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第二十屆北京·埃森焊接與切割展覽會

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第二十屆北京·埃森焊接與切割展覽會

【摘要】:
第二十屆北京·埃森焊接與切割展覽會?焊接專利與科技成果展示區展后報告??根據北京·埃森展組委會安排,焊接專利與科技成果展示區部分由中國焊接協會秘書處組織行業內專家撰寫。編撰工作由中國焊接協會副秘書長張華、秘書李愛民、《CHINA?WELDING》期刊主編何麗君、中國機械工程學會焊接分會秘書黃彩艷負責,并得到陳樹君、李鑄國、李云稀、李浩、季偉、宋智均、陳江、耿正、華學明、金鑫、楊光磊等多位業內專家、
 
 
第二十屆北京·埃森焊接與切割展覽會 
焊接專利與科技成果展示區展后報告 
 
根據北京·埃森展組委會安排,焊接專利與科技成果展示區部分由中國焊接協會秘書
處組織行業內專家撰寫。編撰工作由中國焊接協會副秘書長張華、秘書李愛民、《CHINA 
WELDING》期刊主編何麗君、中國機械工程學會焊接分會秘書黃彩艷負責,并得到陳樹
君、李鑄國、李云稀、李浩、季偉、宋智均、陳江、耿正、華學明、金鑫、楊光磊等多位
業內專家、企業領導、專業技術人員的積極配合與大力支持。本部分介紹了2012~2015年8
月以來我國焊接專利與科技成果的申請與發布,旨在廣大用戶了解我國焊接機器人、攪拌
摩擦焊、激光復合焊以及成分無害化焊材、高強鋼及耐熱鋼焊材等焊接技術的增材制造(3D
打印)新進展,以期推動焊接專利成果的應用轉化和提升高端制造技術的自主創新水平。 
0 引 言 
焊接專利及科技成果是我國焊接自主創新技術的晴雨表,掌握高端焊接技術核心知識
產權是我國由焊接產業大國向焊接產業強國邁進的關鍵必要條件。為加快我國焊接產業轉
型升級和提高焊接技術自主創新能力,為廣大焊接同仁們提供一個展示焊接專利和推廣科
技成果的舞臺,中國焊接協會、中國機械工程學會焊接分會決定,繼續在第二十屆北京·埃
森焊接與切割展覽會期間,設立展會增值服務項目“焊接專利與科技成果展示區”。 
1 焊接專利與科技成果展示 
由于我國工業生產體系正處于調整轉型當中,焊接產業也深受沖擊。在此大背景下,
共征集展示焊接專利與科技鑒定成果 61 項,《焊接科技成果匯編》收錄 50 項焊接專利成
果。展示區現場照片見圖 1、圖 2。 
 
