文|星船知造 清波
編輯|嚴大方
還記得關于三星堆的熱搜么？新一批文物出土后，人們奔走驚呼，「考古學不存在了」。
這么說的原因是，「金屬的冶煉與加工」、「文字的使用」、「社群的聚居」通常被認為是判斷文明誕生的三大因素。但這一次，來自三星堆古老文明的超高金屬加工工藝完全超出想象。
數千年前的青銅神樹、青銅大面具是采用了「現代焊接」技藝的焊接成品，有人認為其焊接工藝超越了現代制作不銹鋼防護欄的水準。
青銅神壇則將多個單獨鑄造的零件通過焊接的方式拼裝在一起。
人類文明的長河里，從中世紀鐵匠不斷鍛打紅熱狀態金屬來使其相連的「鍛焊」，到使用了金屬電極的「電弧焊」，從「手工電弧焊」，到價格昂貴，但能輕松搞定微型零件的「激光焊」，青銅時代巍峨奇異的鏡頭一轉，上海特斯拉工廠里已是黑夜如晝，工業機器人們手持焊槍，長袖善舞的景觀。
今天地球上偉大的人造物，大都離不開一項技術——它是人類對使用雙手來操縱溫度和壓力的執著。文明得以前行。
焊接，一種應用領域極其廣泛的技術和工藝。它不像汽車、船舶、飛機、機械制造等行業那樣會在終端工序上產生出一種能夠望文生義、有形有樣的產品，但卻能覆蓋和滲透到了國民經濟的方方面面。
今天中國焊接已從「三星堆」到以焊接機器人和智能焊接系統應用為代表的新階段。也早已不是馬路邊一蹲蹲半天，激光四射，路人快步走過的粗活臟活。 我國的焊接專業，有中專、職高，也有本科、碩士、博士學位。只要愿意就業，不愁找不到工作。
2021版高職專業目錄中「焊接技術與自動化」專業，已被更名為「智能焊接技術」。
是一門縱向跨越中專到博士、橫向跨越材料與機械的特色交叉學科 。即看齊藍翔學技術，又看齊清華搞學術。
2022年6月，我國第三艘航母福建艦下海。其艦身每一條焊縫都是經過X射線檢測，每條焊縫都對應到具體責任人。
從中國第一臺萬噸水壓機，到中國高鐵的無縫鋼軌，從航空母艦的飛行甲板，到載人宇宙飛船的密封艙——今天大國重器的榮光，是由焊接院士、焊接博士，和更多車間中的藍領焊接技術工人，共同構筑起來的。
中國焊接，正不斷高精尖，日漸高大上。
01 中國焊接材料的高精尖變局
焊接，也稱作熔接。是兩種或兩種以上同種或異種材料通過原子或分子之間的結合和擴散連接成一體的工藝過程。
國內的焊接市場，如果按照最終產品來分，可分為「焊接材料」，「焊割設備」和「焊接工具及其他」三個大類。
焊接材料是指焊接時所消耗材料的通稱，包括焊條、焊絲、金屬粉末、焊劑、氣體等。如果以焊材被使用的方式來看，則主要可分為氬焊、CO2焊接、氧切割、電焊等。
焊接材料可以理解為鋼鐵的「黏合劑」，其上游行業主要是鋼鐵行業、有色金屬行業和焊材生產設備行業等。下游行業則主要包括軌道交通、石油化工、集裝箱、工程機械、船舶汽車等多個行業。
焊接材料行業的核心技術是「制造工藝」和「產品配方」——即如何根據不同鋼種和不同的使用環境進行設計調整，從而滿足焊接材料對母材和應用環境的適應性。
中國的焊接材料產業正經歷由高速發展轉為高質量發展。
用鋼量是衡量焊接技術總體水平的重要指標。「十三五」期間，我國鋼鐵產量及焊接材料產量居世界首位。
世界鋼鐵協會統計數據顯示，2020年我國粗鋼產量為10.53億噸，占世界總產量的56.5%。
中國每年有約三億噸左右的鋼材涉及焊接加工，占全球焊接加工量的50%以上。
目前，我國焊接材料企業眾多，年總產量保持在400萬噸以上，占世界總產量的1/2以上。
