4.3 国内外焊接材料差距
4.3.1 核电工程用焊接材料
长期以来我国对核电基础科研、设计的投入较少，在核电的设计和制造方面与国际水平有较大的差距。与此同时，核电工程的核心设计技术和关键设备的制造技术被少数几个发达国家所垄断，这就严重制约了我国核电事业的发展。核电关键设备制造用焊接材料关系到核电站的可靠性、安全性和经济性，因此对焊接材料的选择是至关重要的。由于发达国家对核电关键设备制造技术的长期垄断，国内在核电关键设备制造用焊接材料的研究开发方面起步较晩，大量的焊接材料依赖进口，严重制约了核电设备制造的国产化进程。
未来我国核电机组建设工程量很大，所需高端焊接材料数量将逐年增长。国产核电用焊接材料不仅品种少，而且质量与国外先进材料相比仍有一定差距。因此为了实现第三代核电技术的国产化，必须加大力度尽快开展核电用焊接材料的研究开发工作。包括：厚壁重型核容器主焊缝用焊条、焊丝及焊剂，大面积堆焊用不锈钢焊条、焊带及焊剂，不锈钢主管道焊接用焊丝及焊条，异种金属焊接用镍基堆焊焊条、焊丝及焊剂等相关材料的研究开发工作。要想实现核电关键设备的国产化，其相关的焊接技术及焊接材料必须首先实现国产化，只有这样才能将我国核电设备的制造水平提上一个新台阶，我国的核电事业才能完全摆脱对国外技术及材料的依赖。目前我国在建核岛主设备所使用的核级焊接材料，包括核级不锈钢、镍基合金和髙强钢等各类高端焊接材料，用于核电机组的不锈钢、镍基合金和高强度结构钢等各类高端焊接材料都依赖进口，全部由国外知名企业提供，国内企业尚未涉足这一高端市场，此领域焊接材料国产化进程需加快。由于该领域技术门槛很高，各研制生产单位应有长远目光，争取近期研制出性能合格的产品，中期部分产品得到应用，长期基本占领市场。
4.3.2 海洋工程用焊接材料
海上油田是我国未来石油储量增长的主要领域之一。我国是一个海洋大国，有漫长的海岸线和广阔的大陆架，有丰富的海洋油气资源。我国海域石油资源量为275.3亿t，天然气资源量为10.6万亿m3。尤其是我国南海，占全国油气总资源量的1/3，被称为“第二个波斯湾”。开发海洋油气对保障我国能源安全和持久发展具有重要的意义。目前，中海油油气年产量已突破5000万t，相当于一个大庆油田的产量。到2020年，中海油在保持近海海域油气产量5000万t稳产的基础上，其深海地区的油气产量也将达到4000万～5000万t的规模，相当于再造一个海上大庆油田。
海工装备长期工作在恶劣环境，饱受海洋风暴、潮汐、流冰、地震以及严寒、低温侵袭，对产品的可靠性要求很高，要求焊接材料具有高韧性、耐腐蚀、超低氢和高抗裂性的特点，这些特点的组合构成了低合金高强度结构钢配套焊接材料的技术制高点。由于我国能源发展的战略需要，国家对海工装备制造给予了强有力的产业政策支持，使我国海工装备产业进入了发展快车道，在迫切的市场需求和现实的经济利益需求推动下，我国企业积极参与海内外油气田开发，海工装备迎来历史发展大机遇。焊接材料若在该领域取得突破，将具有巨大的品牌效应和经济效益，对实现海工装备国产化具有十分重要的意义。
在制造和安装中需焊接的海工装备，包括钻井平台、采油平台、工程船舶、水下管道及储油罐等，主要采用高强高韧性、低温高韧性、耐海水腐蚀等各类高端焊接材料。目前我国这方面焊接材料的发展时间短，缺少工艺性能好、超低氢、高韧性（尤其是CTOD值高）的国产焊接材料，而且缺少应用的业绩，在这方面的市场基本被国外知名企业垄断。
4.3.3 超超临界火电机组用焊接材料