圖 1 焊接專利與科技成果展示區現場一 圖 2 焊接專利與科技成果展示區現場二 
 
1.1 焊接專利 2 
一種用于 X80 級別管線鋼焊接的自保護全位置高韌性藥芯焊絲:本專利為天津市金
橋焊材集團有限公司所有,是一種X80 級別管線鋼焊接的自保護全位置高韌性藥芯焊絲。
其優越性為:自保護全位置高韌性藥芯焊絲可以半自動焊,具有連續送絲、無需氣體保護、
抗風能力較強、生產效率高、綜合成本低、焊接質量好、易于焊工操作等優點;具有優良
的工藝操作性能和力學性能,電弧穩定,飛濺小,操作性好,成形美觀。該焊絲作為國內
同類產品中唯一中標者成功應用于國家重點工程“西氣東輸二線”。在“西氣東輸三線”、
“中緬管道”等工程也得到廣泛應用,效果良好。 
一種用于熱鍛壓模具修復的氣保護堆焊藥芯焊絲:本專利為天津市金橋焊材集團有限
公司所有,是一種用于熱鍛壓模具修復的氣保護堆焊藥芯焊絲。其優點為:氣保護堆焊藥
芯焊絲采用 CO2或體積百分比為 80%Ar 和 20%CO2的混合氣體作為保護氣體,焊接工藝
性好、電弧穩定、飛濺小、易脫渣、焊絲抗裂性好,具有很好的高溫硬度和耐熱疲勞性能,
可以實現連續焊接,提高生產效率。 
一種薄板高速埋弧焊劑:本專利為天津市金橋焊材集團有限公司所有,是一種薄板高
速埋弧焊劑。高速焊接技術可以提高生產效率,節約勞動成本,增加經濟效益。其優越性
為:具有生產效率高、綜合成本低、焊接質量好等特點;解決了埋弧焊接薄板的難題,具
有優良的焊接工藝性能和力學性能,焊道成形美觀,脫渣非常容易;焊接速度可以達到
120m/h,超過普通埋弧焊的 3 倍。 
一種高堿度帶極電渣堆焊焊劑:本專利為天津市金橋焊材集團有限公司所有,是一種
高堿度帶極電渣堆焊焊劑,應用在耐高溫、耐腐蝕容器內表面堆焊。帶極堆焊具有焊接效
率高、對焊接母材稀釋率低、生產效率高、綜合成本低、焊接質量好等優點。此工藝可在
普通低碳鋼或低合金鋼上進行堆焊。其優越性為:滿足堆焊層金屬稀釋率小、耐腐蝕及耐
高溫性強的要求。采用直流反接恒壓電源焊接,脫渣極其容易,焊道平整美觀,焊后加工
余量小,有利于保證焊接質量。這些是普通帶極電渣堆焊焊劑難以達到的。本發明產品經
過試驗認證,完全符合國家標準。 
一種鎳鉻鉬合金鋼焊接用鎳基電焊條:本專利為四川大西洋焊接材料股份有限公司所
有。本發明研究開發一種鎳鉻鉬合金鋼焊接用鎳基電焊條,主要用于鎳鉻鉬合金的焊接,
特別是 UNS N06625 類合金與其他鋼種以及鎳鉻鉬合金復合鋼的焊接和堆焊,也可用于低
溫條件下的 Ni9%鋼焊接。焊縫金屬與 UNS N06625 合金比較,具有抗腐蝕性能,焊縫具
有優良的塑性、韌性和抗裂性能。焊縫金屬在室溫和高溫下具有較高的強度和很強的耐蝕
能力,產品理化性能屬于國際領先水平。該焊條焊接時電弧穩定、飛濺小、脫渣好、成形
美觀,全位置操作性能好。本發明專利自 2010 年實施成果轉化,已批量生產,并在國內
銷售。 
一種具有高沖擊韌性鋼焊接用金屬粉型藥芯焊絲:本專利為四川大西洋焊接材料股份3 
有限公司所有。本發明研究開發一種高沖擊韌性鋼焊接用金屬粉型藥芯焊絲,在對 Q460q 
Q500q鋼進行焊接、其焊接熔敷金屬在-45℃、-50℃條件下依然具有與母材相匹配的高抗
拉強度和低溫沖擊性能,其抗拉強度≥550MPa,-45℃沖擊功Akv≥80J;焊接工藝性能優
良,電弧穩定,飛濺較小,幾乎無渣,可以實現不敲渣連續焊接,焊縫成形較好,熔敷效
率高,熔敷速度比實心焊絲提高近40%。低電流焊接時,電弧穩定,采用短路過渡,可焊
接薄板和實現立向下焊接。該金屬粉型藥芯焊絲既有渣量少,又兼備高熔敷速度、低飛濺
性等優點;尤其適用于低溫工作條件下具有高沖擊韌性的海洋工程和大型結構鋼件。 
一種堿性渣系的焊縫金屬控 Cr 且具有抗 FAC 能力的低合金鋼焊條:本專利為上海
電力修造總廠有限公司所有。WB36CN1 鋼是核電管道國產化第一號鋼材,已納入
GB24512.2-2009 核電站用無縫鋼管標準(牌號為 HD15Ni1MnMoNbCu),是在 WB36鋼的
基礎上加以控“Cr”而形成的新型鋼種。控“Cr”的目的是為了提高鋼材抗水流沖蝕能力,
即抗“FAC”的能力。根據 WB36CN1材料的組織和性能特點,按照國家標準要求,設計
研發了國產化配套焊條。該焊條是超低氫高韌性的低合金高強鋼焊條。其焊接工藝性能優
良,焊接過程中電弧穩定,基本無飛濺,脫渣性良好,熔池清晰,焊縫成形美觀,焊條操
作性能良好。該焊條熔敷金屬化學成分和力學性能滿足 WB36CN1 鋼管工程使用要求,獲
得合格的焊接接頭。WB36CN1 具有一定的冷裂紋敏感性和再熱裂紋敏感性。該焊條研制
中采用了直Y坡口抗冷裂試驗和再熱裂紋試驗,即使在不預熱條件下,焊縫也未出現冷裂
紋,具有良好的焊接性。在再熱條件下,也未發現再熱裂紋。本項目的研究成果對于工程
上配套 WB36CN1 鋼的焊接和焊后熱處理具有重要價值,為推進我國核電國產化進程做出
重要貢獻。 
一種高強鋼或超高強鋼激光-電弧復合熱源焊接方法:本專利為機械科學研究院哈爾
濱焊接研究所所有。為了解決因高強鋼焊前預熱帶來的一系列技術問題,本發明提出一種
無需預熱或者采用低預熱的高強或超高強鋼激光——電弧復合熱源焊接方法。本發明從改
善高強鋼焊接接頭的組織、應力、擴散氫等三大要素為出發點,根據高強鋼母材的化學成
分、碳當量、工件應力拘束水平等特點,通過低強匹配焊材以改善組織、合理設置關鍵焊
接參數以細化晶粒、坡口設計及熔深控制以改善焊縫截面的應力狀態、合理選擇與激光復
合的電弧以優化 t8/3時間等一系列措施,改善高強鋼或超高強鋼焊接冷裂紋的敏感性,實
現在較低預熱溫度甚至無預熱條件下高強鋼或超高強鋼的高效、優質、可靠焊接(圖3、
圖 4)。專利技術成果已在工程機械、煤炭機械、軌道交通、石化等領域獲得應用,累計
實現銷售收入 9800 多萬元。 4 
 
