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新聞動態 當前位置:新聞動態>>焊割行業現狀及前景
中國逆變焊機技術的發展與應用趨勢
發布日期:2011-06-23 09:03

 摘要:本文介紹了我國自改革開放以來制造業中逆變電焊機生產行業在國民經濟建設中的重要地位和取得的主要成就;全面分析了電焊機制造行業生產發展的現狀;并對中國逆變電焊機的發展歷程、技術的發展與應用趨勢作了全面的論述;可以預言中國企業的快速發展正在加速我國從焊接大國向焊接強國邁進的步伐,我們已經看到了中國焊接設備制造行業正在迅速崛起。

 一.電焊機在我國裝備制造業中的重要性

    2009年5月12日,國務院常務會議討論并原則通過了人們期盼已久的《裝備制造業調整和振興規劃》。規劃指出,裝備制造業是為國民經濟各行業提供技術裝備的戰略性產業,產業關聯度高、吸納就業能力強、技術資金密集,是各行業產業升級、技術進步的重要保障和國家綜合實力的集中體現。大力振興裝備制造業是貫徹落實科學發展觀、走新型工業化道路、提高國際競爭力、實現國民經濟全面協調可持續發展的戰略舉措。加快振興裝備制造業,要堅持市場競爭和政策引導相結合。因此,發展我國制造業,尤其是裝備制造業,必須高度重視焊接技術及電焊機產品的同步提高和發展。

    從發展前景來看,以鋼材料生產及消費的相關行業為例,2007年我國的鋼產量是4.9億噸,2008年為5.02億噸,2009年鋼產量為5.6億噸,目前我國幾乎占到全世界年鋼材消耗量的1/3-1/2,成為世界上最大的鋼材生產國和消費國。但從1901年到2006年的歷史數據來看,美國累計鋼產量為76.5億噸,俄國等獨聯體各國累計鋼產量為62.1億噸,日本累計鋼產量為44.9億噸,而我國累計鋼產量僅僅為35.6億噸,還不到美國的一半。各國的累計鋼產量,可以大體看作各國的基礎設施和制造業的鋼材累計量;按照我國完成工業化和城鎮化的進程來看,有專家認為我國的鋼材累計產量至少還要增加40億噸以上。由于焊接設備的需求量與鋼產量有著極為密切的依附關系,因此,未來20幾年我國焊接設備行業對于先進電焊機產品的需求將呈現不斷上升的趨勢,這一客觀形勢為我國焊接事業的發展提供了一個很大的舞臺。目前,鋼材是我國最主要的結構材料,在今后20年中鋼材仍將占有重要的地位;然而,鋼材必須經過加工才能成為具有給定功能的產品,鋼產量的60%需要通過焊接來組成各種機械裝備,而電焊機是保證高質量焊縫首要的必備設備。因此,發展我國制造業,尤其是裝備制造業,必須高度重視焊接技術及先進電焊機生產技術的同步提高和發展。

    二.電焊機在制造業的主要成就

    改革開放30年以來,我國經濟有了巨大的發展。鋼產量從1979年的3178萬噸提高到2009年的5.02億噸,增加了15.8倍。近幾年來,我國在大型焊接鋼結構的開發與應用方面創造了建國以來的最高水平,有的已成為世界第一。例如,世界關注的長江三峽水利樞紐工程,其水電站的水輪機轉輪直徑為10.7m,高5.4m,重達440噸,為世界最大、最重的不銹鋼焊接轉輪。其中,電動機定子座直徑為22m,高6m,重832噸,是在我國焊接的最大鋼結構機座;蝸殼進水口直徑為12.4m,總重量750噸,為世界最大、最重的焊接蝸殼。

    西氣東輸工程的天然氣管線,全長約4300km,其中涉及到大量的螺旋管焊接和直縫管焊接。這是我國鋪設的第一條高強度鋼的長距離管線,并且在鋪設中大量使用了自動化焊接設備。

    在橋梁和高層建筑方面,焊接結構的應用也取得了很大的進步。“世界第一拱橋”——上海盧浦大橋,全長3900m,跨度550m,為世界跨度最大的全焊鋼結構拱橋,用3.4萬噸厚度為30-100mm的細晶粒鋼焊接而成。上海的金茂大廈是我國最高的摩天大樓,采用焊接鋼結構框架,共有88層,高420m。

