楊楠 李偉 姚德生

摘 要：隨著制造業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的焊接技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)代高科技制造業(yè)的需要了，所以為了能夠跟上時(shí)代的潮流和步伐，焊接技術(shù)也開始向自動(dòng)化、機(jī)械化的方向發(fā)展了。隨著計(jì)算機(jī)行業(yè)的不斷發(fā)展，電子及其機(jī)器人等技術(shù)都為焊接自動(dòng)化的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。文章重點(diǎn)就自動(dòng)化焊接技術(shù)在薄板成型中的應(yīng)用進(jìn)行研究分析，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化;焊接技術(shù);薄板成型;應(yīng)用

薄板焊接成型問題一直是船舶企業(yè)所面臨的一個(gè)難題，焊接時(shí)的局部不均勻熱輸入是產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的決定因素。以某船廠承造的某型高速船為例，在該型船的建造前期，工廠通過總結(jié)以往的薄板焊接經(jīng)驗(yàn)和外出調(diào)研成果，并根據(jù)全船薄板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以鋼板受熱均勻、成型美觀為基本原則，進(jìn)行了三十余項(xiàng)焊接工藝性試驗(yàn)，最終針對(duì)薄板焊接變形控制精選出一系列較實(shí)用的自動(dòng)焊焊接方式、方法用于該船的實(shí)際焊接施工中，并取得了巨大的成功。

一、自動(dòng)化焊接技術(shù)概述

1.自動(dòng)化焊接的定義。自動(dòng)化焊接是指在焊接的過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，即機(jī)器或者是裝置在不需要人直接參與的條件下按照程序發(fā)出的各個(gè)指令來完成焊接的加工過程，其自動(dòng)化的目的就是實(shí)現(xiàn)焊接過程的“快、準(zhǔn)、穩(wěn)”，可以從兩個(gè)方面來理解自動(dòng)化焊機(jī)技術(shù)：第一，在焊接過程中自動(dòng)化;第二，在焊接生產(chǎn)中自動(dòng)化。后者指的是在焊接產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，其中包括了由備料、裝配、切割、焊接、檢驗(yàn)等工序構(gòu)成的焊接成產(chǎn)過程都要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了焊接生產(chǎn)整個(gè)過程的自動(dòng)化，可以使焊接質(zhì)量趨于穩(wěn)定化，提高焊接的生產(chǎn)效率。

2.自動(dòng)化焊接的意義。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接具有重大的意義，自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可以使人從原來那繁重的體力勞動(dòng)及其惡劣危險(xiǎn)的工作環(huán)境中擺脫出來，通過焊機(jī)自動(dòng)化的普及，使原來的一些焊接工人可以接受更新型的技術(shù)，不僅可以提高工作效率，還可以增強(qiáng)工人接受新興事物的能力。自動(dòng)化已經(jīng)應(yīng)用到了各行各業(yè)，自動(dòng)化工業(yè)、自動(dòng)化農(nóng)業(yè)比比皆是，某些程度上自動(dòng)化程度就體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的國(guó)力。

二、自動(dòng)化焊接技術(shù)在薄板成型中的應(yīng)用

1.鋼料加工階段

（1）平板的拼接。第一，薄板拼接方法的選擇。對(duì)于6mm以下薄板的拼接，按以往的經(jīng)驗(yàn)，正反面焊接均采用CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊進(jìn)行，該種焊接方法雖然使得焊縫成型美觀，但也存在工序繁雜、效率底、焊接質(zhì)量不易控制等缺點(diǎn)?？紤]到CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊的諸多缺點(diǎn)，引進(jìn)了細(xì)絲埋弧焊技術(shù)，利用 2.0mm焊絲對(duì)4～6mm薄板進(jìn)行自動(dòng)化焊接，大大地提高了焊接效率和焊接質(zhì)量。細(xì)絲埋弧焊的焊縫成型不如CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊美觀，相對(duì)而言，其焊接變形也較大。為此，經(jīng)過對(duì)船體薄板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和在實(shí)船上所處位置的仔細(xì)分析，既考慮焊接效率又兼顧焊縫表面成型效果，嘗試采用組合焊，并取得了成功。在焊縫設(shè)計(jì)時(shí)，強(qiáng)調(diào)將細(xì)絲埋弧焊焊縫放在有結(jié)構(gòu)一側(cè)，在甲板面和通道兩側(cè)盡量設(shè)置CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊焊縫;第二，薄板拼接工藝要求。嚴(yán)格控制鋼板對(duì)接間隙，3mm板材拼接對(duì)接間隙不大于1mm，6mm及以下板材拼接對(duì)接間隙控制在1.5～2mm之間;定位焊焊點(diǎn)直徑為5mm，焊點(diǎn)間距為50mm，均勻分布。焊前對(duì)定位焊部位進(jìn)行打磨，焊肉磨平高度約為0～0.5mm，焊點(diǎn)高度不能超過鋼板表面0.5mm，以免影響焊縫表面質(zhì)量;采用單面定位焊，先焊接定位焊面，除3mm板材需清根后焊接外，4～6mm板材打磨后直接采用細(xì)絲埋弧焊進(jìn)行焊接;平板拼接前將磁性壓碼或?qū)Ｓ脡喊迤骶鶆蚍胖迷诤缚p兩側(cè)，磁性壓碼間距為500mm左右，板材周邊用馬板固定，防止板材翹起。在不影響焊接的情況下，磁性壓碼或?qū)Ｓ脡喊迤鲬?yīng)盡量靠近焊縫，待焊縫冷卻后方可移開。磁性壓碼應(yīng)采用防磁措施，避免造成焊接作業(yè)時(shí)產(chǎn)生磁偏吹現(xiàn)象，影響焊接質(zhì)量;平板拼接焊接時(shí)，CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊選用 0.8mm實(shí)芯焊絲，埋弧自動(dòng)焊選用 2.0mm焊絲，此種焊接方法僅適用于4～6mm板材的拼接。

