浅析船舶及海洋工程高效焊接技术

浅析船舶及海洋工程高效焊接技术

李玉丰

 大宇造船海洋（山东）有限公司

摘要：随着船舶市场的竞争，船东和船厂越来越重视船舶建造进度和焊接质量。焊接作为船舶建造的主要工序，是衡量船舶质量的重要指标之一。高效焊接技术的应用范围和效率影响着船舶建造进度。随着材料技术的成熟、焊接技术的稳步发展和焊接设备自动化程度的不断提高，国内外船厂都在努力提高焊接自动化程度。过去采用的手工焊接操作已基本被CO2气体保护焊取代，并逐步进入流水线和机械臂自动焊接阶段。高效焊接技术在船舶建造中的应用和推广，不断提高劳动生产率，降低成本，提高焊接质量，减少焊接变形，提高造船精度。

关键词：海洋工程高效焊；焊接质量；精度控制；

在现代船舶建造过程中，对于高效焊接技术的依赖越来越高，这也是各类船舶设计以及建造工艺不断提高的必然结果。对高效焊接技术在现代船舶建造中的应用情况以及推广情况进行了分析，强调了加大高效焊机技术应用和推广工作的重要性，分析明确了高效焊接技术在应用以及推广中的不足、短板，并针对相关问题和不足提出了优化改进的策略和方法。

一、高效焊接技术的应用推广价值

1.保证船舶的安全性、稳定性、实用性。现代社会，船只向着大型体积、大量载重的方向发展，动辄几万吨、几十万吨级别的大型货轮或者舰艇开始大量装备。这种大型船只的自重大、体积大、载重大，其对船只焊接工艺的要求也就越高。比如船体龙骨、甲板、船壳、船体内部各类管道等的焊接加工，其质量表现直接影响船体的承重能力和抗击风浪等的能力。如果一艘船只的焊接质量不理想，存在焊点不稳固、脱焊、漏焊、焊缝过大等情况，那么在载重过大，或者高速机动，或者面对海啸冲击的情况下就很可能出现局部开焊、船体崩裂的情况，其对船只的安全性造成的影响是致命的。即便没有发生明显的开裂，也很可能导致船只留下暗伤，需要频繁进行维修，加大船只维护保养的成本，同时严重的缩短船只使用寿命。高效焊接技术的应用，则可以有效解决这方面的问题，保证船舶的安全性、稳定性、实用性。

2.提高船舶企业的竞争力。随着中国各类港口的建设发力，以及海上丝绸、对外贸易等的发展，使得中国船舶制造业也迎来新的发展机遇。但是，在各类船舶制造企业之间也存在着激烈的竞争。在国家以及各类企业公布的船舶建造以及采购招投标项目中，可以发现很多招标项目都对投标企业的技术条件、相关资质提出了更高的要求。如果技术条件不过关，连参加竞标的条件都没有。可以说，技术条件已经成为行业优胜劣汰的重要标准，也成为船舶企业突围的主要途径。大力推动高效焊接技术的应用和推广，可以有效提高船舶制造企业的技术水平和产品质量，为船舶企业争取更多的业务机会和客户资源，这对于提高船舶企业的竞争力也是有重要作用的。

3.可以降本增效，服务生产。船只建造是一个大工程，需要大量使用各种耗材。具体到焊接技术上来讲，传统焊接技术存在焊接质量差、焊接效率低、焊材消耗量大等问题。在大型造船企业常年焊接施工作业的过程中，耗材方面大量消耗所造成的成本压力很大。落实高效焊接技术，可以有效降低各类焊条焊材等的消耗量，同时也可以降低焊接设备等的老化率、损伤率、故障率，这对于降低生产成本、提高生产效益是有积极作用的。

