船舶焊接技术的现状及发展
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焊接技术国内外发展现状与前景摘要:在国内外的现代化工业生产中,焊接技术已经得到广泛应用。
从普通的机械制造到航空、航天技术的运用,随着时代的进步,对焊接技术的要求也在不断提高。
焊接技术从传统的手工业逐渐转型成一项高精技术,不论从生产效率还是准确性和环保要求来看,焊接技术都有巨大的创新空间。
本文将就目前国内外焊接技术的发展现状和我国焊接技术发展中问题进行探讨,根据焊接技术的现状,在市场需求和发展现状的基础上,对焊接技术的前景做出分析。
关键词:焊接技术;发展现状;发展前景;国内外随着全球工业化的普及,焊接技术的运用也越来越广泛。
我国的焊接技术开启较晚,从上世纪五六十年开始,伴随着重工业的起步,焊接技术被引进到国内。
工业化进程加快,焊接技术的发展也逐步提升,我国对焊接技术的培养和研究也开始不断加深,开始拥有专业的焊接设备工厂。
如今,我国各地已经拥有多处可以生产焊接设备的工程,焊接技术已经不需要依赖国外技术,我国已能焊接技术的发展上进行独立研究。
从简单的焊接操作机到现代化的数控系统,焊接技术逐渐转型为智能化、自动化。
但是对焊接技术的发展,不能闭门造车还需要放开视野,了解国际上的发展趋势。
1 焊接技术的国内外发展现状现代的焊接技术已经是各个国家都在广泛应用的工业技术。
从早期的传统手工业到现代在航天、航空、船舶、能源等高精尖领域的应用,焊接技术的应用不仅越来越普遍,生产上对焊接技术的各项要求也越来越高。
为了提高焊接技术水平,多年来各国都在不断研究探索。
在上世纪 80 年代之后,我国就从海外引进了成套的先进焊接设备,帮助当时的中国在焊接领域的设备精确度、自动化技术等方面进行提高。
要满足生产需求,就必须不断提高焊接技术的水平,从简单的滚轮架、翻转机到现代化的PLC 技术、数控技术,焊接技术已经从简单的机械化操作逐渐转向自动化生产[1]。
随着生产中对焊接技术精确度、高效率的要求,传统的手工焊接已经无法满足大规模焊接工作。
高速摩擦搅拌焊接技术在船舶工程中的应用船舶工程作为一项复杂而庞大的工程,需要使用高效可靠的焊接技术来确保船体的结构强度和密封性。
近年来,高速摩擦搅拌焊接技术在船舶工程中得到了广泛的应用。
本文将探讨高速摩擦搅拌焊接技术在船舶工程中的应用,并分析其优势和挑战。
高速摩擦搅拌焊接技术是一种无焊条、无焊接热源的焊接方法,通过在接头处施加轴向力和旋转力,将两个金属板材在高速旋转的摩擦热作用下实现焊接。
相比传统的焊接方法,高速摩擦搅拌焊接技术具有以下优势。
首先,高速摩擦搅拌焊接技术可以实现无焊缝焊接,消除了传统焊接中的焊缝缺陷。
这对于船舶工程来说尤为重要,因为焊缝缺陷可能导致船体的结构强度不足,甚至可能引发严重的事故。
采用高速摩擦搅拌焊接技术可以有效地避免这些问题,提高船体的整体强度和安全性。
其次,高速摩擦搅拌焊接技术可以实现高效的生产过程。
传统的焊接方法需要大量的焊接材料和焊接热源,而高速摩擦搅拌焊接技术只需要施加轴向力和旋转力即可完成焊接过程。
这不仅减少了焊接材料的使用量,还可以节省大量的能源和时间。
在船舶工程中,高效的生产过程可以大大缩短建造周期,提高生产效率。
此外,高速摩擦搅拌焊接技术还可以实现多种材料的焊接。
船舶工程中常用的材料包括铝合金、不锈钢等,而传统的焊接方法在焊接不同材料时往往存在困难。
而高速摩擦搅拌焊接技术通过摩擦热的作用,可以有效地将不同材料焊接在一起,提高了船舶工程中不同材料的应用范围。
然而,高速摩擦搅拌焊接技术在船舶工程中的应用还面临一些挑战。
首先,该技术对设备要求较高,需要具备高速旋转和高压力施加的能力。
这对于船舶工程来说,需要投入大量的资金和资源来购买和维护这些设备。
其次,高速摩擦搅拌焊接技术的操作难度较大,需要高技能的操作人员进行操作和控制。
船舶工程中的焊接工人需要接受专门的培训和技能提升,以确保焊接质量和安全性。
综上所述,高速摩擦搅拌焊接技术在船舶工程中具有重要的应用价值。
它可以实现无焊缝焊接、提高生产效率和扩大材料应用范围。