圖 3 大型全地面汽車起重機高強鋼伸臂激光電弧復合熱源焊接裝備 
圖 4 大型全地面汽車起重機高強鋼伸臂激光電弧復合熱源焊接現場 
 
O 型環氣體保護接觸對焊裝置及方法:本專利為北京工業大學機械工程與應用電子學
院所有。金屬 O型密封環是將薄壁的不銹鋼管、鋁合金管或高溫合金管彎成圓形,再將接
口焊接、打磨而形成的一種特殊密封件。適用于其他密封件難以達到的高溫(最高達
800℃)、深冷(最低達-270℃)、高壓(最高達 1400kgf/cm2
)、高真空(最高達10-9mmHg)
等工況的靜密封。該方法通過電阻熱加熱工件至塑性變形階段,依靠頂鍛加壓使工件接頭
位置熔合變形。焊接夾具通過旋轉調整螺釘和測微頭,為無錯邊安裝工件提供了可能。采
用鋼絲繩連接手柄拉銷繞過定滑輪懸掛砝碼,以重力作為頂鍛壓力的施加方式。利用激光
傳感器反饋工件伸出電極長度作為焊接擠壓量的控制方法。該工藝適用于管徑在 2~5mm
的不銹鋼空心 O型環、實心O 型環、鋁合金空心O型環及實心 O型環的焊接。焊接質量
優于弧焊,工藝穩定,大大提高了產品的合格率(圖 5、圖6)。該技術可完美實現特殊條
件下的靜密封,廣泛用于石油、化工、冶金、航空、航天等行業;不僅可用于小直徑 O型
環,且可用于大直徑 O型環的密封,提升了相關行業的經濟效益。該項技術已獲得兩項國
家發明專利。 
 
圖 5 非均勻散熱 O型環焊接系統 圖 6 O型環焊接原理示意圖 
 5 
一種數控切割機割槍防碰撞裝置:本專利為山東艾西特數控機械有限公司所有。其中
的割槍夾能有效固定割槍。割槍夾為錐形,放入錐形孔內,且可根據割槍不同的直徑,調
整割槍夾伸入錐形內孔的深度,便于安裝不同直徑的割槍。固定套亦為錐形,當發生碰撞
后,可在割槍固定孔軸線擺動,避免割槍損壞。固定套通過螺釘固定在支架上,螺釘和支
架間有平衡彈簧,割槍被碰撞后,在平衡彈簧的壓力下,可以使固定套復位,以保證切割
精度。調節彈簧壓力也可以選擇適合的防碰撞力。固定套和支架間設置有檢測開關,當割
槍被碰撞時,檢測開關給上一級控制裝置傳輸信號,控制運行機構停止工作,保護割槍。
防護罩保護割槍和固定套等。此結構能有效保護割槍,平衡性好,可靠性高,保證切割精
度,提高工作效率(圖7)。 
 
 
 
一種數控切割機驅動導向機構:本專利為山東艾西特數控機械有限公司所有,由電機
帶動齒輪轉動,實現齒輪齒條嚙合運動。其結構為固定驅動機構的托板通過連接軸與連接
板連接,托板可沿連接軸轉動。連接軸與連接板間設置有圓錐滾子軸承,可以承受較大的
徑向載荷和軸向載荷。連接軸的上部設置有防塵蓋板。連接板設有防止托板抖動的限位板,
限位板上固定用于夾緊托板的調整凸輪,避免高速運行時出現顫抖。托板通過調節螺桿與
連接板固定。預緊調節螺桿上安置彈簧,運行過程中,當遇到齒條不平時,在彈簧作用下,
齒輪、齒條可有效嚙合,防止卡死。該驅動導向機構消除支架卡死和震顫,保證切割的精
度和質量;自動調整齒輪、齒條的嚙合松緊度,提升其使用壽命;且結構輕巧,便于安裝
(圖 8)。 6 
 