    我國的造船業在過去的幾年里有了很大的發展,從1995年起我國造船首次超過實力雄厚的德國,成為繼日本、韓國之后的世界第三造船國。中國造船工業加速發展,實現了歷史性的跨越。2007年中國船舶工業新接訂單9845萬載重噸,占到國際市場近一半的份額,超過了韓國,首次晉升為全球第一,成為名副其實的造船大國。

    在鋁合金及其它合金焊接方面的成就集中體現在航空航天工業產品的發展。“神舟”載人飛船和長征系列運載火箭的燃料箱,都是全焊接的鋁合金結構。

    上述的一些大型結構例子都是我國近年來焊接的最大、最新的具有代表性的重要產品。它們的制造成功表明我國電焊機水平和焊接技術有了明顯的提高,電焊機及其焊接技術在國民經濟建設和社會發展中發揮著無可替代的作用。

    三.電焊機行業生產發展現狀

    根據電焊機行業的數據統計,截至 2008年12月31日,電焊機分會共有112家會員,其中生產型企業108家。截至2009年5月上旬,共收到41家企業的有效年報資料,占應報企業總數的37.96%,現就這41家的匯總資料對2008年電焊機行業的經濟運行情況作一分析。

    經對國內41家主要電焊機、切割機和兼業制造廠、大型焊接輔機具廠的調查統計,2008年電焊機行業41家上報數據企業共完成工業總產值661173.41萬元(其中,4家輔機具生產企業全年共完成工業總產值23987萬元),同比增長15.31%,較2007年增速下降接近16個百分點,電焊機、輔機具產值占行業工業總產值比重的61.66%。工業銷售產值完成605022.08萬元,同比增長16.49%,比2007年同期增速下降7個百分點;其中,出口交貨值完成120062.60萬元,同比增長18.89%;工業增加值完成194862.21萬元,比2007年同期增速上升11.89個百分點;生產銷售均較2007年同期有一定增長,利潤總額隨之增長,增幅為16.65%,但增速較2007年同期大幅度下降,約回落了70個百分點。表1為2008年度電焊機行業生產經營狀況統計表。

    2008年下半年以來持續的國際金融危機對電焊機行業有一定影響,自2008年7月份以來已有部分企業的電焊機產量、銷售量呈逐月下降趨勢;尤其是造船、汽車制造業企業需求減少,導致下半年電焊機行業一些企業的訂單急劇下降。從41家企業(含輔機具生產企業4家)的上報數據,可以看到2008年電焊機行業市場及銷售的一些具體情況,見表2、表3。

    2008 年,繼上年國家宏觀經濟持續發展,我國電焊機行業上半年保持了快速增長勢頭,下半年受金融危機、市場需求減少等不利因素影響,產量、銷售量有所回落,但電焊機行業廠家積極開拓市場,提高產品質量,加大對高新技術產品的研發和產品結構調整,在當年經濟環境不景氣的情況下,工業銷售產值較2007年同期增幅達16.49%,其增速下降7.21個百分點,全年主營業務收入579093.63萬元,比2007年同期增長14.36%,增速卻較2007年同期下降約40個百分點,雖然增速均為下降趨勢,但是如今的電焊機企業應對環境變化的能力已大幅度提高。

    2008 年,自動半自動焊機仍是市場銷售中的主導產品,其銷售額占總銷售額的47.17%,而低端、技術含量較低的產品在市場中已逐漸趨于落后趨勢。37家電焊機制造企業共銷售各種自動半自動焊機達426560臺,銷售金額達225235.53萬元,平均價格為0.5280萬元/臺,較2007年平均價格下跌0.1465萬元/臺。可見,隨著市場的變化,中高技術含量產品已越來越受到電焊機用戶的青睞。2008年,隨著價格競爭的加劇,中低檔產品價格下滑,企業只有通過努力開發高技術含量、高附加值產品來獲取更高的盈利和市場占有力。

