船舶高效焊接工艺及存在的问题

1、 32 造13技术 2009年第5朗（总第291朗）船舶高效焊接工艺及存在的问题张永达，孙成文，于小虎，张雪彪（大连理工大学船舶工程学院，辽宁大连116024）提 要 通过时鸟内大型船厂的调研.总结了坪 条电滋坪、CO乳体保护坪、塚弧坪、不紡钢坪、活性 体保护坪等百内晶铀制遗中的主妥高效坪棲冏时介 绍了坪按机E人、滋尢一电弧复合坪、搅掉摩擦坪等高 斯坪樣技术以只当赫/待解决的大厚度钢板的坪挟、 薄板坪揍、坪揍机2S人开发、坪接初度拉制等坪接工艺关侵询逍船高效烬接中图分类号U671文献标识码A1前言焊接是船船建造的主要T.艺技术之一.焊接设 备的先进与否，很大程度制约着船舶建造周期、建造 质塑、

2、建造能力.貝此有必要全面审视高效焊接技 术的现状和存在的冋题。高效烬接方法是指与常规 药皮焊条手工电弧焊相比熔敷效率高、焊接速度快、 操作方便且易于自动化的焊接工艺方法。高效焊接 工艺方法的持点迢生产效率高、焊接质量好、节约能 源和材料。各种不同的高效焊接工艺方法各具 特色.现代先进烬接没备应具有的待征是：高效、自动 化程度高、低能耗、低污染。目前造船业采用的一些 焊机在不同程度上具备了这些待征，这些悍机辅以 各种辅机具和焊材.实现了自动化和高效化，加快了 造船速度。面对新的机遇与挑战对船舶高效焊接 工艺进行综合分析研究是有着甬要意义，在过去的 一段时间内国内各大船厂围绕现代造船模式的总 体要

3、求，以推进造船总装化、管理辂细化为重点结 合产品载体将先进焊接技术及焊接自动化工艺装 备在生产中发挥作用。作者近年来调研了国内各大 型船厂的奇效烬接技术，整理了主要的船舶奇效焊 接工艺、船加制造中的高新焊接技术以及垢待解决 的焊接问题等内容，作者筒介：张永达（1986-）,男，*科生.2我国口 2（ 总公司 开始在各 经十多 年艰苦不 $,还是 焊接材料九郁取怜J倔兀的欣W为炭岛船体 建造质蚩，改善工人劳动条件缩短造船周期起到了 重要作用.高效焊接在船舶制造工程中应用广泛，涉及到 工艺设计、计算机数控F料、小合拢、中合拢、大合 拢、平面分段、曲面分段.平直立体分段、背线法兰焊 接、型材部件装焊

4、等工序和工位的焊接T程。从目 前的现状看，所采用的高效焊接方法上主要有埋弧 焊、CO?气体保护焊、焊条电弧焊，不锈钢焊接，活 性气体保护焊等。下面着重介绍一些常见的高效焊 接技术.2.1埋弧焊工艺目前埋弧焊工艺主要用于焊接各种钢板结构， 可焊接的钢种包括碳索结构钢,不锈钢，耐热钢及其 复合钢材等图1为半自动埋弧焊设备简图。埋弧 焊时，在电极周围均匀地覆盖4060mm厚的粒状 焊剂将电弧掩埋在焊剂层下，电弧热将焊剂熔化. 使之产生保护气体和茨壳，以保护熔池和高温下的 焊缝金凤不受有害气体的侵害，因此也称为焊剂层 下电弧焊。按照施焊过程中焊矩的驱动方式分为自动埋弧 焊和半自动埋弧焊，在自动埋弧焊中

5、，又按焊丝数目 分为单丝和多丝埋弧烬;按悍丝截面形状分为丝极 和带极埋弧焊.其中应用于平面分段流水线的FCB 法焊接.FCB法是铜板上撒布厚度均匀的衬垫焊 剂，并用压缩空气软管等顶升装置把上述填好焊剂 的铜板压紧到焊缝背面从正面进行焊接而形成背 面焊道的一种单而埋弧焊接法，如图2所示.2.2高效焊条电弧焊高效焊条电弧焊工艺包括:向下立焊悍条，与 向上立焊相比效率可以提高】2倍;采用铁粉 焊条焊接工艺其工艺简单实用，通过提高熔敷效率达到高的生产效率一般提高50%以上）采用高700mm.900mm）,熔敷率在130%180%之间常效铁粉焊条（一般直径为58mm长度为550mm、见的焊条牌号有CJ5

