俞凌云, 邱宇舟

(中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司， 上海 200063)

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平面分段流水線兩種拼板焊接形式的對(duì)比分析

俞凌云, 邱宇舟

(中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司， 上海 200063)

摘要平面分段流水線根據(jù)拼板方式可分為FCB(單面焊)型和雙面焊型。本文擬從幾個(gè)方面對(duì)這兩種類型的流水線進(jìn)行分析比較，為建設(shè)單位決策提供依據(jù)，對(duì)造船企業(yè)提高生產(chǎn)效率具有一定的理論意義。

關(guān)鍵詞平面分段流水線FCB雙面焊

The Comparative Analysis on Two Plate Joining Ways of Panel Block Assembly Line

YU Ling-yun, QIU Yu-zhou

(China Shipbuilding NDRI Engineering Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

AbstractThe panel block assemblyline can be divided into FCB (single side welding) and double side welding based on the way of plate joining. This paper analyzes and compares these two types of lines from several aspects, and provides the basis for the construction of the decision-making, and has some theoretical significance for the shipbuilding enterprise to improve the production efficiency.

KeywordsPanel blockAssembly lineFCBDouble side welding

0前言

在現(xiàn)代化造船模式中，一條船總裝造船的生產(chǎn)線分為幾個(gè)生產(chǎn)步驟：鋼材預(yù)處理、鋼材切割加工、零部件裝焊、分段制造、總段組合，以及船塢合攏。在這條生產(chǎn)線中，根據(jù)平面、曲面等不同的分段類型，實(shí)行時(shí)間有序，空間分道，逐級(jí)裝配的生產(chǎn)流程。在這個(gè)生產(chǎn)流程中，船體生產(chǎn)工時(shí)約占造船總工時(shí)的40%～50%，而裝配焊接工時(shí)占船體建造工時(shí)的50%～70%左右。因此實(shí)現(xiàn)裝焊工作的機(jī)械化和自動(dòng)化，對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、縮短造船周期、改善產(chǎn)品質(zhì)量、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度有著十分重要的意義，是新船廠建設(shè)和現(xiàn)有船廠技術(shù)改造的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。配置平面分段流水線，就是實(shí)現(xiàn)裝焊作業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的一個(gè)重要方式。

1平面分段流水線介紹

平面分段流水線是現(xiàn)代船廠實(shí)現(xiàn)裝焊作業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的重要設(shè)備，主要用于制作船舶分段中的平行舯段，包括底部、舭部、舷側(cè)、隔艙和甲板分段等[1]。這類分段的基面為平面，且焊縫平行分布，扶強(qiáng)材平行平直分布，適用于連續(xù)高效的焊接方法。圖1為典型船體區(qū)域劃分圖。

平面分段流水線通常由多個(gè)工位組成，一般包括拼板定位工位、板列焊接工位、修補(bǔ)工位、縱骨裝配工位、縱骨焊接工位、緩沖橫移工位、肋板裝配工位等預(yù)舾裝工位。圖2為典型平面分段流水線工位布置圖。

板列焊接工位是平面分段流水線的關(guān)鍵工位，接受來(lái)自第一個(gè)工位(拼板定位工位)的板列，進(jìn)行板列鋼板之間板縫的對(duì)接焊。板縫的對(duì)接有兩種方法，一種是采用單面焊雙面成型，另一種是雙面焊。采用單面焊抑或雙面焊，造船界存在著不同的見(jiàn)解和實(shí)踐[2]。

圖1　船體區(qū)域劃分圖

圖2　平面分段流水線工位布置圖

2拼板焊接型式介紹

平面分段流水線按拼板型式一般可分為單面焊(FCB)型和雙面焊型。目前日本船廠主要采用單面焊型平面線，韓國(guó)船廠主要采用雙面焊型平面線；我國(guó)船廠多數(shù)采用單面焊型平面線，近年來(lái)也有部分船廠開(kāi)始應(yīng)用雙面焊型平面線[3]。

