高效焊接技術在化學品船建造中的應用

朱 池

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 無錫 214433)

0 引言

在船舶行業(yè)市場中，船東、船檢和船舶企業(yè)各方對產(chǎn)品建造效率和質量要求越來越高，其中焊接技術是船舶建造的關鍵工序之一，是評價產(chǎn)品質量和工效的重要指標。高效焊接技術的推廣使用，有利于縮短船舶產(chǎn)品建造的工時[1]。隨著工業(yè)技術、計算機和新材料冶煉技術發(fā)展的日益精進，焊接設備由手工或半自動逐漸走向機械化、智能化和環(huán)保節(jié)能化。焊條電弧焊絕大部分被CO2藥芯焊所替代，出現(xiàn)了平面/曲面分段制作流水線；還有船舶企業(yè)進入仿形機械手臂、門架式的自動焊接裝備階段，甚至趨向實現(xiàn)智能車間中的船舶焊接技術。船舶建造中高效焊接技術的廣泛應用，不僅能提高工效、焊接質量和造船精度，還能減少焊接變形和焊材消耗。

本文分析了各種高效焊接裝備、工藝方法、工裝輔助、圖紙設計等方面在55 600載重噸化學品船建造中的應用情況，發(fā)現(xiàn)只有提升高效焊接技術應用，才能提高船舶建造效率。

1 55 600載重噸化學品船簡介

55 600載重噸化學品船是航行于無限航區(qū)裝載二類化學品、成品油并由低速柴油機驅動的單機單舵的油化船。該船主要參數(shù)為：總長182.8 m，型寬35 m，型深10.5 m，航速14 kn，續(xù)航能力16 000 n mile；貨艙滿載設計比重為1.025 t/m3,部分裝載時貨物的最大密度為1.530 t/m3；入LR船級社。該船貨艙區(qū)為雙底、雙殼及1道帶頂墩和底墩的中縱槽型艙壁。貨艙被水密縱、橫槽型艙壁分隔為10對貨艙和1對污油艙。貨艙區(qū)的邊艙與底艙被分為6對專用壓載艙。艏尖艙兼作壓載艙與沖洗淡水艙或空艙。貨艙區(qū)的縱向底墩下的雙層底作為管弄。機艙及5層甲板室位于艉部。貨艙及污油艙采用特涂。貨油系統(tǒng)的設計與建造滿足閉式裝載、卸貨、取樣和備用測深。每個貨艙/污油艙設有獨立的貨管，并配有獨立液壓式潛液泵，可同時裝載22種貨品；本船的惰性氣體由氮氣發(fā)生器提供。

2 55 600載重噸化學品船的焊接

2.1 HCD500-6型自動焊接小車實現(xiàn)全位置焊接

HCD500-6型自動焊接小車是一款多功能焊機見圖1，其焊槍夾頭可沿焊接方向偏轉一定角度。焊接時,調中功能可隨時調節(jié)焊縫位置, 小車具有磁吸附離合手柄，運行平穩(wěn)，操作方便。

圖1 HCD500-6型自動焊接小車

在55 600載重噸化學品船的建造中，這款全位置焊接小車不僅在分段上完成了板對接的平焊、橫焊及立焊焊接，還完成了中組與船臺搭載過程中的板縫對接焊接。焊后的宏觀形貌見圖2。焊縫外觀成形美觀，焊接接頭數(shù)量少，無明顯的裂紋、未焊透等缺陷。對對接焊縫進行超聲波探傷抽檢，其合格率達95%以上。

圖2 焊縫宏觀形貌

全位置焊接小車焊接工藝擺脫了繁重的CO2手工焊操作。全位置自動焊接小車和CO2半自動焊在相同時間、相同焊材和工況下進行了對比分析，見表1。從表中得知，在相同的工作條件下，全位置自動焊接小車的工效提高了約20%。這不僅改變了原來裝焊的工序，也降低了工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。

表1 全位置焊接小車和CO2半自動藥芯焊工效比較

綜上，HCD500-6型全位置自動焊接小車操作簡單易學，可實現(xiàn)一人操作多臺設備，并且在長時間工作的同時能夠保證較高的焊接質量，工作效率高，在55 600載重噸化學品船的焊接中起到了至關重要的作用。

