制造船業應用先進焊接技術

李洪斌 劉宏濤 畢見亮

摘 要：在我國造船業，焊接工藝是焊接施工中不可缺少的系統工程。在操作中，焊接材料、焊接設備和焊接人員是必不可少的。焊接施工中的缺陷是影響焊接質量的關鍵因素，探索解決焊接質量問題的辦法，從各個方面提高造船焊接質量對促進中國船舶工業發展意義重大。

關鍵詞：造船業;焊接技術;應用

隨著船舶市場的競爭，船東和船廠越來越重視船舶建造進度和焊接質量，而焊接作為船舶建造的主要工序，是衡量船舶質量的重要指標之一，高效焊接技術的應用范圍、效率影響到船舶建造的進度。隨著材料技術日益成熟，焊接技術的穩步發展，焊接裝備的日益自動化，國內外船廠都在努力提高焊接自動化程度。以前焊接使用手工焊操作現在基本上已被CO2氣體保護焊所取代，并逐步進入到流水線和機械臂自動焊接的階段。船舶建造高效焊接技術的應用推廣，不斷提高了勞動生產率，降本生效，提高焊接質量，減少焊接變形，提高造船精度。

一、現階段常用的高效焊接技術

焊接作為制造業最為常見的一種施工技術已經得到了充分的發展。我國作為船舶制造業大國將高效焊接技術應用在船舶制造業中具有重要意義。目前，我國船舶制造業中最為常見的高效焊接技術主要有以下幾種：焊條電弧焊、二氧化碳氣體保護焊、埋弧焊、不銹鋼焊、活性氣體保護焊等。

1.焊條電弧焊。焊條電弧焊的焊接方式主要有兩種，即向上立焊與鄉下立焊。

向下立焊的焊接效率是向上立焊效率的1倍以上。所使用的焊條也主要有兩種，即鐵粉焊條與重力焊條。鐵粉焊條的工藝相對比較簡單。鐵粉焊條焊接工藝可以通過提高熔敷效率實現提高生產效率的目的。與傳統焊接工藝相比，鐵粉焊條焊接工藝的工作效率可以提高到150%。重力焊條焊接工藝也以高效鐵粉焊條為焊接材料，其熔敷率可以達到130%～180%。

2.二氧化碳氣體保護焊。二氧化碳氣體保護焊所使用的焊絲有兩種，即：實心焊絲與藥芯焊絲。目前，我國的氣體保護焊所使用的實心焊絲品種較少，需要進一步擴充實心焊絲品種。在研發新的實心焊絲時必須要進一步優化焊絲的結構、提高性能，減少飛濺等問題。此外，實心焊絲還應該具有防銹、潤滑等功能。藥芯焊絲是目前二氧化碳保護焊中最為常用的材料之一，具有焊道美觀、飛濺小、電弧穩定、全位置焊接、熔敷效率高、工藝性能良好等優點，是一種現階段被廣泛應用到船舶制造的一種高效焊接工藝。

3.埋弧焊。埋弧焊焊接工藝主要應用在平板平直焊縫中。其具體的焊接工藝又有單絲埋弧焊、多絲埋弧焊、窄間隙埋弧焊等幾種焊接工藝。其中最為常見的焊接工藝有FCB焊接法與FAB焊接法。FCB焊接法主要應用在平面分段流水線焊接工作中，速度較快。最高速度可以達到1500mm/min，FAB焊接法是一種單面埋弧的自動焊接法。最大的特點是易于操作。目前該焊接工藝主要被應用在曲面鋼板拼接、船臺合攏階段的甲板大口焊接。

4.不銹鋼焊。不銹鋼焊接工藝常見于不銹鋼管以及相關附件的角接、對接等操作中。不銹鋼焊接工藝主要以CO2氣體或者CO2與Ar混合氣體為電弧介質。焊接方法有自動焊接與半自動焊接兩種，此外鎢極氬弧焊等焊接方法。

5.活性氣體保護焊。活性氣體保護焊是利用CO2與Ar混合氣體為電弧介質的自動焊接技術或半自動焊接技術。活性氣體保護焊被廣泛應用在不銹鋼的焊接工作中。該焊接技術具有焊接速度快、效率高、焊接質量較好等優點。