1 概述焊接技术是船舶建造工程的关键工艺技术,是建立现代造船模式的支撑技术。
焊接技术的发展带动了造船技术的进步。
20世纪初,由于船舶业引进了焊接技术,造船模式由整体拼装发展到分段建造,使大型和巨型船舶得以顺利建造。
高效焊接技术对船舶建造具有特别重要的意义。
船舶结构复杂,服役条件苛刻,且为全焊接结构。
船体建造中焊接工作量约占70%,焊接成本约占船体建造总成本的30%~50%。
因此,在船舶建造过程中通过高效焊接手段来满足缩短建造周期、降低建造成本的需求,同时保证良好的焊接质量。
实现高效焊接的基本途径有:(1)提高焊接熔敷效率,如采用多丝焊、垂直气电焊、搅拌摩擦焊等。
(2)减少坡口断面及熔敷金属量,如采用窄间隙焊、激光复合焊等。
(3)自动化焊接,如采用生产线、机器人焊接等。
2 船舶高效焊接工艺及装备发展现状纵观国内外船舶建造企业的造船模式,主要流程基本相同,为零件→部件→分段→总段→船台(坞)搭载。
与此相对应的,所采用的焊接技术及装备也是大同小异。
在部件、分段、总段等中间产品的生产制造阶段采用自动化程度很高的大型焊接生产装置(流水线),在船台(坞)搭载时则采用单机自动化焊接设备。
所不同的是,国外先进造船企业擅于和敢于将更多先进的高效焊接技术应用到实际生产中,所采用的高效焊接设备自动化、智能化程度更高。
2.1 国外船舶高效焊接工艺及装备发展情况2.1.1 日本日本造船焊接技术的发展历经简易机械化、机械自动化和机器人智能化三个阶段,利用各种先进的焊接设备实现高效的焊接工艺。
从1970年代开始发展半自动CO2气保护焊取代手工焊条电弧焊为第一阶段;从1980年代末开始发展独立台车形式的焊接设备为第二阶段,采用MAG焊接工艺,通过跟踪或仿形焊缝自动完成焊接,焊接效率成倍甚至数倍提高,焊接质量优良,有效地控制了焊接变形和提高船体建造精度,焊接工人劳动强度和环境得到很大改善。
1995年神户制钢和NKK津船厂合作开发世界上第一套造船焊接机器人系统并用于小合拢生产标志着第三阶段的开始。
船舶焊接技术专题报告1、引言众所周知,焊接是船舶建造中的一个重要工序,对造船周期、质量和生产效率具有很大的影响。
在船体建造中,焊接工时约占船体建造总工时的30%~40%,焊接成本约占船体建造总成本的30%~50%,焊接生产率是影响造船产量和生产成本的重要因素之一。
同时,船体建造质量中焊接质量是一项重要的检验指标。
正因为这些,焊接被作为实习的重点内容。
所以我以船舶焊接技术为我的专题报告题目,现列举我国各船厂应用较广的几种方式,比较优缺点后加以说明。
焊接技术的研究目的、意义。
2、我国船舶焊技术研究及发展趋势1944年江南造船所将焊接技术应用于船舶建造1948年江南造船厂建成我国第一艘全焊接船舶“伯先”号。
第一阶段:50~70年代50年中期从前苏联引入埋弧自动焊、半自动焊技术,新型焊接材料和设备在国内迅速推广,高等院校开始设立焊接专业,造船业的焊接技术处于全国领先。
60年代后,我国造船焊接转入自行研究和开发阶段,成功开发了CO2焊、重力焊、下行焊、单面焊双面成形等高效焊工艺,但由于没有进行有效地协调、组织和推广,这些方法没有形成生产力。
70年代,受文化大革命的影响,我国造船焊接技术的发展进入了低潮。
第二阶段:80~90年代主要引进和借鉴日本造船焊接技术和经验,全面推广CO2气体保护焊、重力焊,开发和应用下行焊、垂直气电焊、CO2气体保护自动角焊、多丝埋弧自动焊及单面焊双面成形等高效焊接技术,开发各种高效焊接材料和设备,焊工人均焊材日消耗量为10kg.第三阶段:21世纪~至今船舶焊接技术正向着绿色化、智能化、机器人化的方向发展。
近年来,我国造船工业发展迅速,2008年我国造船完工量为2881万吨,占市场份额的29.5%,手持造船订单占市场份额的33%,均创历史新高。
而去年我国已成为世界第一造船大国,这无不与造船焊接技术的发展与改进有关。
缩短造船周期是船舶工业发展永恒的主题,通过发展高效自动化焊接能够有效提升船舶工业生产效率,缩短造船周期。
《中国焊接年鉴》造船行业概况2.1前言经“八·五”、“九·五”的努力,我国造船焊接技术发展迅速,技术水平大幅度提高。
