焊接技术在我国船舶制造业中的发展研究

焊接技术在我国船舶制造业中的发展研究

张立新

中国船级社质量认证有限公司江苏分公司 江苏南京 210000

摘要:焊接工艺在中国舰船工业中起着至关重要的作用,其技术将直接决定舰船生产品质,在造船成本、造船效益等方面将产生重要影响。所以,本篇文章将关于当下焊接技术在中国船舶制造业中的发展趋势进行了简单阐述,先对当前焊接技术在中国船舶制造业中的使用情况加以了阐述,继而剖析焊接的核心技术,最后再对未来焊接技术在中国船舶制造业中的发展趋势给出了一些意见,并期望大家能够对当前焊接技术在中国船舶制造业中的使用情况提出一点借鉴。

关键词：焊接技术；焊接工艺；焊接方法；船舶制造

1.船舶焊接工艺的应用现状

随着国际造船业的重组，我国的造船业利用这一机会，凭借其多年来积累的发展力量取得巨大飞跃。在生产技术、数量和效率方面取得了重大进展。特别是，随着21世纪的到来，我国的造船业进入了快速发展的阶段，并在国际造船业中占据日益重要的位置。因此，船舶焊接技术取得了重大进展，在造船业的发展中发挥了重要作用。特别是，自新世纪开始以来，我国科技水平迅猛发展，使得船舶焊接工艺水平也得到了巨大进步，使焊接材料、焊接工艺逐步走向现代化。

1.1焊接新工艺得到应用与推广

由于新型的造船模式的引入,焊接工序也获得了较大改善。国内大部分的造船厂也主动学习外国先进工艺技术,并引进了国外的平面分段装焊接流水线,逐步实行了手动焊接单面装焊双面成形新技术,同时,对船舶上平面分段构架的焊缝也逐渐实行了零点五自动和自动气体保护角焊接工艺技术,极大地提高了焊缝效率,进一步推动了焊缝技术水平的提升。在二氧化碳气电垂直对自动角焊工艺还在与船台大相拢时,在焊接垂直对焊缝中就已广泛地被使用了,可将长达15~30cm的水平对焊缝平稳可靠地连接在一起,使焊缝的效率得到提升,大大超过了旧有工艺技术下的效率。

1.2焊接材料更加高效化和优质化

随着造船焊接工艺技术的逐步提高并朝现代化发展方向前进,焊接材料也必将得到更新。目前,在国内造船工艺中,已大多应用到焊丝和二氧化碳气体保护焊丝等焊接材料。其中,在制造船体时,主要采用了普通的手工焊丝、重力焊线和金属高效铁粉焊丝。而二氧化碳气体保护焊丝按制造应用的不同,也一般包括了普通药芯焊丝、金属铁粉芯药芯焊丝,以及垂直气焊作业的专用药芯焊丝,以及其他的专用焊丝。而目前,由于国内外焊接材料的正在逐渐优化与发展,虽然手工焊丝在国内外主要的造船厂中的用量正在急剧下降,但其他焊接材料的制造与使用正在不断更新与发展。如,在双丝埋弧焊上,中国国产的焊板正在逐渐取代进口焊板;各种金属粉芯的药心焊已完成了国产化;药心焊丝用量也正在逐步增加,其机械性能也将日益得到优化^[1]。

2. 船舶焊接工艺的重要性

在我国的造船模式中，焊接技术是造船的主要技术之一，有效缩短造船周期是我国造船业的一个永久问题。提高生产效率无疑是缩短生产周期的关键，在造船过程中焊接技术将直接影响造船效率、铸造成本和建筑质量，因此，必须重视其在通过关键焊接技术提高造船企业经济效益方面的作用。