二、船體結構焊接質量及缺陷分析

船體結構所存在的焊接缺陷比較多，依焊縫位置不同，可將其分為內部缺陷和外部缺陷，其中內部缺陷主要包括氣孔、夾渣、焊接裂紋、未焊透、未熔合等情況;外部缺陷主要包括焊縫外形與尺寸與要求不符、咬邊、焊瘤等情況。在船舶建造過程當中，影響船體結構焊接質量的原因有很多，如焊接設備及技術落后、焊接工藝參數設置不當、所使用材料質量不合格、坡口加工、天氣情況等，任一環節的處理出現問題或未科學處理，都可能會產生焊接缺陷，影響焊縫質量。

三、船舶制造中焊接質量問題的影響因素及其解決

措施

1.氣孔。在船舶制造的焊接過程中，焊接時所產生的氣孔是一種常見而普遍存在的問題，這是由于在焊接施工的過程中，部分熔池內的氣泡沒有充分、及時溢出，在船體金屬材料逐漸冷卻凝固的過程中，這些留存在熔池內的氣泡就成了空穴，成了焊接質量缺陷。造成這種焊接質量問題的影響因素，主要在于以下幾點：焊接的邊緣部位殘留有水分、金屬銹蝕或油漬。焊接施工操作沒有依照規定的程序和流程，進行嚴格的焊接操作施工，導致焊接的焊條的烘焙度不足。焊接施工操作時存在焊芯銹蝕的現象。焊接施工中的電壓控制不合理。對于焊接中產生的氣孔缺陷性問題，要注重對焊接截面的合理控制，并根據焊接的施工情況，選取針對性的措施，以規避氣泡的產生。

2.夾渣。在船舶制造的焊接施工過程中，這種夾渣現象和問題會極大地降低焊接的致密性，同時也降低焊接部位的強度，不利于船舶制造的整體質量的提升。出現這個焊接質量問題的影響因素，主要包括有以下幾種：焊接的施工速度控制不當，出現焊接過快的現象。焊接施工過程中的電流過小，也會導致夾渣現象的出現。焊接施工過程中，如果焊縫的邊緣有氧割，也會出現夾渣的問題。對于焊接中出現的夾渣缺陷性問題，首先要選擇適宜的坡口尺寸，整理并清潔焊接的邊緣部位;然后還要注重控制好焊接施工的速度，確保焊接施工中的融化狀態與焊接的匹配性。

3.咬邊。在船舶制造的過程中，焊接材料存在凹陷的現象，就會使焊接出現接頭，使焊接連續的強度無法達到規定的要求和標準，從而降低船舶制造的質量。產生這種焊接質量問題的因素，主要體現為以下幾點：焊接施工過程中的焊接速度控制不當所導致的，如果焊接的運動速度過快，則會使焊接出現“咬邊”的現象。焊接施工中的電流控制不當所導致的。對于焊接施工中存在的“咬邊”缺陷性問題，要認真分析焊接施工中的荷載狀態、應力狀況等，合理控制焊接的速度，實現對焊接軌道的平整度控制。

4.未熔合和焊透。在船舶制造中的焊接過程中，存在材料和焊件之間沒有充分焊接的現象，這種焊接問題對于船舶制造的質量有較大的影響。產生這種焊接問題的因素主要表現為：焊接施工中的速度控制不當，導致焊接速度過快而產生未完全熔合和焊透。焊接施工過程中的電流控制不當，電流過小也會導致焊接未完全熔合和焊透。材料的直徑超過了一定的范圍，導致焊接時的坡度過小，無法充分熔合和焊透。對于這種焊接缺陷性問題，要注意焊接施工的速度控制，使焊接的擺動與熔合狀態相契合，同時也還要注意控制坡口的尺寸。

5.焊接裂紋。在船舶制造過程中的焊接施工之中，船舶結構出現大小不同的裂紋，會極大地影響船舶整體的美觀，也存在較大的安全隱患。其產生的影響因素主要在于焊接施工過程中的速度控制不當以及焊接深度控制不當。對于焊接裂紋的缺陷性問題，應當采用修補的方式，以減少焊接裂紋的擴散。

四、結語

高效焊接技術的應用及推廣，是以船舶產品為載體，以增加高效焊接設備為基礎，以精度控制技術為輔助，增加高效焊接方法為途徑，提升船舶產品的高效焊使用率，減少對熟練焊工的依賴，提高焊接質量，把穩定質量作為高效焊接實施推廣過程的主線，降低勞動成本。

參考文獻：

[1]黃浩.船體工藝手冊[M].國防工業出版社，2015.

[2]國際船級社協會.IACS散貨船結構共同規范[S].

[3]王穎，齊偉，田鳳玉等.船舶制造高效焊接[J].金屬加工（熱加）.