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船舶制造中高效焊接技术发展现状分析

2018-07-04

(1)CO2气体保护焊分为GMAW(实芯焊丝)和FCAW(药芯焊丝)。因其焊缝成形美观、电弧稳定、飞溅小等优势,药芯焊丝(f1.2mm)在船厂得到广泛使用,是最主要的高效焊接技术。尤其是采用背面贴陶瓷衬垫,单面焊双面成形工艺时,减少翻身工作量,提高焊接效率,降低成本,有利于减轻焊工劳动强度,改善工作环境。此工艺原则上应把装配间隙控制在5~8mm,以减小焊缝的熔敷量,我公司船体结构70左右的焊接工作由此工艺完成。公司常用设备为奥太NBC500、松下KRⅡ500、凯尔达ZX7400。
在半自动焊时,焊枪依赖焊工运转,此应用最广,适合全位置焊接。对于型材等位置的平角接缝,我公司采用CO2角焊小车,由于焊接参数已选定,焊枪随轨道运行,焊脚高度可控,所以焊缝成形不仅均匀美观,质量稳定,也可杜绝焊脚不当造成的浪费。公司对于立角焊小车装备,暂未引用。
(2)埋弧焊主要用于船体内底板、外板、甲板、纵壁等平直部位的拼板焊接,还用于内底板或甲板合拢对接缝。采用CO2打底 埋弧焊的混合焊接工艺,使焊接效率和质量得到大幅度提高。埋弧焊又分为单丝、多丝,具有熔敷效率高、熔深大以及机械自动化高、工作劳动强度低的优点。目前船企多数已采用了单丝焊,对于板厚14mm钢板可不开坡口,双面单道焊;厚板则需开坡口,一面焊完,反面碳弧气刨清根后再焊。对于双丝(多丝)焊,部分中大型船厂采用,其于坡口反面置一铜垫板,通过压缩空气软管等顶升装置顶紧,可以对较厚板进行正面施焊而形成反面焊缝,一次成形,减少翻身,效率更高。
(3)气电垂直焊主要用于船舶舷侧大合拢立对接缝和纵壁合拢立对接缝或立角焊缝的焊接。30mm厚度以下DH36级钢以下等级的船体结构钢单面单道焊即完全成形。操作简单,持有相应FCAW证书的焊工经培训后即可操作。
本工艺主要特点:①焊前需清除坡口边缘两侧50mm范围内的气割毛刺、金属飞溅物以及纵向接缝的焊缝余高,确保正面水冷滑块顺利滑移和反面衬垫贴紧。②安装衬垫时必须保证成形槽与坡口中心一致,衬垫之间推紧无间隙,衬垫紧贴钢板背面。③中间起弧、熄弧及接头处均应用气刨刨清后修补,补焊长度约100mm左右。尤其背面焊穿处,用气刨刨清缺陷后,再用焊条电弧焊或CO2气体保护焊填满缺陷空隙,重新起弧焊接。
(4)铁粉焊条直径大(f5.0mm),焊接电流大,操作简单、效率高。我公司常用金锚YZJ501Fe的铁粉焊条。
(1)高效焊接率目前我公司的高效焊接率约为96.5.一般情况下,焊条主要用于部件、分段装配点焊,不属于高效焊接,但我公司应用了GBE50181铁粉焊条,提高了装配效率。
(2)焊接自动化设备与生产线到目前为止,我公司研究并使用过的自动化方法主要有单丝埋弧焊、石棉衬垫单面埋弧焊(FAB法)、门架式双丝埋弧焊(HIVAS)、小车式双丝埋弧焊(见图5)、T型材自动装焊流水线(见图6)、平面分段纵骨装焊流水线、焊剂铜衬垫埋弧焊(FCB法,见图7)、垂直气电焊、高速双丝CO2气体保护焊、平角焊焊接小车、立角焊焊接小车及摆动式角焊小车等,焊接全自动化率约为28.3.
许志祥:目前国内主要的民用船舶如散货船、油船、集装箱船、LNG液化天然气船等产品船体结构主要的接头形式为对接接头(平对接、横对接、立对接)和T形接头(横角焊、立角焊),且根据船体建造的不同阶段,所采用的焊接工艺也有所区别,但采用的焊接技术基本以CO2气体保护焊为主,部分埋弧焊为辅,焊条电弧焊应用最少。
(1)拼板焊接拼板阶段的焊接技术以埋弧焊为主,目前应用较多的是双丝双面埋弧焊(见图9)和FCB法。双丝双面埋弧焊工艺对于22mm以下钢板不需加工坡口,因此不需进行大量的坡口加工,比传统的小车式单丝埋弧焊效率更高。  而FCB法则对于厚度10~35mm钢板焊接可一次成形,且不需翻身进行封底焊,因而拼板制作的效率最高,目前国内大多数船厂都有引进。但与双丝双面埋弧焊相比,FCB法存在单面焊双面成形的一些固有的焊接缺陷,如终端裂纹问题等,因此实际生产过程中必须采取有力措施严格监控终端焊缝质量。
(2)部装及分段焊接部装及分段阶段的焊接包括肋板部件焊接、纵桁板部件焊接、T形部件焊接、片段焊接,分段构架焊接及分段合拢焊接等,采用的焊接工艺有CO2半自动焊、CO2自动横角焊(见图10)、16电极双侧双丝CO2自动横角焊等(即16电极法,见图11)。该阶段的高效焊接技术主要是尽可能使焊接过程省力化和自动化,来达到提高焊接效率和质量的目的。
(3)总组及搭载焊接总组及搭载阶段的大接头以平对接和立对接为主,横对接较少,可采用如双丝MAG焊、气电立焊、CO2横对接自动焊工艺等高效自动焊工艺。但由于船体精度控制水平还存在许多不足,现场大接头的坡口间隙和坡口表面质量往往难以保证,因此特别是对于双丝MAG焊坡口间隙必须控制在3mm以内的高要求,平对接间隙较大时只能采用传统的CO2半自动焊打底加埋弧焊盖面的工艺。
在焊接方法方面:国内各船企主要采用气体保护焊,除了拼板使用埋弧焊以外,其他各个阶段广泛使用各种气体保护焊,焊条电弧焊所占份额逐步减少,目前主要用于工装、吊耳、修补及狭小空间等方面的焊接。
在焊接设备方面:随着高效焊接方法的推广和应用,高效焊设备的构成也在不断变化,目前能耗大、效率低的旋转式直流焊机基本上已被淘汰,形成了以整流交直流弧焊机、逆变弧焊机、CO2半自动焊机为主体的高效焊接设备格局。目前各个船企专用焊接设备也主要局限于多丝埋弧焊机、多头自动角焊机、垂直气电焊机、固定式管系专用焊机四个方面。
在焊接材料方面:随着焊接设备的机械化和自动化,药芯焊丝、实芯焊丝的用量逐年上升,仅去年我国药芯焊丝生产销售量达到50万t,造船行业占其生产销售量的85以上。目前药芯焊丝、实芯焊丝基本上90实现国产化,形成了品种齐全的焊丝体系,但在高速焊、多丝埋弧焊、超高强钢方面的专用焊丝还是完全依赖进口。