圖8 驅動導向機構結構圖 
 
數字非接觸式焊機控制方法及控制裝置和控制系統:本專利為深圳市瑞凌實業股份有
限公司所有。數字非接觸式焊機控制主要原理是,通過霍爾傳感器將焊接過程中的位移信
號轉換成電壓信號,再通過單片機 P89LPC938 的內部 AD 轉換成數字信號,經計算處理
后,輸出一定的脈沖寬度,以此控制輸出電流的大小。數字非接觸式焊機控制由控制裝置
和控制系統構成。控制裝置如圖9 所示:由上蓋1、機身本體 2、控制板 3、磁鐵座4、磁
鐵 5、霍爾 6、地腳 7、轉軸 8、彈簧 9、防滑墊 10、霍爾支架 11 等組成。操作時下壓上
蓋繞轉軸做圓周運動,帶動霍爾傳感器支架運動,使霍爾傳感器在磁場中的位置發生改變,
磁場強度亦隨之改變。磁場強度變化與磁鐵移動位移成比例。根據磁場強度與霍爾傳感器
輸出電壓信號的線性關系,將位移信號轉換成電壓信號,再通過控制系統輸出電流。本技
術采用非接觸式信號采集,通過單片機控制,提高了控制精度,將參數調整從數字非接觸
式控制裝置上分開,密封控制器增強惡劣環境下的抗干擾能力。 
 
 
雙絲動態三電弧焊接方法:本專利為深圳市瑞凌實業股份有限公司所有。Tri-Arc 雙
絲電弧焊的工作原理如圖10 所示。該系統有兩根相互絕緣的焊絲W1和 W2。兩焊絲與焊
接工件之間建立了 A1、A2、Am 三個電弧。電弧 A1、A2 對焊接工件加熱與熔化。關鍵7 
技術是第三電弧 Am,在兩根焊絲之間建立了一個獨立于焊接工件的電流通道,用于焊絲
熔化的電流與焊接工件熔化的電流分別調整,可以實現在提高焊絲熔敷率的同時保證低的
工件熱輸入,是高強結構鋼、不銹鋼等焊接熱輸入敏感材料的理想焊接方法,在低焊接熱
輸入條件下保證高焊接效率。在保證送絲速度恒定的條件下,可以通過提高Am電弧電流
降低流入焊接工件的電流,是堆焊、電弧釬焊等的理想選擇。 
 
攪拌摩擦焊接頭未焊透及根部弱連接消除方法:本專利為上海航天設備制造總廠所
有,涉及攪拌摩擦焊接,公開了一種攪拌摩擦焊接頭未焊透及根部弱連接的消除方法,包
括步驟:①制作墊片。墊片的材料及熱處理狀態與待焊工件一致;②裝配墊片。將墊片安
裝在待焊工件與背部剛性墊板中間;③焊前準備。攪拌工具與主軸中心的夾角為 0°~3°;
④正式焊接;⑤焊接結束。去除墊片,打磨焊縫背面與基體齊平。本發明可消除攪拌焊接
中常出現的未焊透、根部弱連接缺陷,取得提高焊接質量、加強焊接過程穩定性等有益效
果。本發明適用于空間任意形狀對接型攪拌摩擦焊接。 
1.2 科技成果 
變極性等離子弧穿孔立焊的關鍵技術研究與應用:本成果為北京工業大學機械工程與
應用電子學院所有。變極性等離子弧(VPPA)穿孔立焊技術綜合了“變極性焊接”、“等
離子弧焊接”和“穿孔焊接”的優點,同時為解決液相鋁合金粘性小,熔池不易保持的問
題,采用垂直立向上施焊方式,用先凝固的焊縫“托住”熔池。等離子射流直接穿透被焊
工件,形成一個貫穿工件厚度方向的小孔。隨著小孔的垂直向上移動,熔融金屬沿孔壁向
下流淌形成焊縫。中等厚度的鋁合金在不開坡口、不需背面強制成形保護條件下,可以實
現單面一次焊雙面良好成形。鋁合金 VPPA穿孔立焊工藝使熔融金屬向下流淌過程擴大了
熔池液相金屬表面積,大幅增加了氣泡的溢出機會,焊縫氣孔率極低,被譽為“無缺陷焊
接工藝”。“載人航天與探月工程”對大型密封艙的制造技術提出了更高要求。變極性等離
子弧(VPPA)焊接工藝及裝備的研究滿足新一代高可靠、長壽命大型密封艙制造的需求。
本技術榮獲北京市科學技術獎一等獎,中國機械工業科學技術獎二等獎,獲得授權國家發8 
明專利 14 項,實用新型專利 19 項。 
高強鋼三明治板激光焊接制造:本成果為上海交通大學所有。高強鋼三明治板具有比
剛度大、比強度高、吸能抗沖擊等顯著優勢,在解決結構輕量化的同時,提高了結構的安
全性。在國家自然科學基金重點項目(項目編號No.51035004))資助下,開展了高強鋼三
明治板激光焊接制造研究,建立新方法與新技術(圖 11)。測試表明:高強鋼三明治板
(BS960, L1200H60t5s100)同重量條件下,其剛度比實心板提高約 50 倍;并在甲板、
隔艙、上層建筑、登陸橋等艦船結構中具有廣闊的應用前景,可極大降低艦船重量,節約
艦船空間。研究成果發表論文 42篇,申請專利11 項。教育部組織專家鑒定認為,該項目
研究成果達到國際先進水平。 
 
