朱 池

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 無錫 214433)

0 引言

在船舶行業(yè)市場中，船東、船檢和船舶企業(yè)各方對產(chǎn)品建造效率和質(zhì)量要求越來越高，其中焊接技術(shù)是船舶建造的關(guān)鍵工序之一，是評價產(chǎn)品質(zhì)量和工效的重要指標(biāo)。高效焊接技術(shù)的推廣使用，有利于縮短船舶產(chǎn)品建造的工時[1]。隨著工業(yè)技術(shù)、計算機(jī)和新材料冶煉技術(shù)發(fā)展的日益精進(jìn)，焊接設(shè)備由手工或半自動逐漸走向機(jī)械化、智能化和環(huán)保節(jié)能化。焊條電弧焊絕大部分被CO2藥芯焊所替代，出現(xiàn)了平面/曲面分段制作流水線；還有船舶企業(yè)進(jìn)入仿形機(jī)械手臂、門架式的自動焊接裝備階段，甚至趨向?qū)崿F(xiàn)智能車間中的船舶焊接技術(shù)。船舶建造中高效焊接技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅能提高工效、焊接質(zhì)量和造船精度，還能減少焊接變形和焊材消耗。

本文分析了各種高效焊接裝備、工藝方法、工裝輔助、圖紙設(shè)計等方面在55 600載重噸化學(xué)品船建造中的應(yīng)用情況，發(fā)現(xiàn)只有提升高效焊接技術(shù)應(yīng)用，才能提高船舶建造效率。

1 55 600載重噸化學(xué)品船簡介

55 600載重噸化學(xué)品船是航行于無限航區(qū)裝載二類化學(xué)品、成品油并由低速柴油機(jī)驅(qū)動的單機(jī)單舵的油化船。該船主要參數(shù)為：總長182.8 m，型寬35 m，型深10.5 m，航速14 kn，續(xù)航能力16 000 n mile；貨艙滿載設(shè)計比重為1.025 t/m3,部分裝載時貨物的最大密度為1.530 t/m3；入LR船級社。該船貨艙區(qū)為雙底、雙殼及1道帶頂墩和底墩的中縱槽型艙壁。貨艙被水密縱、橫槽型艙壁分隔為10對貨艙和1對污油艙。貨艙區(qū)的邊艙與底艙被分為6對專用壓載艙。艏尖艙兼作壓載艙與沖洗淡水艙或空艙。貨艙區(qū)的縱向底墩下的雙層底作為管弄。機(jī)艙及5層甲板室位于艉部。貨艙及污油艙采用特涂。貨油系統(tǒng)的設(shè)計與建造滿足閉式裝載、卸貨、取樣和備用測深。每個貨艙/污油艙設(shè)有獨立的貨管，并配有獨立液壓式潛液泵，可同時裝載22種貨品；本船的惰性氣體由氮氣發(fā)生器提供。

2 55 600載重噸化學(xué)品船的焊接

2.1 HCD500-6型自動焊接小車實現(xiàn)全位置焊接

HCD500-6型自動焊接小車是一款多功能焊機(jī)見圖1，其焊槍夾頭可沿焊接方向偏轉(zhuǎn)一定角度。焊接時,調(diào)中功能可隨時調(diào)節(jié)焊縫位置, 小車具有磁吸附離合手柄，運(yùn)行平穩(wěn)，操作方便。

圖1 HCD500-6型自動焊接小車

在55 600載重噸化學(xué)品船的建造中，這款全位置焊接小車不僅在分段上完成了板對接的平焊、橫焊及立焊焊接，還完成了中組與船臺搭載過程中的板縫對接焊接。焊后的宏觀形貌見圖2。焊縫外觀成形美觀，焊接接頭數(shù)量少，無明顯的裂紋、未焊透等缺陷。對對接焊縫進(jìn)行超聲波探傷抽檢，其合格率達(dá)95%以上。

圖2 焊縫宏觀形貌

全位置焊接小車焊接工藝擺脫了繁重的CO2手工焊操作。全位置自動焊接小車和CO2半自動焊在相同時間、相同焊材和工況下進(jìn)行了對比分析，見表1。從表中得知，在相同的工作條件下，全位置自動焊接小車的工效提高了約20%。這不僅改變了原來裝焊的工序，也降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

表1 全位置焊接小車和CO2半自動藥芯焊工效比較

綜上，HCD500-6型全位置自動焊接小車操作簡單易學(xué)，可實現(xiàn)一人操作多臺設(shè)備，并且在長時間工作的同時能夠保證較高的焊接質(zhì)量，工作效率高，在55 600載重噸化學(xué)品船的焊接中起到了至關(guān)重要的作用。