從當前情況來看，我國焊接材料行業發展較為成熟，市場化程度較高，已經成為了焊接材料的第一大生產國。根據上市公司大西洋焊材在22年年報中提到的數據：焊接材料行業市場化程度較高，行業處于完全充分競爭的情形。2021年焊接材料總產量約466萬噸，年焊材總產量同比增加2.4%。
其二，焊接材料產品性能向高強、高潔凈、高效率，產品生產方式向清潔、節能、智能、柔性方向發展:
●隨著我國焊接工業自動化水平的提高，焊材結構不斷升級變化
主要表現為，在焊接機器人日益普及的大背景下，適用于自動化焊接的藥芯焊絲、實心焊絲、高效埋弧焊材產品發展開始提速。同時焊條占焊材總量的比例日漸下降。如國內實心焊絲占焊材總產量由2009年的28.54%上升至2020年的43.52%。
未來普通焊條市場將進一步被焊絲替代。
●加強對高附加值和高技術性能品種的自主開發和配套供給力度
我國高性能焊材產品仍然依靠進口，同時我國焊接材料激烈的市場「內卷」仍以利潤相對較低的普通焊接材料為主。大多是國內企業之間互卷。
中國焊接材料行業還可能出現以下幾種發展趨勢：
首先，中國焊接材料行業的總體需求會進一步提高。2025年，中國焊接材料行業市場規模有望達到3000億元。這是建立在我國新能源汽車、智能家居等多個領域的爆發之上的。
其次，中國焊接材料行業將出現新的增量市場，即「小而美」的細分市場。這是行業成熟的標志之一，也是行業客戶對產品質量、具體應用場景提出更高要求后的必然結果。中國焊接材料行業會面臨更多專業化的需求。
第三，國內企業加速卷向中高端市場。伴隨國內頭部焊接焊接材料生產企業如大西洋、金橋、大橋等正在進行的產品結構升級（如以高附加值的特種焊條和焊絲產品替代低端手工焊條產品等），國內企業和國際對手如林肯電氣、伊薩公司將在高端焊接材料市場展開更多競爭。
02 焊接設備：工業機器人的崛起
焊割設備是焊接設備和切割設備的簡稱。焊接設備是指實現焊接工藝所需要的裝備，包括焊機、焊接工藝裝備和焊接輔助器具。 根據焊接設備的自動化程度，焊接設備可分為全手動焊接設備、半自動焊接設備(實現自動送絲)以及機器人專用焊接設備這三種。
機器人用的專用焊接設備可謂是如今工廠自動化（汽車、鋰電、新能源、3C、機床等）中不可或缺的重要組成部分，亦是工業機器人資本賽道里炙手可熱的明星產品。
工業和信息化部發布的 《“十四五”智能制造業發展規劃》 明確提出發展智能焊接機器人。不完全統計，我國在役工業機器人中約有一半被運用于汽車制造領域，而在這些工業機器人中，又有超過一半為焊接機器人。
2022年，全球焊接機器人市場規模達到626.35億，中國焊接機器人市場在全球占比39.66%。
《2022-2027年中國焊接工具行業市場全景調研與發展前景預測報告》預計2023-2027年間，全球焊接機器人市場將以9%的復合增長率快速增長，2027年全球焊接機器人總體市場規模預計將達到1078億元。
焊接，已是機器人兵家必爭之地。這名工業裁縫在我國工業生產中主要起到以下幾個助力。
●解決招工難、提升就業環境
支撐中國工業發展的根本要素是人。
十幾年前有篇報道：多家職校反映，財會專業很熱，尤其是女生，開口就說想學財會。
財會人山人海，焊接只招到一半學生。
家長說，焊接工又臟又苦，都是獨生子女，自然舍不得了。
就連焊接工程專家、中國科學院潘際鑾院士在清華教焊接博士，家人也被人問：您男友是焊洋鐵壺的還是修自行車的？
曾經焊接的工作環境十分惡劣，總和刺目的弧光、飛濺的金屬、嗆人的煙塵為伴。1992年，潘際鑾院士建立了焊接機器人實驗室——中國焊接機器人在誕生之初，為的就是讓焊工不再被強光傷眼，不再被煙塵傷肺。
