中国：焊接未来

本文作者：清波，编辑：严大方，题图来自：视觉中国

还记得关于三星堆的热搜么？新一批文物出土后，人们奔走惊呼，“考古学不存在了”。

这么说的原因是，“金属的冶炼与加工”“文字的使用”“社群的聚居”通常被认为是判断文明诞生的三大因素。但这一次，来自三星堆古老文明的超高金属加工工艺完全超出想象。

数千年前的青铜神树、青铜大面具是采用了“现代焊接”技艺的焊接成品，有人认为其焊接工艺超越了现代制作不锈钢防护栏的水准。

图片来自CCTV1

青铜神坛则将多个单独铸造的零件通过焊接的方式拼装在一起：

图片来自央视新闻

人类文明的长河里，从中世纪铁匠不断锻打红热状态金属来使其相连的“锻焊”，到使用了金属电极的“电弧焊”；从“手工电弧焊”，到价格昂贵，但能轻松搞定微型零件的“激光焊”……今天地球上伟大的人造物，大都离不开一项技术——它是人类对使用双手来操纵温度和压力的执着。文明得以前行。

焊接，一种应用领域极其广泛的技术和工艺。它不像汽车、船舶、飞机、机械制造等行业那样会在终端工序上产生出一种能够望文生义、有形有样的产品，但却覆盖和渗透到了国民经济的方方面面。

今天中国焊接已从“三星堆”到以焊接机器人和智能焊接系统应用为代表的新阶段，也早已不是马路边一蹲蹲半天，激光四射，路人快步走过的粗活脏活。我国的焊接专业，有中专、职高，也有本科、硕士、博士学位。只要愿意就业，不愁找不到工作。

2021版高职专业目录中“焊接技术与自动化”专业，已被更名为“智能焊接技术”。

这是一门纵向跨越中专到博士、横向跨越材料与机械的特色交叉学科。既看齐蓝翔学技术，又看齐清华搞学术。

2022年6月，我国第三艘航母福建舰下海。其舰身每一条焊缝都是经过X射线检测，每条焊缝都对应到具体责任人。

从中国第一台万吨水压机，到中国高铁的无缝钢轨；从航空母舰的飞行甲板，到载人宇宙飞船的密封舱——今天大国重器的荣光，是由焊接院士、焊接博士，和更多车间中的蓝领焊接技术工人，共同构筑起来的。

中国焊接，正不断高精尖，日渐高大上。

一、中国焊接材料的高精尖变局

焊接，也称作熔接。是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。

国内的焊接市场，如果按照最终产品来分，可分为“焊接材料”、“焊割设备”和“焊接工具及其他”三个大类。

焊接材料是指焊接时所消耗材料的通称，包括焊条、焊丝、金属粉末、焊剂、气体等。如果以焊材被使用的方式来看，则主要可分为氩焊、CO₂焊接、氧切割、电焊等。

焊接材料可以理解为钢铁的“黏合剂”，其上游行业主要是钢铁行业、有色金属行业和焊材生产设备行业等。下游行业则主要包括轨道交通、石油化工、集装箱、工程机械、船舶汽车等多个行业。

焊接材料行业的核心技术是“制造工艺”和“产品配方”——即如何根据不同钢种和不同的使用环境进行设计调整，从而满足焊接材料对母材和应用环境的适应性。

中国的焊接材料产业正经历由高速发展转为高质量发展。

用钢量是衡量焊接技术总体水平的重要指标。“十三五”期间，我国钢铁产量及焊接材料产量居世界首位。

世界钢铁协会统计数据显示，2020年我国粗钢产量为10.53亿吨，占世界总产量的56.5%。中国每年有约三亿吨左右的钢材涉及焊接加工，占全球焊接加工量的50%以上。目前，我国焊接材料企业众多，年总产量保持在400万吨以上，占世界总产量的1/2以上。

从当前情况来看，我国焊接材料行业发展较为成熟，市场化程度较高，已经成为了焊接材料的第一大生产国。根据上市公司大西洋焊材在22年年报中提到的数据：焊接材料行业市场化程度较高，行业处于完全充分竞争的情形。2021年焊接材料总产量约466万吨，年焊材总产量同比增加2.4%。

其二，焊接材料产品性能向高强、高洁净、高效率，产品生产方式向清洁、节能、智能、柔性方向发展：

• 随着我国焊接工业自动化水平的提高，焊材结构不断升级变化

主要表现为，在焊接机器人日益普及的大背景下，适用于自动化焊接的药芯焊丝、实心焊丝、高效埋弧焊材产品发展开始提速。同时焊条占焊材总量的比例日渐下降。如国内实心焊丝占焊材总产量由2009年的28.54%上升至2020年的43.52%。

