高效焊接技術(shù)在船舶建造中的應(yīng)用及推廣

洪森　彭茂清

摘 要：本文主要從高效焊接設(shè)備、工藝、精度控制要求、實(shí)施效果等多方面講述高效焊在船舶建造中的應(yīng)用，以及企業(yè)如何通過高效焊焊接技術(shù)的推廣來提高焊接質(zhì)量，提高造船效益。

關(guān)鍵詞：高效焊；焊接質(zhì)量；精度控制；效益

中圖分類號(hào)：U671.83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper expounds the application of high-efficiency welding in the process of shipbuilding production from the aspects of equipment， technology， precision control requirement and welding effect and how the shipyard improves the welding quality and shipbuilding efficiency through the application of high-efficiency welding.

Key words： Efficient welding； Welding quality； Precision control； Efficiency

1 前言

隨著船舶市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，船東和船廠越來越重視船舶建造進(jìn)度和焊接質(zhì)量，而焊接作為船舶建造的主要工序，是衡量船舶質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，高效焊接技術(shù)的應(yīng)用范圍、效率影響到船舶建造的進(jìn)度。隨著材料技術(shù)日益成熟，焊接技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展，焊接裝備的日益自動(dòng)化，國(guó)內(nèi)外船廠都在努力提高焊接自動(dòng)化程度。以前焊接使用手工焊操作現(xiàn)在基本上已被CO2氣體保護(hù)焊所取代，并逐步進(jìn)入到流水線和機(jī)械臂自動(dòng)焊接的階段。船舶建造高效焊接技術(shù)的應(yīng)用推廣，不斷提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降本生效，提高焊接質(zhì)量，減少焊接變形，提高造船精度。

2 高效焊接使用現(xiàn)狀及設(shè)備概況

2.1 CO2氣體保護(hù)焊應(yīng)用

在船體板縫方面，除少部分拼板采用埋弧焊或船塢搭載垂直氣電立焊外，其余大部分板縫均使用CO2氣體保護(hù)焊或CO2氣體保護(hù)焊+埋弧自動(dòng)焊。在結(jié)構(gòu)角焊方面，在原有平角焊縫采用自動(dòng)平角焊機(jī)外，其他通過引進(jìn)全位置角焊小車，并在結(jié)構(gòu)立角焊縫加大了立角焊全自動(dòng)應(yīng)用范圍。

2.2 埋弧自動(dòng)焊應(yīng)用

主要應(yīng)用在拼板焊縫，而平直胎架上拼板縫、橫艙壁分段制作壁板對(duì)接縫、分段總組及搭載雙層底內(nèi)底板對(duì)接縫、舷側(cè)分段內(nèi)縱壁對(duì)接縫、船塢搭載主甲板平對(duì)接縫等均采用的CO2氣體保護(hù)焊打底，埋弧焊填充及蓋面組合焊接等工藝。

2.3垂直氣電立焊應(yīng)用

主要應(yīng)用在船塢搭載平行舯體舷側(cè)外板、內(nèi)縱壁立對(duì)接縫焊接；橫艙壁與舷側(cè)分段壁板立對(duì)接縫、分段總組主甲板立對(duì)接縫等。

3 高效焊接推廣應(yīng)用優(yōu)化實(shí)施

3.1 CO2氣體保護(hù)焊和自動(dòng)角焊機(jī)推廣應(yīng)用

減少手工焊，提高高效化率主要從以下幾個(gè)方面入手：

（1）建立焊工實(shí)操培訓(xùn)車間，每年根據(jù)生產(chǎn)需求培訓(xùn)若干焊工，從理論和實(shí)際操作兩方面同時(shí)進(jìn)行培訓(xùn)取證，不斷提高焊工的技能水平和質(zhì)量意識(shí)；對(duì)于分段外板、內(nèi)底縱骨角焊縫，實(shí)現(xiàn)一人操作多臺(tái)角焊機(jī)焊接，為大力推廣高效焊和提高焊接質(zhì)量起到了一定的作用。

（2）現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制及建立QA、QC主要職責(zé)。其目的是加強(qiáng)焊接質(zhì)量意識(shí)，監(jiān)督焊接施工人員嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝要求，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題及時(shí)反饋到有關(guān)課室，以便能及時(shí)解決。

3.2 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的優(yōu)化

結(jié)合規(guī)范，對(duì)技術(shù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行工藝優(yōu)化，大量角焊縫由原先的全熔透優(yōu)化成深熔焊或者普通角焊，如優(yōu)化后的舷頂列板與甲板列板、內(nèi)縱壁板與上甲板角焊縫、雙層底LP16縱壁與內(nèi)底板、艙口圍圍板與主甲板等，全部實(shí)現(xiàn)了CO2全自動(dòng)焊操作。

3.3 磁力工具投入使用

內(nèi)場(chǎng)片體骨材裝配，引進(jìn)磁力裝配工具，實(shí)現(xiàn)無碼裝配，減少定位焊數(shù)量，全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)角焊機(jī)操作，減少手工焊條的使用，減少補(bǔ)磨，提高勞動(dòng)效率。