這兩年，人們對焊接崗位的認識隨著產業升級下的智能化轉型逐漸清晰。
中國焊工在智能制造的時代背景下，是既懂制造技術，又懂信息技術的復合型人才。如焊接專業學生在掌握焊接基礎知識的同時，也要進行機器人焊接技能、質量檢測與管理和焊接工作站的維護管理技能等方面的學習。
機械手臂替代了焊工的手臂，焊工更多從煙塵飛揚的車間走入后臺的電腦前。
機器人作為先進制造業的重要支撐設備，也帶來更多比傳統產線操作崗位更高端、舒適的就業崗位。除了機器人焊接編程崗位，每個機器人焊接工作站也需要至少1名輔助操作工。每個崗位工人也需要至少1名專門的操作崗位管理人員對其進行培訓和管理。
美國《初步設計》報告曾提到：制造業上每投入1美元，在相關經濟活動中將產出1.35美元。
平均來看，一個制造業工作支持了2.5個其他產業的就業。一個先進制造領域的就業可帶來5個先進制造業外的就業。而到了高端制造領域，一個崗位可以支持另外高達16個崗位。
在智能制造產業升級和勞動力等多重因素下，可以預見，中國焊接機器人的需求會繼續快速增長。
●提高質量穩定性。拓闊焊接場景
目前豐田公司已將點焊作為標準來裝備其日本國內和海外的所有點焊機器人。應用機器人焊接后，提高了焊接件的外觀和內在質量，也在保證質量穩定性的同時改善了勞動環境。
在太空、深海、核環境等眾多特種作業環境條件中，焊接也必須用遠距離的控制和機器人進行操作。
●國內機器人企業正縮小與國外同行的差距
目前國外機器人在應用廣泛的焊接機器人上占據絕對優勢。焊接機器人最早應用于汽車行業，因對焊接的精度等各方面要求較高，一直采用國外機器人生產線，但國產焊接機器人在其它領域如工程機械等也已出現成功案例(三一臨港自動化生產車間等)。
●點焊機器人在中國還有巨大的增長潛力
根據國際機器人聯合會（IFR）和中國機器人產業聯盟 （CRIA）相關數據，在外資品牌焊接機器人中，弧焊機器人和點焊機器人的銷量占比較大，「十三五」期間兩者占比合計在95%～97% 之間。
弧焊機器人的占比從 2016 年的37%逐年遞增到 2020 年的57%，點焊機器人占比從 2016年的58%增長到2017年的65%，之后三年逐年下滑，2020年降到39%。
其余三類焊接機器人的占比變化不大，都在 3%以內。
目前，隨著激光視覺傳感技術的發展，其在焊接領域內的應用也日漸廣泛。它可以提升焊接機器人焊接精度。
目前我國在工業3D視覺領域，內資企業和外企企業基本處在同一起跑線，外資企業不存在太大先發優勢。
最后，作為海洋工程裝備技術的重要組成部分，我國研發的水下焊接專用設備和焊接材料已經可以應用于勝利油田海上采油平臺、港珠澳大橋等海洋工程。
焊接設備的迭代始終和工業化進程緊緊相連。今天中國焊接一方面擁有鋼鐵、冶金、化工、建筑設施、汽車、火車（高鐵）、船舶、航空航天、紡織、石油及天然氣等新老工業近乎爆發式增長的強大地基，但另一方面，目前我國焊接自動化率僅20%左右，傳統手工焊接工藝將不斷被自動化的機器焊接逐步替代。
再看焊切設備。
全球焊切設備主要生產廠商集中在美國、歐洲、日本、中國等國家和地區，主要代表企業有林肯、米勒、伊薩、福尼斯等，這些公司占據全球焊接、切割設備半數以上市場份額。
上述這些企業在技術水平和產品開發設計能力上具備了相當強的競爭力，由此也造成了在高端焊接、切割設備生產制造方面，國內企業的技術競爭力相對不足。
不可避免的，國內客戶對進口產品的依賴度在現階段也相對較大。