船舶焊接高效化、自动化的发展,既促进了船舶生产的发展,也为国家重点建设项目做出了贡献。
根据中国船舶工业协会统计表明,2000年国内造船企业生产情况普遍好转。
我国造船行业的产量和吨位已跃居世界造船工业的第三位,产量占世界造船总产量的十分之一。
本文主要介绍我国造船焊接技术发展概况以及近10年来研究应用的焊接新技术、新材料,并对我国造船焊接技术发展方向提出若干建议。
焊接技术是现代工业的基础工程技术之一,焊接技术是在20世纪20年代开始用于造船,如今已日益显示出是现代船舶建造工程的关键工艺技术。
在船体建造中,焊接工时约占船体建造总工时的30%~40%,焊接成本约占船体建造总成本的30%~50%。
船舶焊接质量是评价造船质量的重要指标,焊接生产效率是影响造船产量与生产成本的主要因素之一。
因此,船舶焊接技术的进步对推动造船生产的发展具有十分重要的意义。
当前我国以中国船舶工业集团公司和中国船舶重工集团公司为主的造船厂共有20多家,而全国大小地方性行业船厂多达500多家。
两大集团公司所属船厂共有电焊工约8000人,各种焊接设备达2万台左右,年船体钢材加工量在60万吨左右,年焊材消耗量2万吨左右。
2.2我国造船焊接技术的发展概况我国造船焊接技术于50年代初开始引入手工电弧焊起步,50年代中期又从前苏联引进先进高效埋弧自动焊、半自动焊接技术;50年代末期到70年代又陆续试验成功并应用了半自动CO气体保护焊、重力焊、下行焊、垂直和横向气体保护自动焊,各种衬垫单面焊双面2成形等高效焊接工艺。
但是由于当时的焊接设备、材料的配套问题以及企业管理制度不适应等因素,这些高效率焊接工艺方法在70年代未能在生产中推广应用,常规手工电弧焊的应用比例平均达到85%,埋弧焊的应用比例仅为13%,其它高效焊接应用比例之和约为2%。
解析激光焊接技术在船舶制造中的应用与前景摘要:20世纪纪80年代中期,德国首次把激光焊接技术应用到汽车制造领域,自此以后,激光技术的应用领域快速覆盖到机车制造、航空航天、机械零件制造、船舶制造等领域。
与传统连接方式比较,激光焊接技术具有热输入量小、能量密度高、变形小、焊缝深宽比大等优点。
该文主要围绕船舶制造领域激光焊接技术的应用与前景展开论述。
关键词:激光焊接技术船舶制造激光加工技术20世纪70年代,激光焊接大多被用来焊接薄壁材料或进行低速焊接,且焊接过程属热传导型。
随着高功率激光器的研发应用,激光焊接从此步入全新的发展领域,且基于小孔效应的深熔焊接日渐被应用到汽车、机械、钢铁等领域。
激光焊接具有可精确控制、焊接能量密度高、热输入量低、焊缝深度比大、焊接保护气体的种类广泛等优点,因此被称作21世纪焊接的新热点,但激光焊接亦存有对被焊工件装配间距要求较高、激光聚焦光斑直径较小等缺点,因此造船领域激光焊接技术的应用效果较差。
该文主要结合激光焊接技术的优缺点,浅析船舶制造领域激光焊接技术的应用与前景。
1 激光焊接技术1.1 激光焊接技术的含义激光焊接是一种材料加工技术,即把激光束辐射到金属表面,金属与激光彼此作用,待激光被金属吸收后再转化成热能,最终熔化后的金属经冷却结晶实现焊接。
激光焊接分成热传导焊接及激光深熔焊两种机理,其中热传导焊接是指激光束辐射到材料表面,部分激光被材料所吸收,此时光能转化成热能并对材料进行加热,直至材料熔化,然后材料再以热传导方式把表面的热传递到材料深部,由此实现两焊件的熔接。
激光深熔焊是指激光辐射至材料表面,光能全部被材料吸收并转成热能,此时热能对材料进行加热,直至汽化并伴有大量金属蒸汽产生,随后受蒸汽退出过程反作用的影响,熔化的金属液体被挤向四周,并产生凹坑,凹坑被激光束继续照射而穿入更深,待激光束辐射停止以后,凹坑附近熔液开始产生回流现象,经冷却凝固便实现两焊件的焊接。
船舶工程技术论文浅析船舶高效焊接技术应用摘要:随着我国船舶制造业的蓬勃发展,船舶焊接逐步向设备大型化、技术自动化迈进,本文主要在分析船厂高校焊相关应用实际情况的基础上,对于深化船厂的高效焊接技术发展的趋势进行讨论,对于今后发展我国船舶焊接技术具有一定帮助。
