全位置焊接小車現(xiàn)場合理使用探討

郭義德，王 猛，王忠平

（1.上海中船三井造船柴油機(jī)有限公司，上海 201306；2.滬東中華造船集團(tuán)有限公司，上海 200129）

0 引 言

船舶制造是一項(xiàng)巨大且復(fù)雜的系統(tǒng)工程，焊接是船舶制造中的重要環(huán)節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)、扎實(shí)的焊接工作會(huì)對船舶的整體結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生積極影響。目前焊接工時(shí)約占整個(gè)船舶建造周期的40%，焊接成本約占船體建造成本的40%。焊接工作不僅對船體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量有很大影響，而且對船舶建造過程中的成本控制、效率提升和造船周期控制有很大影響。

焊接小車是目前國內(nèi)船舶建造領(lǐng)域提高焊接自動(dòng)化率最有效的方法之一，是一種能代替人工焊接的自動(dòng)化焊接輔助設(shè)備，采用以CO2為保護(hù)氣體的自動(dòng)化焊接方式，主要與熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)配套使用。焊接小車的特性主要體現(xiàn)在體積小、設(shè)備輕便、操作簡易、易于移動(dòng)和安裝等方面，在進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，具有電弧燃燒穩(wěn)定、焊縫成形好、接頭少和填充金屬熔敷率高等特點(diǎn)。雖然目前我國已有很多學(xué)者對焊接小車進(jìn)行研究，各研究機(jī)構(gòu)正在積極開展自動(dòng)化焊接研究，但有關(guān)全位置焊接小車現(xiàn)場合理使用的研究仍較少。由此，本文主要對全位置焊接小車的現(xiàn)場合理使用進(jìn)行分析，使其在提升焊接效率方面發(fā)揮更大作用。

1 全位置焊接小車概述

生產(chǎn)全位置焊接小車的廠家有很多，不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品的型號和操作性能有所不同。目前適用于船舶行業(yè)的全位置焊接小車生產(chǎn)廠家和產(chǎn)品型號較多。

1）熊谷管道焊機(jī)公司生產(chǎn)的型號為A-305、A-610、A-800和A-300X的焊接小車適于進(jìn)行管道焊接，以及根焊、熱焊、填充焊和蓋面焊，適合采用GMAW、FCAW-GS和GTAW等3種焊接工藝。

2）鼎真機(jī)械設(shè)備公司生產(chǎn)的船體焊接小車能實(shí)現(xiàn)垂直焊接、橫向焊接和水平焊接等多種方向的焊接，具有重量較大和裝拆不方便等不足。柔性軌道具有裝拆方便、重量較輕等優(yōu)點(diǎn)，但其精度沒有剛性軌道高。

3）瑞凌實(shí)業(yè)公司生產(chǎn)的自動(dòng)焊接小車型號有HIT-8SS、HIT-18-1SD-2、HIT-NAW和HIT-20-1C等，主要應(yīng)用于中船黃埔文沖船舶有限公司、廣州中船龍穴造船有限公司、廣船國際有限公司和上海外高橋造船有限公司等船廠。此類設(shè)備可應(yīng)用于不同船型上及不同船體建造工位，比如用在船體平面分段加強(qiáng)筋焊接、船體分段T排焊接、船體小合攏平面短小的平角焊、船體大合攏中的橫焊和立焊等工位中。此類自動(dòng)焊接小車的針對性較強(qiáng)，具有輕便、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，但無法實(shí)現(xiàn)全位置焊接。

目前全位置焊接小車尚未在船舶行業(yè)廣泛應(yīng)用，主要原因在于船廠未全面掌握設(shè)備的成本、結(jié)構(gòu)、焊接工藝和使用效率等方面的數(shù)據(jù)。為收集相關(guān)數(shù)據(jù)以進(jìn)一步理解該設(shè)備的特色，考慮引進(jìn)全位置焊接小車，通過在實(shí)際應(yīng)用中解決各種難題，充分發(fā)揮其優(yōu)勢。實(shí)踐證明：全位置焊接件與CO2氣體保護(hù)焊設(shè)備相比，其效率更高，能有效降低生產(chǎn)成本，而且設(shè)備連續(xù)工作性強(qiáng)，操作簡單，對焊工的技能要求相對較低。船舶行業(yè)適用的全位置焊接小車要求：設(shè)備小型化，重量輕；磁性吸力達(dá)到一定的要求；結(jié)構(gòu)輕巧牢固，無晃動(dòng)現(xiàn)象；操作性良好，使用方便。下面對南京頂瑞電機(jī)有限公司生產(chǎn)的HCD500-6A型全位置焊接小車進(jìn)行介紹。全位置焊接小車的焊接全套設(shè)備由CO2氣體保護(hù)焊電源、焊接小車、輔助焊接小車導(dǎo)向軌道和焊接電纜等組成，適于進(jìn)行垂直角焊、水平角焊和對接焊縫焊接。配合內(nèi)置的高性能永久磁體和導(dǎo)向輪，該焊接小車可自動(dòng)跟蹤焊道。