对目前已推广使用的蒸汽温度为600℃的火电机组用第二代新型耐热钢，如P91、P92、SUPER304H、HR3C等，其配套的各类高端焊接材料仍主要被国外少数知名企业垄断，国内生产厂家尚需在产品性能、质量和应用数据等方面进一步完善。一般火电机组用户希望焊接材料厂能提供数万小时的高温蠕变断裂强度及应用案例，确保产品良好的工艺适应性，目前国内生产厂家在这方面尚欠缺，使得生产中应用的产品基本仍为神钢、伯乐和曼彻特等国外厂家的产品。对正在开发的蒸汽温度为650℃的第三代耐热锅炉钢，国内外尚缺少抗高温蠕变性能好的焊接材料，需开展配套焊接材料的研制工作。
4.3.4 超低温工程用焊接材料
自20世纪80年代起，液化天然气（Liquefied Natural Gas, LNG）成为了发展最快的能源。液化天然气具有使用方便、安全、洁净、高效等优点，我国经济的快速增长，不断提升的物质需求和日益增加的环境压力，使得我国实施清洁能源战略已成为必然的选择，在此背景下天然气这一优质洁净的能源在我国具有广阔的市场前景，从而促使液化天然气产业获得迅猛发展。液化天然气是将常压下气态的天然气冷却至-162℃凝结成的液体。液化的天然气可以大大减少储存空间和成本，具有热值大、性能好等优点。伴随着全球范围内一些重要的天然气基础建设项目相继投入使用，许多国家的天然气消费量都呈较快增长态势，促使天然气在全球能源消费结构中所占的比重逐渐加大。我国天然气产量2005年为500亿m3，而2014年达到1200亿m3，产量增加1倍多，但消费量也达到1700亿m3，缺口数量达到500亿m3。我国将成为世界上最大的液化天然气用户之一。
液化天然气工业最关键的核心材料是要求在-196℃低温下保持韧性的9%Ni低温钢。9%Ni低温钢是1994年开发的Ni含量9%（质量分数）的低碳钢，由美国国际镍公司的产品研究试验室研制成功，该钢种作为最适用于液化天然气储罐建造等超低温工程的钢种被广泛应用。随着对液化天然气需求的增加，9%Ni低温钢作为储罐用钢已被普遍采用，而储罐结构也不断向大型化方向发展。但该钢种和配套焊接材料是民用普钢产品中技术难度最大、要求最高的产品，目前我国完全依赖进口。
4.3.5 高强度工程机械用焊接材料
作为装备制造业最重要的部分，工程机械在国民经济中占有战略性地位。工程机械是机械行业中钢材消费量最大的行业之一，2012年消费钢材1520万t，占机械行业钢材消费量的12.2%，占钢材消费总量的2.3%。在工程机械产品成本构成中，钢材成本是最重要的部分，约占总成本的30%。目前我国已成为全球最大的工程机械市场，但与国外相比我国高强度工程机械用钢及配套焊接材料的研发仍较为落后，1000MPa级高强度工程机械用钢和耐磨钢尚未完全国产化，关键结构件所需的高端钢材及配套焊接材料绝大部分仍需进口，已成为制约我国工程机械行业发展的主要瓶颈。工程机械结构件主要承受复杂多变的载荷，要求钢材具有高的屈服强度和疲劳强度、良好的塑韧性和焊接性。为提高工程机械的使用效率、延长使用寿命、降低能耗和减少自重，工程机械不断向大型化、轻量化、高参数化方向发展，对其结构用钢提出了更高要求，采用高强度结构钢制造大型工程机械的结构件已成为不可逆转的趋势。
焊接在现代先进制造中占有重要地位，在工程机械产品中，其结构件多为板材拼焊而成，占整机质量的50%～70%。焊接接头性能决定着产品结构的整体性能，所以在要求高强度结构钢板具备优良的焊接性和稳定性的同时，也要求焊缝金属具备一定的强度和塑韧性储备。随着组织构成由铁素体组织逐渐向贝氏体及马氏体组织转变，钢的强度从500MPa上升到1000MPa左右。当钢的强度大于等于800MPa时，组织构成以马氏体/贝氏体混合组织为主。而钢的强度大于1000MPa时，其组织基本都为马氏体组织。随着钢的强度的提高，焊缝金属的塑韧性呈下降趋势，开发既有高强度又有高塑韧性的工程机械用钢配套焊接材料，对我国高端装备制造业乃至国民经济的发展均具有重大的现实意义。