关键词:船舶高效焊接发展趋势1 引言高效焊接方法是现代船舶建造的主要生产工艺之一,其焊接效率高低直接影响着船舶建造周期,也是体现一个造船企业焊接技术水平和生产能力的重要标志。
近年来,随着我国船舶制造业的蓬勃发展,船舶焊接逐步向设备大型化、技术自动化迈进[1]。
本文结合生产实际情况,重点解决产品焊接关键技术和工艺,不断加强高效焊接方法的技术研究,同时扩大生产应用范围,为全面完成公司生产任务、提高产品质量发挥了巨大作用。
2 高效焊在船厂中应用探讨高效焊在船厂的发展轨迹,可以明显发现有以下几大特点[2]:2.1高效焊机械化率逐年提升,发展速度比较缓慢加快分段建造速度、减少单船船台周期,是缩短造船周期、提高船舶生产总量的主要手段。
不断扩大高效焊技术生产应用,从而提高自动化、机械化焊接生产比率是实现快速造船的重要保障基础。
通过三种高效焊方法比较,我们发现C02气体保护焊占有率从2000年到2021年提高近15%,且呈稳定上升趋势,埋弧焊应用率波动稍大,但占有率仅占总量10%左右,铁粉焊条占有率有下降趋势,但幅度不大。
另外,从机械化率、高效化率及焊工人均焊材日耗量等技术指标可以看出,公司在船舶生产中焊接机械化率有所提高,但发展较慢,具体表现在焊工人均焊材耗量5年来仅提高了约3kg。
2.2自动化程度不高,焊接新工艺推广应用不多自动化焊接技术在船舶建造中有着举足轻重的地位,FCB单面焊、薄板压力架单面焊、垂直气电焊等自动焊接工艺是我公司目前生产效率较高的几种焊接方法。
公司的TTS平面分段拼板焊接压力架采用FCB法三丝埋弧单面焊方法,焊丝直径4-mm,主要用于平面组装阶段的船底外板、舷侧外板、双层底板、顶板、甲板和隔板等的拼板对接焊及相应结构的拼板对接焊,可焊接厚度5~35mm钢板的拼板焊缝,拼板尺寸大小为1.5×6mm~3×12mm,其中5-25mm厚度钢板可以采用单丝或多丝单道焊接完成,大大提高了拼板焊缝的焊接生产效率。
焊接技术在船舶制造中的应用船舶制造是一个复杂且高度精密的工程领域,涉及到众多的工艺和技术。
其中,焊接技术在船舶建造中扮演着至关重要的角色,它是将各种零部件和结构连接在一起的关键手段,直接影响着船舶的质量、性能和安全性。
焊接技术在船舶制造中的应用范围十分广泛。
从船舶的船体结构到内部的设备安装,从动力系统到管道系统,几乎无处不在。
首先,船体结构的建造是焊接技术的主要应用领域之一。
船体由大量的钢板和型材组成,这些部件需要通过焊接来形成一个坚固、密封的整体。
例如,船板的拼接、肋骨与船板的连接等都需要高质量的焊接来确保船体的强度和水密性。
在这个过程中,不仅要考虑焊接的强度,还要注意焊接变形的控制,以保证船体的形状和尺寸精度。
其次,船舶的动力系统也离不开焊接技术。
发动机的零部件、传动轴、排气管等都需要通过焊接来组装。
这些部件在工作时承受着巨大的压力、温度和振动,因此对焊接质量的要求极高。
一旦焊接出现缺陷,可能会导致动力系统故障,甚至危及船舶的安全航行。
另外,船舶的管道系统也是焊接技术的重要应用场景。
包括燃油管、水管、蒸汽管等各种管道,都需要通过焊接来连接成一个完整的系统。
管道焊接的质量直接关系到船舶的运行效率和安全性。
例如,燃油管道的焊接如果存在泄漏,可能会引发火灾等严重事故。
在船舶制造中,常用的焊接方法有多种,每种方法都有其特点和适用范围。
手工电弧焊是一种传统的焊接方法,它操作简单,设备成本低,适用于各种位置的焊接。
但手工电弧焊的生产效率相对较低,劳动强度大,且焊接质量在一定程度上依赖于焊工的技术水平。
气体保护焊,如二氧化碳气体保护焊和氩弧焊,具有焊接效率高、焊缝质量好、变形小等优点。
二氧化碳气体保护焊常用于船体结构的焊接,而氩弧焊则更适用于对焊缝质量要求较高的不锈钢管道和薄板的焊接。
埋弧焊是一种高效的自动化焊接方法,适用于长焊缝和大型结构的焊接。
它的焊接效率高,焊缝质量稳定,但设备投资较大,对焊接位置和焊件的准备要求较高。
船舶建造工艺的发展现状及改进探讨船舶建造工艺是船舶制造过程中的重要环节,它直接影响着船舶的质量、安全性和航行性能。
随着科技的不断进步和航运业的快速发展,船舶建造工艺也在不断改进与创新。