3.4 短距立對(duì)接縫高效化焊接工藝推進(jìn)

對(duì)于不利于采用垂直氣電立焊焊接的位置，且長(zhǎng)度大于0.5 m、沒有阻礙的立對(duì)接焊縫，引進(jìn)了全位置焊機(jī)和行走路軌，實(shí)現(xiàn)CO2全自動(dòng)焊，比如分段制作階段一些框架立對(duì)接縫，總組階段舷側(cè)分段外板與主甲板立對(duì)接縫，先采用半自動(dòng)CO2保護(hù)焊打底，然后采用全自動(dòng)焊焊接，如圖1所示。

3.5 低溫韌性高強(qiáng)度厚板工藝試驗(yàn)

主要是垂直氣電立焊焊接工藝評(píng)定：外板、甲板、內(nèi)縱壁板等均為高強(qiáng)度DH36鋼，厚度達(dá)26～30 mm，經(jīng)過對(duì)厚板垂直氣電立焊焊接工藝試驗(yàn)，確保厚板垂直板縫大量采用垂直氣電立焊焊接，同時(shí)對(duì)有線型的尾部外板，通過改進(jìn)工裝輔助，實(shí)現(xiàn)了垂直氣電焊操作如圖2所示，確保焊縫一次成型，不僅提高焊接質(zhì)量，而且可減少焊接變形量。

3.6 無余量搭載精度控制技術(shù)應(yīng)用

船塢搭載階段，通過預(yù)修整及分段無余量搭載等精度控制技術(shù)，有效控制角焊縫裝配間隙，特別是艙口圍與主甲板、內(nèi)縱壁與內(nèi)底板角焊縫等，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)角焊機(jī)操作。

3.7 厚板拼板焊接工藝實(shí)施

由于0.6 L區(qū)域內(nèi)貨艙主甲板板厚已達(dá)42～50 mm，厚板自動(dòng)焊拼板焊接在工藝試驗(yàn)不完善情況下，只能采用半自動(dòng)CO2保護(hù)焊焊接，雖然與埋弧自動(dòng)焊焊接均屬于高效焊，但效率不一樣，且CO2半自動(dòng)焊對(duì)焊工操作技能要求高，難保證焊接質(zhì)量。通過厚板的雙面埋弧焊焊接工藝評(píng)定，選擇合適的焊接電流、電壓、焊接速度，控制焊接參數(shù)、熱輸入量等工藝措施，確保厚板雙面埋弧焊的低溫沖擊性能滿足要求，同時(shí)對(duì)于船塢階段主甲板厚板平對(duì)接縫，開單V坡口，采用CO2保護(hù)焊焊接先打底焊，然后用埋弧焊填充及蓋面，更廣泛的推廣自動(dòng)焊。

3.8 短距T型材對(duì)接縫的焊接

對(duì)于T型材面板及腹板均開單V坡口，控制裝配間隙約5 ～ 6 mm，焊接形式采用單面焊雙面成型；對(duì)于短距壁板對(duì)接縫，同樣采用單面焊雙面成型，壁板對(duì)接縫焊后直接劃結(jié)構(gòu)線安裝構(gòu)件，解決了以往壁板采用正反面焊接需要兩次吊裝翻身再裝結(jié)構(gòu)流程，提高工作效率。

3.9 船塢階段橫對(duì)接縫的應(yīng)用

自動(dòng)小車在橫對(duì)接縫的應(yīng)用要組建有經(jīng)驗(yàn)、有技術(shù)的焊工團(tuán)隊(duì)專用自動(dòng)橫焊機(jī)外，還需在精度方面控制外板橫對(duì)接縫上口及下口坡口角度、間隙要求，通過搭載精度控制與預(yù)修整技術(shù)的應(yīng)用，提高坡口開設(shè)精度，間隙控制約在5 ～ 8 mm；坡口角度在40o±5o，避免了工人切割余量和坡口時(shí)容易割傷母材，通過控制精度，更好提高高效化。

3.10曲線分段板縫高效焊推進(jìn)

對(duì)于一些首部、尾部、舷側(cè)等曲線外板的焊接，焊接角度不超過15°時(shí)，選用組合型（氣體保護(hù)焊+埋弧焊）焊接工藝施工，先采用CO2單面焊雙面成型焊接形式，確保打底焊縫背面成型，然后采用埋弧自動(dòng)焊焊接，焊縫表面無需打磨等工藝措施。

3.11焊縫免打磨推進(jìn)

根據(jù)規(guī)范及船廠客戶報(bào)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，制作各種位置焊縫免打磨試樣，結(jié)合焊縫表面質(zhì)量要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工成型好的焊縫實(shí)現(xiàn)無需打磨，確保焊縫一次成型原樣，從而減少了焊縫返修及手工補(bǔ)焊。

4 成果水平評(píng)價(jià)及效益

（1）通過全面推廣CO2氣體保護(hù)焊，全船基本已采用高效焊設(shè)備焊接，手工焊僅在定位焊、焊縫修補(bǔ)、馬腳修補(bǔ)等小范圍內(nèi)使用。