圖 11 高強鋼三明治板激光制造過程及力學試驗 
 
機器人集成及系統裝備研發:本成果為上海交通大學所有。通過對成套焊接技術裝備
的系統集成與二次開發,采用模塊化設計,實現機械、電氣到控制軟件的自主創新和工程
化應用。圖 12 和圖 13 分別顯示了汽車零部件機器人柔性化點焊/弧焊生產線和汽車車身
輕量化高效焊接工藝系統集成(FDS,SPR)。同時,研發的絕緣箱機器人自動填充生產線
采用組合式物流控制,包括負壓管道輸送、分流配方管理、全封閉式填充和自動清粉等多
項新技術,生產效率高,維修方便,無污染,如圖14 所示。生產線已通過法國 GTT認證,
并正式投入生產。 9 
 
圖 12 汽車零部件機器人柔性化點焊/弧焊生產線系統集成 
 
圖 13 汽車車身輕量化高效焊接工藝系統集成(FDS,SPR) 
 
圖 14 LNG絕緣箱機器人生產線系統集成 
 
重型船艉槳舵液壓工作車安裝平臺系統:本成果為上海交通大學所有,為滿足國內船
舶工業的制造噸位更大、生產周期更短、操作規范更安全的需求,提高了中國船舶制造技
術在國際上的競爭力,改變了國內船舶制造中槳舵安裝設備長期依賴進口的現狀。圖 15
展示了所研發的重型船艉槳舵液壓工作車安裝平臺系統。該平臺系統已在滬東中華造船集
團有限公司、浙江金海重工股份有限公司、大連船舶重工、青島北海船舶重工、浙江歐華
造船有限公司和山海關造船重工有限責任公司等多家大型船舶制造企業得到成功應用,完
成了 10 余套平臺系統的設計制造。該平臺的使用,大大縮短船舶槳/舵的安裝周期,真正
體現了船舶槳/舵安裝的高效性和安全性。 10 
 