2.2 垂直氣電焊實現(xiàn)合攏縫焊接

眾所周知，垂直氣電立焊是一種適用于中大型船舶建造的高效氣渣保護焊接方法，一般應用于舷側外板垂直位置的合攏縫焊接。經(jīng)過多次試驗發(fā)現(xiàn)，此工藝方法應用到斜面(角度≥45°)上效果非常好，如化學品船槽型艙壁底凳斜板與底邊艙板中組縫的焊接。

經(jīng)過現(xiàn)場統(tǒng)計，斜板垂直氣電焊的工作效率要比手工CO2氣體保護焊高1.8倍左右。隨著船板的厚度和合攏縫的長度增加，斜坡板垂直氣電焊的高效優(yōu)勢會更加明顯。

2.3 SDYC-2-2-L型微型焊機實現(xiàn)橫角焊焊接

在55 600載重噸化學品船的建造中還使用到SDYC-2-2-L自動橫角焊機，配松下焊接設備，見圖3。該焊接設備特點為：自動角焊機體積小，重量輕，便于攜帶；小車回輪行走，速度均勻且無磁性，因而飛濺少，焊縫均勻；操作簡單容易，便于焊工掌握；始端和終端殘余量少，總共150 mm；適用范圍廣，最適合長焊縫焊接；焊接速度快，熱輸入低，變形小。

圖3 微型自動橫角焊機SDYC-2-2-L

經(jīng)焊接設備調試、焊接工藝試驗、焊接工藝評定認可、模擬實船和實船應用等工作后得出：用SDYC-2-2-L自動橫角焊機進行平角焊，焊接效率大大提高。普通自動角焊機的最高焊速約為400 mm/min，而SDYC-2-2-L自動橫角焊可達到1 000 mm/min以上。這對于薄板焊接減小焊接變形是非常有利的。引進的微型自動橫角焊機SDYC-2-2-L及焊材，應用于中小型船廠的型材與大板間的橫角接縫是適宜的，并具有先進性。此焊接技術擺脫了繁重的手工焊操作，解決了普通橫角焊效率低、易出現(xiàn)氣孔的問題，更顯其優(yōu)越性；同時也比普通自動角焊機小且輕；高速焊接時，氣孔對焊接速度不敏感。TM-70C焊絲耐預涂底漆性能優(yōu)異，又兼有藥芯的高熔敷效率，為高速角焊縫的推廣應用提供了一個新的研究思路。通過實踐證明，微型高速橫角焊工藝不僅具有工效率高、操作方便和焊縫質量優(yōu)的優(yōu)點，還減少了船舶的水平分段型材焊接工時。

2.4 氬-氣連焊實現(xiàn)不銹鋼管系自動焊接

不銹鋼管系自動TIG焊是氬-氣連焊的焊接設備。焊接電源為EWM Phoenix 451puls型逆變MIG/MAG分體式焊接電源，帶脈沖焊功能[2]。

手工氬弧焊時為避開管子底部位置的仰焊，采用管子翻身的方式。每層焊道至少有兩個接頭，焊縫質量由焊工技能來保證，RT拍片合格率不穩(wěn)定。

當采用自動TIG焊工藝時，管子借助變位器焊接無需翻身，焊槍始終處在平焊位置。這樣每層焊縫均一次焊完，只有1個接頭[3]；焊縫外觀美觀，一次RT拍片合格率達到99.5%以上。自動TIG焊每個接頭的焊接時間為8～12 min，工效是手工TIG焊的2.5倍左右，生產(chǎn)工效得到大幅度提升。

管系自動TIG焊工藝適合管徑≥76 mm且壁厚≥3 mm的管對接。

2.5 混合自動焊

在55 600載重噸化學品船建造中，平直分段中組或船臺搭載的大合攏接縫通常采用手工CO2陶瓷襯墊的單面打底、填充和蓋面焊接，或者采用手工藥芯焊絲CO2氣體保護焊+埋弧焊蓋面。手工CO2襯墊焊打底填充焊接效率低，焊縫接頭多對焊縫質量保證非常不利。為此，焊接平直大接縫采用全位置焊接小車打底+埋弧焊填充蓋面工藝。