因为船舶焊接技术不仅仅是一个独立的工艺，在整个造船过程中，它与其工艺设计、数控下料以及合拢分段等诸多都是密切相关的，即焊接工艺本身也会与造船的其他领域相交叉，所以焊接技术的水平会影响造船业其他工艺的水平，甚至是包含焊接技术的整个造船产业链都会遭到影响。因此，焊接技术在船舶制造业中有着举足轻重的作用，必须要保证其先进的专业水平与技术能力，也就是在此目的下，我国大型船舶制造公司才会联合建立船舶工业焊接技术指导组，希望能够在我国船舶制造业内加强技术交流，相互学习促进，并为焊接流程建立起一套行之有效的作业流程与指导规范，以此来实现我国船舶制造业的持续发展。

3.船舶焊接技术的进展

3.1热切割技术

在船舶制造流程中，材料切割一定是第一步，这其中包括对板材、管材以及型材等诸多材料，而且造船工件形状、厚度等切割要求都不相同，这就对切割技术提出了极大要求，使得切割过程的任务艰巨^[2]。在此背景下，我国开始大力发展热切割技术，时至今日已基本实现热切割技术的多元化、现代化发展局面，比如数控切割、自动化切割、等离子切割等各种热切割技术已达到国际水准，这也使得以往手工切割、半自动切割等效率低下的切割方式逐渐成为历史，大大提升了我国船舶制造效率，真正解决了船舶制造材料的制造难题。

3.2激光焊接技术

因为钢板有着很好的耐腐蚀、耐水性能，所以在造船业中主要原材料就是钢板，但其在焊接时很容易发生明显变形，所以在造船过程中，焊接技术水平就直接关系到船舶的制造质量与美观程度，甚至，焊接不良时还会导致船舶损坏、故障的概率大大增加，不仅增加的维修成本，还有可能造成重大损失。而激光焊接技术就能够有效解决这一问题，因为激光技术操作灵活性更高，焊接后的焊缝更小，焊接时间也更短，所以该技术应用到船舶制造业时，就使得焊接难度大大降低，也就能够减少钢板变形情况的出现，这个结论已经在我国船舶制造实践中得到了有效证明。另外，随着我国经济的发展，我国船舶运输行业也在向着多元化发展，不同类型的船舶对于钢板要求不同，比如超薄钢板，运用传统焊接工艺对其加工就很容易造成钢板损坏，而激光技术就可以在保证工作效率的同时，大大减少对钢板的破坏，节约的制造成本。

3.3焊接机器人技术

目前，日本在机器人焊接技术方面处于国际顶尖水平。20世纪70年代初，日本就出现了“无人船坞”的概念，到了90年代，日本大型船舶制造企业就已经实现焊接机器人的初步普及，在整个船舶焊接流程中完全由中央计算机控制，车间几乎空无一人。目前，日本焊接机器人已经可以完成船舶零部件的制造、外场焊接、船坞船底的组焊等复杂任务，正在研究下一阶段：船舶制造完全自动化。而在中国，焊接机器人的研究始于20世纪80年代，目前也已经实现焊接机器人的投入使用，在造船材料下料、船体对接等任务上也达到了自动化运行的目的。因为移动机器人具有高度的智能和动力学优势，所以在解决大型结构的机械焊接问题上作用明显，主要被用于船舱、船务船底、管道等的焊接。尽管我国船舶制造业在焊接机器人领域已经取得了重大进展，发展速度也正在加快，但是与发达国家相比，无论是技术水平还是应用规模，特别是在焊接机器人在船舶制造的实际运用上仍处于落后地位^[3]。

4船舶焊接工艺的发展展望

近年来，焊接工作取得了重大进展，但随着信息技术的发展，仍有很大的改进余地。焊接过程日益机械化和自动化，重点放在高产和高效的发展模式上，这将成为今后船舶焊接工艺发展的总方向。

4.1焊接工艺的机械化、自动化

焊接机械化和自动化,已是目前中国船舶工业的重要发展方向。但随着中国船舶工业的迅速发展,对人们在造船成本和经济效益等方面,又有了新的要求和规定。只有符合国际发展,才能实现我国发展船舶工业的大目标,而工业生产机械化和自动化的发展也是必须的。国家早已完成了相当程度的生产自动化建设,而我们国家从焊接材料到焊接设备,及其焊接工艺与技术的不断更新也恰恰反映出国家在不断推动造船生产机械化与自动化的努力。