不過，由于經濟體量的迅速壯大及國民經濟水平的穩步提升，中國早已成為全球最大的焊接市場。在激烈的市場競爭面前，我國焊接產業逐步走向自動化和智能化。盡管當前我國的焊接自動化率相對較低（發達工業國家已經達到80%），但我們在技術上奮力追趕的腳步一刻也沒有停止。最具說服力的應用案例是自20世紀未開始，我國逐漸在各個行業推廣自動焊的基礎焊接方式——氣體保護焊，以焊接設備來取代傳統的手工電弧焊，目前已取得了相當大的代替成效，也同時促生出了大批設計、生產自動化保護焊設備的優質企業。
數字焊機、數字化控制技術業已穩步進入國內市場。三峽工程、西氣東輸工程、航天工程、船舶工程、汽車及零部件制造等大型的國家基礎工程中，就大量采用相關的數字化技術。
經過近幾十年的長效發展，目前我國電焊機行業成長迅速。
首先是形成較完整產業鏈的同時也形成了一定規模的電焊機產業集群。
根據中國電器工業協會電焊機分會對60家重點企業統計，2021年我國電焊機行業60家制造企業的全年工業總產值為173.68億元，同比增長12.1%；同年這60家企業的銷售規模為164.09億元，同比增長10.8%
主要分布在京津冀、長三角、珠三角以及成都地區，在滿足國內市場需求的同時，出口至海外市場。國內相關企業達到600余家，規模較大的企業有深圳市佳士科技股份、上海滬工焊接集團、深圳市瑞凌實業股份、山東奧太電氣、凱爾達電焊機等。
尚待追趕之處在于，和發達工業國家電焊機品種規格已達到500余種相比，我國電焊機企業目前能生產的品種規格仍較少。
最后，來看焊接工具及其他（包括焊接用氣體及勞保用品等）。
一般而言，除去在焊接過程中用到的設備和材料，剩下的包括工具，如手工電弧焊所要用到的焊接電源，電焊鉗子、耐火鉗子、錘子等；又如在氧乙炔火焰焊中需用到的焊炬，塑膠管，減壓閥，回火停止器等；焊接用氣體（分為保護氣體和氣焊、切割用氣體兩大類）等——都屬于焊接工具及其他。
勞保用品的范圍就更廣了，焊工戴的電焊帽子、墨鏡，防火手套都算。
在這一領域，我國呈現出「企業數量眾多、產業集中度較低、絕大多數企業開發能力較弱」的特點。
出口產品多為零部件以及部分中、低端工具，出口單價和利潤額都相對較低。例外的是，由于生產焊接用氣體需要申請辦理特種設備生產制造許可證資質，因此該類生產企業的集中度較高，主要由跨國公司及國內龍頭企業構成，如Linde林德氣體、Air Liquide、Air Products、氣體動力Air Power、杭氧集團等。
國內焊接工具及其他的市場內容既繁多又復雜，并且有很多（如保護氣體，切割用氣體，勞防用品，保護用具等）還不是焊接行業單獨使用的，具有相當的通用性，因此這一塊的統計口徑偏離度和差異度非常之大，缺乏權威性的可靠數據。
綜合上述三大業務板塊，盡管中國市場早已成為了世界上最大的焊接（切割）設備、材料和工具生產和消費市場，但大不代表強，多并不等同于精。在焊接、切割設備的自動化使用上，在焊接材料的特殊配方及用途上，在焊接機器人的效率和穩定性上，我們還有很大提升空間。
03 久違的情感
2022年，上海工人文化宮多了一件藝術品：中國第一臺萬噸水壓機廢棄零件做的藝術裝置。
揭幕儀式上，人們給三根巨型鋼鐵圓柱各帶上一朵大紅花，好像三個勞動模范。
萬噸水壓機建造的參與者、上海焊接界專家黃家華顫抖的雙手撫過鋼鐵切割面。60年前的一幕幕就在眼前。
1962年6月。中美尚未建交。美國記者埃德加·斯諾飛躍太平洋，前往上海采訪。斯諾曾深入中國西北革命根據地考察，和紅軍主要領導人朝夕相處，寫作了轟動東西方的紀實作品，《西行漫記》——它還有另一個更出名的名字，《紅星照耀中國》。