未来普通焊条市场将进一步被焊丝替代。

• 加强对高附加值和高技术性能品种的自主开发和配套供给力度

我国高性能焊材产品仍然依靠进口，同时我国焊接材料激烈的市场“内卷”仍以利润相对较低的普通焊接材料为主。大多是国内企业之间互卷。

中国焊接材料行业还可能出现以下几种发展趋势：

首先，中国焊接材料行业的总体需求会进一步提高。2025年，中国焊接材料行业市场规模有望达到3000亿元。这是建立在我国新能源汽车、智能家居等多个领域的爆发之上的。

其次，中国焊接材料行业将出现新的增量市场，即“小而美”的细分市场。这是行业成熟的标志之一，也是行业客户对产品质量、具体应用场景提出更高要求后的必然结果。中国焊接材料行业会面临更多专业化的需求。

第三，国内企业加速卷向中高端市场。伴随国内头部焊接材料生产企业如大西洋、金桥、大桥等正在进行的产品结构升级（如以高附加值的特种焊条和焊丝产品替代低端手工焊条产品等），国内企业和国际对手如林肯电气、伊萨公司将在高端焊接材料市场展开更多竞争。

二、焊接设备：工业机器人的崛起

焊割设备是焊接设备和切割设备的简称。焊接设备是指实现焊接工艺所需要的装备，包括焊机、焊接工艺装备和焊接辅助器具。根据焊接设备的自动化程度，焊接设备可分为全手动焊接设备、半自动焊接设备（实现自动送丝）以及机器人专用焊接设备这三种。

机器人用的专用焊接设备可谓是如今工厂自动化（汽车、锂电、新能源、3C、机床等）中不可或缺的重要组成部分，亦是工业机器人资本赛道里炙手可热的明星产品。

工业和信息化部发布的 《“十四五”智能制造 业发展规划》 明确提出发展智能焊接机器人。不完全统计，我国在役工业机器人中约有一半被运用于汽车制造领域，而在这些工业机器人中，又有超过一半为焊接机器人。

2022年，全球焊接机器人市场规模达到626.35亿，中国焊接机器人市场在全球占比39.66%。

《2022~2027年中国焊接工具行业市场全景调研与发展前景预测报告》预计2023~2027年间，全球焊接机器人市场将以9%的复合增长率快速增长，2027年全球焊接机器人总体市场规模预计将达到1078亿元。

焊接，已是机器人兵家必争之地。这名工业裁缝在我国工业生产中主要起到以下几个助力。

• 解决招工难，提升就业环境

支撑中国工业发展的根本要素是人。

十几年前有篇报道：多家职校反映，财会专业很热，尤其是女生，开口就说想学财会。财会人山人海，焊接只招到一半学生。家长说，焊接工又脏又苦，都是独生子女，自然舍不得了。

就连焊接工程专家、中国科学院潘际銮院士在清华教焊接博士，家人也被人问：您男友是焊洋铁壶的还是修自行车的？

曾经焊接的工作环境十分恶劣，总和刺目的弧光、飞溅的金属、呛人的烟尘为伴。1992年，潘际銮院士建立了焊接机器人实验室——中国焊接机器人在诞生之初，为的就是让焊工不再被强光伤眼，不再被烟尘伤肺。

这两年，人们对焊接岗位的认识随着产业升级下的智能化转型逐渐清晰。

中国焊工在智能制造的时代背景下，是既懂制造技术，又懂信息技术的复合型人才。如焊接专业学生在掌握焊接基础知识的同时，也要进行机器人焊接技能、质量检测与管理和焊接工作站的维护管理技能等方面的学习。

机械手臂替代了焊工的手臂，焊工更多从烟尘飞扬的车间走入后台的电脑前。

机器人作为先进制造业的重要支撑设备，也带来更多比传统产线操作岗位更高端、舒适的就业岗位。除了机器人焊接编程岗位，每个机器人焊接工作站也需要至少1名辅助操作工。每个岗位工人也需要至少1名专门的操作岗位管理人员对其进行培训和管理。

美国《初步设计》报告曾提到：制造业上每投入1美元，在相关经济活动中将产出1.35美元。

平均来看，一个制造业工作支持了2.5个其他产业的就业。一个先进制造领域的就业可带来5个先进制造业外的就业。而到了高端制造领域，一个岗位可以支持另外高达16个岗位。