6、01FeZ等.图1半自动埋焊设备图2 *剂衬於法（FCB法）幄接示広图2.3 CQ%体保护焊应用实芯焊丝气体保护焊的致命弱点是飞溅和 气孔倾向大、成形不良而且我国气体保护实芯焊丝 的品种太少今后大力扩大品种的同时也需进一步 改进实芯焊丝的工艺性能.增强焊丝表面的防锈、 润滑功能。国内常见的牌号是E49-1.E50-6焊丝.采用药芯焊丝是一种方便可行的方法配合各 种类型的衬垫可以实现单面焊一次成形很方便地 进行各种金属的焊接不同位置焊接时药芯焊丝的 电流差异最小，适合全位置焊接.现在船厂普遍采 用药芯焊丝来胖接船舶结构，以后co2吒保护药芯 悍丝焊接将成为船厂的主要焊接材料和工艺目 前在常用船用

7、结构钢方面药芯焊丝已经可以完全 国产化，工艺主要应用于气电垂直自动焊.气电垂 直电焊（EGW）是由日本神钢开发的焊接方法简称 SG-2法，主要用于船紡建造分段合拢时的立向上对 接焊其工艺如图3所示.该工艺使用的焊接材料为01. 6mm的药芯焊 丝典型牌号为DWS-43G.配KL和JN型陶质衬 垫.这种方法在国内船厂应用广泛，由于专利及合 拢缝的重要性普遍对神钢以外的同类产品格外谨 慎焊接过程中用CQ代体作保护，并对焊接熔 池强制一次成形的方法来完成的焊缝的前后面分 别用水冷铜滑块和带有梯形凹槽村垫以保持熔池 稳定和成形良好.2.4不锈钢焊接 34，日本然而,矗多样要求,图3勺电垂克自动焊示意图

8、不锈钢悍接多用于不锈钢管及其附件之间的对 接和角接，焊接方法多采用纯CO：气体或CO2 + Ar 混合气体的CL半自动或自动焊接（MAG焊），也 可采用钩极氛弧焊，根据母材的不同对于CO?半 自动或自动焊悍丝，焊丝牌巧常为lCrl8Ni9Ti焊 丝、316L实芯或药芯焊丝以及317L实芯或药芯焊 丝，焊丝的规格为细丝，一般为01. 0mm和 01.2mm；对于鸭极氮弧焊焊丝牌号一样，只是焊 丝的规格为粗丝，一般为01. 6mm和02. 4mm焊 丝.对于以铁素体一奧氏体双相不锈钢为船体主要 结构材料的化学品船来说，目前都采用国外的名牌 产品.2.5活性气体保护焊焊接技术（MAG焊）所谓的活性气

9、体保护焊烬接技术就是釆用CQ + Ar混合气体的CO?半自动或自动焊接普遍应 用于不锈钢的焊接.上海船船工艺研究所开发了适 合船厂专用的双丝单面MAG焊接技术与装备主 要技术特点是，可无间隙装配坡口内定位悍、添加 切断细烬丝，背面应用陶瓷衬垫，1222mm范帼内 的板厚可一次成形焊接速度快焊接效率高悍接 质虽好。3船船制造中贰高新焊接技术现代工业髙速发展，奇效焊接方法也层岀不穷, 但是由于造船业的特殊性比如环境恶劣、需天等. 使得许多离效悍接技术的应用受限.随看技术进 步，这些焊接技术已经部分开始应用于工程实际，还 有一些好的方法也将在未来的造船工程中发挥巨大 作用.3.1焊接机器人系统为了加

10、快造船冏期、提高船舶质最、减轻焊接 工人的劳动强度，世界各国的造船厂都非常重视焊适船技术 2009年第5期（总第291期接新技术、新工艺和新设备的椎广应用.其中机器 人因苴柔性大适应性强等特点，在造船厂得到越 来越广泛的应用.早在20世纪80年代，造船界就 开始尝试采用焊接机器人，最初只用于小合拢部件 上加强材的平角焊后来逐步扩大至平行船体分段 中纵、横构 板对接焊f 管子与法 的几个大 随着现代！ 化造船工 船舶焊接机貉人糸统支恵在造船丿迓一步推广应 用苴关键技术必须得到进一步突破。焊接机器人 对船舶奇效焊接自动化有着深刻的意义待别是烬 接机器人与各种髙效焊接技术相结合，能达到更好 的焊接效

11、果。机器人焊接是计算机技术、自动控制技术、气 体保护焊接技术的完美结合，适用于船舶构件批虽 化、小型化焊接生产以及狭窄舱室短焊缝全位置焊 接.在造船业成功应用的有欧登塞船厂的舱体格 子形构件焊接移动机器人，帏国Pukyong国立大学 的KamBO等人研制的复杂焊按环境的轮式智能移 动悍接机器人，上海交通大学研制的具有自寻迹功 能的焊接移动机器人.实现了大型舰船甲板的高 效自动化焊接保证了焊接质址.欧盟研制r一套 双层外壳船舶焊接机器人以満足双层外壳船舶建 造的需要，如超级巡洋舰和巨型油轮，该机器人在 实验室环境下实现了基于电弧传感的6自由度悍 缝跟踪.3.2激光一电弧复合焊接激光一电弧复合焊接

