制造船業(yè)應(yīng)用先進(jìn)焊接技術(shù)

李洪斌 劉宏濤 畢見(jiàn)亮

摘 要：在我國(guó)造船業(yè)，焊接工藝是焊接施工中不可缺少的系統(tǒng)工程。在操作中，焊接材料、焊接設(shè)備和焊接人員是必不可少的。焊接施工中的缺陷是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素，探索解決焊接質(zhì)量問(wèn)題的辦法，從各個(gè)方面提高造船焊接質(zhì)量對(duì)促進(jìn)中國(guó)船舶工業(yè)發(fā)展意義重大。

關(guān)鍵詞：造船業(yè);焊接技術(shù);應(yīng)用

隨著船舶市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，船東和船廠越來(lái)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。

一、現(xiàn)階段常用的高效焊接技術(shù)

焊接作為制造業(yè)最為常見(jiàn)的一種施工技術(shù)已經(jīng)得到了充分的發(fā)展。我國(guó)作為船舶制造業(yè)大國(guó)將高效焊接技術(shù)應(yīng)用在船舶制造業(yè)中具有重要意義。目前，我國(guó)船舶制造業(yè)中最為常見(jiàn)的高效焊接技術(shù)主要有以下幾種：焊條電弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、埋弧焊、不銹鋼焊、活性氣體保護(hù)焊等。

1.焊條電弧焊。焊條電弧焊的焊接方式主要有兩種，即向上立焊與鄉(xiāng)下立焊。

向下立焊的焊接效率是向上立焊效率的1倍以上。所使用的焊條也主要有兩種，即鐵粉焊條與重力焊條。鐵粉焊條的工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單。鐵粉焊條焊接工藝可以通過(guò)提高熔敷效率實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率的目的。與傳統(tǒng)焊接工藝相比，鐵粉焊條焊接工藝的工作效率可以提高到150%。重力焊條焊接工藝也以高效鐵粉焊條為焊接材料，其熔敷率可以達(dá)到130%～180%。

2.二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊所使用的焊絲有兩種，即：實(shí)心焊絲與藥芯焊絲。目前，我國(guó)的氣體保護(hù)焊所使用的實(shí)心焊絲品種較少，需要進(jìn)一步擴(kuò)充實(shí)心焊絲品種。在研發(fā)新的實(shí)心焊絲時(shí)必須要進(jìn)一步優(yōu)化焊絲的結(jié)構(gòu)、提高性能，減少飛濺等問(wèn)題。此外，實(shí)心焊絲還應(yīng)該具有防銹、潤(rùn)滑等功能。藥芯焊絲是目前二氧化碳保護(hù)焊中最為常用的材料之一，具有焊道美觀、飛濺小、電弧穩(wěn)定、全位置焊接、熔敷效率高、工藝性能良好等優(yōu)點(diǎn)，是一種現(xiàn)階段被廣泛應(yīng)用到船舶制造的一種高效焊接工藝。

3.埋弧焊。埋弧焊焊接工藝主要應(yīng)用在平板平直焊縫中。其具體的焊接工藝又有單絲埋弧焊、多絲埋弧焊、窄間隙埋弧焊等幾種焊接工藝。其中最為常見(jiàn)的焊接工藝有FCB焊接法與FAB焊接法。FCB焊接法主要應(yīng)用在平面分段流水線焊接工作中，速度較快。最高速度可以達(dá)到1500mm/min，F(xiàn)AB焊接法是一種單面埋弧的自動(dòng)焊接法。最大的特點(diǎn)是易于操作。目前該焊接工藝主要被應(yīng)用在曲面鋼板拼接、船臺(tái)合攏階段的甲板大口焊接。

4.不銹鋼焊。不銹鋼焊接工藝常見(jiàn)于不銹鋼管以及相關(guān)附件的角接、對(duì)接等操作中。不銹鋼焊接工藝主要以CO2氣體或者CO2與Ar混合氣體為電弧介質(zhì)。焊接方法有自動(dòng)焊接與半自動(dòng)焊接兩種，此外鎢極氬弧焊等焊接方法。

5.活性氣體保護(hù)焊。活性氣體保護(hù)焊是利用CO2與Ar混合氣體為電弧介質(zhì)的自動(dòng)焊接技術(shù)或半自動(dòng)焊接技術(shù)。活性氣體保護(hù)焊被廣泛應(yīng)用在不銹鋼的焊接工作中。該焊接技術(shù)具有焊接速度快、效率高、焊接質(zhì)量較好等優(yōu)點(diǎn)。

二、船體結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量及缺陷分析

船體結(jié)構(gòu)所存在的焊接缺陷比較多，依焊縫位置不同，可將其分為內(nèi)部缺陷和外部缺陷，其中內(nèi)部缺陷主要包括氣孔、夾渣、焊接裂紋、未焊透、未熔合等情況;外部缺陷主要包括焊縫外形與尺寸與要求不符、咬邊、焊瘤等情況。在船舶建造過(guò)程當(dāng)中，影響船體結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的原因有很多，如焊接設(shè)備及技術(shù)落后、焊接工藝參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、所使用材料質(zhì)量不合格、坡口加工、天氣情況等，任一環(huán)節(jié)的處理出現(xiàn)問(wèn)題或未科學(xué)處理，都可能會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷，影響焊縫質(zhì)量。