目前，600MPa级工程机械用钢已逐步退出大型工程机械生产市场，700MPa级及以上级别钢已成为需求的主流。890MPa及以上级别钢的使用量呈明显上升趋势，年需求量已达10万t以上。而1000MPa及以上级别高强度结构钢具有强度高、低温韧性好的特点，可满足工程机械关键结构件的用钢需求，并可使用在需要高强耐磨钢的场合，已成为大型工程机械、矿山设备制造不可缺少的结构钢。对于890MPa及以上级别的工程机械用钢配套焊接材料，我国产品在性能、质量稳定性和生产成本等方面尚有缺欠，需积极开展研发和工程化工作。
4.3.6 管道用焊接材料
随着科学技术的进步，新发现的油气田多数都处在边远地区，气候条件相当恶劣，如俄罗斯的西伯利亚、美国的普鲁德霍湾、欧洲的北海油田、我国的西部油田等，因此，管线钢要求具有良好的冲击韧性，特别是处在寒冷地带的管线钢要求具有良好的低温韧性、低的韧脆转变温度。通过对管线钢破坏事故的调査发现，腐蚀事故占52%，在输送含HS的天然气的情况下，由腐蚀引起的破坏事故则上升到74%，因此耐蚀性也是油气输送管线钢的重要性能。世界海洋大陆架沉积盆地中，石油储量预计可达2500亿t。随着墨西哥湾、阿拉伯湾和北海的海底油气田的相继开发，世界海底管线获得了迅速发展。海底管线与陆地管线的服役条件明显不同，深海高压、海水和微生物腐蚀、油气介质腐蚀、浪涌、洋流环境等因素对海底油气输送管材的强韧性、等向性能、抗变形、抗压溃、管体尺寸精度、耐蚀性能等提出了更为严格的要求。
很多油气输送管线需在恶劣的自然环境下工作，需采用X70、X80甚至更高强度级别的X100、X120等高强高性能管线钢建造，相应地对焊接材料也提出了更高的要求。管道建设领域需采用高强高韧全位置焊接材料进行现场焊接，对高品质的药芯焊丝（如自保护药芯焊丝）需求迫切，但该类产品我国目前仍依赖国际市场，国内有质量保证和有品牌影响力的产品相对较少。我国管道焊接用全位置自保护药芯焊丝主要依靠进口美国合伯特公司的产品。对此我国需积极开发高钢级管线钢（如X70、X80、X100、X120等）用新型焊接材料，包括纤维素下向焊条、低氢铁粉型下向焊条、气体保护和自保护实心焊丝、药芯焊丝和X100、X120埋弧焊用焊接材料。
4.3.7 高端钎料
我国软、硬钎料生产企业数量和产量均居全球第一。目前我国软、硬钎料生产企业有450多家，仍未实现行业整合，生产企业普遍规模较小，小作坊模式仍广泛存在，生产工艺落后、研发能力弱。国内在用于重点工程和重大装备制造的高端钎料产品方面产品体系不完善，高温钎料、活性钎料、自动钎焊用钎料、复合钎料、膏状钎料等在很大程度上依赖进口。国产钎料产品普遍技术标准偏低，造成产品质量偏低且稳定性差、产品规格不统一。总体上我国面向先进制造业的钎料产品产能不足，无法满足国内制造业快速发展的需求。我国钎料产业与工业发达国家的差距具体表现在以下几个方面：
1）产品体系方面。工业发达国家钎料产品体系比较健全，尤其用于高低温、真空、核辐射等极端环境下的特种钎料产品体系完善；国内在相关高端钎料领域则基本空白，主要依赖进口。先进制造业所需绿色、洁净、高效钎料产能不足，在低端产品方面则产能过剩，存在恶性竞争。
2）制造技术和产品质量方面。国内钎料的熔炼与加工技术较落后，产品整体上存在钎料化学成分波动大、杂质和气体含量高、尺寸超标严重、表面质量差等问题。
3）产品技术标准方面。发达国家技术标准比较完善，且标准执行情况较好，厂家实际采用的企业技术标准一般高于国家标准；国内技术标准低且不统一，标准执行力度不够。