12、具有焊接速度快、自动化 程度高、焊接热变形小等优点，是船紡悍接技术发展 不可缺少的一种新技术，尤其在铝合金的焊接中有 明显优势。近来,这一技术已经在日本、韩国和欧莫 一些国家得到了广泛的研究与应用，而我国应用还 很少.激光与电弧复合焊接技术的特点是可有效利用 激光能虽.电弧先熔化母材提高激光吸收率;增加 熔深，利用激光東作用于熔池底部，进一步提高熔 深;稳定电弧激光使气体电离产生等离子体，有助 于稳定电弧；降低对焊缝装配精度要求，装配间隙可 由0.3mm增大至lmrn激光一电弧复合焊接的另 一个主要优点是悍接变形非常小，焊后的修整工作张永：弟紬高嫂坪接工艺及彷崔的冋题 35 诞大为减少.3.3

13、搅拌摩擦焊1991年，英国焊接研究所发明了搅拌摩擦焊 (Friction Stir Weld：ng FSW)这项杰岀的焊接技 术发明正在为世界制造技术的进步做出贡献.搅拌 摩擦焊属于固相焊接与传统的熔化焊接相比具有 无强光、无飞溅、无烟尘、不需要焊材、接头无气孔、 无夹杂及无裂纹等优点并具有细晶组织，属于优质 无污染的焊接技术。在造船领域，搅拌摩擦焊应用面很宽，船甲板、 侧板.船头壳体、船舱防水壁板和地板船紡的上层 铝合金建筑结构直升飞机起降平台离岸水上观测 站船舶码头水下工具和禅洋运输工具帆船的桅 杆及结构件，船上制冷设备用的中空济压铝板等. 国外已采用此技术生产预成型结构件使船舶制造 由零

14、件的制造转变为船舶甲板由壳体的预成型结构 件的装配。目前搅拌摩擦焊已经在英国、法国、挪 威、瑞典等得到船级社的认证，甚至美国、澳大利亚 和日本的船级社也批准搅拌摩擦焊成为新別船舶制 造工艺技术.如大型豪华游轮-Star Princess"号的 25%的船用铝合金壁板构件采用了搅捋摩擦焊技 术总体成本降低约5%.在我国新研制的“双体穿 浪隐形导弹快艇円的宽辐铝合金壁板的制造上也采 用了搅拌摩擦焊技术。4船餉高效焊接存在的问题4.1焊接机器人的开发由于焊接机器人的奇适应能力，因此焊机机 器人的需求不断增加，我国焊接机器人的水平明 显落后于日本及欧洲发达国家，为了提髙造船效 率，应加快研究

15、脚步.不过拿握先进技术虽应当 遵循客观规律循序渐进但也不能排除跳跃式 发展.造船焊接实现机器人焊接一直是我国造 船界专业人士努力追求的目标为此必须开展这 方面的研究和探索。首先要解决好船用钢板的 切割下料技术更新要形成火焰切割、等离子切 割和激光切割三足尉立的局面；其次，焊接电弧 跟踪技术要有成熟的实用技术.4.2超厚钢板及薄扳的焊接随着大型集装箱船和海洋工稈等开发建造，钢 板耳度和强度不断增大,要求更高的低温刼性以往 的FCB等焊接法满足不了其焊接要求，需要针对钢 板的种类来研发合适的烬接工艺.在海洋工程模块等结构上.36mm的薄板有 较多的应用焊接后容易产生变形，因此在现有焊接 技术基础上

16、要研究合适的薄板结构焊接技术，减少 焊接变形坦玄扬农临何点水 伽如 悍技术 和CQ气彳法、坡口、材料焊：兰.另外一个途名旱接技术等,激光：m得到应用.4. 3 焊接 TR/ATX»P5精度借理是精益思患的蛋要特征.造船精度 管理就是用数理统计的方法通过对造船生产过程 中的加工公差和焊接热变形的精度控制，用补偿最 代替余就的办法，减少造船加工、装配和焊接中的 无效劳动.日本船厂一般都在制造部下设精度管 理班，负责组织和推进全厂的造船精度管理.精度 竹理可以极大地减少造船生产过程浪费，减少无效 劳动，降低作业难度，实现高效焊接，提高产品 质血5结论总结了我国船厂现行的部分高效焊接方法和技 术提出一些目前高效焊接需耍解决的难题.应结 合实际生产，试验研究焊接工艺技术，提高焊接效 率研究开发适合不同船型的便携、简易的机械化、 自动化焊接设备；努力开发国产