2.2 垂直氣電焊實現(xiàn)合攏縫焊接

眾所周知，垂直氣電立焊是一種適用于中大型船舶建造的高效氣渣保護(hù)焊接方法，一般應(yīng)用于舷側(cè)外板垂直位置的合攏縫焊接。經(jīng)過多次試驗發(fā)現(xiàn)，此工藝方法應(yīng)用到斜面(角度≥45°)上效果非常好，如化學(xué)品船槽型艙壁底凳斜板與底邊艙板中組縫的焊接。

經(jīng)過現(xiàn)場統(tǒng)計，斜板垂直氣電焊的工作效率要比手工CO2氣體保護(hù)焊高1.8倍左右。隨著船板的厚度和合攏縫的長度增加，斜坡板垂直氣電焊的高效優(yōu)勢會更加明顯。

2.3 SDYC-2-2-L型微型焊機(jī)實現(xiàn)橫角焊焊接

在55 600載重噸化學(xué)品船的建造中還使用到SDYC-2-2-L自動橫角焊機(jī)，配松下焊接設(shè)備，見圖3。該焊接設(shè)備特點為：自動角焊機(jī)體積小，重量輕，便于攜帶；小車回輪行走，速度均勻且無磁性，因而飛濺少，焊縫均勻；操作簡單容易，便于焊工掌握；始端和終端殘余量少，總共150 mm；適用范圍廣，最適合長焊縫焊接；焊接速度快，熱輸入低，變形小。

圖3 微型自動橫角焊機(jī)SDYC-2-2-L

經(jīng)焊接設(shè)備調(diào)試、焊接工藝試驗、焊接工藝評定認(rèn)可、模擬實船和實船應(yīng)用等工作后得出：用SDYC-2-2-L自動橫角焊機(jī)進(jìn)行平角焊，焊接效率大大提高。普通自動角焊機(jī)的最高焊速約為400 mm/min，而SDYC-2-2-L自動橫角焊可達(dá)到1 000 mm/min以上。這對于薄板焊接減小焊接變形是非常有利的。引進(jìn)的微型自動橫角焊機(jī)SDYC-2-2-L及焊材，應(yīng)用于中小型船廠的型材與大板間的橫角接縫是適宜的，并具有先進(jìn)性。此焊接技術(shù)擺脫了繁重的手工焊操作，解決了普通橫角焊效率低、易出現(xiàn)氣孔的問題，更顯其優(yōu)越性；同時也比普通自動角焊機(jī)小且輕；高速焊接時，氣孔對焊接速度不敏感。TM-70C焊絲耐預(yù)涂底漆性能優(yōu)異，又兼有藥芯的高熔敷效率，為高速角焊縫的推廣應(yīng)用提供了一個新的研究思路。通過實踐證明，微型高速橫角焊工藝不僅具有工效率高、操作方便和焊縫質(zhì)量優(yōu)的優(yōu)點，還減少了船舶的水平分段型材焊接工時。

2.4 氬-氣連焊實現(xiàn)不銹鋼管系自動焊接

不銹鋼管系自動TIG焊是氬-氣連焊的焊接設(shè)備。焊接電源為EWM Phoenix 451puls型逆變MIG/MAG分體式焊接電源，帶脈沖焊功能[2]。

手工氬弧焊時為避開管子底部位置的仰焊，采用管子翻身的方式。每層焊道至少有兩個接頭，焊縫質(zhì)量由焊工技能來保證，RT拍片合格率不穩(wěn)定。

當(dāng)采用自動TIG焊工藝時，管子借助變位器焊接無需翻身，焊槍始終處在平焊位置。這樣每層焊縫均一次焊完，只有1個接頭[3]；焊縫外觀美觀，一次RT拍片合格率達(dá)到99.5%以上。自動TIG焊每個接頭的焊接時間為8～12 min，工效是手工TIG焊的2.5倍左右，生產(chǎn)工效得到大幅度提升。

管系自動TIG焊工藝適合管徑≥76 mm且壁厚≥3 mm的管對接。

2.5 混合自動焊

在55 600載重噸化學(xué)品船建造中，平直分段中組或船臺搭載的大合攏接縫通常采用手工CO2陶瓷襯墊的單面打底、填充和蓋面焊接，或者采用手工藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊+埋弧焊蓋面。手工CO2襯墊焊打底填充焊接效率低，焊縫接頭多對焊縫質(zhì)量保證非常不利。為此，焊接平直大接縫采用全位置焊接小車打底+埋弧焊填充蓋面工藝。