在智能制造产业升级和劳动力等多重因素下，可以预见，中国焊接机器人的需求会继续快速增长。

• 提高质量稳定性，拓阔焊接场景

目前丰田公司已将点焊作为标准来装备其日本国内和海外的所有点焊机器人。应用机器人焊接后，提高了焊接件的外观和内在质量，也在保证质量稳定性的同时改善了劳动环境。

在太空、深海、核环境等众多特种作业环境条件中，焊接也必须用远距离的控制和机器人进行操作。

• 国内机器人企业正缩小与国外同行的差距

目前国外机器人在应用广泛的焊接机器人上占据绝对优势。焊接机器人最早应用于汽车行业，因对焊接的精度等各方面要求较高，一直采用国外机器人生产线，但国产焊接机器人在其它领域如工程机械等也已出现成功案例（三一临港自动化生产车间等）。

• 点焊机器人在中国还有巨大的增长潜力

根据国际机器人联合会（IFR）和中国机器人产业联盟 （CRIA）相关数据，在外资品牌焊接机器人中，弧焊机器人和点焊机器人的销量占比较大，“十三五”期间两者占比合计在95%～97%之间。

弧焊机器人的占比从2016年的37%逐年递增到2020年的57%，点焊机器人占比从2016年的58%增长到2017年的65%，之后三年逐年下滑，2020年降到39%。

其余三类焊接机器人的占比变化不大，都在3%以内。

目前，随着激光视觉传感技术的发展，其在焊接领域内的应用也日渐广泛。它可以提升焊接机器人焊接精度。

目前我国在工业3D视觉领域，内资企业和外企基本处在同一起跑线，外资企业不存在太大先发优势。

最后，作为海洋工程装备技术的重要组成部分，我国研发的水下焊接专用设备和焊接材料已经可以应用于胜利油田海上采油平台、港珠澳大桥等海洋工程。

焊接设备的迭代始终和工业化进程紧紧相连。今天中国焊接一方面拥有钢铁、冶金、化工、建筑设施、汽车、火车（高铁）、船舶、航空航天、纺织、石油及天然气等新老工业近乎爆发式增长的强大地基，但另一方面，目前我国焊接自动化率仅20%左右，传统手工焊接工艺将不断被自动化的机器焊接逐步替代。

再看焊切设备。

全球焊切设备主要生产厂商集中在美国、欧洲、日本、中国等国家和地区，主要代表企业有林肯、米勒、伊萨、福尼斯等，这些公司占据全球焊接、切割设备半数以上市场份额。

上述这些企业在技术水平和产品开发设计能力上具备了相当强的竞争力，由此也造成了在高端焊接、切割设备生产制造方面，国内企业的技术竞争力相对不足。

不可避免的，国内客户对进口产品的依赖度在现阶段也相对较大。

不过，由于经济体量的迅速壮大及国民经济水平的稳步提升，中国早已成为全球最大的焊接市场。在激烈的市场竞争面前，我国焊接产业逐步走向自动化和智能化。尽管当前我国的焊接自动化率相对较低（发达工业国家已经达到80%），但我们在技术上奋力追赶的脚步一刻也没有停止。

最具说服力的应用案例是自20世纪末开始，我国逐渐在各个行业推广自动焊的基础焊接方式——气体保护焊，以焊接设备来取代传统的手工电弧焊，目前已取得了相当大的代替成效，也同时促生出了大批设计、生产自动化保护焊设备的优质企业。

数字焊机、数字化控制技术业已稳步进入国内市场。三峡工程、西气东输工程、航天工程、船舶工程、汽车及零部件制造等大型的国家基础工程中，就大量采用相关的数字化技术。

经过近几十年的长效发展，目前我国电焊机行业成长迅速。

首先是形成较完整产业链，同时也形成了一定规模的电焊机产业集群。

根据中国电器工业协会电焊机分会对60家重点企业统计，2021年我国电焊机行业60家制造企业的全年工业总产值为173.68亿元，同比增长12.1%；同年这60家企业的销售规模为164.09亿元，同比增长10.8%

主要分布在京津冀、长三角、珠三角以及成都地区，在满足国内市场需求的同时，出口至海外市场。国内相关企业达到600余家，规模较大的企业有深圳市佳士科技股份、上海沪工焊接集团、深圳市瑞凌实业股份、山东奥太电气、凯尔达电焊机等。

尚待追赶之处在于，和发达工业国家电焊机品种规格已达到500余种相比，我国电焊机企业目前能生产的品种规格仍较少。

最后，来看焊接工具及其他（包括焊接用气体及劳保用品等）。

一般而言，除去在焊接过程中用到的设备和材料，剩下的包括工具，如手工电弧焊所要用到的焊接电源，电焊钳子、耐火钳子、锤子等；又如在氧乙炔火焰焊中需用到的焊炬，塑胶管，减压阀，回火停止器等；焊接用气体（分为保护气体和气焊、切割用气体两大类）等——都属于焊接工具及其他。

