船舶焊接技术的应用及其发展.docx

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船舶焊接技术的应用及其发展

引言

焊接技术在工业应用的历史不长，但是它的发展却是非常迅速的。

应用面之广也是非常广泛的。

在短短的几十年中焊接已在许多工业部门的金属结构中，如建筑结构，造船，车辆，压力容器以及航空工程中几乎全部取代了铆焊。

在船舶的建造中，焊接是其中的关键和支撑技术，焊接的总工时和成本各占船体建造的总工时和成本的30-40%，在各种产品制造工业中，焊接与切割（热切割）是一种十分重要的加工工艺。

据工业发达国家统计,每年仅需要进行焊接加工后使用的钢材就占钢总产量的45%左右。

焊接不仅可以解决各种钢材的连接，而且还可以解决铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接，因而已广泛应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、石油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术及建筑等部门。

1船舶焊接技术应用及发展

1.1船舶焊接工艺的应用及发展

1.1.1电弧焊

电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法。

它包括有：

手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等[]。

绝大部分电弧焊是以电极与工件之间燃烧的电弧作热源。

在形成接头时，可以采用也可以不采用填充金属。

所用的电极是在焊接过程中熔化的焊丝时，叫作熔化极电弧焊，诸如手弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、管状焊丝电弧焊等；所用的电极是在焊接过程中不熔化的碳棒或钨棒时，叫作不熔化极电弧焊，诸如钨极氩弧焊、等离子弧焊等。

1.1.2手弧焊

1.1.3埋弧焊

1.1.4钨极气体保护电弧焊

1.1.5等离子弧焊

1.1.6熔化极气体保护电弧焊

1.1.7管状焊丝电弧焊

1.1.8电阻焊

1.2船舶焊接材料的应用

我国船舶建造焊接材料基本实现了国产化，然而仍有部分焊接材料依赖进口，如船厂大型平面分段流水线上的多丝埋弧焊焊丝和焊剂，气电垂直自动焊工艺上的药芯焊丝，双丝MAG焊的焊丝以及建造特种船舶如LNG、LPG船、化学品船等所用的焊接材料。

