王凱

交通運(yùn)輸部煙臺打撈局

現(xiàn)代船舶焊接技術(shù)

王凱

交通運(yùn)輸部煙臺打撈局

焊接是船舶制造業(yè)中非常重要的一環(huán)，約占造船總工藝的40%，直接影響船舶的整體質(zhì)量，因此必須足夠重視，本文對目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的方法進(jìn)行了總結(jié)與概括，并對其發(fā)展趨勢做出了預(yù)測。

船舶焊接 焊接工藝 發(fā)展趨勢

1 引言

我國早在2010年就已成為世界第一造船大國，造船噸位一直位居全球首位，但并非造船強(qiáng)國，因此船舶制造業(yè)的發(fā)展被列入國家“十二五”規(guī)劃，船舶制造工藝以焊接為主，約占總工藝的40%，成本約占總成本的30%～50%。因此，焊接工藝在技術(shù)和效率方面一定程度上決定著船舶制造業(yè)的發(fā)展，推動焊接技術(shù)以及焊接設(shè)備的不斷發(fā)展對推動船舶制造業(yè)具有重大意義。國內(nèi)外的相關(guān)研究人員對此作了大量研究，并取得一定研究成果，從而使得眾多高效的焊接技術(shù)得以在造船業(yè)中獲得廣泛的應(yīng)用。

2 船舶焊接技術(shù)

2.1 激光-電弧復(fù)合焊

激光-電弧復(fù)合焊由英國學(xué)者W.M.Steer于上世紀(jì)70年代末提出，將兩種熱源復(fù)合，形成一種全新高效的熱源，具有降低工件裝配要求，較好間隙適應(yīng)性、可拓寬熔池寬度、氣孔傾向小、激光成本低、激光屏蔽影響低、穩(wěn)定性高，原理如圖1所示。

圖1 激光-電弧復(fù)合焊

2.2 A-TIG焊

A-TIG焊由烏克蘭專家于上世紀(jì)60年代提出，是一種在施焊板材的表面涂上活性劑，調(diào)節(jié)活性劑微量元素配比保證焊接質(zhì)量的焊接方法，具有大熔深，高效率、高質(zhì)量、操作簡單、方便，成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，其焊接過程示意圖見圖2。

圖2 A-TIG焊接過程示意圖

2.3 攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊由英國研究人員于上世紀(jì)90年代提出的新型固相焊接技術(shù)，利用快速摩擦原理將材料溫度迅速升高，使材料強(qiáng)度降低，從而達(dá)到熱塑性狀態(tài)，同時由于壓力使之由前端向后端進(jìn)行塑性流動，進(jìn)而達(dá)到壓縮待焊件為一整體的目的。其具有生產(chǎn)率高、優(yōu)質(zhì)、低耗、安全性好、變形小、無污染等優(yōu)點(diǎn)，原理如圖3所示。

圖3 攪拌摩擦焊

2.4 焊接機(jī)器人技術(shù)

焊接機(jī)器人的應(yīng)用以弧焊機(jī)器人為主，系統(tǒng)包含機(jī)器人焊機(jī)、變位機(jī)以及回轉(zhuǎn)臺等機(jī)構(gòu)組成，分為計(jì)算機(jī)控制、PLC控制以及機(jī)器人控制器等控制方式，具有高效、穩(wěn)定、自動化程度高、作業(yè)環(huán)境好、降低成本等優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。目前，其使用規(guī)模已高達(dá)全部工業(yè)機(jī)器人的50%。

圖4 焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)

2.5 窄間隙焊

窄間隙焊接由美國Battelle研究所開發(fā)，是基于傳統(tǒng)焊接技術(shù)通過添加一系列特別技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的新技術(shù)，主要應(yīng)用于下限板厚為20～30mm材料的焊接，具有生產(chǎn)效率高、節(jié)能、焊接接頭的機(jī)械性能較高、殘余應(yīng)力和變形小、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)。

2.6 雙面電弧焊

雙面電弧焊接最初由美國肯塔基大學(xué)的研究人員在1998年率先提出，是一種通過兩個電弧，在焊接件兩側(cè)同時進(jìn)行焊接的可應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)件焊接的高效節(jié)能、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)的工藝方法，具有焊接熔深深、焊接變形小、無“咬邊”、成本低、應(yīng)用型高等優(yōu)點(diǎn)。其根據(jù)提供電源的數(shù)量又可分為單電源雙面電弧焊和雙電源雙面電弧焊，其原理分別如圖5、圖6所示。

圖5 單電源雙面電弧焊

圖6 雙電源雙面電弧焊

2.7 雙絲雙弧焊

雙絲雙弧焊是一種可避免單一電弧焊未焊透、不連續(xù)、“咬邊”等缺陷的焊接技術(shù)，伴隨著與先進(jìn)的電源與控制技術(shù)的相結(jié)合，雙絲雙弧焊接技術(shù)已由常規(guī)的雙槍升級為單槍，從而充分發(fā)揮焊槍的可達(dá)性與高效性。具有焊接速度高、氣孔產(chǎn)生率低、熱影響區(qū)小、接頭力學(xué)性能高、無需氣體保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，其原理如圖7所示。

圖7 雙絲雙弧焊

2.8 T.I.M.E.焊

T.I.M.E.焊接由加拿大學(xué)者在上世紀(jì)80年代提出的一種高性能MAG焊接方法，在相同焊接質(zhì)量的前提下，其送絲速度可達(dá)傳統(tǒng)MAG焊技術(shù)的兩倍，具有坡口角度小、全位置焊接、工藝性能好、電弧控制性好、焊縫含氫量低、高效、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)束語

文中對現(xiàn)階段國內(nèi)外先進(jìn)船舶焊接技術(shù)進(jìn)行了收集與概括，不同的焊接技術(shù)擁有不同的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用對象也不盡相同。隨著現(xiàn)代科技的不斷深入和發(fā)展以及自動化、智能化的不斷應(yīng)用，努力推動焊接技術(shù)的不斷創(chuàng)新，使船舶焊接技術(shù)的發(fā)展向自動化、智能化、高效化、機(jī)器人化、資源節(jié)約、環(huán)保友好型進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

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