劳保用品的范围就更广了，焊工戴的电焊帽子、墨镜，防火手套都算。

在这一领域，我国呈现出“企业数量众多、产业集中度较低、绝大多数企业开发能力较弱”的特点。

出口产品多为零部件以及部分中、低端工具，出口单价和利润额都相对较低。例外的是，由于生产焊接用气体需要申请办理特种设备生产制造许可证资质，因此该类生产企业的集中度较高，主要由跨国公司及国内龙头企业构成，如Linde林德气体、Air Liquide、Air Products、气体动力Air Power、杭氧集团等。

国内焊接工具及其他的市场内容既繁多又复杂，并且有很多（如保护气体，切割用气体，劳防用品，保护用具等）还不是焊接行业单独使用的，具有相当的通用性，因此这一块的统计口径偏离度和差异度非常之大，缺乏权威性的可靠数据。

综合上述三大业务板块，尽管中国市场早已成为了世界上最大的焊接（切割）设备、材料和工具生产和消费市场，但大不代表强，多并不等同于精。在焊接、切割设备的自动化使用上，在焊接材料的特殊配方及用途上，在焊接机器人的效率和稳定性上，我们还有很大提升空间。

三、久违的情感

2022年，上海工人文化宫多了一件艺术品：中国第一台万吨水压机废弃零件做的艺术装置。揭幕仪式上，人们给三根巨型钢铁圆柱各戴上一朵大红花，好像三个劳动模范。

万吨水压机建造的参与者、上海焊接界专家黄家华颤抖的双手抚过钢铁切割面。60年前的一幕幕就在眼前。

不知当年的焊工师傅们是否想到，今天中国焊接已经可以在多种环境下进行，野外、水下，甚至太空。

建造万吨水压机的人们老了。但中国第一台万吨水压机至今仍在上海重型机器厂轰鸣。

虽然在现阶段，我们必须承认国内的焊接自动化程度还比不上欧美日韩等工业发达国家，但在焊接的世界舞台上，数十年来，中国力量始终汹涌澎湃。

首先是经济体量铸就焊接舞台。

自2010年赶超日本，成为世界第二大经济体以来，中国连续十三年坐稳这个位置。始终把GDP保持在一个相当可观的幅度内稳步增长。

国家统计局发布的数据，2022年中国国内生产总值1210207亿元，比上年增长3.0%。折算成美元后，大约是18万亿美元，约占世界经济总量的19%，为美国的70.67%。

其中，第一产业增加值88345亿元，比上年增长4.1%；第二产业增加值483164亿元，增长3.8%；第三产业增加值638698亿元，增长2.3%。第一产业增加值占国内生产总值比重为7.3%，第二产业增加值比重为39.9%，第三产业增加值比重为52.8%。

第二产业中，黑色金属冶炼和压延加工业增加值增长1.2%，全国粗钢产量101795.9万吨，同比下降1.7%；钢材产量134033.5万吨，同比增长0.3%。

焊割设备的需求量和钢材产量密切相关。据测算，我国钢产量从1.29亿吨迅速增加到6.26亿吨这段时期，焊接用钢所占比例约为40%~50%，而同期的工业发达国家，焊接用钢量已达到其钢材总量的60%~70%，所以我国焊接用钢还具有较大的发展空间。

人们的巧手、毅力和民族自信促成焊接奇迹。

虽然说我国焊接自动化程度还不如工业发达国家那么高，设备也不如他们那么精密，但是凭借着一双巧手和一股坚忍不拔的毅力，我国的焊工巧匠们同样也创造出诸多项的中国焊接奇迹。

航天领域的高凤林，中国有一半以上的火箭发动机都由他焊接；

核电工业领域的刘霞，主导了2017年中国第一根百万级核电焊接转子研发成功；

LNG（液化天然气）船舶领域的秦毅，以其精湛的殷瓦焊接技术，创造了LNG船液货舱焊接一次性100%无漏点等多项国内第一，为中国LNG船从无到有，进而达到世界领先水平做出了杰出贡献。

李万君焊接的高铁、卢仁锋焊接的坦克也是全球高水平的。

在世界焊接的舞台上，中国有两项工程获得了国际焊接学会（IIW）的最高荣誉，分别是国家体育场鸟巢和港珠澳大桥。

鸟巢的获奖，打破了由西方国家垄断焊接结构大奖的历史。其高空大跨度的马鞍形设计独特，内部没有一根立柱，全焊接的重型钢结构对焊接质量要求之高、难度之大，不要说在中国没有先例，在全世界的焊接史上也极少见。