（2）平面板架的焊接。第一，平面板架焊接方法的選擇。薄板平面板架的焊接效果是薄板成型的關(guān)鍵，該工序焊接方法使用不當(dāng)會(huì)直接影響后續(xù)工序乃至全船薄板整體成型質(zhì)量。要想板架成型效果好必須做好以下三點(diǎn)，即焊腳尺寸一致且趨近設(shè)計(jì)尺寸下限;板架整體受熱均勻;做到焊接有序，自動(dòng)角焊小車是同時(shí)滿足前兩點(diǎn)要求的不二選擇，結(jié)構(gòu)安裝時(shí)應(yīng)考慮自動(dòng)焊小車的利用率情況。在平面板架結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，應(yīng)將方向一致且數(shù)量多的結(jié)構(gòu)先安裝。一般情況下，先安裝全部縱向結(jié)構(gòu)，使用自動(dòng)角焊小車焊接后，再安裝橫向結(jié)構(gòu)。由于形成了十字相交結(jié)構(gòu)形式，須將小車的軌道用特定的工裝墊平，分段焊接橫向結(jié)構(gòu)。此種方法焊接的平面板架，自動(dòng)化焊接量最高可達(dá)到焊縫總長(zhǎng)的80%以上;第二，平面板架裝配、焊接工藝要求。使用專用平臺(tái)裝配、焊接，平臺(tái)表面平面度保證在±1mm/5m;平面板架結(jié)構(gòu)裝配間隙應(yīng)控制在0.5mm以下，盡量做到“不透光”;定位焊分布均勻，間距為50mm為宜，并只在結(jié)構(gòu)的一側(cè)定位焊，不得使用拉桿固定;焊前使用厚度為25～35mm、寬度為300mm的條形壓鐵，放置在預(yù)先釘焊好的結(jié)構(gòu)兩側(cè)，待焊縫冷卻后方可移開。為使焊接應(yīng)力能夠自由釋放，板架邊緣無需剛性固定。

2.分段建造階段。分段建造即分段裝配，是將鋼料加工階段所形成的部件和零件組裝成分段或總段的工藝過程。對(duì)于某型高速船而言，在該階段自動(dòng)化焊接主要體現(xiàn)在分段反造和舷側(cè)板架安裝、焊接兩個(gè)方面，詳細(xì)如下：

（1）分段反造時(shí)甲板結(jié)構(gòu)的焊接。分段反造時(shí)，一般以甲板或平臺(tái)為基本操作面，將板材直接鋪于胎架上，然后進(jìn)行板材拼接、劃線、結(jié)構(gòu)件安裝、焊接等作業(yè)，其施工要點(diǎn)與平板的拼接、平面板架的焊接類似。不同之處是在坡口的選擇上，當(dāng)板厚大于或等于5mm時(shí)，對(duì)于對(duì)接板縫就可以嘗試使用陶質(zhì)襯墊，實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型的效果;當(dāng)板厚小于5mm時(shí)，就只能選擇CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊進(jìn)行焊接，以確保焊接質(zhì)量和焊縫成型美觀。

（2）舷側(cè)板架安裝、焊接。對(duì)于深V船型或舷側(cè)結(jié)構(gòu)線型不大的船體，其舷側(cè)外板由于橫向線型多為斜直線型或直線型，所以舷側(cè)結(jié)構(gòu)十分適合形成板架后整體安裝。為了提高焊接自動(dòng)化率和薄板成型質(zhì)量，在設(shè)計(jì)時(shí)將舷側(cè)結(jié)構(gòu)組成平面板架在鋼加階段進(jìn)行焊接，最后在分段建造階段整體安裝到分段上，這樣既節(jié)省了工時(shí)又有利于薄板成型控制，所以其焊接方法與鋼加階段平面板架的焊接相同。為提高外板橫焊縫的美觀程度，引進(jìn)自動(dòng)焊擺頭小車，使用CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊在結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)焊接，外側(cè)氣刨清根，CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊蓋面。此種工藝有效地杜絕了外板橫焊縫的“雙眼皮”問題，大大地提高了外板橫焊縫的美觀程度。立對(duì)接焊縫比照以往手工焊縫的成型效果也有很大提高，這樣除艏艉分段外板有部分焊縫手工焊外，其余外板焊縫均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)焊蓋面，焊縫成型效果極佳。

三、結(jié)語

綜上所述，薄板焊接成型質(zhì)量的好壞直接影響船舶整體的美觀效果，薄板焊接成型問題也一直是船舶企業(yè)所面臨的一個(gè)難題。自動(dòng)化焊接是提高薄板成型質(zhì)量的重要手段之一，結(jié)合實(shí)際建造經(jīng)歷，總結(jié)了大量自動(dòng)化焊接技術(shù)在薄板成型中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，僅供廣大業(yè)內(nèi)參考。

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