(1) 雙面埋弧自動(dòng)焊工藝

雙面埋弧自動(dòng)焊，是電弧在焊劑層下燃燒，用機(jī)械自動(dòng)引燃電弧并進(jìn)行控制，自動(dòng)完成送絲和電弧移動(dòng)，在一面完成焊接后，需要將工件翻身在背面再次用同樣的工序施焊。

(2) FCB單面埋弧自動(dòng)焊工藝

FCB單面埋弧自動(dòng)焊是在一定的板厚、坡口和間隙下，采用適當(dāng)?shù)囊r墊實(shí)現(xiàn)單面焊接雙面一次成型的焊接方法，如圖3所示。目前，各大船廠平面分段流水線中普遍采用的焊劑紫銅襯墊。它是將焊劑均勻散布在短條狀紫銅襯墊板上，利用空氣管壓力，將其與焊接鋼板反面貼緊，采用正面單次焊接，使得兩面焊縫成型[4]。

圖3　FCB單面埋弧自動(dòng)焊

3兩種類型焊接類型平面分段流水線對(duì)比

鑒于該設(shè)備投資大，且對(duì)船廠生產(chǎn)效率有較大影響，本文以某船廠平面分段車(chē)間工程設(shè)計(jì)為例，從幾個(gè)方面對(duì)這兩種類型的流水線進(jìn)行分析比較，供船廠規(guī)劃建設(shè)參考。

3.1工位布置對(duì)比

某船廠規(guī)劃的平面分段車(chē)間布置圖,如圖4所示(配置雙面焊型平面線2條)。

圖4　雙面焊型平面分段流水線布置圖及廠房立面圖

工位編號(hào)的說(shuō)明：

(A) 拼板定位焊；

(B) FCB；

(C) 劃線、修補(bǔ)、緩沖(設(shè)地坑)；

(D) 縱骨安裝；

(E) 縱骨焊接；

(F) 緩沖(橫移)；

(G) 縱桁、肋板安裝(按節(jié)拍要求可布置多個(gè)工位及分線)；

(H) 縱桁、肋板焊接(按節(jié)拍要求可布置多個(gè)工位及分線)；

(I) 預(yù)舾裝；

(J) 頂升、運(yùn)出。

如將平面線改為單面焊型布置，具體如圖5所示。

圖5　單面焊型平面分段流水線布置圖及廠房立面圖

工位編號(hào)的說(shuō)明：

(a) 拼板定位焊；

(b) 正面焊接；

(c) 板列翻身；

(d) 反面焊接；

(e) 劃線、緩沖；

(f) 縱骨安裝；

(g) 縱骨焊接；

(h) 緩沖(橫移)；

(i) 縱桁、肋板安裝(按節(jié)拍要求可布置多個(gè)工位及分線)；

(j) 縱桁、肋板焊接(按節(jié)拍要求可布置多個(gè)工位及分線)；

(k) 預(yù)舾裝；

(l) 頂升、運(yùn)出。

與FCB型流水線相比，增加了2個(gè)工位，車(chē)間長(zhǎng)度也相應(yīng)增加。

3.2拼板焊接特點(diǎn)對(duì)比

拼板焊接特點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

表1 　拼板焊接特點(diǎn)對(duì)比

3.3生產(chǎn)效率對(duì)比

對(duì)兩種平面分段流水線的生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行分析(單面焊和雙面焊的相關(guān)數(shù)據(jù)分別來(lái)自于日本和韓國(guó)的設(shè)備廠商)。

該平面分段車(chē)間生產(chǎn)能力要求：

(1) 典型產(chǎn)品(平面片體)主要數(shù)據(jù)。

鋼板尺度： 25 m×5 m；

片體尺度： 25 m×25 m(5塊板)；

縱骨數(shù)量： 20根；

縱桁數(shù)量： 8道；

肋板數(shù)量： 50塊。

(2) 生產(chǎn)能力。

日產(chǎn)9.9個(gè)片體，其中約1/3為內(nèi)底片體須安裝縱桁、肋板，約1/3為外底片體，另外約1/3片體在安裝縱骨后運(yùn)出至曲面分段車(chē)間。