（2）通過全面推廣CO2氣體保護(hù)焊，生產(chǎn)中通過優(yōu)化施工工藝，采用分離裝配法，長(zhǎng)直平角焊縫均采用CO2全自動(dòng)焊，焊縫成型美觀，焊接質(zhì)量良好，減少焊后的返修及修補(bǔ)。

（3）部分無結(jié)構(gòu)阻礙的普通立角焊縫，使用CO2全自動(dòng)焊，減小了對(duì)SⅡ類以上熟練焊工的依賴，而且焊腳尺寸符合質(zhì)量公差要求，焊縫成型美觀，質(zhì)量良好，減少了后續(xù)的補(bǔ)焊、打磨，減少焊條使用量。

（4）平直橫對(duì)接縫采用CO2全自動(dòng)焊，焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)已成功，在39K系列船的船塢搭載中已使用；

（5）船塢搭載或者分段總組平直立對(duì)接縫，對(duì)于板厚在30 mm（材質(zhì)：DH36）內(nèi)全部采用垂直氣電立焊焊接，船塢搭載板厚超過30 mm的舷頂列板立對(duì)接縫采用自動(dòng)立角焊機(jī)焊接。

（6）橫艙壁肋板、曲線外板對(duì)接縫實(shí)現(xiàn)了CO2半自動(dòng)焊+埋弧焊填充及蓋面。

（7）全船克令吊筒體、可倒立柱制作，通過簡(jiǎn)易工裝輔助，采用埋弧自動(dòng)焊焊接；管子制作焊接由原先的仰焊、垂直固定焊等較難焊接位置通過工裝輔助轉(zhuǎn)動(dòng)，全部改成了水平轉(zhuǎn)動(dòng)焊，降低了施工難度及提高了焊接效率。

（8）上建的平角焊縫為雙面間斷焊，通過引進(jìn)待間斷焊功能的全自動(dòng)平角焊機(jī)，將此類焊縫從CO2半自動(dòng)焊改為CO2全自動(dòng)焊，焊縫美觀，減少了補(bǔ)磨、補(bǔ)焊工作量。

（9）內(nèi)縱壁、內(nèi)底板、主甲板等平對(duì)接縫，根據(jù)工藝要求及優(yōu)化，碼板直接安裝在結(jié)構(gòu)面，非結(jié)構(gòu)面采用組合焊的焊接方式，CO2打底焊后再采用自動(dòng)焊焊接，有效提高經(jīng)濟(jì)效率。

（10）通過在實(shí)船上推廣高效焊，企業(yè)高效焊達(dá)94.6%，生產(chǎn)效率提高30%以上，焊接工時(shí)減少25%以上，節(jié)能達(dá)25%以上。

（11）通過使用高效焊，焊接質(zhì)量大幅提高，高效焊施焊的焊縫，焊縫出現(xiàn)返修狀況顯著下降。

（12）通過近幾年高效焊接技術(shù)的推廣應(yīng)用，在保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量的同時(shí)，確保了生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)按期完成，縮短造船周期，同時(shí)為提高生產(chǎn)效率帶來極大幫助。

5 有待深化的地方

（1）通過調(diào)研了解國(guó)內(nèi)外先進(jìn)船廠的高效焊接方法，繼續(xù)推廣適合生產(chǎn)實(shí)際的高效焊接。

（2）通過不斷培訓(xùn)，進(jìn)一步提高焊工掌握CO2氣體保護(hù)焊焊技術(shù)水平，提高焊縫一次成型，提高焊接質(zhì)量，減少焊縫返修。

（3）高效焊接要與焊接技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展相結(jié)合，公司各種大型焊接裝置的增置、焊接設(shè)備的引進(jìn)等應(yīng)考慮總體和長(zhǎng)遠(yuǎn)焊接發(fā)展，對(duì)于厚板拼板（EH36，t=50 mm）焊接，可考慮引進(jìn)雙絲埋弧焊機(jī)，擴(kuò)大高效焊應(yīng)用范圍。

（4）通過焊接試驗(yàn)，熟練并提高高效焊接設(shè)備的配套焊接工藝，培訓(xùn)操作人員，逐步建立穩(wěn)定隊(duì)伍，使高效焊有效使用，確保焊接質(zhì)量穩(wěn)定。

6 結(jié)束語(yǔ)

高效焊接技術(shù)的應(yīng)用及推廣，是以船舶產(chǎn)品為載體，以增加高效焊接設(shè)備為基礎(chǔ)，以精度控制技術(shù)為輔助，增加高效焊接方法為途徑，提升船舶產(chǎn)品的高效焊使用率，減少對(duì)熟練焊工的依賴，提高焊接質(zhì)量，把穩(wěn)定質(zhì)量作為高效焊接實(shí)施推廣過程的主線，降低勞動(dòng)成本。在實(shí)施過程與各部門相互協(xié)作配合、上層領(lǐng)導(dǎo)重視、支持密不可分！

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