2002

406

209

189

75

78

42

100

2003

418

200

178

82

78

45

100

2004

425

181

182

74

91

46

100

2005

417

179

196

77

83

48

100

預計2010

392

183

163

99

95

68

100

 

關資料綜合測算,焊材的消費量應為鋼材總量的0.6%--1.6%,全世界焊

 

接材料約為600多萬噸,因此,2006年中國鋼產量占全世界鋼產量的34%[2],

中國焊接材料產量占全世界焊接材料產量的50%左右。但是中國焊接材料

 

的種類和分布不是很平衡[3,4],見表2-表3。

 

二 焊接材料在各領域的應用情況

按行業需求,我國鋼材及焊材與國外發達國家的最大差異為:近年來我國建設用鋼占50%左右,工業制造用鋼不到45%左右;而目前美國、歐洲和日本建設用鋼僅占20%-30%,工業制造用鋼占70%-—78%。這種差異也反映了當前我國發展階段的特征-——大量進行各種基礎設施和城鎮化建設。

在2006年生產的鋼材中,各類中厚板、厚板和薄板(不包括窄帶鋼)等板材占33%,不能用于制造焊接鋼結構的各類鋼筋、線材、棒材及鋼軌等占45%以上,因此,我國焊接鋼結構占鋼材消費總量的比例1最多只能為40%--45%。所以估計我國目前焊接鋼結構的用鋼量為1.4--1.6億噸是適宜的。但經焊接的鋼材則不止這個數量,因為用于鋼筋混凝土結構的各種鋼材和線材,其中2/3左右是進行焊接的,總數為6000--8000萬噸。因此可以說,2006年我國焊接鋼結構為14.--1.6億噸,而經焊接的鋼材總數則達2.0--2.4億噸之間。

有關重點行業對焊材的需求狀況分述如下:

2.1建筑行業

隨著中國建設行業的發展和城鎮化進程的推進,每年在建筑行業消費的鋼材數量巨大。據有關部門統計,2006年建筑鋼結構制造量約為1600萬噸,包括工業廠房鋼結構、高層建筑鋼結構、大跨度場館鋼結構、市政建設鋼結構和住宅鋼結構等,相當于消費焊接材料25—35萬噸。 預測2010年各類建筑鋼結構制作量為2600萬噸,將相應需要各類焊接材料40—50萬噸。預測2015年各類建筑鋼結構將消費鋼材4000萬噸以上。而在建筑過程中所使用的鋼筋混凝土結構,每年將消耗鋼筋和線材料1億多噸,除少量粗直徑鋼材采用冷擠壓套筒連接外,其余主要采用鋼筋電渣壓力焊和焊條電狐焊。每年需用于鋼筋電渣壓力焊的HJ431等熔煉焊劑10—13萬噸,J422等焊條50萬噸以上。因此,建筑鋼材及相應的焊接材料是今后的一個增長熱點。

2.2造船行業

我國造船業經過“八五”、“九五”共十年的高效技術推廣,已在全國使用了半自動藥芯焊絲,使用了各種簡易方便的焊接設備和工藝如角焊機及雙絲單熔池CO2焊接工藝。在板縫拼接中使用了3絲、4絲埋狐焊接技術,實現了高速焊接。在船體合攏縫焊中,使用了垂直立焊技術,大大提高了焊接作業的效率,行業的整體實力得到了顯著提高,2007年的數據統計顯示:現在我國的訂單量已排在全球第二位,但與傳統的造船強國如:韓國、日本還有一定的差距,韓國造船業以超大型油輪等高附加值船舶為中心提高收益性,已成功具備了競爭力。從三星重工的形式來看,在每艘造價高達1萬億韓元的鉆井船(在深水海域或浪高的海域鉆探原油、天然氣設備)領域,其世界市場占有率近70%。韓國造船企業的競爭力在于在船舶建造過程中加入了IT技術。盡管造船業被稱為“煙囪企業”的代名詞,但韓國大型造船廠卻積極引進基于互聯網的三維設計系統和自動運行控制產品等尖端技術,成為業界領跑者。相反,中國在價格相對便宜的散裝船(運輸糧食和礦物等普通貨輪)方面占有比重較高。隨著我國造船業國際化程度的發展,一方面對現有焊材在高效性、工藝性、發塵量方面提出了更高的要求;另一方面隨著化學品船、鋁合金船建造的增多,未來各類不銹鋼、雙向鋼及有色金屬焊接材料將會有一定的需求。2006年,中國造船完工量1452萬載重噸,約用鋼材560萬噸,相應消費焊接材料14—16萬噸,其中藥芯焊絲8—9萬噸。預測2010年中國造船業用鋼將達成1035萬噸,相應需求焊接材料23—28萬噸。