4）产业发展方面。国内企业比较分散，产业大而企业不强，以企业为主体的创新体系不完善，企业在自我培育先进技术、制度和理念方面有一定的局限性，产业国际化程度低，全球化经营能力不足。
4.3.8 高性能耐磨堆焊焊接材料
国内的堆焊焊接材料生产企业普遍规模较小，小作坊模式仍然广泛存在，生产工艺落后，研发能力弱。堆焊焊丝的产量和从事堆焊工程的企业数量快速增长，有产量饱和或过剩的趋势。目前，在我国堆焊焊接材料中手工焊条所占比例大，自动焊接材料所占比例小，特别是科技含量高的药芯焊丝少；焊接材料品种不全，不够系列化，许多堆焊焊接材料需要从国外进口，且不能很好地把进口产品国产化。国内高性能堆焊焊接材料领域对铁基堆焊焊接材料研究较多，对非铁合金体系研究较少，且多为分析国外成功产品后进行仿制，对内在机理及创新的研究较少，未能更好地将国外产品转化成自主产品，加之国内堆焊焊接材料普遍存在纯净度不高（如硫、磷等杂质含量过高）等现象，导致在轧辊堆焊过程中常出现堆焊裂纹，堆焊辊上机后出现磨损严重、疲劳裂纹、黏钢、掉块等缺陷。针对被修复零件的服役要求，国内相继开发了耐磨的硬质合金复合堆焊焊接材料（含WC的管状焊条、含碳化物的钴基合金、镍基合金、铁基合金粉末），耐冷热疲劳的CrNiWMoNb及马氏体时效钢等模具堆焊焊接材料，以及用于轧辊修复的低合金钢堆焊焊接材料（30CrMnSi、40CrMn）、热作模具钢堆焊焊接材料（3Cr2W8、Cr5Mo）、弥散硬化钢堆焊焊接材料（15Cr3Mo2MnV、25Cr5WMoV、27Cr3Mo2W2MnVSi）、马氏体不锈钢堆焊焊接材料（1Crl3NiMo、0Cr14Ni2Si）等。国内堆焊焊接材料研究要由跟踪型向创新型研究转变，特别是在多合金强韧性、组织及力学均匀性、晶粒细化等方面，要由研究向实际工程应用推广方向发展。对一些“极限”工况应用的合金，应注重非铁金属材料及钨基硬面材料（焊丝、焊带、焊棒等）的应用，同时充分考虑堆焊设备及工艺。冶金行业的大设备结构日趋复杂化，其拆解往往比较困难，因此迫切需要开发无须预热和缓冷的堆焊接材料，能够在现场不解体设备的条件下直接堆焊修复。
我国堆焊技术人员围绕提高耐蚀堆焊焊接材料性能开展了大量工作。耐蚀堆焊焊接材料主要有不锈钢和镍基合金两种。经过近年来国内焊接材料研发技术人员的努力以及对国外引进技术的消化吸收，国内普遍采用AOD、VOD、LF炉等精炼技术，使不锈钢焊接材料用钢坯质量有了大幅度提升，使国内不锈钢焊接材料的水平普遍有了质的提高，已接近或达到国外先进水平，但在某些特殊品种上与国际先进水平相比还有一定的差距。国内不锈钢焊接材料以哈尔滨焊接研究院有限公司、四川大西洋焊接材料有限公司（简称四川大西洋）、昆山京群焊材科技有限公司（简称昆山京群）等为代表，在国内重大工程项目中已取得广泛应用。近年来，随着石化装备、煤化工装备、火电、核电设备的发展，镍基合金获得大量应用，镍基焊条的用量也在逐年增加。以前，镍基焊条主要依赖进口，如美国超合金（SNC）的镍基焊接材料。国内以哈尔滨焊接研究院有限公司、北京金威焊材有限公司（简称北京金威）、安泰科技股份有限公司（简称安泰科技）等为代表的焊接材料企业在镍基焊条的研发上倾注了很大精力，基本形成以ENiCrFe-3、ENiCrMo-3、ENiCu-7、ENi-1、ENiCrMo-4为主要产品的镍基焊条产品系列，在一般场合已取代进口镍基焊条成为主导产品。但由于国产镍基合金焊条熔敷金属存在杂质含量较高、抗裂性较差等缺陷，在某些重要制造场合如核电、超临界/超超临界锅炉等方面，镍基焊条仍需进口。