船舶材料与焊接

船舶高效焊接技术现状与发展

摘 要： 船舶焊接技术在现代造船工业中起到了十分重要的作用，因此随着现代工业的不断发展进步，各种新兴的高效焊接技术在不断的被研发改进。本文经查阅资料总结了，包括埋弧自动焊、CO2气体保护焊等在内的几项先进的船舶焊接技术以及焊接过程中经常使用的一些高效焊接材料，同时介绍了焊接机器人技术以及这项技术亟待解决的问题和发展前景。

关键词： 船舶高效焊接 船舶高效焊接材料 焊接机器人

一、前言

船舶焊接技术作为现代造船工艺中最重要技术之一，不同的高效焊接工艺方法具有不同特色，有的生产效率高，有的焊接质量好，还有的节约能源和材料。因此选择适合的焊接工艺对于缩短船舶建造周期，提高建造质量，提高建造能力有着极大的帮助。

高效、自动化程度高、低能耗、低污染是现代先进焊接设备所应具有的四大特征，为使现代工艺具有上述特征，经过技术人员不断的探究研发，从不同的层次和方向上大大提升的现代船舶焊接技术的发展。新兴的焊接技术不断的优化造船的模式，提高工作效率，在环境的保护上也取得了重大的突破。在过去的一段时间内，国内各大船厂围绕现代造船模式的总体要求，以推进造船总装化、管理精细化为重点，结合产品载体，将先进焊接技术及焊接自动化工艺装备在生产中发挥作用。[1]本文查阅资料整理了现代船舶焊接工艺，现代船舶焊接材料以及船舶焊接机器人在未来的发展道路和现在所面临的问题。

二、 船舶高效焊接工艺及焊接材料

高效焊接技术在造船业的领域的广泛使用，使原中国船舶工业总公司开始在各大船厂推广和应用高效焊接技术，经过几代技术人员的艰苦不懈的努力，不论是对焊接工艺、设备，还是焊接材料的研究，都取得了很大的成就，为提高船体建造质量，改善工人劳动条件，缩短造船周期起到了重要作用。经总结现代高效焊接方式有以下几种。

现代高效焊接总体可分为三大类：熔化焊、压力焊、钎焊。而广泛应用于现代造船的是熔化焊，在造船中的各种高效熔化焊接方法又可非为以下四类：

1.焊条高效焊接：

（1）铁粉焊条焊 （2）下行焊 （3）重力焊（4） 焊条衬垫单面焊。

2.埋弧自动焊：

（1）单丝双面埋弧自动焊 （2）焊剂铜垫多丝埋弧自动焊 （3）焊剂垫双丝埋弧自焊 （4）软衬垫双丝埋弧自动焊。

3.CO2气体保护焊：（1）CO2半自动焊 （2）CO2半自动衬垫单面焊 （3）CO2自动角焊 （4） 气体垂直自动焊 （5）多层气体垂直自动焊 （6）双丝单面MAG 焊。氩弧焊：（1) 非熔化极惰性气体保护焊 （2）熔化极惰性气体保护焊。

4.电渣焊：熔嘴电渣焊。

了解了总体分类后，我们来仔细了解一下埋弧自动焊和CO2气体保护焊。

埋弧自动焊：埋弧自动焊是船舶建设过程中使用最广泛的一种自动化焊接方法。与手工焊接不同的是 。埋弧自动焊电弧是在焊接剂下燃烧，焊丝的给送和电弧沿着焊接方向移动

是自动的。埋弧焊接时的热源也是电弧，电弧发生在焊丝与焊丝之间，并在焊剂层下燃烧。部分焊剂熔化形成一层焊渣，覆盖在焊缝上，使整个电弧燃烧区形成一层封闭空间。随着电弧焊接沿焊接方向移动，焊丝不断熔化并不断的送进，以填充熔池；与此同时，焊剂也不断的撒在电弧周围，使得电弧埋在焊剂中燃烧。这过程是自动进行的，所以称为埋弧自动焊。 CO2气体保护焊：CO2气体保护焊是CO2气体作为保护气体，依靠与焊丝之间产生的电弧来熔化金属的一种电弧焊接法。CO2气体的密度比空气大，电弧加热分解后体积增大，所以在保护电弧和焊接熔池避免空气倾入方面，效果很好。