2.3交通行業

德國汽車制造者協會最新公布的統計數字表示,2008年中國汽車產量已超過德國和美國,位居世界第一。該協會的統計數據顯示,2008年汽車產量占全球汽車產量的17.2%,德國占14.7%,而美國僅占14.6%,2008年我國汽車產銷量分別為934.51萬輛和938.05萬輛,同比增長5.21%和675.56%,其中乘用車產銷2607.4萬輛和2624.9萬輛,同比增長4.24%和5.24%。預測2010年中國各類汽車產量將達900—1100萬輛,將消費鋼材1500—1800萬噸。公路交通工具發展的同時,鐵路交通設施也發生了明顯的變化,到2008年我國已經實現了鐵路三次大提速,隨著鐵路運行速度的提高大量新型機車將被推上歷史舞臺,2009年3月16日北京鐵路局與北車股份有限公司簽署協議,采購了100列新一代高速動車組,總金額達到392億元人民幣。新一代動車組采取16輛長編組型式,由四個牽引動力單元組成“八動八拖”結構,持續運營時速350km/h,試驗時速超過400350km/h。新一代動車組的運營速度較高,對材料的要求也相應提高,此外新一代動車組對鐵路軌道也有較高的要求,這些都大大都促進了鋼材和焊接材料的研發和使用。

2.   4    運輸行業

據介紹,截止2007年底,全球各類型集裝箱船舶達8649艘,載重能力1244萬標準箱,船隊總動力2600萬標準箱、集裝箱保有量約為2623萬標準箱、2007年各類集裝箱產銷量為392萬標準箱。

目前,中國是集裝箱第一生產制造大國,并創造了三個“第一”。首先,集裝箱的生產能力為全世界第一,現在已經達到580萬標準箱。

其次,集裝箱規格品種之全世界第一,從干貨集裝箱到一般貨物集裝,到特種集裝箱,還有廂式運輸車,中國現有生產已經達到900多個規格品種,能夠滿足世界各國的運輸需求。

第三,中國的集裝箱產銷量世界第一,去年產銷量已達到了374萬標準箱,而去年全球的集裝箱產銷量是392萬標準箱,因此世界上95%的集裝箱都由中國生產。目前生產制造集裝箱的三大原材料鋼材、木材和油漆的國產化率已大大提高,其中鋼材已基本了實現了國產化,木材有一部分出口,但80%以上的木材由國內生產。

目前,生產集裝箱所用鋼材主要有熱軋薄鋼板、型材和焊管等。熱軋薄板、(牌號SPA-H),熱軋中板(牌號SPA-H、SM490A),不銹鋼(牌號SUS304、SOS410、SOS316L),其中以1.6-6.0mm板材為主。在消耗的鋼板中,以1.6-2.0mm薄規格鋼板所占比例最大,為45%-50%,主要用在占我國出口90%以上的干貨集裝箱上。制造一個標準集裝箱用CO2氣體保護焊絲20%,每年用CO2焊絲5-6萬噸。

2.5壓力容器管道行業

近年來,石油天然氣長輸管道建設正處于高峰期。根據規劃,未來幾年內,中國將建成都14條油氣輸送管道,形成“兩橫、兩縱、四樞紐、五氣庫的管道運輸網”。隨著中國與俄羅斯、哈薩克斯坦輸油管道開始建設,預示著中國管道用鋼量也將大幅提升。據預測,未來幾年內,中國每年管線鋼需求量300—400萬噸[3],據不完全統計,2006年僅中石化、中石油系統焊接制管用鋼量達到165萬噸以上,其中出口60萬噸。焊絲、焊劑用量4萬噸以上。加上私營企業,全國17家制管廠年制管能力達560萬噸,因此2006年總制管用鋼量及焊接材料用量翻番不止。

現在壓力容器正朝著大容量、高參數發展,大量超臨界、超臨界壓力容器被生產并應用,這些壓力容器由于本身性能的特殊性也有較高的要求,促進企業對新型焊接材料的研發和使用。

2        焊接材料發展中存在的問題及發展趨勢

20世紀80年代中期,國外發達國家焊條占焊接材的比例約為50%。到2004年歐洲、北美(美國和加拿大)、日本在消費的焊材中,焊條占焊材的比例均已小于20%,也就是說,目前發達國家的自動化