三、船舶制造中焊接質(zhì)量問(wèn)題的影響因素及其解決

措施

1.氣孔。在船舶制造的焊接過(guò)程中，焊接時(shí)所產(chǎn)生的氣孔是一種常見(jiàn)而普遍存在的問(wèn)題，這是由于在焊接施工的過(guò)程中，部分熔池內(nèi)的氣泡沒(méi)有充分、及時(shí)溢出，在船體金屬材料逐漸冷卻凝固的過(guò)程中，這些留存在熔池內(nèi)的氣泡就成了空穴，成了焊接質(zhì)量缺陷。造成這種焊接質(zhì)量問(wèn)題的影響因素，主要在于以下幾點(diǎn)：焊接的邊緣部位殘留有水分、金屬銹蝕或油漬。焊接施工操作沒(méi)有依照規(guī)定的程序和流程，進(jìn)行嚴(yán)格的焊接操作施工，導(dǎo)致焊接的焊條的烘焙度不足。焊接施工操作時(shí)存在焊芯銹蝕的現(xiàn)象。焊接施工中的電壓控制不合理。對(duì)于焊接中產(chǎn)生的氣孔缺陷性問(wèn)題，要注重對(duì)焊接截面的合理控制，并根據(jù)焊接的施工情況，選取針對(duì)性的措施，以規(guī)避氣泡的產(chǎn)生。

2.夾渣。在船舶制造的焊接施工過(guò)程中，這種夾渣現(xiàn)象和問(wèn)題會(huì)極大地降低焊接的致密性，同時(shí)也降低焊接部位的強(qiáng)度，不利于船舶制造的整體質(zhì)量的提升。出現(xiàn)這個(gè)焊接質(zhì)量問(wèn)題的影響因素，主要包括有以下幾種：焊接的施工速度控制不當(dāng)，出現(xiàn)焊接過(guò)快的現(xiàn)象。焊接施工過(guò)程中的電流過(guò)小，也會(huì)導(dǎo)致夾渣現(xiàn)象的出現(xiàn)。焊接施工過(guò)程中，如果焊縫的邊緣有氧割，也會(huì)出現(xiàn)夾渣的問(wèn)題。對(duì)于焊接中出現(xiàn)的夾渣缺陷性問(wèn)題，首先要選擇適宜的坡口尺寸，整理并清潔焊接的邊緣部位;然后還要注重控制好焊接施工的速度，確保焊接施工中的融化狀態(tài)與焊接的匹配性。

3.咬邊。在船舶制造的過(guò)程中，焊接材料存在凹陷的現(xiàn)象，就會(huì)使焊接出現(xiàn)接頭，使焊接連續(xù)的強(qiáng)度無(wú)法達(dá)到規(guī)定的要求和標(biāo)準(zhǔn)，從而降低船舶制造的質(zhì)量。產(chǎn)生這種焊接質(zhì)量問(wèn)題的因素，主要體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：焊接施工過(guò)程中的焊接速度控制不當(dāng)所導(dǎo)致的，如果焊接的運(yùn)動(dòng)速度過(guò)快，則會(huì)使焊接出現(xiàn)“咬邊”的現(xiàn)象。焊接施工中的電流控制不當(dāng)所導(dǎo)致的。對(duì)于焊接施工中存在的“咬邊”缺陷性問(wèn)題，要認(rèn)真分析焊接施工中的荷載狀態(tài)、應(yīng)力狀況等，合理控制焊接的速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接軌道的平整度控制。

4.未熔合和焊透。在船舶制造中的焊接過(guò)程中，存在材料和焊件之間沒(méi)有充分焊接的現(xiàn)象，這種焊接問(wèn)題對(duì)于船舶制造的質(zhì)量有較大的影響。產(chǎn)生這種焊接問(wèn)題的因素主要表現(xiàn)為：焊接施工中的速度控制不當(dāng)，導(dǎo)致焊接速度過(guò)快而產(chǎn)生未完全熔合和焊透。焊接施工過(guò)程中的電流控制不當(dāng)，電流過(guò)小也會(huì)導(dǎo)致焊接未完全熔合和焊透。材料的直徑超過(guò)了一定的范圍，導(dǎo)致焊接時(shí)的坡度過(guò)小，無(wú)法充分熔合和焊透。對(duì)于這種焊接缺陷性問(wèn)題，要注意焊接施工的速度控制，使焊接的擺動(dòng)與熔合狀態(tài)相契合，同時(shí)也還要注意控制坡口的尺寸。

5.焊接裂紋。在船舶制造過(guò)程中的焊接施工之中，船舶結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大小不同的裂紋，會(huì)極大地影響船舶整體的美觀，也存在較大的安全隱患。其產(chǎn)生的影響因素主要在于焊接施工過(guò)程中的速度控制不當(dāng)以及焊接深度控制不當(dāng)。對(duì)于焊接裂紋的缺陷性問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)采用修補(bǔ)的方式，以減少焊接裂紋的擴(kuò)散。

四、結(jié)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(guò)程的主線，降低勞動(dòng)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃浩.船體工藝手冊(cè)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2015.

[2]國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì).IACS散貨船結(jié)構(gòu)共同規(guī)范[S].

[3]王穎，齊偉，田鳳玉等.船舶制造高效焊接[J].金屬加工（熱加）.