圖 15 重型船艉槳舵液壓工作車安裝平臺系統 
 
汽車白車身激光焊接生產線:本成果為武漢法利萊切焊系統工程有限公司所有,采用
光纖激光器配以相應的導光系統、機器人、工裝夾具、車身輸送線、控制系統等進行激光
焊接技術開發,對轎車大型車身件(頂蓋與側圍)激光焊接,研究實用化的激光焊接關鍵
技術、工藝、質量檢驗與控制措施,并將各加工制造系統有機集成,實現在線生產,滿足
生產要求。通過焊裝夾具、頂蓋夾具、龍門架及地板夾具的設計,焊接工位通過浮動工裝
再次定位頂蓋 Z向形面,保證頂蓋與車身焊縫位置和間隙。同時,降低焊接應力減少焊后
變形,利用車身自身重量牢牢支撐在地板夾具上,保證 Z軸定位準確。再用一個圓柱銷和
一個棱形銷兩點定位,保證 X、Y 軸的方向精度,以便于焊接線路的準確性。位于車尾處
的龍門架則用于放置送絲機、焊絲預熱系統及其冷卻系統。兩側的龍門架內側設計了四個
定位壓塊,用于工裝夾具定位,使夾具放置在車身上穩定定位。激光焊接可以實現兩塊鋼
板之間的冶金結合,減少搭接寬度,壓縮車身結構件本身體積,減少車身重量,把傳統點
焊變成連續焊接,提升車身強度 30%,降低熱變形,極大提高車身結合精度。 
大尺寸鈑金件高功率激光高效高質復雜廓形切割技術與系列裝備:本成果為大族激光
科技產業集團股份有限公司所有,采用雙驅高速高精度同步運行和 Z軸配重滑枕技術,解
決了大尺寸三維鈑金件高速切割加工難題。實現了雙驅動高速高精度同步穩定運行和智能
連線控制,配套料庫和上下料裝置,結合生成管理軟件,提高了自動化程度和生產效率。
研制了高速大行程回轉夾頭、組合匹配自動上下料裝置、管材輔助支撐裝置和切管軟件,
解決了異型管復雜截面的柔性切割難題,提高了切割質量和效率。研制的高架龍門式大幅
面高精度三維五軸聯動光纖切割床、多機聯動自動化光纖激光切割生產線、自動化光纖激
光切管機和高速高功率光纖激光切割機,初步建立了二維和三維切割工藝數據庫,解決了
復雜廓形厚板高質量切割及薄板切割技術難題。 
大尺寸鈑金件高功率激光切割、焊接基礎部件:本成果為大族激光科技產業集團股份
有限公司所有,采用水、氣、光密封無限旋轉技術,抗電磁干擾的多路電信號無限旋轉技11 
術,解決了高速高精度無限旋轉技術難題。研發了高功率激光焊接等離子體和金屬蒸氣強
光干擾技術,解決了高功率激光焊接在線視覺監測和高速焊縫跟蹤遇到的強光干擾問題,
滿足了高功率激光焊接穩定性要求。通過高通光、高效熱管理、高均勻穩定氣流分布、高
密封性技術,解決高功率激光加工頭穩定性難題,成功開發了高功率激光加工頭。研制的
首臺高功率高精度三維五軸聯動激光加工頭,首套高功率焊接在線集成視覺監測,實時焊
縫跟蹤修正系統,并形成以三維五軸聯動激光切割機床和激光焊接系統組成的激光切割焊
接設備。實現了產業化應用,打破了國外長期壟斷,為實現激光加工成套設備的全國產化
奠定了基礎。 
數控鉆銑、等離子坡口切割復合機:本成果為江蘇博大數控成套設備有限公司所有。
BODA數控鉆銑等離子坡口切割復合機如圖16 所示,加工樣件如圖 17 所示。該設備廣泛
應用于電力、橋梁、汽車等行業中厚板帶孔零件的加工,設備集冷、熱加工為一體,可根
據需要選配部件實現多重功能:鉆孔、攻絲、劃線、等離子/火焰切割、輪廓切割、坡口
切割等。一次裝夾即可完成鉆孔、銑面、切割等多道工序,實現跨平臺多功能集成,減少
輔助工序時間,降低勞動強度,提高產品精度和生產效率。該設備為有帶孔零件加工的企
業需要定制,實現多工序一體化,將切割工藝與生產流程中的其他工序有機結合,提高生
產效率,減少生產工序,有效降低人工成本。尤其是將數控鉆銑加工、等離子坡口切割的
集成,填補國內市場空白。 
 
圖 16 數控鉆銑等離子坡口切割機 圖 17 采用鉆切復合機加工的樣件 
 
復合式數控相貫線切管機:本成果為江蘇博大數控成套設備有限公司所有。BODA復
合式數控相貫線切管機如圖18所示,一些典型的應用對象如圖19所示。BODA復合式數
控相貫線切割機是新型數控管相貫線切管機,主要用于圓管、方管、矩形管、異型管的切
割加工。通過數控系統控制,可在管上切割任意形狀的曲線。配備火焰、等離子可以方便
切割碳鋼管、不銹管及鋁管。該設備創新采用雙卡盤結構,搭載在固定機架上異步夾緊、
同步驅動;數控系統七軸聯動,帶有外部遙控工作站;功能強大,操作方便;切割程序采
用3D軟件建模,整機界面友好,功能齊備,所見即所得。 12 
 