1.1 焊接電源

CO2氣體保護(hù)焊電源見圖1和圖2（一般CO2焊機(jī)均可適配焊接小車）。

圖1 CO2氣體保護(hù)焊電源實(shí)物圖

圖2 CO2氣體保護(hù)焊電源示意圖

1.2 焊接小車

圖3和圖4分別為全位置焊接小車的實(shí)物圖和結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 全位置焊接小車實(shí)物圖

圖4 全位置焊接小車結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 焊槍

焊接小車對配套使用的焊槍的適應(yīng)性較強(qiáng)，既可采用CO2焊接設(shè)備的通用型鵝頸焊槍（見圖5），又可采用焊接小車專用焊槍（見圖6）。

圖5 通用型鵝頸焊槍

圖6 焊接小車專用焊槍

1.4 導(dǎo)向軌道

輔助焊接小車導(dǎo)向軌道可分為硬性軌道和柔性軌道2種（見圖7和圖8）。全位置焊接小車在焊接角焊縫時(shí)一般不需要導(dǎo)向軌道，靠自身的定向輪定向行走。全位置焊接小車在焊接對接焊縫時(shí)一定要用導(dǎo)向軌道，以保證焊縫的直線度。當(dāng)焊縫的平整度（或焊縫坡口的直線度）產(chǎn)生偏差時(shí)，可先用柔性軌道代替硬性軌道，使軌道的曲率與焊縫的曲率（或焊縫坡口的直線度）保持一致，再進(jìn)行正常的焊接。

圖7 硬性軌道實(shí)物圖

圖8 柔性軌道實(shí)物圖

2 現(xiàn)場裝配安裝工藝

現(xiàn)場使用全位置焊接小車時(shí)，焊接接頭的裝配質(zhì)量應(yīng)符合工藝要求。因此，必須嚴(yán)格執(zhí)行船體裝配工藝，否則無法保證焊接質(zhì)量。

1）裝配的焊縫應(yīng)滿足焊接方法的工藝要求。

2）嚴(yán)格遵守裝配工藝紀(jì)律，若采用全位置焊接小車焊接焊縫，對裝配的焊縫提出以下要求：

（1）盡量保證橫角焊和立角焊的焊縫間隙在0～2 mm范圍內(nèi)，若有超差，需先采取一定的補(bǔ)焊措施，再進(jìn)行焊接；

（2）定位焊一定要采用CO2手工焊，焊腳尺寸小于等于3 mm（焊腳尺寸不能超過技術(shù)要求），在對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有要求的情況下，定位焊縫長度可適當(dāng)增大；

（3）對接焊縫的定位焊要求在構(gòu)架面；

（4）當(dāng)平對接、立對接和橫對接的焊縫要求背面焊縫成形時(shí)，應(yīng)先用CO2手工焊進(jìn)行成形焊，再用全位置焊接小車進(jìn)行填充和蓋面焊接；

（5）對于不需要背面成形的焊縫，當(dāng)局部間隙超過3 mm時(shí)，應(yīng)先采用CO2手工焊進(jìn)行填補(bǔ)焊，再用全位置焊接小車進(jìn)行焊接；

（6）當(dāng)焊縫間隙超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值時(shí)，應(yīng)按《中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T 34000—2016）的要求先補(bǔ)焊，再重新開破口；

（7）將工型馬裝在焊縫的反面（構(gòu)架面），否則會(huì)影響焊接的連續(xù)性；

（8）對于立對接、橫對接和立角焊，要求焊縫坡口一律采用自動(dòng)切割機(jī)切割，坡口面光滑無鋸齒形，且坡口角度一致，直線度好；

（9）在焊縫兩側(cè)300 mm范圍內(nèi)，裝配馬腳需磨平，否則會(huì)影響導(dǎo)軌敷設(shè)和焊接小車移動(dòng)，從而影響焊接質(zhì)量；

（10）焊縫裝配質(zhì)量經(jīng)檢驗(yàn)合格之后，應(yīng)立即進(jìn)行焊接，避免時(shí)間過長造成焊縫銹蝕及產(chǎn)生雜物，影響焊接質(zhì)量和焊接效率。

3 焊接工藝及有關(guān)參數(shù)

當(dāng)現(xiàn)場使用全位置焊接小車焊接時(shí)，應(yīng)按焊接工藝規(guī)程施焊。

3.1 現(xiàn)場焊接工藝

1）焊前焊縫坡口及兩邊20 mm范圍內(nèi)的區(qū)域要清理干凈，做到無水、無銹、無油污和無氧化皮等；

2）先采用全位置焊接小車焊接，焊后自檢，再采用CO2手工修補(bǔ)焊接缺陷；

3）先焊正面主焊縫，再焊構(gòu)架面焊縫；

4）在進(jìn)行多層多道焊時(shí)，每道、每層的焊渣及飛濺物都要清理干凈；

5）在進(jìn)行薄板焊接時(shí)，應(yīng)采用快速焊和細(xì)焊腳，以減少薄板變形；

6）施工時(shí)考慮盡可能地優(yōu)先采用全位置焊接小車焊接，以提高焊接效率和焊接質(zhì)量。

3.2 現(xiàn)場焊接有關(guān)參數(shù)