這一次，斯諾為“萬噸水壓機”東行。
不知當年的焊工師傅們是否想到，今天中國焊接已經可以在多種環境下進行，野外、水下，甚至太空。
建造萬噸水壓機的人們老了。但中國第一臺萬噸水壓機至今仍在上海重型機器廠轟鳴。
雖然在現階段，我們必須承認國內的焊接自動化程度還比不上歐美日韓等工業發達國家，但在焊接的世界舞臺上，數十年來，中國力量始終洶涌澎湃。
首先是經濟體量鑄就焊接舞臺。
自2010年趕超日本，成為世界第二大經濟體以來，中國連續十三年坐穩這個位置。始終把GDP保持在一個相當可觀的幅度內穩步增長。
國家統計局發布的數據，2022年中國國內生產總值1210207億元，比上年增長3.0%。折算成美元后，大約是18萬億美元，約占世界經濟總量的19%，為美國的70.67%。
其中，第一產業增加值88345億元，比上年增長4.1%；
第二產業增加值483164億元，增長3.8%；
第三產業增加值638698億元，增長2.3%。
第一產業增加值占國內生產總值比重為7.3%，第二產業增加值比重為39.9%，第三產業增加值比重為52.8%。
第二產業中，黑色金屬冶煉和壓延加工業增加值增長1.2%，全國粗鋼產量101795.9萬噸，同比下降1.7%；鋼材產量134033.5萬噸，同比增長0.3%。
焊割設備的需求量和鋼材產量密切相關。據測算，我國鋼產量從1.29億噸迅速增加到6.26億噸這段時期，焊接用鋼所占比例約為40%-50%，而同期的工業發達國家，焊接用鋼量已達到其鋼材總量的60%-70%，所以我國焊接用鋼還具有較大的發展空間。
人們的巧手、毅力和民族自信促成焊接奇跡。
雖然說我國焊接自動化程度還不如工業發達國家那么高，設備也不如他們那么精密，但是憑借著一雙巧手和一股堅忍不拔的毅力，我國的焊工巧匠們同樣也創造出諸多項的中國焊接奇跡。
航天領域的高鳳林，中國有一半以上的火箭發動機都由他焊接；
核電工業領域的劉霞，主導了2017年中國第一根百萬級核電焊接轉子研發成功；
LNG（液化天然氣）船舶領域的秦毅，以其精湛的殷瓦焊接技術，創造了LNG船液貨艙焊接一次性100%無漏點等多項國內第一，為中國LNG船從無到有，進而達到世界領先水平做出了杰出貢獻 。
李萬君焊接的高鐵、盧仁鋒焊接的坦克也是全球高水平的。
在世界焊接的舞臺上，中國有兩項工程獲得了國際焊接學會（IIW）的最高榮譽，分別是國家體育場鳥巢和港珠澳大橋。
鳥巢的獲獎，打破了由西方國家壟斷焊接結構大獎的歷史。其高空大跨度的馬鞍形設計獨特，內部沒有一根立柱，全焊接的重型鋼結構對焊接質量要求之高、難度之大，不要說在中國沒有先例，在全世界的焊接史上也極少見。
港珠澳大橋焊接技術團隊首次將機器人焊接技術用于鋼橋制造領域，建成國內首條板單元自動化生產線，率先在我國大跨度鋼橋制造上采用免涂裝耐候鋼焊接技術，獲多項發明專利。
突破的關鍵技術包括但不限于：研制成功U形肋、板肋與面板組拼的自動組裝機床，實現了自動行走、打磨、除塵、定位、壓緊和機器人取代人工實現定位焊的自動化；
首次使用焊接機器人配合反變形翻轉胎，實現多條加筋肋同步焊接，焊縫質量好，焊接效率高；
開發了焊接質量監控系統，實現了焊接參數的實時監控，確保了焊接質量可追溯性；
建造了國內首條鋼箱梁板單元制造自動化生產線等。
中國奇跡從來不僅發生在國家經濟體量的飛躍式進步上，同樣也展現在各個重大工程，重點項目的實施建設中，而焊接的技術和工藝，恰恰就是一種讓世界見證中國奇跡的有效途徑。