表4     各種焊材的用量

年度

項目

焊條

CO2實芯焊絲

藥芯焊絲

埋狐焊絲

總產量

2005

產量(t

170

60

7

35

272

比例(%

63

22

26

13

2006

產量(t

180

80

12

45

317

比例(%

57

25

38

14

 

 表5  世界焊接材料公司五強在中國以外的焊接材料市場中所占市場份額(%)

歐洲伊莎公司

美國林肯公司

歐洲沙福公司

日本神焊鋼材

美國IIW集團

11

11

7

7

7

 

和半自動化焊接,已占整個焊接工作量的80%以上。焊接自動化程度和焊絲的使用量是衡量一個國家焊接技術發展程度的重要指標,因此相比于發達國家,我國的焊接技術還比較落后。近年來,我國少數行業及部分企業的焊接自動化和半自動化率已到處70%以上,但就全國而言,2006年全國消耗的焊材中,手工焊條仍占57%左右,見表4,也就是說焊接自動化的半自動化率尚不到50%。但當前焊接自動化進展明顯加快,預測5年后,我國焊接自動化和半自動化率可以達到70%。因此,今后幾年,焊接自動化進展將持續推動焊材品種結構的調整,氣保護實芯焊絲占焊材的比例,2005年為22%,2006年已到28%--29%,預計2010年將達到50%左右,而手工焊條將降到30%以下。

     目前,國內從事焊接材料生產的企業比較多,其中電焊條生產企業大約300家,實芯焊絲生產企業200家,藥芯焊絲生產企業20家,埋狐焊劑生產企業近200家,焊接材料產量1萬噸以上的有40多家,其中天津金橋70余萬噸,天津大橋近50萬噸,四川大西洋集團20萬噸,株洲湘江約20萬噸,錦州錦泰12萬噸,這5家的產量占全國總產量的1/2。但是這些國內企業大多生產低中端產品,即常規的低碳鋼、低合金鋼焊接材料,對高強度和特殊性能焊材生產較少。據國外資料介紹,目前世界上實力最強的焊接材料公司有5家,這5家合計占有中國以外的世界焊接市場43的份額,在世界焊接材料市場上舉足輕重,詳見表5[5] 材料。國內焊接大型骨干焊接材料企業,是中國焊接材料民族工業的希望。雖然這些企業與國際5大知名企業還有一定差距,但是一些企業在過去幾年的經營中,已在不同程度上實現了資金的積累。有條件投入較多的資金去更新生產設備、購置先進的檢測儀器和研制先進的特種焊材。期待中國有幾家大型骨干焊接材料企業,在生產設備和檢測手段上能達到或超過國外知名焊接材料企業的水平,這樣才能使國內外的重點用戶及重點工程在采購高效能焊接材料時,對國產焊接材料品質穩定性增強信任,消除疑慮。

由于全球經濟危機的影響,部分工程和企業已經停產或停工,這對焊接材料企業的影響也比較大,但是全球各國都在為走出經濟危機的陰霾而采取各種刺激政策,這將為企業和行業的整體整合和發展提供良好的機會。我國政府為改變國內經濟狀況,保持穩定增長而出臺了4萬億元大投資計劃。發改委主任張平指出,中央一開始就明確了投資方向和重點,不去搞一般加工工業,不去搞重復建設,重點鎖定在關注民生和“三農”,搞好基礎設施建設,加強生態環境保護,做好節能減排工作,同時,要加快推進結構調整和發展方式改變。目前,這4億元的構成大體如下:民生工程4000億元,農村民生工程3700億元,基礎設施建設15000億元,社會事業1500億元,節能減排和生態工程2100億元,結構調整和技術改造3700億元,汶川大地震災后恢復重建10000億元。

正如溫總理所說,我們應該把這次經濟危機轉變成機遇,為企業發展尋求更大的發展商機,使中國從焊接材料大國轉變為焊接材料強國,除購置先進的生產設備及檢測儀器之外,最重要的是企業領導要更新觀念,跟上時代步伐,加大科研投入,引進并建設人才隊伍,不斷增強企業實力和創新能力,爭創國際焊接材料名牌,使企業在檔次和水平上得到提高。經過若干年努力,中國幾大焊接材料公司,趕上或超過世界先進焊接水平,成為世界公認的實力最強的焊接材料公司之一,增強中國焊接材料行業在國際及國內市場上的競爭力,在科學發展觀指導下,實現焊接材料行業的可持續發展。經過5—10年的努力,中國將建設成為鋼鐵強國及焊接材料強國。


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