智能焊接台车在船舶舾装工事上的应用

智能焊接台车在船舶舾装工事上的应用

李树荣

（工学硕士研究生 大连中远海运川崎船舶工程有限公司，辽宁 大连 116052）

摘  要：新世纪以来，船舶工业在国内外的多个方面都具有重要地位。而船舶舾装工事的技术迭代，尤其是焊接工艺的提升对于船舶工业的行业优化来说意义非凡。目前国内的船舶焊接工作基本上为人工作业，导致人工费用成本较高，作业强度大，且焊接质量优劣不一，效率低下。本文提出了一种智能焊接台车，能够对舾装工事中的焊接实现自动化。并与现有船舶工业中在舾装工事上应用人工焊接的质量和效率进行试验对比，得出该智能焊接台车在保证焊接质量的提前下，较大提高工作效率的结论，证明了该焊接台车可为舾装工事提供一定技术升级。

关键词：智能焊接；舾装工事；焊接效率

Application of intelligent welding trolley in ship outfitting works

李树荣

（工学硕士研究生 大连中远海运川崎船舶工程有限公司，辽宁 大连 116052）

Abstract: Since the new century, the shipbuilding industry has played an important role in various aspects both domestically and internationally. The technological iteration of ship outfitting, especially the improvement of welding processes, is of great significance for the optimization of the shipbuilding industry. At present, the welding work of ships in china is mainly manual, resulting in high labor costs, high work intensity, and varying welding quality and low efficiency. This article proposes an intelligent welding trolley that can automate welding in outfitting work, and compares it with the quality and efficiency of manual welding used in existing shipbuilding industries. The conclusion is that the intelligent welding trolley can greatly improve work efficiency while ensuring weld quality, proving that the welding trolley can provide a certain technical upgrade for outfitting work.

Keywords：intelligent welding; outfitting work; welding efficiency

0 引言

自21世纪以来，船舶工业已经成为重工业中不可缺少的重要部分，不但对国民经济的发展有着很大的影响力，而且在国防建设中拥有举足轻重的地位，是一种在多种领域提供技术装备的现代综合性产业，是高端装备制造业的重要一环[1]。近年来，国际环境动荡，与此同时船舶工业由于技术升级和产业革命相较于上个世纪的工业环境，已经到了一个全新的阶段，市场竞争日益激烈[2]。面对这种市场环境，对现有工艺技术进行技术迭代，提高产品质量，提升产品制造效率，是国家和各个企业目前急切需要解决的问题。

在船舶工业中，涉及的工业和专业领域最多，且最容易发生各种事故的过程就是船舶舾装工事。舾装可以是泛指在舰船各个生产阶段的除基本船体外的所有安装工程。舾装工事是船舶在正式交付前，必不可少且繁复漫长的工序。船舶舾装工事可大致分为分段舾装、船坞、船台舾装和码头舾装。

在船体建造中，焊接工时约占船体建造总工时的30%～40%，焊接成本约占造船总成本的30%，焊接质量还直接关系到船舶海上运输的安全 [3]。为适应船舶行业未来的发展需求，船舶焊接技术将朝着自动化、智能化、机器人化、高效节能的方向发展。智能焊接技术在造船焊接领域的应用前景广阔，它将为船舶工业，尤其是船舶舾装工事取得更高的生产效率，获得更高的焊接质量。且智能焊接技术相较于人工焊接，企业和国家可以以较低的劳动成本，获得更大的经济效益和市场竞争力。

1 目前船舶工业焊接面临的问题

（1）国内外市场对于船舶工业的焊接要求日益提高。

目前对于船舶舾装的要求，尤其焊接技术的要求逐渐提高，海洋工程装备和高附加值的船舶产品以其重要性使高技术力的焊接必不可少。由于对焊接技术提出了更高要求，工作难度陡然而增，通用工艺难以满足要求。与此同时，安全和环境的要求也不可忽视。在船舶舾装工艺中，焊接加工既要求焊工有熟练的操作技能，稳定的焊接水平，又要求焊工能在高温、多粉尘、危险性高等严酷的环境下工作，甚至需要高空作业，存在着极大的安全隐患。如图1所示为焊接工人作业情况。

图1  焊接工人作业情况

（2）人工焊接效率低下

高水平焊接工人在我国船舶工业中发挥着重要作用。然而如（1）中所述，船舶舾装工事中的特殊性，对焊接工人的要求极高，使得该工事的劳动用工成本逐年上升，且船企焊工流动性大，焊工水平参差不齐。人工焊接由于物量大、作业重复率高，容易存在缺陷之外，效率远不及智能化机械焊接方式。本文对手工焊接实际速度进行了现场测试，其结果如表1所示，方便下一步与智能焊接台车作业进行实际对比。

