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原来有色金属焊接材料市场需求如此广泛

19-10-12 11:29  

    有色金属焊接材料虽然总用量远低于钢铁焊接材料,但其应用范围涵盖航空、航天、轨道交通、核电、石油、锅炉、化工、动力、电气、汽车、电力装备、建筑材料、电器、暖通、电子、超硬工具、眼镜、金属家具、电光源及照明、金属工艺品、首饰等产业,在制造业中占有重要地位。随着飞机、汽车、船舶等交通工具的日益轻量化,铝合金、钛合金、镁合金等轻质材料的应用越来越广泛,已在很多领域替代了钢,相应的面向轻质合金的焊材需求量持续增加。核电、石油、化工、锅炉、电力等行业中对耐蚀性有严格要求的容器和管路,同样需采用有色金属材料制造。轻工产品体积较小且结构相对比较简单,熔焊技术使用较少,而适应性广、易操作的钎焊技术更受欢迎。硬钎焊在家电、暖通、眼镜、工具、金属制品、灯饰等多种轻工产业中应用广泛。近10年来,我国有色金属产量持续增加,如图所示。2014年,全国10种主要有色金属累计总产量达到4319万吨,且仍在平衡增长,有色焊材未来市场广阔。

有色金属焊接材料

(1)航空航天及交通工具。为节约能源、提高速度,交通工具的轻量化日益受到重视。其主要途径是以轻质合金材料替代钢,用于机车、挂车、汽车、船舶的制造。汽车制造业对铝焊材的需求持续增加,未来市场空间巨大。此外,以铜硅锰为代表的青铜焊丝在汽车行业中也有上万吨需求。轨道交通方面,我国高铁和地铁运营里程快速增长,正在取代传统客车。铝合金在新型轨道交通工具中的应用非常广泛,全铝合金结构的挂车已经投入使用。铝合金目前仍是航空航天器主要的结构材料之一,钛合金也成为航空航天业的主要结构材料。我国正在大力发展航空航天事业,该领域对钛合金、铝合金焊材的需求量虽然较少,但都属于高附加值的高端焊接材料。对船舶的轻量化要求虽不如其他交通工具迫切,但从长远来看铝合金焊材有中小型船舶、运动船舶中的应用前景十分广阔。随着新型高温结构材料逐渐取代传统的高温合金,成为航空航天发动机的主要结构材料,焊接技术已成为发动机零部件制造的主导工艺之一。焊接结构件的喷气发动机零部件总数中所占比例超过50%,航空航天发动机制造业对钛基高温活性钎料、钛锆基钎料、镍铬基钎料、金基钎料、钯基钎焊、钼基和钒基高温钎料等高温有色焊材需求迫切。

(2)空调、制冷与暖通产业。焊接在空调、制冷与暖通产业中主要用于蒸发器、冷凝器、散热器、热循环管路等关键结构件的连接。所用的焊接材料以铜合金焊丝、铝合金焊丝和银、铜、铝基钎焊材料为主。为满足环保要求,我国家电和暖通产业迫切需要实现焊接材料的绿色化,主要是禁止含镉、含铅焊接材料的使用。为降低成本,在各种热交换器中以铝代铜方兴未艾。因此,需要相应的铝焊接材料和铜铝连接焊接材料。减少或不使用贵金属被认为是节约成本的有效手段,如选用Cu-P-Sn钎料代替Ag-Cu-P钎料连接铜管降低成本。但为保证连接质量,部分可靠性要求较高的构件仍需使用银基焊接材料。

(3)能源、电力和化工行业。在能源、电力和化工行业中有大量的管路和锅炉结构,且一般需在高温、高压和腐蚀环境下长期工作,对管路连接材料的性能和可靠性要求较高。镍基焊接材料由于具备耐高温、耐腐蚀的特点,在上述领域的应用前景广阔。钛合金具有良好的抗腐蚀性,在化工领域用于制造管道与加工设备(换热器、槽、加工用容器、阀等),需采用钛基焊接材料进行连接。由于镍基、钛基焊接材料属于高端有色焊材,目前市场需要量相对较少,国内涉足该类焊材的生产单位不多,生产技术和产品性能较落后。但近年来镍基、钛基焊接材料产业进步明显。

(4)加工工具产业。钎焊是金刚石工具、硬质合金工具的主要连接手段,用于连接工具刀头和钢基体,所需焊接材料以硬钎料为主。图为钎焊结构的金刚石磨具和锯切工具。除使用中的磨损外,金刚石工具、硬质合金工具损坏的主要原因是钎焊连接失效导致的刀头脱落。因此,钎焊连接质量对于使用寿命至关重要。我国早已成为超硬材料、超硬工具和硬质合金工具生产和应用第一大国,相关产业年产值达到上千亿元,由于金刚石和硬质合金工具是耗材,需求量大,工具制造业对焊接材料的需求量大而稳定,主要为银钎料、铜钎料和用于单层金刚石工具的活性钎料。随着我们金刚石和硬质合金工具产量的增加,钎焊材料需求量将进一步增长。但为降低制造成本,其低银化发展趋势明显。

(5)电子封装产业。电子产品制造业是我国的支柱产业之一,而软钎焊是电子产品封装中最常用的连接方式。此外,光伏产业、LED、电光源和照明产业亦大量采用软钎焊技术。软焊料需求逐年上升,全球年消耗量已超过15万吨。目前,无铅焊料已取代锡铅焊料成为电子封装中的常用焊材,但其综合性能仍不及锡铅焊材。软焊材的使用形态多样,包括棒、锭、丝、粉末、箔片、焊球、焊膏等。随着封装技术的进步及封装密度的提高,未来对软钎料的需求将主要集中到焊膏和BGA焊球上。

(6)轻工制造业。钎焊在金属制品、眼镜、工艺品、首饰、灯具、手表等轻工制造业中应用广泛。其中,金属制品包括金属家具、容器、炊具、装饰品、厨卫用品、日用品等,传统上一般用铆钉、螺钉等紧固件连接。而钎焊由于具有工艺简单、效率高、接头美观等优点,正在取代传统的连接方式。在一些制造业中通过钎焊将简单的金属结构连接为成品,可以大大简化金属材料成型或机加工的工作量,显著降低成本。但是,钎焊在金属制品制造中的应用仍有待于进一步推广。钎焊是金属镜架的主要连接方式,所用焊接材料主要为银基钎料。为应对不断更新的镜架材料,如钛合金和轻质合金材料,需不断开发新的钎料产品。此外,钎焊还经常用于金属工艺品、首饰、灯具、表壳等产品的连接,对应的母材一般为各种铝合金、铜合金、钛合金、钢等结构材料。由于工艺品和首饰行业对焊接接头的表面质量要求严格,需要采用高品质的钎焊材料。

    制造业的自动化、智能化、绿色化和新型结构材料的应用,对有色焊材的成分、形态均提出新要求。应具备无毒无害、高效节材、适合自动化生产等特征,且需满足不断涌现的新材料的焊接需求。该发展趋势对我国有色焊材产业既是机遇,又是挑战。


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