該新工藝能減輕工人勞動強(qiáng)度和降低工人操作技能，焊縫接頭數(shù)量減少，為船舶建造生產(chǎn)贏得了時間，并節(jié)省返工成本。

焊接試驗證明：全位置焊接小車+埋弧自動焊混合焊工藝是可行的，焊縫表面成形和內(nèi)在質(zhì)量均良好，接頭的力學(xué)性能均滿足船級社規(guī)范要求。

實船應(yīng)用表明，全位置焊接小車+埋弧自動焊混合焊工藝不僅生產(chǎn)效率、焊縫質(zhì)量優(yōu)于CO2半自動襯墊焊，還能縮短船臺焊縫合攏生產(chǎn)周期，節(jié)約焊材消耗和工時。

3 實現(xiàn)高效焊接的幾點建議

3.1 優(yōu)化船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計

遵循中國船級社規(guī)范的要求，在進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)設(shè)計和實際建造時，盡可能減少焊縫數(shù)量，在規(guī)范允許的情況下盡量減少全熔透焊接，采用深熔焊或者自然坡口焊。在船舶構(gòu)件組立裝配中，裝焊順序需要優(yōu)先考慮高效焊接的方法的可達(dá)性和實用性。

3.2 增加磁力工具使用

在型材裝焊中，盡量使用磁力裝配工具，減少馬板裝配和定位焊位置。這有利于埋弧拼板焊接，也有利于全位置焊接小車的操作。

3.3 增強(qiáng)精度管理技術(shù)的應(yīng)用

在制作各個搭載階段，通過推廣應(yīng)用全站儀結(jié)合精度管理軟件的數(shù)據(jù)測量分析技術(shù)，利用預(yù)修整及分段無余量搭載等精度管理技術(shù)，從焊縫裝配間隙控制容差，使高效焊接方法在船舶建造中得到大范圍使用[4]。

3.4 提升曲面分段焊縫高效焊的應(yīng)用

對于艏部、艉部、舷側(cè)等曲線分段的焊接，拼板對接焊縫角度不超過15°時，優(yōu)先使用混合焊(CO2氣體保護(hù)藥芯焊+埋弧自動焊)焊接工藝。先采用CO2藥芯焊接，加陶瓷襯墊；再采用埋弧自動焊焊接的方式。也可以應(yīng)用全位置焊接小車配合軟軌道進(jìn)行曲面對接焊縫焊接。對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的焊接，可以逐步實現(xiàn)示教便攜機(jī)器人焊接。

3.5 加強(qiáng)高技能人才隊伍建設(shè)

高技能焊工是船舶高效焊接大力推廣的關(guān)鍵。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，修造船企業(yè)的外包隊伍焊工占比較大，其技術(shù)水平、職業(yè)素養(yǎng)決定了船舶產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)進(jìn)度和高效焊接技術(shù)推廣。因此，需要從焊工等級和職業(yè)素養(yǎng)大力培訓(xùn)，做好高技能人才“師帶徒”工作；應(yīng)根據(jù)船舶共同規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，組織船東、船檢、公司管理和作業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)，提高焊工的焊接技術(shù)，并在制作車間門口展示成形好的焊縫標(biāo)準(zhǔn)試樣以供參觀學(xué)習(xí)。

3.6 加強(qiáng)船企交流和高校合作

通過調(diào)研國內(nèi)外先進(jìn)船企高效焊接技術(shù)，找到適合自身生產(chǎn)實際情況的高效焊接方式；同時與研究所、大學(xué)和設(shè)備廠商進(jìn)行合作，找出適合自身需求的焊接流水線、焊接智能制造和高效焊接設(shè)備。

4 結(jié)語

在55 600載重噸化學(xué)品船的建造過程中，采用HCD500-6型全位置焊接小車、SDYC-2-2-L型自動橫角焊機(jī)、氬-氣連焊設(shè)備進(jìn)行焊接，再配合埋弧焊、垂直氣電焊、TIG焊、混合焊等焊接方法，獲得了較高質(zhì)量的焊縫，提高了工作效率，節(jié)省了制造成本。

對于實現(xiàn)船舶高效焊接提出了幾點建議，目標(biāo)明確是推廣高效焊接技術(shù)的先決條件，組織落實是推廣高效焊接技術(shù)的重要保證，積極開發(fā)和消化先進(jìn)技術(shù)是推廣高效焊接的關(guān)鍵所在，加強(qiáng)培訓(xùn)和提高素質(zhì)是推廣高效焊接技術(shù)的主要手段，強(qiáng)化制度和制度到位是推廣高效焊接技術(shù)的根本措施。