港珠澳大桥焊接技术团队首次将机器人焊接技术用于钢桥制造领域，建成国内首条板单元自动化生产线，率先在我国大跨度钢桥制造上采用免涂装耐候钢焊接技术，获多项发明专利。

突破的关键技术包括但不限于：研制成功U形肋、板肋与面板组拼的自动组装机床，实现了自动行走、打磨、除尘、定位、压紧和机器人取代人工实现定位焊的自动化；

首次使用焊接机器人配合反变形翻转胎，实现多条加筋肋同步焊接，焊缝质量好，焊接效率高；

开发了焊接质量监控系统，实现了焊接参数的实时监控，确保了焊接质量可追溯性；

建造了国内首条钢箱梁板单元制造自动化生产线等。

习近平总书记曾评价港珠澳大桥，“体现了一个国家逢山开路、遇水架桥的奋斗精神”。

中国奇迹从来不仅发生在国家经济体量的飞跃式进步上，同样也展现在各个重大工程，重点项目的实施建设中，而焊接的技术和工艺，恰恰就是一种让世界见证中国奇迹的有效途径。

手握一把焊枪，中国焊接人就能汇聚八方力量。

四、尾声

中国制造业的由大变强，可以从中国焊接的未来发展上找到端倪。中国焊接事业的由大变强，也会影响到中国制造业的未来走向。

焊接行业的未来走向，有以下的三个趋势。

由手工化向自动化的转变

如前文提到，我国当前的焊接自动化率仅20%左右，而工业发达国家已经高达80%。用焊机来解放更多焊工，用自动化提升效率，以设备焊接来替代人工，解决更多的操作环境对人体健康危害的问题，是不可逆转的趋势。更何况机器在焊缝质量、速度和效率方面的能力大大超过手工焊接，未来手工焊应用的场景也会越来越少。

由普通化向特种化的转变

普通焊条、焊丝、焊机、工具的进入门槛不高，容易被模仿复制，更容易陷入无穷无尽的价格战。

特种焊材，如不锈钢的焊条、焊丝，稀有有色金属的钎料，焊丝，无缝不锈钢药芯的焊丝，专业用途的焊机，工具等等，虽然量不如普通产品多，但附加值远超前者。

能制造生产出特种化的焊材、焊机、工具等，是各个企业在焊接技术和工艺实力上的最终体现。这与其自身科技研发能力息息相关。说到底，不怕不识货，就怕货比货，在实际的应用场景中，是骡子是马，只有牵出来遛遛才会知道。焊缝的质量、密合的程度，永远是骗不了人的。何况还有机器探伤——任何微小失误，在焊接这个领域，都可能产生致命的后果。

由人干“苦活”到机器人干“苦活”的转变

从工业机器人的应用实际来看，自动焊接机器人可以智能识别焊缝规格，下放适当的焊材对焊缝进行填充，焊缝填充度好，可以针对大中小型工件的焊接；可以实现二十四小时不间断工作，工作效率较高，焊后的工件一致性高，焊接质量稳定。

特斯拉汽车工厂车间，人们能看到的除了四溅的焊花之外，更多的其实是密密麻麻的焊接机器人组群，它们能够卓有成效、不知疲倦地连续作业，可以不受污染环境影响的可持续操作能力，这又岂是血肉之躯的人体可以长期与之比肩和抗衡的？

未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源；运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠轻巧的电弧跟踪方法。

另一方面提高焊接机械化和自动化水平，如焊机实现程序控制、数字控制；研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机；在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件等。

焊接行业的未来，会是一个以自动化机器和机器人替代人类进行高效率、全方位工作的全新时代，这是中国的未来场景，当然也会是世界的未来场景。

参考资料

[1]智能制造背景下技工院校焊接专业高技能人才的培养分析与策略 付炜亮

[2] 焊接机器人“十三五”销售状况与“十四五”展望 李宪政

[3] 激光视觉传感器的机器人焊缝高精度跟踪系统 苏赐民

[4] 《2022-2027年中国焊接材料行业市场深度调研及投资策略预测报告》中研普华

[5] 《2022-2027年中国焊接工具行业市场全景调研与发展前景预测报告》 中研普华产业研究院

[6] 《中国电焊机行业发展深度研究与投资趋势分析报告（2023-2030年）》 观研报告网

[7] “港珠澳大桥”项目荣获国际焊接工程最高奖 中国机械工程学会焊接分会

本文作者：清波，编辑：严大方