表1  手工焊接实绩

2 智能焊接台车介绍

针对大型散货船舶舾装工事，包括舱口围上的轨道、压金条、挡水板等相关舱口附件焊接工艺，本文提出了一种专用的智能焊接台车。该机采用搭载桁架式结构的行走小车，通过气动力控仿形的方式达到焊缝实时跟踪，设置双枪同时施焊，通过超声波传感器和智能控制系统辅以逻辑算法和编程实现连续焊接下的识别并躲避障碍功能。如下图2所示为该智能焊接台车的结构示意图。

图2  智能焊接台车结构示意图

该智能焊接台车主要由以下部分组成：焊接台车本体、电气柜、焊轨道用行车轨道、焊压金条用行车轨道、集中放置平车、送丝机、焊枪、手持操作盒、随机工具箱。

在智能焊接台车正式工作前，首先进行设备的准备和检查，包括检查敷设的台车轨道磁体是否完好，磁力是否有效；检查敷设的台车轨道是否完好，齿条是否有磕碰严重变形影响台车行走传动的情况；检查台车各传感器、导轨传动、台车行走轮、靠轮等零部件是否处于正常状态（导轨应定期清理并施加润滑油防护、行走轮螺栓应定期检查锁紧）。

在进行舱口围轨道焊接时，先将行车轨道敷设于适宜位置。焊接舱口围轨道时，将行车轨道敷设在舱口围轨道上方（保证磁铁吸附面无杂质），打开防倾翻挡板，防止轨道意外侧翻；将焊接台车连同台车自带的1米轨道放至到舱口围轨道上，与其他轨道搭接完毕后，根据障碍物位置摆放台车，接着打开Z轴插销，使仿形靠轮与工件接触，连接送丝机和焊机电源线、气源、焊丝等。焊枪需被固定于台车上，并通过焊枪固定处的调整机构和仿形靠轮调整好焊接位置，再连接主机电源、气源、电气柜与台车间的电缆，检查无误后将电缆通过挂钩固定，此时才可开机上电。具体焊接工艺程序需要根据船型及工况来决定。程序设置好后，打开Z轴力控气缸和Y轴仿形气缸，通过简易靠尺调整好摆枪侧的仿形靠轮位置，使焊丝前端与摆轴位于公垂线上。图3为该智能焊接台车工作演示。

图3  智能焊接台车工作演示

本文借用内场焊接台车对轨道和压金条进行焊接试验，检讨现行台车的适用性，包括焊接条件和焊接质量。焊接情况如图4所示。经试验，台车焊接效率高，成型良好。

图4  智能焊接台车焊后情况

本文设计了两组实验来比较人工焊接和使用智能焊接台车焊接，不同焊接方式下的焊接效率，其实验结果如表2所示。其中，焊接台车消耗时间含台车的调整时间，每次约0.7小时，包括轨道布设、焊机和焊枪角度调整、焊接电流电压调整、台车行进轨道障碍物处避让调整等。单舱调整需要4次（不同侧需使用不同的焊机），单舱调整时间约2.8小时。

表2  人工焊接和智能焊接台车焊接效率比较

从表2可以看出，当面对同一组需要进行焊接作业的焊接区域时，无论是直轨道三层双面角焊缝还是压金条单层双面角焊缝，智能焊接台车的焊接速度都要高于人工焊接速度，在焊接直轨道三层双面角焊缝的要求下，智能台车的焊接速度为2.96m/h，人工焊接的速度为1.5m/h，智能焊接台车比人工焊接的速度提升比率为1.97；在焊接压金条单层双面角焊接的要求下，智能台车的焊接速度为10m/h，人工焊接的速度为3.5m/h，智能焊接台车比人工焊接的速度提升比率为2.86。

3 总结

焊接技术在船舶舾装工事中具有非常重要的应用价值，新的焊接技术可以使原有的船体结构升级，也可为船舶添加一些新的部件或设备，以提升船舶的性能和功能。随着科技的不断发展和进步，智能焊接台车已成为焊接技术的发展趋势。其焊接效率优于人工焊接，焊接质量良好且工作更加稳定，操作环境更为安全，为企业降低成本，提高建造质量发挥重要作用，能够为未来更加复杂激烈的市场环境做好充分准备。

参考文献

[1] 王小刚.渤船重工相关多元化发展战略研究[D].东北大学，2014.

[2] 孙志强.机器人焊接技术在我国造船行业中的应用与前景[J].广东造船，2014,34(04):41-45.

[3] 刘希鹏，陈兴，陈华斌，林涛.基于激光视觉传感的船舶型材机器人焊接焊道编排及系统研制[J].上海交通大学学报.