以南京頂瑞電機(jī)有限公司生產(chǎn)的HCD500-6A型全位置焊接小車為例，現(xiàn)場焊接有關(guān)參數(shù)見表1。

表1 全位置焊接小車現(xiàn)場焊接有關(guān)參數(shù)

4 全位置焊接小車現(xiàn)場焊接

以某船E總段外板的焊接為例，其平整度較好，焊縫由ES11P／S＋EB01P／S、ES12P／S＋EB02P／S（橫對接）和ES11P／S＋ES12P／S（立對接）組成。

4.1 焊前準(zhǔn)備

1）檢查焊接電源是否正常；

2）檢查焊接小車是否正常；

3）檢查待焊焊縫坡口的直線度是否符合要求，若局部存在偏差，先采用手工焊修復(fù)；

4）檢查導(dǎo)向軌道的安裝是否符合小車行走焊接要求，若局部焊縫存在一定的弧度，可使用柔性軌道；

5）把焊槍裝入夾具中，旋緊壓板上的手輪，固定焊槍；

6）預(yù)設(shè)好焊接電流、焊接電弧和焊接速度，并確定焊接小車的行走方向；

7）若風(fēng)力較大（風(fēng)速超過1.5～2.0 m／min），須采取防風(fēng)措施。

4.2 焊接步驟

1）先進(jìn)行橫焊，后進(jìn)行立對接焊，焊接過程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程；

2）焊接過程中應(yīng)認(rèn)真觀察熔池，并根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整焊接工藝參數(shù)（電流），以及焊絲和焊槍位置，確保焊接質(zhì)量滿足要求；

3）注意觀察焊接小車的行走情況，若存在偏差，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使焊縫的直線度良好；

4）焊接結(jié)束之后檢查焊縫，對局部的焊接缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，使焊接質(zhì)量達(dá)到提交驗(yàn)收的要求；

5）對某船4組總段焊后X光探傷質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，50張X光片中有48張合格，合格率為96%，經(jīng)多次試驗(yàn)，證明使用全位置焊接小車焊接船體外板，焊接質(zhì)量非常穩(wěn)定。

5 現(xiàn)場合理使用全位置焊接小車的成效及其應(yīng)用

5.1 成效分析

從上述全位置焊接小車在某船上的使用情況來看：在焊接質(zhì)量上，不僅焊縫外觀美觀，而且焊縫的內(nèi)部X光拍片質(zhì)量優(yōu)異；在焊接效率上，相同條件下全位置焊接小車的焊接效率是手工CO2氣體保護(hù)焊效率的2倍以上。此外，全位置焊接小車的操作較為簡單，對操作人員的技能要求不高，可在造船行業(yè)全面推廣使用。

5.2 應(yīng)用分析

全位置焊接小車的使用有其局限性，如艏部或艉部，由于結(jié)構(gòu)線型復(fù)雜，焊接時(shí)熔池在重力的作用下較難控制，加上飛濺的影響，易使噴嘴阻塞，造成CO2氣體保護(hù)不佳，噴嘴與焊材易出現(xiàn)短路故障，焊縫成形變差，焊接質(zhì)量得不到保證。此外，船體線型發(fā)生變化使得焊接過程中依靠同一個(gè)焊接參數(shù)或焊接速度很難完成對一條焊縫的焊接，必須根據(jù)線型曲率的變化調(diào)整工藝參數(shù)和焊接速度，這會(huì)增加操作難度和勞動(dòng)強(qiáng)度，使焊接效率變差。這些不足需在后續(xù)研究中加以改進(jìn)。

因此，選擇合適的平直船體結(jié)構(gòu)施焊，可充分發(fā)揮全位置焊接小車的優(yōu)勢，提高焊接質(zhì)量和焊接效率。

6 結(jié) 語

當(dāng)前我國正由造船大國向造船強(qiáng)國邁進(jìn)，提高焊接技術(shù)，大力推廣高效焊接是造船企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。通過分析可知：合理使用全位置焊接小車有助于提升焊接質(zhì)量，減少打磨和返工量，降低生產(chǎn)成本；全位置焊接小車的連續(xù)工作性強(qiáng)，操作簡單，對焊工的技能要求較低，若能廣泛推廣，可提高焊接效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到降本增效的目的。綜上所述，全位置焊接小車作為一種先進(jìn)的自動(dòng)化焊接設(shè)備，若能在造船行業(yè)廣泛推廣和使用，將對我國造船業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用。