本文将从船舶建造工艺的发展现状入手,探讨当前存在的问题,并提出改进建议,以期为船舶建造工艺的进一步发展提供一些思路和参考。
一、船舶建造工艺的发展现状1. 传统船舶建造工艺传统船舶建造工艺主要包括板材加工、造船装配和设备安装等几个主要环节。
其工艺流程复杂,生产周期长,劳动强度大,而且容易受到人为因素的影响,导致船舶质量不稳定。
现代船舶建造工艺采用了数字化设计、智能制造、模块化装配等先进技术,大大提高了船舶建造效率和质量。
通过引入现代化设备和信息化管理手段,实现了船舶建造工艺的智能化和自动化。
二、当前存在的问题1. 技术水平参差不齐目前,我国船舶建造企业技术水平参差不齐,一些中小型造船厂家仍在使用传统的手工作业方式,专业化水平较低,导致船舶的精度和质量无法得到保障。
2. 能源消耗过大船舶建造工艺中存在着大量的焊接、切割等工序,这些工序需要大量的燃料和电力,导致船舶建造过程能源消耗过大,不利于节能减排。
3. 资源利用不合理船舶建造工艺中大量使用的传统材料如钢铁、铝合金等,对资源的消耗较大,而且废料排放量较大,存在较大的环境污染隐患。
三、改进探讨1. 推动智能化改造针对传统船舶建造工艺存在的问题,应积极推动智能化改造,引进先进的数字化设计和智能制造技术,提高船舶建造的精度和效率,降低生产成本。
2. 提高制造精度加强船舶建造工艺的专业化培训和技术指导,提高从业人员的专业化水平,提高船舶建造的精度和质量。
引入先进的检测设备和技术,确保船舶建造质量。
3. 推动绿色船舶建造推动绿色船舶建造,采用可再生材料和绿色工艺,如采用轻质复合材料和先进的成型工艺,降低船舶建造的能源消耗和环境污染。
4. 加强行业监管加强船舶建造工艺的行业监管,建立健全的标准体系,严格控制船舶建造工艺的质量,促进船舶建造行业的健康发展。
船舶焊接工艺知识点总结一、船舶焊接工艺概述船舶焊接工艺是船舶建造中极为重要的环节,船舶结构的稳定性、强度和密封性都直接影响着船舶的安全性和使用寿命。
因此,船舶焊接工艺必须严格依据相关标准和规范进行,确保焊接质量和安全性。
船舶焊接工艺的主要内容包括焊接设备、焊接材料、焊接工艺和焊接质量检测。
其中,焊接设备包括焊接机器、电源、电磁翻转桥等,焊接材料包括焊芯、焊剂、保护气体等,焊接工艺包括焊接方法、工艺参数、操作要求等,焊接质量检测包括非破坏检测和破坏性检测两大类。
二、船舶焊接工艺知识点详解1. 焊接设备船舶焊接设备包括电弧焊机、气体保护焊机、激光焊接机等。
电弧焊机是最常用的焊接设备,其工作原理是通过电弧将两个焊件熔化并连接在一起。
气体保护焊机则是利用保护气体将焊接区域隔离,并提供合适的气体环境以保证焊接质量。
2. 焊接材料船舶焊接材料主要包括焊接电极、焊剂、保护气体等。
焊接电极是焊接中最重要的材料,按照不同的焊接方法和焊接材料可以分为不同的类型,如炭钢电极、不锈钢电极、铝合金电极等。
焊剂主要用于清洁焊缝、助焊等作用,保护气体则用于保护焊接区域,预防氧化和氮化等不良影响。
3. 焊接工艺船舶焊接工艺包括焊接方法、焊接参数、操作要求等。
在船舶焊接中,常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、激光焊等,不同的焊接方法对焊接质量和效率有着不同的影响。
焊接参数主要包括电流、电压、焊接速度、焊接温度等,这些参数的选择对焊接质量至关重要。
操作要求包括焊接人员的操作技能、安全注意事项等,确保焊接作业的顺利进行。
4. 焊接质量检测船舶焊接质量检测主要包括非破坏检测和破坏性检测。
非破坏检测方法主要包括超声波检测、X射线检测、磁粉检测等,能够在不破坏焊接件的情况下检测焊缝中的缺陷。
破坏性检测方法主要包括拉伸试验、冲击试验、硬度测试等,能够对焊接件进行全面的力学性能检测。
三、船舶焊接工艺的关键技术1. 自动化焊接技术自动化焊接技术是船舶焊接工艺的关键技术之一,能够提高焊接效率、降低人力成本、减少人为误操作和事故风险。
焊接行业的发展趋势及前景分析焊接作为一种常见的连接工艺,在制造业中起着重要的作用。
随着工业的发展和技术的进步,焊接行业也在不断发展和变革。