圖18 復合式數控相貫線切管機 圖 19 典型應用對象 
 
FastCAM 切割工藝庫套料軟件:該軟件為發思特軟件(上海)有限公司所有,是集成
主要等離子電源廠家和火焰割嘴廠家的切割工藝數據庫數據,實現數控火焰和等離子切割
工藝參數的數據庫查詢、自動顯示、自動調用、生成精細小孔切割指令,以及用戶可自行
維護升級的套料軟件。目前支持凱博等離子、海寶等離子精細小孔的數控編程,凱爾貝、
維克多、伊薩等品牌等離子切割參數的查詢、調用。通過建立各種型號火焰割嘴的切割工
藝參數數據庫,指導和幫助切割機操作工根據使用的火焰切割機和配套的割嘴牌號,自動
顯示和調用火焰割嘴的切割數據,根據切割材質和厚度,自動查詢相應的切割速度、割縫
大小、切割氣體氣壓等工藝參數。通過建立常用等離子的切割工藝參數數據庫,操作工可
根據使用的等離子電源型號,根據切割材質和厚度,自動顯示等離子割嘴電極等切割易損
件數據,自動查詢和顯示切割電流、切割速度、割縫大小、切割氣體氣壓,以及調高等切
割工藝參數。已建立了海寶、凱博、維克多、凱爾貝和伊薩等離子電源切割工藝庫。 
FastCAM MultiBOT多功能切割機器人:該軟件為發思特軟件(上海)有限公司所有。
在展會上,FastCAM公司與上海兆展公司聯合展示了FastCAM公司開發的多功能切割機器
人系統,在原有龍門切割機床基礎上,實現多種形狀材料的三維坡口切割。包括平板坡口
切割、管子相貫線坡口切割、各種型鋼切割和球扁鋼切割。FastCAM多功能切割機械人系
統采用3D切割機械臂裝置,高精度激光掃描識別,高質量德國PA控制器,全新數字伺服
總線結構。 
2 2012年以來焊接行業重點發展的專利技術情況 
十二五規劃以來,隨著我國人口紅利的消失,焊接產業告別了高歌猛進式的發展,進
入產業結構調整、企業轉型升級的新常態。產業結構由高效、綠色、節能向自主創新、智
能化、高端制造和“互聯網+”方向發展。在此背景下,焊接行業必須開創新的服務模式,
提高核心技術的自主創新水平,滿足當前焊接產業的發展需要。 
2012 年以來,我國焊接行業專利數量迅猛增長,反映了我國焊接產業自主創新技術
有長足進步,一批核心技術獲得突破,特別是在焊接機器人、攪拌摩擦焊、激光復合焊、
3D 打印技術、成分無害化焊材、高強鋼和耐熱鋼焊材等重點發展的專利技術取得可喜成
果,提高了我國焊接產業的總體技術水平。 13 
從表 1 可以看出,復合焊接技術、3D打印技術、攪拌摩擦焊、焊接機器人從 2013年
起申請發布的專利數量有較大提高。這從2013~2015年展會的國產激光復合焊設備、攪拌
摩擦焊專機和專用焊接機器人等新型焊接設備的不斷涌現亦得到印證。 
表 1 國家知識產權局專利局 2012~2015 年 8 月申請公布的 
焊接行業重點發展專利技術數量匯總表 
申請年份 
類 別 2012 年 2013年 2014 年 2015 年 1~8 月
專利類型 發明 實用 外觀 發明 實用 外觀 發明 實用 外觀 發明 實用 外觀
合計
復合焊接 40 13 55 21 26 7 14 1 177
激光填絲焊 5 2 1 2 10 
磁脈沖焊接 1 1 1 3 
3D打印 4 2 1 303 211 25 513 519 73 246 191 25 2113
攪拌摩擦焊 78 22 1 68 28 3 50 37 17 3 307
切割機器人 2 1 4 2 4 4 1 3 21 
焊接機器人 43 30 1 60 49 5 64 34 4 14 21 325
無鉛釬料 33 1 21 3 3 61 
無鎘釬料 2 3 10 15 
高強鋼焊材 6 3 2 3 14 
耐熱鋼焊材 8 8 3 1 20 
合 計 222 70 3 527 311 33 676 602 77 301 219 25 3066
 
2012~2015年 8 月,我國申請發布的 3D打印技術專利總計 2113 項。從表1看出,2012
年專利數僅為7 件,但 2013~2015年 8 月,分別為 539 件、1105件、462件,呈現爆炸性
增長態勢。復合焊接技術、攪拌摩擦焊、焊接機器人2012~2015年 8 月的專利申請發布數
為 177 件、307 件和325 件,呈現穩步增長態勢。 
由表 1 衍生的圖 20 可以看出,3D打印技術的專利數占2012~2015年 8 月焊接行業重
點發展專利技術的申請發布總量(3066 件)的68.92%,共計 2113 件。因為:我國 3D打
印技術的起步較早,自 20 世紀 90 年代初,在國家科技部等多部門持續支持下,西安交
通大學、華中科技大學、清華大學、北京隆源公司等在3D打印技術的前身典型成形設備、
軟件、材料等方面的研究和產業化獲得了重大進展。隨后,國內許多高校和研究機構也開
展了相關研究,到2000 年初步實現了設備產業化,并接近國外水平,改變了該類設備早14 
期依賴進口的局面。在國家和地方的支持下,全國建立了 20 多個服務中心。 
 