    四.電焊機行業產品結構變化及逆變電焊機的發展歷程

    回顧中國電焊機行業的發展歷程,20世紀90年代是電焊機行業動蕩最大、爭論最多、增幅下降迅速的年代,核心問題是中國焊機制造業如何創新發展的方向問題。中國電焊機行業在90年代處于10年低潮時期,其原因是老企業找不到方向,新企業規模都太小。

    根據1999年度我國電焊機行業基本情況調查數據顯示,電焊機行業原機械部定點電焊機生產廠38個,這38個生產廠大部分有30余年的歷史,是新中國第一批焊接設備制造廠,曾經為我國工業現代化進程做出了貢獻。但由于多年產品結構老化,這些廠家面臨著產品技術含量低,開發投入不足、不能及時引進先進技術等問題。在38家定點企業中,1999年統計除一家微利外,其余全線虧損,有許多廠處于停產、半停產狀態。

    90年代中期,電焊機行業各界權威不斷地發表著自己的見解,其實質問題就是逆變焊機是不是中國電焊機行業的發展方向。這是涉及政府官員、行業主管、專家學者、生產企業及廣大用戶的一場全行業大辯論,這場辯論也牽動著國際同行大公司的注意力。

    面對中國市場的巨大需求,一批有遠見的民營企業家經過多年的艱苦奮斗,前赴后繼,代表中國電焊機行業新生代的IGBT逆變焊機終于被廣大用戶認可,被專家學者認可,這是新與舊、技術變革與創新的成功。從近幾年北京埃森國際焊接展覽會的參展展品充分說明了這一問題,中國企業展示的焊機產品幾乎全部是IGBT逆變焊機。

    五.逆變焊機技術的發展

    逆變焊機的發展是隨著功率開關器件、鐵心材料和控制技術的發展而逐漸發展起來的。逆變焊機的電路結構,一般采用交流輸入→整流→逆變方波交流→輸出再整流的過程,由于逆變過程中工作頻率提高,例如逆變頻率20KHZ,比常規焊機的頻率提高了400倍,因此與常規焊機相比,可節省硅鋼片90%左右,節省銅線90%左右,焊機體積可以明顯減小,重量明顯減輕。由于逆變頻率的提高,使控制過程的動態響應明顯改善,使焊接性能得到提高。逆變焊機的發展主要經歷了晶閘管逆變焊機、大功率晶體管逆變焊機、場效應晶體管逆變焊機(MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)逆變焊機的幾個發展階段。

    (1) 晶閘管逆變焊機

    早期的逆變焊機是快速晶閘管逆變焊機,主電路形式采用半橋串聯諧振結構。由于晶閘管是半控器件,無法自動關斷,必須利用諧振電路中諧振電流自然過零進行關斷,因此快速晶閘管的逆變頻率較低,約為2-3KHZ左右,主變壓器的鐵心采用硅鋼片。相比整流焊機,由于工作頻率的提高,焊機的體積和重量都有大幅度降低,工作頻率為2-3KHZ對CO2氣體保護焊的焊接過程仍無法進行精細控制,因此晶閘管逆變焊機真正商業化產品是焊條電弧焊和氬弧焊系列焊機。

    (2) 大功率晶體管逆變焊機

    隨著大功率晶體管的出現,工程師設計出了大功率晶體管逆變焊機,晶體管是全控器件,逆變形式有單端、半橋、全橋等,逆變頻率15-20KHZ,變壓器采用鐵氧體磁芯。但大功率晶體管的缺點有二次擊穿現象、易損壞、逆變焊機故障率較高。由于器件技術的發展,很快被以后出現的功率場效應晶體管和絕緣柵雙極型晶體管所取代。

    (3) 場效應晶體管逆變焊機

    場效應晶體管具有工作頻率高、無二次擊穿效應、電壓驅動可簡化驅動電路、正溫度系數易并聯等特點,在小容量逆變焊機中得到迅速應用。工作頻率可達到100KHZ以上。場效應晶體管單只電流較小且耐壓較低,因此場效應晶體管逆變焊機大多應用在單相輸入和輸出功率較小的機型,主電路多為全橋逆變形式。為擴大功率輸出,需多個功率單元的并聯結構,由于多個功率單元的并聯將引起整機的可靠性降低,因此大功率的場效應晶體管逆變焊機應用較少。