配置2條平面分段流水線，2條線前段相同，1條線后段為內(nèi)底片體裝焊，另1條線后段為雙殼分段裝焊。本文僅對(duì)后段為內(nèi)底片體裝焊的流水線進(jìn)行研究分析。

3.3.1FCB型平面分段流水線

(1) 工位設(shè)置。

詳見(jiàn)3.1節(jié)。

(2) 各工位節(jié)拍。

各工位節(jié)拍如表2所示。

表2　FCB型平面分段流水線工位節(jié)拍介紹

續(xù)表2　FCB型平面分段流水線工位節(jié)拍介紹

(3) 有關(guān)節(jié)拍分析。

項(xiàng)目綱領(lǐng)要求：日產(chǎn)9.9個(gè)片體，其中約1/3為內(nèi)底片體須安裝縱桁、肋板，約1/3為外底片體，另外約1/3片體在安裝縱骨后運(yùn)出至曲面分段車(chē)間。按此要求，流水線前段(1～5工位)與后段(7～10工位)節(jié)拍時(shí)間的合理比例應(yīng)為1∶1.5。只有比例為1∶1.5時(shí)，前段、后段才能相互協(xié)調(diào)，流水線按穩(wěn)定的節(jié)拍流動(dòng)，成為名副其實(shí)的流水線。

通過(guò)以上內(nèi)容分析，并對(duì)照上表，后段節(jié)拍為300 min，生產(chǎn)3.3個(gè)內(nèi)底片體需要1 000 min(16.7 h)作業(yè)時(shí)間；與之對(duì)應(yīng)的前段節(jié)拍為200 min，同樣的作業(yè)時(shí)間內(nèi)每條線可生產(chǎn)5個(gè)片體，2條線可生產(chǎn)10個(gè)片體，可滿足綱領(lǐng)要求。

實(shí)際上前段的節(jié)拍可控制在150 min(縱骨安裝175 min可考慮借用劃線工位的時(shí)間)，則前段在1 000 min的作業(yè)時(shí)間內(nèi)可生產(chǎn)6.7個(gè)片體。這說(shuō)明前段能力有富余，如后段節(jié)拍時(shí)間能縮短(提高效率或增加工位)則產(chǎn)能可增加。

3.3.2雙面焊型平面分段流水線

(1) 工位設(shè)置。

詳見(jiàn)3.1節(jié)。

(2) 各工位節(jié)拍。

各工位節(jié)拍如表3所示。

表3　雙面焊型平面分段流水線工位節(jié)拍介紹

續(xù)表3　雙面焊型平面分段流水線工位節(jié)拍介紹

除正面焊接、板列翻身、反面焊接外，各工位配置相同，節(jié)拍也相同。

(3) 有關(guān)節(jié)拍分析。

同F(xiàn)CB型平面分段流水線節(jié)拍分析，后段節(jié)拍為300 min，生產(chǎn)3.3個(gè)內(nèi)底片體需要1 000 min(16.7 h)作業(yè)時(shí)間；與之對(duì)應(yīng)的前段節(jié)拍為200 min，同樣的作業(yè)時(shí)間內(nèi)每條線可生產(chǎn)5個(gè)片體，2條線可生產(chǎn)10個(gè)片體，可滿足綱領(lǐng)要求。

由3.3.1節(jié)、3.3.2節(jié)的兩張表可看出，雙面焊與FCB相比，在增加了2個(gè)工位的情況下，拼板焊接的節(jié)拍時(shí)間由134 min縮短為100 min，提高了約1/4的效率。但在其他工位配置相同的情況下，該效率無(wú)法體現(xiàn)。如要使流水線前段節(jié)拍時(shí)間達(dá)到100 min，除翻身和反面焊接工位外，至少還要增加半個(gè)拼板定位焊工位和1個(gè)縱骨安裝工位(與劃線共用)。增加這些工位后，前段的能力可達(dá)到1 000 min時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)10個(gè)片體，1條線即可滿足綱領(lǐng)要求。