手握一把焊槍，中國焊接人就能匯聚八方力量。
尾聲
中國制造業的由大變強，可以從中國焊接的未來發展上找到端倪。中國焊接事業的由大變強，也會影響到中國制造業的未來走向。
焊接行業的未來走向，有以下的三個趨勢。
●由手工化向自動化的轉變
如前文提到，我國當前的焊接自動化率僅20%左右，而工業發達國家已經高達80%。用焊機來解放更多焊工，用自動化提升效率，以設備焊接來替代人工，解決更多的操作環境對人體健康危害的問題，是不可逆轉的趨勢。更何況機器在焊縫質量、速度和效率方面的能力大大超過手工焊接，未來手工焊應用的場景也會越來越少。
●由普通化向特種化的轉變
普通焊條、焊絲、焊機、工具的進入門檻不高，容易被模仿復制，更容易陷入無窮無盡的價格戰。
特種焊材，如不銹鋼的焊條、焊絲，稀有有色金屬的釬料，焊絲，無縫不銹鋼藥芯的焊絲，專業用途的焊機，工具等等，雖然量不如普通產品多，但附加值遠超前者。
能制造生產出特種化的焊材，焊機，工具等，是各個企業在焊接技術和工藝實力上的最終體現。這與其自身科技研發能力息息相關。說到底，不怕不識貨，就怕貨比貨，在實際的應用場景中，是騾子是馬，只有牽出來遛遛才會知道。焊縫的質量，密合的程度，永遠是騙不了人的。何況還有機器探傷——任何微小失誤，在焊接這個領域，都可能產生致命的后果。
●由人干「苦活」到機器人干「苦活」的轉變
從工業機器人的應用實際來看，自動焊接機器人可以智能識別焊縫規格，下放適當的焊材對焊縫進行填充，焊縫填充度好，可以針對大中小型工件的焊接；可以實現二十四小時不間斷工作，工作效率較高，焊后的工件一致性高，焊接質量穩定。
特斯拉汽車工廠車間，人們能看到的除了四濺的焊花之外，更多的其實是密密麻麻的焊接機器人組群，它們能夠卓有成效、不知疲倦地連續作業，可以不受污染環境影響的可持續操作能力，這又豈是血肉之軀的人體可以長期與之比肩和抗衡的？
未來的焊接工藝，一方面要研制新的焊接方法、焊接設備和焊接材料，以進一步提高焊接質量和安全可靠性，如改進現有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能源；運用電子技術和控制技術，改善電弧的工藝性能，研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法。
另一方面提高焊接機械化和自動化水平，如焊機實現程序控制、數字控制；研制從準備工序、焊接到質量監控全部過程自動化的專用焊機；在自動焊接生產線上，推廣、擴大數控的焊接機械手和焊接機器人，可以提高焊接生產水平，改善焊接衛生安全條件等。
焊接行業的未來，會是一個以自動化機器和機器人替代人類進行高效率、全方位工作的全新時代，這是中國的未來場景，當然也會是世界的未來場景。
參考資料：
[1]智能制造背景下技工院校焊接專業高技能人才的培養分析與策略 付煒亮
[2]焊接機器人“十三五”銷售狀況與“十四五”展望 李憲政
[3] 激光視覺傳感器的機器人焊縫高精度跟蹤系統 蘇賜民
[4] 《2022-2027年中國焊接材料行業市場深度調研及投資策略預測報告》中研普華
[5] 《2022-2027年中國焊接工具行業市場全景調研與發展前景預測報告》 中研普華產業研究院
[6] 《中國電焊機行業發展深度研究與投資趨勢分析報告（2023-2030年）》 觀研報告網
[7] “港珠澳大橋”項目榮獲國際焊接工程最高獎 中國機械工程學會焊接分會