圖 20 2012~2015年 8 月國家專利局申請公布的 
焊接行業重點發展專利技術數量分布比例圖 
 
2012 年始,3D 打印技術(增材制造技術)在我國快速發展,低成本 3D 打印設備趨
于社會化。基于 3D 打印的各種生物材料及生物學結構的制造技術等領域發揮引領作用。
特別是我國金屬零件直接制造技術的研究與應用已達到世界領先水平。在此大背景下,3D
打印技術在航空航天、汽車、軍工、模具、電子電器、造船、醫療等行業得到廣泛應用。
專利數量的申請公布數呈爆炸式增長,推動了我國高端制造技術的發展。 
從圖 20 中也看出,2012~2015 年 8 月復合焊接、攪拌摩擦焊、焊接機器人申請發布
的專利數分別是:177 件占 5.77%,307件占10.01%,325 件占 10.60%。因為,十二五期
間,我國工業體系在航空航天、汽車、軍工、造船、機械制造等行業的轉型升級對上述三
項焊接技術的迫切需要,并在國家有關政策、資金的大力支持下,相關產業得到廣泛應用,
專利技術的申請發布數有大幅度提高。 
以機器人行業為例:據國際機器人聯合會(IFR)統計數據顯示,2014年在中國市場
上共銷售工業機器人 5.5 萬臺。工業機器人已廣泛服務于國民經濟 25 個行業大類、52 個
行業中類,涉及諸多制造業領域。我國工業機器人需求年增長超過25%。 15 
2014 年,在中國市場銷售的5.5萬臺機器人,國產機器人為 1.6萬臺,占比29%。從
應用領域看,搬運上下料機器人銷量占總銷量的 45%,位居第一;焊接機器人銷量占比
26%,位居第二。可以看到,國產機器人市場份額較以往有長足進步。 
相對于國內焊接機器人行業,德國庫卡、日本發那科和安川、瑞士 ABB 四大機器人
企業都已全面進入中國市場,意大利、美國、韓國的機器人及配套企業也已經布局中國市
場。同時,經過十二五期間的發展,中國焊接機器人也出現不少自主品牌,一批批自主產
品不斷問世,不僅填補了我國在機器人研發上的空白,更打破了進口產品一家獨大的不利
局面。其中,沈陽新松、廣州數控、長沙長泰、昆山華恒、北京機械自動化所等 10 多家
企業具備一定生產規模和自主研發能力。從焊接機器人專利技術的申請發布情況上看,我
國的焊接機器人在自動化、智能化軟硬件方面與國外技術相比還有不小差距。其中,傳感
器及元器件、諧波減速器、伺服電機、信息處理技術等核心科技專利水平不高。 
同時,從圖 20 中也可看出,2012~2015 年 8 月期間,激光填絲焊、磁脈沖焊接、切
割機器人、無鉛釬料、無鎘釬料、高強鋼焊材、耐熱鋼焊材專利的申請發布數分別只有:
10 件占 0.33%,3 件占0.10%,21件占 0.68%,61 件占 2%,15 件占0.49%,14件占0.46%,
20 件占 0.65%。雖然以上技術類別在我國國民經濟和工業體系建設中有較大技術需求,但
我國在金屬、材料、冶金、高能物理學等基礎研究領域的核心技術儲備不足,造成上述焊
接技術專利申請發布數量不多。 
在專利類型的構成上,從表 1 也可以看出:2012 年發明專利 222 件,新型實用專利
70 件,外觀設計專利 3 件;2013 年發明專利 527 件,新型實用專利 311 件,外觀設計專
利 33 件;2014 年發明專利 676 件,新型實用專利 602 件,外觀設計專利 77 件;2015 年
1~8 月發明專利 301 件,新型實用專利 219 件,外觀設計專利 25 件。這說明,以上焊接
行業重點發展的專利技術構成是以發明專利為主,新型實用和外觀設計為輔的結構類型。
表明以上專利類別的自主創新比例較高,為我國高端制造業提高核心技術的自主創新水平
做出重要貢獻。 
3 結束語 
李克強總理政府工作報告著重指出“要培育和催生經濟社會發展新動力,打造大眾創
業、萬眾創新和增加公共產品、公共服務的雙引擎”。 
我國擁有世界規模最大的焊接產業體系,擁有大批刻苦勤奮而富有創造力的焊接科技
人員,同時也蘊藏著蓬勃發展的原創能量。中國焊接協會和中國機械工程學會焊接分會將
繼續秉承“努力為行業搭建高效焊接專利及成果推廣平臺,實現焊接產業科技成果自主化”
的宗旨。做好焊接科技成果的推廣普及工作,為焊接行業提供更好服務。 
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