高效焊材在船舶建造中发挥极其重要的作用，因此引起了世界各国的重视，不断研究开发出新的高效焊接材料。

进入新世纪，根据我国造船工业发展的需要，高效焊接材料会有更大的发展空间。

从发展的方向来看，可有以下几方面值得重视。

1.2.1手工电焊条

向下立焊焊条：

与立向上焊相比，效率提高1～2倍。

　　铁粉焊条：

熔敷效率可提高130%～240%，生产效率提高50%以上。

重力焊条：

采用高效铁粉焊条（一般直径为Φ5～Φ8mm，长度为550、700、900mm）。

生产效率是常规手工焊的6倍[]。

1.2.2气保护实芯焊丝

我国气保护实芯焊丝的品种太少（E49-1、E50-6），今后应大力扩大品种，同时也应进一步改进实芯焊丝的工艺性能，降低飞溅，成型美观。

如研制开发的活性实芯焊丝，表面活化处理，并具备防锈、润滑功能等。

1.2.3气保护药芯焊丝

从发展的趋势来看，药芯焊丝将是21世纪船舶企业的主要焊材，目前应用率已达到60%以上。

其特点为焊道成型美观、电弧稳定、焊接飞溅小、全位置焊接工艺性能良好、焊接熔敷速度快、生产效率高等。

为此，国内大部分船厂均实现了集中储罐式供气和焊接工位的焊丝盘托盘供应。

目前我国的药芯焊丝，无论是数量、质量、品种与国外相比均有较大的差距，应大力开发与研究：

如碱性药芯焊丝、自保护药芯焊丝、金属型药芯焊丝，以及水下药芯焊丝和不锈钢、耐热钢、耐酸钢、低温钢药芯焊丝等。

1.2.4其他焊接材料

随着我国焊接自动化程度的提高，将大力发展多丝MAG焊、垂直立焊、全位置管线MAG焊，以及机器人MAG焊等。

无论是实芯焊丝和药芯焊丝，在适应性方面都要进行大量的工作。

多丝埋弧焊也将有很大的发展空间，焊丝、焊剂，特别是烧结焊剂需大力发展。

单面焊双面成型的各类衬垫在高效焊接中也是不可忽视的。

1.2.5可持续发展的高效焊材

1.3船舶焊接设备的应用

1.4船舶焊接质量控制

在焊接过程中，由于焊接热源和焊接热循环的特点，使构件受热不均匀，从而使构件各部分金属在受热时的膨胀和冷却时的收缩各不相同，这样在构件中就产生了应力和变形。

例如：

在焊接钢制船体时，会引起船体结构的局部变形和总体变形。

如果焊后构件的变形超过了精度要求的允许值，就需进行焊后矫正变形处理。

有的变形经矫正后虽然可以达到精度要求，但耗资较大，有的干脆无法矫正，只好报废，造成浪费。

另一方面，焊后构件内部还会产生焊接残余应力，这种应力会影响结构的承载能力，影响焊后机械加工的精度，而且是引起焊接裂纹和脆断的主要因素。

焊接应力可以按不同的方法来进行划分：

按引起应力的原因可分为温度应力凝缩应力和组织应力；按应力存在的时间可分为瞬时应力和残余应力；按按应力作用的方向可分为纵向应力和横向应力；按应力在空间作用的方向可分为单向应力、双向应力和三向应力[]。

焊接变形的分类：

按结构的残余变形可分为局部变形和整体变形；按变形的基本形式可分为纵向变形、横向变形、弯曲变形、角变形、扭曲变形和波浪变形。

防止和减小焊接应力和变形可以从设计和工艺两方面着手解决。

在焊接结构设计时，不仅要考虑到结构的强度、稳定性以及经济性，而且还应考虑到制造工艺性，必须充分考虑焊接的特点来进行结构设计：

对称布置焊缝，并尽可能靠近结构中心线，以防止弯曲和翘曲变形；在保证结构强度的前提下，尽量减少焊缝长度和尺寸；适当采用冲压结构代替焊接结构；将焊缝布置在最大工作区域以外，以减小焊接残余应力对结构强度的影响；要考虑在装配焊接时，使用简单的装焊胎夹具的可能。

在焊接工艺的选择上，要采取合理的装配和焊接顺序：

尽可能让焊缝自由收缩；先焊收缩量大的焊缝；焊接平面交叉焊缝时应先焊横向焊缝。

其次要选择合理的焊接工艺参数：

根据焊接结构的具体情况，尽可能采用较小的焊接工艺参数，如采用小直径的焊条和偏低的电流，或虽电流较大但焊速较快，以减小焊件受热范围，从而减小焊接应力和焊接变形。

除此以外还可以采用“预热法”（在焊接前对焊件进行全部或局部加热，减少焊接区域与结构整体的温差，使焊缝区域与结构整体尽可能地均匀冷却，从而可减小内应力。

）、加热“减应区”法（在焊接或补焊刚性较大的焊接结构时，选择结构的适当部位进行加热使之伸长，然后再进行焊接。

）、敲击法（焊缝金属由于在冷却收缩时受阻会产生拉伸应力，为减小这种应力，在焊后的冷却过程中，用锤敲击焊缝金属，使焊缝金属产生塑性变形，以抵消焊缝的部分收缩量，从而起到减小焊接应力的作用。

1.5船舶焊接规范与节能环保

船舶电焊工要涉及电和高温明火作业，在工作过程中，首先要使用电器设备和焊枪，就有可能发生触电事故，电弧的强光、高热及飞溅，会引起灼伤、火灾、爆炸，还有在船体建造中焊工要登高作业，有坠落危险。