該新工藝能減輕工人勞動強度和降低工人操作技能，焊縫接頭數(shù)量減少，為船舶建造生產(chǎn)贏得了時間，并節(jié)省返工成本。

焊接試驗證明：全位置焊接小車+埋弧自動焊混合焊工藝是可行的，焊縫表面成形和內在質量均良好，接頭的力學性能均滿足船級社規(guī)范要求。

實船應用表明，全位置焊接小車+埋弧自動焊混合焊工藝不僅生產(chǎn)效率、焊縫質量優(yōu)于CO2半自動襯墊焊，還能縮短船臺焊縫合攏生產(chǎn)周期，節(jié)約焊材消耗和工時。

3 實現(xiàn)高效焊接的幾點建議

3.1 優(yōu)化船舶結構設計

遵循中國船級社規(guī)范的要求，在進行船體結構設計和實際建造時，盡可能減少焊縫數(shù)量，在規(guī)范允許的情況下盡量減少全熔透焊接，采用深熔焊或者自然坡口焊。在船舶構件組立裝配中，裝焊順序需要優(yōu)先考慮高效焊接的方法的可達性和實用性。

3.2 增加磁力工具使用

在型材裝焊中，盡量使用磁力裝配工具，減少馬板裝配和定位焊位置。這有利于埋弧拼板焊接，也有利于全位置焊接小車的操作。

3.3 增強精度管理技術的應用

在制作各個搭載階段，通過推廣應用全站儀結合精度管理軟件的數(shù)據(jù)測量分析技術，利用預修整及分段無余量搭載等精度管理技術，從焊縫裝配間隙控制容差，使高效焊接方法在船舶建造中得到大范圍使用[4]。

3.4 提升曲面分段焊縫高效焊的應用

對于艏部、艉部、舷側等曲線分段的焊接，拼板對接焊縫角度不超過15°時，優(yōu)先使用混合焊(CO2氣體保護藥芯焊+埋弧自動焊)焊接工藝。先采用CO2藥芯焊接，加陶瓷襯墊；再采用埋弧自動焊焊接的方式。也可以應用全位置焊接小車配合軟軌道進行曲面對接焊縫焊接。對于內部結構的焊接，可以逐步實現(xiàn)示教便攜機器人焊接。

3.5 加強高技能人才隊伍建設

高技能焊工是船舶高效焊接大力推廣的關鍵。根據(jù)相關統(tǒng)計，修造船企業(yè)的外包隊伍焊工占比較大，其技術水平、職業(yè)素養(yǎng)決定了船舶產(chǎn)品質量、生產(chǎn)進度和高效焊接技術推廣。因此，需要從焊工等級和職業(yè)素養(yǎng)大力培訓，做好高技能人才“師帶徒”工作；應根據(jù)船舶共同規(guī)范和行業(yè)標準，組織船東、船檢、公司管理和作業(yè)人員進行培訓，提高焊工的焊接技術，并在制作車間門口展示成形好的焊縫標準試樣以供參觀學習。

3.6 加強船企交流和高校合作

通過調研國內外先進船企高效焊接技術，找到適合自身生產(chǎn)實際情況的高效焊接方式；同時與研究所、大學和設備廠商進行合作，找出適合自身需求的焊接流水線、焊接智能制造和高效焊接設備。

4 結語

在55 600載重噸化學品船的建造過程中，采用HCD500-6型全位置焊接小車、SDYC-2-2-L型自動橫角焊機、氬-氣連焊設備進行焊接，再配合埋弧焊、垂直氣電焊、TIG焊、混合焊等焊接方法，獲得了較高質量的焊縫，提高了工作效率，節(jié)省了制造成本。

對于實現(xiàn)船舶高效焊接提出了幾點建議，目標明確是推廣高效焊接技術的先決條件，組織落實是推廣高效焊接技術的重要保證，積極開發(fā)和消化先進技術是推廣高效焊接的關鍵所在，加強培訓和提高素質是推廣高效焊接技術的主要手段，強化制度和制度到位是推廣高效焊接技術的根本措施。