    (4) IGBT逆變焊機

    IGBT具有場效應晶體管電壓驅動的特點,還具有大功率晶體管 輸出電流大的特點,電壓等級和電流容量相比場效應晶體管大得多,因而在中大功率的逆變焊機中廣泛應用,其工作頻率可達20KHZ以上,電路形式以半橋和全橋逆變為主,焊機輸出容量等級為200-2000A,200A以下由于成本相比場效應晶體管逆變焊機高,因而競爭力較差。現在IGBT逆變焊機已成為逆變焊機的主流,其機型覆蓋了焊條電弧焊、氬弧焊、CO2氣體保護焊、熔化極氬弧焊、埋弧焊、切割機等所有弧焊電源領域。

六.從2011年北京·埃森焊接與切割展覽會看中國逆變焊機產業的發展

    近年來,隨著我國國民經濟的快速發展以及國家相關政策的支持,裝備制造業已經成為國民經濟發展的基礎性產業,這一產業的大規模發展對焊接設備的需求將越來越大。從第一屆北京·埃森焊接與切割展覽會起至今,這一焊接行業的盛會已歷經23年,在這23年里,展會和金屬加工雜志為焊接行業搭建了一個平臺,讓中國的廣大焊接工作者,焊接設備制造企業有了一個很好的學習機會,開闊了眼界,使我們看到了國際上先進的焊接工藝方法和焊接設備的發展方向,使中國的焊接設備制造企業有了發展的目標。

    在這23年的歷程中,我國焊接設備制造企業的發展更是突飛猛進,從原來只能生產老式的交流弧焊機、可控硅弧焊機到現在第十五屆展覽會看到的先進逆變式電焊機產品。從今年展會上可看到我國電焊機生產企業參展的產品正在向逆變化、數字化方向快速發展,推出的逆變焊機產品種類齊全,幾乎覆蓋了常用電焊機的范圍,國外展商有的產品國內展商也同樣全面推出。國內展商參展的產品在通用機型上的技術水平、產品焊接性能等方面已經可以達到國外展商同類產品的水平。

    中國國民經濟的持續高速發展,極大地推動了焊接設備制造業的發展。近年來,中國焊接設備制造業也出現了大幅增長的良好趨勢。幾年前,當我國電焊機制造企業論及國際市場或出口時,顯得非常陌生甚至感覺是天方夜談,他們擔心的只是外企的進入對本土企業產生的巨大沖擊;思索的只是如何應對外企及國外產品的“入侵”。而今天,在第十五屆北京·埃森焊接與切割展覽會期間,許多中國參展企業的展臺上不斷看到來自世界各地的焊機代理商與中國的企業商談產品出口事宜。今天,經歷多年磨練和外企“入侵”考驗的中國企業,逐步適應了發展潮流,自身實力不斷壯大,眼光變得更遠大。他們清醒地認識到,中國市場不僅屬于世界,世界也應有中國的份額。可以說,過去那種眼光局限于國內的時代已經一去不復返,現在迎來了更大、更富活力的國際市場,迎來了與國外公司爭奪市場的世界經濟時代。

    中華民族是世界上最勤勞、最聰慧的民族,伴隨著國家的日益強大和世界經濟的自由化、全球化,中國企業進入國際市場已不再是夢想。可以預測不久的將來,世界擔心的是中國經濟對世界的影響過大,而中國人擔心的是世界各地的反傾銷指控。

    在第十六屆北京·埃森焊接與切割展覽會期間,我們看到中國參展企業的展品品種不斷增多,產品技術水平與國外產品的差距正在不斷縮小,中國企業不僅提高了產品的市場競爭實力,而且正在逐步打入國際市場,中國企業的快速發展正在加速我國從焊接大國向焊接強國邁進的步伐。從這屆展覽會上我們看到了中國焊接設備制造行業正在迅速崛起。

    衷心感謝金屬加工雜志多年來對中國逆變焊機新技術、新產品的宣傳報導,可以說雜志對中國逆變焊機行業的快速發展起到了推動作用,電焊機行業的發展與媒體的大力宣傳是分不開的,也衷心祝賀雜志在創刊60周年之際,與中國工業、中國焊接行業共同續寫輝煌!  

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