4.2焊接材料的发展

事实上，十多年前，中国就已经成为世界上顶级的造船大国，但必须认清的是，与日本和韩国等造船大国相比，我国船舶焊接技术方面，求其实焊接材料的使用上仍处于落后地位，所以我国应不断更新焊接材料，推动其现代化发展，以促进焊接技术的发展，具体做法可在以下领域进行:

(1)注意提高焊接材料的整体质量与机械性能。焊接材料的品质也和整体造船的品质直接有关,所以可以说,整体造船的安全性能与使用寿命也就直接由焊接材料的品质而决定。所以,舰船制造商也应该加大闪光对焊材料的研制与开发力度,通过闪光对焊材料制造企业实行更加规范的质量管理,以提高焊接材料制造的技术,从而改善焊接材料的总体品质。

(2)开发利用高强度、低温韧性的焊接材料。开发海洋资源也为生产造船过程中的焊接材料开拓了全新的渠道,因此不少中国海外造船厂都接下来的开发重心放到了海洋上。因为海洋工业相关生产所采用的一般都是低温弹性好、硬度高的钢材,而且还能够据此制造大量国产海洋工业的专用钢材,这样不仅是我过积极顺应海洋工业的发展趋势，更是提高我国船舶制造业竞争力的有利途径。

4.3焊接方法的更新

在未来的发展中，焊接工艺将继续发展以满足造船业的需要。高效焊接法将是未来焊接技术逐步推广的方法。例如，单面焊双面成型的焊接方法，由于其在以往的实际船舶制造中已经取得了良好效果，其焊接效率高，不仅能在船舶焊接中节省时间、成本，还能大大提高焊接安全性，且其未来仍具有很好的开发和使用前景，所以这种技术肯定会被继续发展使用。类似的还有CO₂气体保护焊接等方法，这些技术一定会不断更新进步，继续为船舶焊接技术的发展服务^[4]。

4.4机械手、机器人焊接的研究

科学、技术和数字信息技术的迅速发展将对船舶焊接技术产生重要影响。在今后焊接技术的发展中，有关技术人员应充分认识到这一点，并大胆地努力开发更先进和更新颖的焊接技术。例如，在机械手方面，机器人焊接技术的探索，如果将这种技术应用于造船作业，将使造船业大跃进，节省大量的人力和物质资源，并大大提高造船效率。可以说，强调先进焊接技术的应用必将使造船业实现持续发展。当然，创新先进焊接技术并不意味着就能完全取代传统焊接技术，我们应当辩证地去看待二者地位，学会合理使用新旧焊接技术。比如，传统的手工电焊早在十九世纪就已经出现，但其在当前的船舶制造中仍占据着重要地位，对于精细零件的焊接中仍具有较大优势。

5结语

目前中国在造船规模上在世界造船产业中已经处于顶尖水平，但在造船技术层面上，我国仍落后于先进国家，仅从亚洲而言，日本、韩国的造船技术也仍领先于我国，尤其是在焊接材料消耗量、人均造船吨位等更是差距较大。所以为了使我国真正成为世界第一造船大国，就必须提高我国造船技术水平，尤其是船舶焊接技术，注重创新发展，争取早日掌握我国独立自主的核心技术。

参考文献：

1. 文大勇. 试析船舶焊接工艺的应用与发展[J]. 中国水运(下半月), 2012, 12(007):89-90.

2. 陈煜坍, 原跃峰. 焊接技术在我国船舶制造业中的发展研究[J]. 科技与企业, 2015(8):1.

3. 詹飞. 浅析焊接技术在我国船舶制造业中的发展[J]. 中国新技术新产品, 2014(9):2.

4. 吕伟. 船舶制造业高效焊接技术的应用探究[J]. 科技经济导刊, 2018(21):2.

作者简介：张立新，1966年8月，男，汉族，江苏海门，大学专科，工程师，目前从事船舶制造企业安全生产管理工作。