二、船舶与海洋工程高效焊接技术

1.气体保护焊。（1）T.I.M.E.焊。T.I.M.E.焊（Transferred Ionized Molten Energy）是在原有的MAG焊基础上通过增大焊接电流，增加电阻热，采用高的送丝速度与其高的熔化速度匹配，并采用四元保护气体来进行保护，实现高速焊接下的高熔敷率。此方法有如下优点：1）采用大干伸长焊接，熔敷率、焊接生产率均有所提高。2）采用四元气体保护法，接头的低温韧性有所改善，焊缝金属中S、P杂质含量下降，优化了接头力学性能。3）由于熔滴过渡方式是射流过渡，故可较好的实施全位置焊接。目前，这种高效的焊接方法已在机械工程、建筑钢结构、起重机械等制造行业得到实际的应用。船厂应用较少，其原因可能如下：一是TIME焊设备昂贵，所需保护气体中氦气含量高，我国是氦资源贫乏国家，导致气体成本高；二是国内没有专门的TIME焊丝生产厂家，焊丝均依靠进口。（2）TENDEM双丝焊国内一些大型企业为提高重要构件的焊接效率和质量，增强在国内外市场的竞争能力，当前逐渐开始从国外引进双丝高效自动焊装备。国内大多数关于双丝TANDEM焊的研究都是在汽车、机械工程方面，船舶方面的研究较少。目前，只有熔盛重工进行了造船拼板的TANDEM双丝焊试验，结果表明：TANDEM焊接工艺能够满足船厂的拼板要求；对组对时预留间隙、母材种类适应性较强；热输入低、变形小；焊接效率高，速度快。（3）自动立焊机和自动角焊机1）自动立焊机。国内早已对气电立焊的设备、工艺和应用进行了研究。目前，国内大多数大中型船厂已在使用这项技术，避免了传统工艺中的焊接断点，提高了焊缝的可靠性；一次焊接双面成形，减轻了劳动强度，大幅度提高焊接效率（比手工焊条焊提高效率6~8倍）和质量。2）自动角焊机。船舶结构中，角焊缝所占有的比例较高，因此提高角焊缝焊接的自动化程度特别重要。自动角焊机优点：自身体积小、重量轻，焊接质量好，速度快，生产率高。还可以通过改变角焊机的结构，使得多焊缝同时焊机，焊接效率提升6~10倍（如船体纵骨自动角焊机可同时焊机8条焊缝）。

2.埋弧焊。（1）双（多）丝埋弧焊目前，大多船舶建造所采用的双（多）埋弧焊方法主要有：FCB法焊剂垫双丝单面埋弧焊、FCB法焊剂垫三丝单面埋弧焊、RF法热固型焊剂垫双丝单面埋弧焊、FAB法软衬垫双丝单面埋弧焊、双丝单面埋弧焊与半自动CO2衬垫单面焊混合焊。（2）埋弧横焊。埋弧自动横焊技术，是主要针对横向焊缝的焊接研制出来的。国内大多的研究都是针对储气罐、油罐，针对船舶立板横焊的研究很少。目前在大多船厂中，埋弧横焊主要应用在船体侧板的组装。与手工焊相比其能够实现自动化焊接，焊接质量好，劳动强度低，一次焊接板厚大；增加焊丝数目还可以进一步提高焊接效率、所焊板厚和生产率。

3.激光焊接。纯激光光斑直径很小，熔池的搭桥能力比较差，对焊缝缝隙的宽度要求十分严格，同时在焊接过程中易形成等离子体，导致稳定性变差，实际利用率非常低。但是激光电弧复合能够克服激光和电弧各自的缺点，综合各自的优点起到1+1>2的效果，使得装配间隙由0.3 mm增大至1 mm。目前，欧洲的部分船厂已经装配了船舶激光焊接生产线，如德国的Meyer船厂和Blohm+Voss船厂以及意大利Fincantieri造船厂。国内激光—电弧复合焊接的研究大多在高校和研究所，还在试验阶段，船厂真正的激光焊接应用还没有开始。

4.机器人焊接。焊接机器人由于其具有焊接性能可靠、焊缝质量优良、焊接参数调整方便、生产效率高、柔性好等特点，在造船和海洋工程中得到越来越广泛的应用。国外在这方面早就进行了研究，已经在造船业尝试使用机器人了，船坞上船体外板对接焊缝的焊接以及管子车间中管子与管子和管子与法兰的焊接等。目前，国外的大型造船厂已批量应用焊接机器人。国内外高桥造船，江南船厂等已经引入焊接机器人；上海振华重工也自发研制了箱型梁焊接机器人，当前尚未全面普及。

总之，高效焊接技术的应用及推广，是以船舶产品为载体，以增加高效焊接设备为基础，以精度控制技术为辅助，增加高效焊接方法为途径，提升船舶产品的高效焊使用率，减少对熟练焊工的依赖，提高焊接质量，把稳定质量作为高效焊接实施推广过程的主线，降低劳动成本。

参考文献：

［1］黄浩宇.船体工艺手册.2019.

［2］刘东平.浅谈船舶及海洋工程高效焊接技术.2021.