本文将从技术、市场需求和环境等方面分析焊接行业的发展趋势及前景。
一、技术趋势1. 自动化和智能化随着机器人技术和人工智能的不断进步,焊接过程中的自动化和智能化程度越来越高。
自动化焊接设备可以实现高效、稳定和精确的焊接操作,大大提高了焊接工作的效率和质量;而智能化的焊接设备可以根据焊接材料的特性和焊接要求自动调节焊接参数,减少人为操作的误差。
2. 激光和电弧焊接技术的改进激光和电弧焊接技术是当前应用较广泛的两种焊接技术。
随着科学技术的进步,激光和电弧焊接技术的精度、速度和可靠性得到了进一步提高。
例如,激光焊接技术可以实现更小焊缝和更高的焊缝质量,电弧焊接技术则可以实现更高的焊接速度和更强的焊接强度。
3. 无损检测技术的发展无损检测技术在焊接行业中起着重要的作用,可以对焊接接头进行非破坏性的检验和评估。
随着超声波、X射线和红外线等无损检测技术的不断改进和应用,焊接接头的质量和可靠性得到了大幅提升。
二、市场需求趋势1. 国内市场需求增加近年来,我国制造业快速发展,对焊接行业的需求量也在不断增加。
尤其是汽车、航空航天、船舶、能源等领域对焊接产品的需求量较大。
而且,随着新能源汽车、电子设备和新型材料的普及和应用,对特种焊接产品的需求也在逐渐增加。
2. 国际市场竞争加剧随着全球化的发展,焊接行业面临越来越激烈的国际市场竞争。
一方面,国外焊接企业拥有先进的技术和设备,具备较高的竞争力;另一方面,国际市场对焊接产品的质量和成本要求也越来越高。
因此,我国焊接企业需要不断提升自身的研发能力和生产技术,提高产品的竞争力。
三、环境趋势1. 绿色焊接的要求随着环境保护意识的增强,绿色焊接已成为焊接行业发展的重要趋势。
绿色焊接主要是指在焊接过程中尽量减少或避免对环境造成污染,并提高资源利用效率。
船舶焊接技术的现状及发展0引言船舶焊接技术是现代造船模式中的关键技术之一。
先进的船舶高效焊接技术,在提高船舶建造效率,降低船舶建造成本,提高船舶建造质量等方面具有重要的作用,也是企业提高经济效益的有效途径。
先进的船舶高效焊接技术涉及到船舶制造中的工艺设计、计算机数控下料、小合拢、中合拢、大合拢、平面分段、曲面分段、平直立体分段、管线法兰焊接、型材部件装焊等工序和工位的焊接工程。
同时也会牵动与之相关的焊接产业链,如焊接材料、焊接设备和专用工装、焊接辅器具、金属的加工、焊接接头设计、焊接接头性能与质量控制、焊接标准与规范等。
1船舶焊接材料的现状及发展我国船舶建造焊接材料基本实现了国产化,然而仍有部分焊接材料依赖进口,如船厂大型平面分段流水线上的多丝埋弧焊焊丝和焊剂,气电垂直自动焊工艺上的药芯焊丝,双丝MAG焊的焊丝以及建造特种船舶如LNG、LPG船、化学品船等所用的焊接材料。
高效焊材在船舶建造中发挥极其重要的作用,因此引起了世界各国的重视,不断研究开发出新的高效焊接材料。
进入新世纪,根据我国造船工业发展的需要,高效焊接材料会有更大的发展空间。
从发展的方向来看,可有以下几方面值得重视。
1.1手工电焊条向下立焊焊条:与立向上焊相比,效率提高1~2倍。
铁粉焊条:熔敷效率可提高130%~240%,生产效率提高50%以上。
重力焊条:采用高效铁粉焊条(一般直径为Φ5~Φ8mm,长度为550、700、900mm)。
生产效率是常规手工焊的6倍。
1.2气保护实芯焊丝我国气保护实芯焊丝的品种太少(E49-1、E50-6),今后应大力扩大品种,同时也应进一步改进实芯焊丝的工艺性能,降低飞溅,成型美观。
如研制开发的活性实芯焊丝,表面活化处理,并具备防锈、润滑功能等。
1.3气保护药芯焊丝从发展的趋势来看,药芯焊丝将是21世纪船舶企业的主要焊材,目前应用率已达到60%以上。
其特点为焊道成型美观、电弧稳定、焊接飞溅小、全位置焊接工艺性能良好、焊接熔敷速度快、生产效率高等。
为此,国内大部分船厂均实现了集中储罐式供气和焊接工位的焊丝盘托盘供应。
目前我国的药芯焊丝,无论是数量、质量、品种与国外相比均有较大的差距,应大力开发与研究:如碱性药芯焊丝、自保护药芯焊丝、金属型药芯焊丝,以及水下药芯焊丝和不锈钢、耐热钢、耐酸钢、低温钢药芯焊丝等。