为了防止事故的发生，必须牢固树立“安全第一”的观念，严格遵守各项安全操作规程，做到在安全条件下生产。

船舶制造是综合性作业的过程，许多工种的工人同时施工，因此焊工在焊接前必须对周围情况了解清楚并做到“十不焊”：

焊工无安全操作证，又没有正式焊工在场指导，不能单独焊接；凡属禁火区，未经审批，又无安全措施，消防人员未到场，不能擅自焊接；不了解作业现场及周围情况，不能盲目焊接；不了解焊接物内部情况，不能焊接；盛装过易燃易爆、有毒物质的容器，未经彻底清洗，不能焊接；用可燃材料做隔层的设备、部位，未采取可靠措施，不能焊接；有压力或密封的管道、容器，不能焊接；附近堆有易燃易爆物品，在未经彻底清理或采取有效安全措施，不能焊接；作业部位与外单位相接触，在未搞清对外单位是否有影响，或明知危险而未采取有效的安全措施，不能焊接。

作业场所附近有与明火相接触的作业，不能焊接。

船舶焊接技术中的可持续发展

2船舶焊接技术的发展目标与措施

2.1船舶焊接技术的发展目标

进入21世纪以来，随着国际船舶市场的复苏，给我国船舶工业带来了新的发展机遇，尤其是我国加入了WTO以后给我国船舶制造业带来了更激烈的竞争和机遇，我们必须清醒地认识到我国船舶焊接技术还严重地制约着造船的产量、质量、成本、周期。

我国的船舶焊接技术与国外同行业先进水平相比，差距不是缩小，而是在继续拉大，日本已在20世纪末初步完成了造船焊接的机械化与自动化改造计划，20世纪90年代后期焊接机器人已批量应用。

以日本NKK（日本钢管）津船厂为例，造船车间小合拢工作站，设置了10个机器人，工作站占地8m×16m，1995年投入使用；中合拢焊接工作站设置了16个机器人,占地8m×32m,1994年投入使用；桥梁钢结构车间有3条机器人生产线，各配置6~8台机器人，1991~1994年投入使用。

该船厂已成为一个文明生产的场所，生产效率大大提高，造船周期不断缩短，从以上例子可以说明，国外船厂采用高新技术的决心和成效同样也给船舶焊接带来了新概念。

2.2船舶焊接技术的发展措施

要实现船舶焊接技术更新、更快地发展船舶工业要处理好以下几个关系。

1.处理好发展常规船舶与发展高技术、高附加值船舶的关系。

在船舶市场中油船、散货船和杂货船属常规船型，约占整个市场的70%，集装箱船约占15%~20%，而其余高新技术、高附加值船舶仅占少数。

因此，焊接技术也要大力发展适合不同船型的便携、简易的机械化、自动化焊接设备，同时要大力开发国产的适合各种船用材料的系列化高效焊接材料。

3.处理好自主创新与技术引进的关系，积极开展对外技术交流和技术合作。

4处理好发展船舶制造技术和与之相配套之间关键技术的关系如部分骨干船厂已引进的平面分段生产流水线和管子装焊流水线并发挥最佳效益

5.加强人员的培训，全面提高船舶焊接技术人员及焊工的素质，以适应现代化焊接技术的需要

3结论

随着我国劳动力资源日益紧张和成本的不断提高，将给船舶制造企业带来不小的压力。

但这也为船舶制造业高效焊接技术和机械化自动化焊接装备的推广应用带来了契机。

减少焊工与增加焊接设备投资，在两者费用达到某一平衡点的时候，采用机械化自动化焊接装备的利显然要比采用人工所带来的利大。

它一方面可大大提高生产设备的自动化水平，从而提高劳动生产率，同时又可提升企业的产品质量，提高企业的整体竞争力。

虽然机械化自动化焊接装备一次性投资比较大，但它的日常维护和消耗的人工费用小。

因此，从长远看，造船的生产成本还会大大降低。

参考文献