随着焊接技术的发展对于焊接材料的要求也越来越高，但是如今中国已成为世界绝无仅有的焊接材料消费大国，很多焊接材料依旧是依靠进口来满足需求。然而高效焊材在船舶建造中发挥极其重要的作用，因此引起国家的重视，在不断的在研发新型的高效焊材领域进行长远投资。高效焊接材料在未来会有更大的发展空间。焊接材料的主要发展方向主要分为手工电焊条、气体保护实芯焊丝、气体保护药芯焊丝以及可持续发展的高效焊丝。

在此主要介绍一下可持续发展的高效焊丝。现在社会提倡环保，然而总所周知的是焊接是污染大户，有强光、噪音，并伴有大量烟尘、飞溅，污染空气和环境，时有职业病发生。因此，在发展高效焊材的同时，必须考虑可持续发展。然而在实际操作过程中焊接场地的烟尘量远远超过国家规定。

经研究日本神钢研制出I 系列的药芯焊丝，比同类药芯焊丝发尘量和飞溅量减少30%～40%。这种I 系列焊材主要通过调整药芯的组成物，如以MgCO3部分代CaCO3，减少CaF2及K 的含量，以及适当减少激烈氧化等(降低钢带的含碳量) 。[2]

金属型药芯焊丝，也可减少烟尘及飞溅，并能提高生产率和改善焊接工艺性。采用活性焊丝可以提高焊接电弧的稳定性，减少飞溅。此外采用逆变电源亦可降低飞溅，改善焊缝成型。为了保护焊工的健康，焊接工位应安装通风、洗尘设备，特别是在封闭容器之内焊接时。

三、船舶制造中的高新焊接技术

众所周知，焊接是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作，而此时随着现代工业的发展，工业机器人的活跃表现，让人们不禁联想到到使用焊接机器人来代替手工焊接的可能。因此焊接机器人这项技术迎来了新的发展机遇。

为了达到加快造船周期、提高船舶质量、减轻焊接工人的劳动强度的目的，世界各国的造船厂都非常重视焊接新技术、新工艺和新设备的推广应用。其中机器人因其柔性大，适应性强等特点，在造船厂得到越来越广泛的应用。早在20世纪80年代，造船界就开始尝试采用焊接机器人，最初只用于小合拢部件上加强材的平角焊，后来逐步扩大至平行船体分段中纵、横构件间各种角焊缝的焊接，船坞上船体外板对接焊缝的焊接以及管子车间中管子与管子和管子与法兰的焊接等。20世纪90年代后期，日本的几个大型造船厂已批量应用焊接机器人。然而，随着现代造船技术的日趋先进和船舶类型的多样化，造船工业对焊接技术提出了越来越高的要求，船舶焊接机器人系统要想在造船厂进一步推广应用，其关键技术必须得到进一步突破。[3]

目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究。从机器人技术发展趋势来看，焊接机器人和其它工业机器人一样，不断向智能化和多样化方向发展。具体而言，表现在如下几个方面：（1）机器人操作机结构，（2）机器人控制系统 ，（3）机器人传感技术，（4）网络通信功能，（5）机器人遥控和监控技术，（6）虚拟机器人技术，（7）机器人性能价格比，（ 8）多智能体调控技术。焊接机器人对船舶高效焊接自动化有着深刻的意义，特别是焊接机器人与各种高效焊接技术相结合，能达到更好的焊接效果。

四、 结论

现代工业越来越重视高效、自动化、低能耗、低污染的发展，加强高效焊接技术、焊材研究的趋向性越来越明显。先进的船舶高效焊接技术，在提高船舶建造效率，降低船舶建造成本，提高船舶建造质量等方面具有重要的作用，也是企业提高经济效益的有效途径。在新的历史时期，面对新的机遇和挑战，只有紧跟世界科技发展的潮流，总结自身，引进和吸收先进技术，才能在竞争中处于不败的地位。

参考文献

【1】张永达，孙成文，于小虎，张雪彪 《船舶高效焊接工艺及存在的问题》 ， 《造船技术》 2009年第5期(总第291期)

【2】邹家生，严 铿，顾晓波 《船舶焊接技术的现状及发展》 ，《江苏船舶》 ，2008年2月 第25卷 第一期

【3】高飞，严铿，邹家生 《焊接机器人在船舶工业中的应用》，《江苏船舶》，第26卷 第3期

【4】杨敏 《船舶制造基础(第二版）》. 北京：国防工业出版社