1.4其他焊接材料随着我国焊接自动化程度的提高,将大力发展多丝MAG焊、垂直立焊、全位置管线MAG焊,以及机器人MAG焊等。
无论是实芯焊丝和药芯焊丝,在适应性方面都要进行大量的工作。
多丝埋弧焊也将有很大的发展空间,焊丝、焊剂,特别是烧结焊剂需大力发展。
单面焊双面成型的各类衬垫在高效焊接中也是不可忽视的。
1.5可持续发展的高效焊材焊接是污染大户,有强光、噪音,并伴有大量烟尘、飞溅,污染空气和环境,时有职业病发生。
因此,在发展高效焊材的同时,必须考虑可持续发展。
根据我国《焊剂与切割安全》GB9448-88的规定,各类焊接作业的烟尘量≤6mg/m3。
然而,实际各工厂的焊接场地均超过此规定,特别是在车间和封闭的容器内,如在船舱内可达38~312mg/m3,碳弧气刨的烟尘量更大,达200~1300mg/m3。
不同焊条的发尘速度及发尘量见表1。
不同焊材的平均发尘速度及飞溅见表2。
从表中数据可以看出,高效焊材(实芯及药芯焊丝)发尘量最多,其次是低氢焊条。
但各类焊材均超出规定的卫生指标。
因此,发展各类高效焊材的同时必须降低发尘量。
减少飞溅,特别是对碱性低氢焊材尤为重要。
表1不同焊条的发尘速度及发尘量表2不同焊材的平均发尘速度及飞溅日本神钢研制出I系列的药芯焊丝,比同类药芯焊丝发尘量和飞溅量减少30%~40%。
这种I系列焊材主要通过调整药芯的组成物,如以MgCO3部分代CaCO3,减少CaF2及K 的含量,以及适当减少激烈氧化等(降低钢带的含碳量)。
金属型药芯焊丝,也可减少烟尘及飞溅,并能提高生产率和改善焊接工艺性。
采用活性焊丝可以提高焊接电弧的稳定性,减少飞溅。
此外采用逆变电源亦可降低飞溅,改善焊缝成型。
为了保护焊工的健康,焊接工位应安装通风、洗尘设备,特别是在封闭容器之内焊接时。
2船舶焊接方法及设备根据我国船舶企业造船模式的现状,可把企业分为三类:第一类主要是众多的小型造船企业和沙滩船厂,属于整体造船模式。
其焊接方法及设备的使用现状为:平板拼接、管道焊接及船体焊接均采用硅整流式变压器手工焊条电弧焊,刚开始应用晶闸管式CO2气体保护焊机。
第二类主要是地方造船厂和规模较大的民营造船厂,其造船模式属于分段造船模式。
其焊接方法及设备的使用现状为:平板拼接采用CO2气体保护焊机和晶闸管式埋弧焊机。
平角焊、立角焊工艺采用CO2气体保护焊和手工电弧焊。
分段焊接亦以CO2气体保护焊和手工电弧焊为主。
管道焊接则采用TIG焊、CO2气体保护焊和手工焊条电弧焊。
其趋势是向以CO2气体保护焊和焊接过程自动化为主的方向发展。
第三类则是中国船舶工业集团公司和中国船舶重工集团公司下属的大型企业,如外高桥船厂、大连船厂、沪东中华以及南通的中远川崎等,其造船模式已属于分道造船模式,并向更先进的集成造船模式发展。
上述企业焊接方法及设备的使用现状为:平板拼接采用CO2气体保护焊和晶闸管式埋弧焊机。
平角焊、立角焊工艺基本为CO2气体保护焊。
区域连接应用气电立焊工艺。
管道焊接为TIG焊和CO2气体保护焊。
其船舶焊接基本以CO2气体保护焊和焊接过程自动化为主导,并开始采用机器人焊接。
所谓高效焊接技术是指与常规焊条手工电弧焊相比,熔敷速度高、焊接速度快、操作方便且易于自动焊的焊接工艺方法。
其特点是生产效率高、焊接质量好、节约能源和材料、改善劳动条件和保护环境等。
对于船舶制造可以大大缩短造船周期、降低造船成本,故对我国造船业来说,船舶焊接方法及设备的整体发展趋势应是向高效焊接工艺及设备发展。
目前我国的第三类造船企业中高效焊接技术已占全部焊接工作量的80%,但众多的中小船舶企业则相差很远。
船舶高效焊接技术主要有:①手工焊:铁粉焊条、重力焊、下向焊;②气体保护焊:CO2气体保护焊、双丝MAG焊、垂直气电自动焊、TIME焊;③埋弧焊:单丝、多丝埋弧焊、窄间隙埋弧焊;④单面焊:手工单面焊、CO2气体保护单面焊、埋弧单面焊(FCB、FAB、RF法);⑤其他:电渣焊、激光焊、激光电弧复合热源、搅拌摩擦焊等。
下面介绍一些船厂常用的高效焊接技术。
2.1熔化极活性气体保护焊(MAG)MAG焊自20世纪50年代以来得到广泛应用,日本已占70%以上。
MAG焊有自动和半自动两种方式。