3.4經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

3.4.1設(shè)備投資

在其他工位相同的情況下，雙面焊相比FCB：

增加2個(gè)工位，輸送輥道長(zhǎng)度增加，價(jià)格增加；

增一個(gè)專用板列翻身起重機(jī)，價(jià)格增加；

FCB焊接門(mén)架及反面襯墊系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格較貴；雙面焊不要反面襯墊，門(mén)架也較簡(jiǎn)單，但數(shù)量比FCB增加一倍，價(jià)格接近；

按此分析，雙面焊型設(shè)備本身價(jià)格與FCB型基本相當(dāng)(2 500萬(wàn)美元/2套)，但要多一臺(tái)150 t起重機(jī)(470萬(wàn)元)，設(shè)備投資增加約3%。

3.4.2土建投資

雙面焊型流水線廠房(同本次初步設(shè)計(jì))尺度為504 m×39 m×2(跨車(chē)間)，含2個(gè)36 m長(zhǎng)度的翻身區(qū)域。

FCB型流水線廠房尺度為459 m×39 m×2(跨車(chē)間)，含1個(gè)36 m長(zhǎng)度的翻身區(qū)域(相比雙面焊少了一個(gè)板列翻身區(qū)36 m)。雙面焊多2個(gè)工位，廠房長(zhǎng)度增加約45 m，造價(jià)增加；

雙面焊為板列翻身須將廠房局部升高(軌高33 m)，并配置大型起重機(jī)(150 t)，造價(jià)增加；

雙面焊不須設(shè)置反面檢查地坑(25 m×22 m×2 m深)，造價(jià)減少；

如選用雙面焊型流水線項(xiàng)目，平面分段車(chē)間尺度為504 m×39 m×2(跨車(chē)間)，軸線面積39 312 m2，土建投資約1.3億(含建筑、結(jié)構(gòu))。

如選用FCB型流水線，車(chē)間尺度為459 m×39 m×2(跨車(chē)間)，軸線面積35 802 m2，土建投資約1.07億(含建筑、結(jié)構(gòu))。

故土建方面，F(xiàn)CB型流水線相比雙面焊型流水線，投資減少約18%，面積減少約9%。

3.4.3運(yùn)行成本

FCB反面焊劑必須從日本進(jìn)口，價(jià)格相當(dāng)昂貴。

其他各類材料及電、氣消耗比較接近。

FCB法會(huì)產(chǎn)生終端裂紋及反面缺陷，需要消耗人力、物力進(jìn)行檢查、修補(bǔ)。

運(yùn)行成本方面雙面焊型有明顯優(yōu)勢(shì)。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比，雙面焊型流水線在焊接的效率和質(zhì)量上具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，運(yùn)行成本也較為低廉，但廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，初期投資要明顯高于單面焊型流水線。

單面焊型流水線無(wú)法避免終端裂紋及反面缺陷(可修補(bǔ))，運(yùn)行成本較高，但初期投資省，并且占地面積小，亦有可取之處。

兩種形式各有優(yōu)缺點(diǎn)，很難說(shuō)哪一種占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，如何取舍應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目的投資、場(chǎng)地、焊接要求、生產(chǎn)成本等多方面因素進(jìn)行具體分析。

參考文獻(xiàn)

[1]陳彬.造船成組技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2007.

[2]李寧.如何提高FCB法平面分段的生產(chǎn)效率及質(zhì)量[J].現(xiàn)代焊接工程，2005(10)：26-29.

[3]吳敢生.埋弧自動(dòng)焊(實(shí)用焊接技術(shù)叢書(shū))[M].沈陽(yáng)：遼寧科技出版社，2007.

[4]田中和雄.FCB及FR單面埋弧焊接法[J].造船技術(shù)，1994(3)：31-36.

中圖分類號(hào)U671

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

作者簡(jiǎn)介：俞凌云(1974-)，男，高級(jí)工程師，從事船舶及海洋工程企業(yè)工藝設(shè)計(jì)工作。