保护气可采用CO2或混合气体,焊材可以是实芯或药芯焊丝,其特点是高效、节能、质量好、成本低、易自动化。
(1) 实芯CO2气体保护焊:在国外一些大型船厂可占50%。
(2) 药芯焊丝CO2气体保护焊(FCW):FCW高效、节能、工艺性好、质量好。
综合成本低,只有手工焊条的1/2,埋弧焊的1/3,CO2实芯焊丝的90%,飞溅少。
(3) TIME焊:该工艺是在普通MAG焊工艺基础上开发的一种新的焊接工艺,在焊接质量明显改善的情况下提高了熔敷效率。
TIME焊和MAG焊角焊缝焊接效率比较如图1所示。
图1TIME焊和MAG焊角焊缝焊接效率比较TIME焊的工艺特点可简单的概括为:大的焊丝干伸长,高电弧电压,高速的送丝速度,提高热能和熔敷效率,达到高速、高效的焊接效果。
大的焊丝干伸长意味着提高电阻热,采用高的电弧电压,大的电流的结果都能提高其熔敷效率,并在大电流的MAG焊禁区开创了新的应用领域。
(4) 双丝或多丝MAG/MIG高速焊。
特点为大幅度提高热效率和熔化率;大幅度提高焊速,可达1~3m/min;明显降低生产成本。
双丝位置可前、后,亦可并排。
保护气体:Ar或Ar+CO2。
焊板下可装传感器,控制电弧电流,保证焊透及成型。
(5) 自动角焊MAG焊。
船舶焊接结构中,角焊缝比例特别高,提高角焊的自动化率极为重要。
船厂应用的主要角焊设备有:①简易CO2自动角焊:适用于长直焊缝;②T排制作自动角焊:无需装配焊接,焊接速度快、焊接变形小;③船体纵骨自动角焊:双丝双电弧,平直分段纵骨焊接,同时焊接四纵骨八焊缝。
(6) CO2气电立向自动焊。
焊接时采用CO2专用药芯焊丝,焊缝正面采用水冷铜滑块强制成形,反面借助于衬垫也同时成形的高效焊接方法。
多用于船体合拢,比手工焊条焊提高效率6~8倍。
2.2高效埋弧自动焊①多丝埋弧焊;适用于船体平板拼接。
②窄间隙埋弧焊:适用厚板结构(100~200mm),可比一般埋弧焊提高效率2~4倍,节省填充金属,降低能耗;③立板横向埋弧焊:适于船体侧板组装的焊接。
球形及筒形压力容器的横向组装焊缝(工地现场)。
2.3 单面焊双面成型在船舶制造中采用最多的高效焊接工艺技术。
按衬垫种类分:铜衬垫、陶瓷衬垫、玻璃纤维及石英砂衬垫以及固化焊剂衬垫。
按焊接工艺方法分:手工焊条焊、埋弧焊、实芯和药芯的MAG、MIG焊。
(1) 焊剂石棉衬垫单面焊(FAB)FAB法(Flux Aided Backing)利用柔性衬垫材料装在坡口背面一侧,并用铝板和磁性压紧装置将其固定。
主要用于曲面钢板的拼接及船台合拢阶段甲板大口的焊接,如图2所示。
图2FAB法(2) 热固化焊剂衬垫单面焊(RF)RF法(RegionFluxBacking)是采用一种特制的含有热硬化性树脂的衬垫焊剂,它的下部是装有底层焊剂的焊剂袋,如图3所示。
(3) 铜衬垫单面焊FCB法FCB法(FluxCopperBacking)是采用焊剂铜衬垫及压缩空气加压。
通常用双丝或多丝埋弧焊,第一丝常用直流,其他丝用交流电源,如图4所示。
平面分段流水线FCB法四丝埋弧自动焊设备如图5所示。
图3RF法图4FCB法图5平面分段流水线FCB法四丝埋弧自动焊3船舶制造中的高新焊接技术3.1机器人焊接机器人焊接是焊接自动化的最高水平,是计算机技术、自动控制技术、气体保护焊接技术的完美结合。
适用于船舶构件批量化、小型化焊接生产以及狭窄舱室短焊缝全位置焊接。
上世纪90年代日本船厂开始使用焊接机器人,韩国现代已研发出5种获得国际认证的焊接机器人用于船厂焊接。
我国外高桥造船有限公司等单位已开始尝试采用机器人焊接技术用于船舶结构焊接。
图6所示为昆山华恒焊接工程技术中心、江苏科技大学、上海外高桥造船有限公司联合研制的国内第一条船用管-管、管-法兰机器人焊接系统。
图6管-管、管-法兰机器人焊接系统3.2激光与电弧复合焊接技术激光-电弧复合焊接技术是基于综合单独的激光焊接和电弧焊接而产生的。
其原理如图7所示。
电弧焊接早已大量应用于生产,但其焊接效率低、变形大、耗材昂贵,对焊工要求高。
激光焊接应用时间还不长,但由于其焊接功率密度高、熔宽比大,焊速快、变形小,得到了广泛的研发应用。