制造船业应用先进焊接技术

李洪斌 刘宏涛 毕见亮

摘 要：在我国造船业，焊接工艺是焊接施工中不可缺少的系统工程。在操作中，焊接材料、焊接设备和焊接人员是必不可少的。焊接施工中的缺陷是影响焊接质量的关键因素，探索解决焊接质量问题的办法，从各个方面提高造船焊接质量对促进中国船舶工业发展意义重大。

关键词：造船业;焊接技术;应用

随着船舶市场的竞争，船东和船厂越来越重视船舶建造进度和焊接质量，而焊接作为船舶建造的主要工序，是衡量船舶质量的重要指标之一，高效焊接技术的应用范围、效率影响到船舶建造的进度。随着材料技术日益成熟，焊接技术的稳步发展，焊接装备的日益自动化，国内外船厂都在努力提高焊接自动化程度。以前焊接使用手工焊操作现在基本上已被CO2气体保护焊所取代，并逐步进入到流水线和机械臂自动焊接的阶段。船舶建造高效焊接技术的应用推广，不断提高了劳动生产率，降本生效，提高焊接质量，减少焊接变形，提高造船精度。

一、现阶段常用的高效焊接技术

焊接作为制造业最为常见的一种施工技术已经得到了充分的发展。我国作为船舶制造业大国将高效焊接技术应用在船舶制造业中具有重要意义。目前，我国船舶制造业中最为常见的高效焊接技术主要有以下几种：焊条电弧焊、二氧化碳气体保护焊、埋弧焊、不锈钢焊、活性气体保护焊等。

1.焊条电弧焊。焊条电弧焊的焊接方式主要有两种，即向上立焊与乡下立焊。

向下立焊的焊接效率是向上立焊效率的1倍以上。所使用的焊条也主要有两种，即铁粉焊条与重力焊条。铁粉焊条的工艺相对比较简单。铁粉焊条焊接工艺可以通过提高熔敷效率实现提高生产效率的目的。与传统焊接工艺相比，铁粉焊条焊接工艺的工作效率可以提高到150%。重力焊条焊接工艺也以高效铁粉焊条为焊接材料，其熔敷率可以达到130%～180%。

2.二氧化碳气体保护焊。二氧化碳气体保护焊所使用的焊丝有两种，即：实心焊丝与药芯焊丝。目前，我国的气体保护焊所使用的实心焊丝品种较少，需要进一步扩充实心焊丝品种。在研发新的实心焊丝时必须要进一步优化焊丝的结构、提高性能，减少飞溅等问题。此外，实心焊丝还应该具有防锈、润滑等功能。药芯焊丝是目前二氧化碳保护焊中最为常用的材料之一，具有焊道美观、飞溅小、电弧稳定、全位置焊接、熔敷效率高、工艺性能良好等优点，是一种现阶段被广泛应用到船舶制造的一种高效焊接工艺。

3.埋弧焊。埋弧焊焊接工艺主要应用在平板平直焊缝中。其具体的焊接工艺又有单丝埋弧焊、多丝埋弧焊、窄间隙埋弧焊等几种焊接工艺。其中最为常见的焊接工艺有FCB焊接法与FAB焊接法。FCB焊接法主要应用在平面分段流水线焊接工作中，速度较快。最高速度可以达到1500mm/min，FAB焊接法是一种单面埋弧的自动焊接法。最大的特点是易于操作。目前该焊接工艺主要被应用在曲面钢板拼接、船台合拢阶段的甲板大口焊接。

4.不锈钢焊。不锈钢焊接工艺常见于不锈钢管以及相关附件的角接、对接等操作中。不锈钢焊接工艺主要以CO2气体或者CO2与Ar混合气体为电弧介质。焊接方法有自动焊接与半自动焊接两种，此外钨极氩弧焊等焊接方法。

5.活性气体保护焊。活性气体保护焊是利用CO2与Ar混合气体为电弧介质的自动焊接技术或半自动焊接技术。活性气体保护焊被广泛应用在不锈钢的焊接工作中。该焊接技术具有焊接速度快、效率高、焊接质量较好等优点。

二、船体结构焊接质量及缺陷分析

船体结构所存在的焊接缺陷比较多，依焊缝位置不同，可将其分为内部缺陷和外部缺陷，其中内部缺陷主要包括气孔、夹渣、焊接裂纹、未焊透、未熔合等情况;外部缺陷主要包括焊缝外形与尺寸与要求不符、咬边、焊瘤等情况。在船舶建造过程当中，影响船体结构焊接质量的原因有很多，如焊接设备及技术落后、焊接工艺参数设置不当、所使用材料质量不合格、坡口加工、天气情况等，任一环节的处理出现问题或未科学处理，都可能会产生焊接缺陷，影响焊缝质量。

三、船舶制造中焊接质量问题的影响因素及其解决

措施

1.气孔。在船舶制造的焊接过程中，焊接时所产生的气孔是一种常见而普遍存在的问题，这是由于在焊接施工的过程中，部分熔池内的气泡没有充分、及时溢出，在船体金属材料逐渐冷却凝固的过程中，这些留存在熔池内的气泡就成了空穴，成了焊接质量缺陷。造成这种焊接质量问题的影响因素，主要在于以下几点：焊接的边缘部位残留有水分、金属锈蚀或油渍。焊接施工操作没有依照规定的程序和流程，进行严格的焊接操作施工，导致焊接的焊条的烘焙度不足。焊接施工操作时存在焊芯锈蚀的现象。焊接施工中的电压控制不合理。对于焊接中产生的气孔缺陷性问题，要注重对焊接截面的合理控制，并根据焊接的施工情况，选取针对性的措施，以规避气泡的产生。

2.夹渣。在船舶制造的焊接施工过程中，这种夹渣现象和问题会极大地降低焊接的致密性，同时也降低焊接部位的强度，不利于船舶制造的整体质量的提升。出现这个焊接质量问题的影响因素，主要包括有以下几种：焊接的施工速度控制不当，出现焊接过快的现象。焊接施工过程中的电流过小，也会导致夹渣现象的出现。焊接施工过程中，如果焊缝的边缘有氧割，也会出现夹渣的问题。对于焊接中出现的夹渣缺陷性问题，首先要选择适宜的坡口尺寸，整理并清洁焊接的边缘部位;然后还要注重控制好焊接施工的速度，确保焊接施工中的融化状态与焊接的匹配性。

3.咬边。在船舶制造的过程中，焊接材料存在凹陷的现象，就会使焊接出现接头，使焊接连续的强度无法达到规定的要求和标准，从而降低船舶制造的质量。产生这种焊接质量问题的因素，主要体现为以下几点：焊接施工过程中的焊接速度控制不当所导致的，如果焊接的运动速度过快，则会使焊接出现“咬边”的现象。焊接施工中的电流控制不当所導致的。对于焊接施工中存在的“咬边”缺陷性问题，要认真分析焊接施工中的荷载状态、应力状况等，合理控制焊接的速度，实现对焊接轨道的平整度控制。

4.未熔合和焊透。在船舶制造中的焊接过程中，存在材料和焊件之间没有充分焊接的现象，这种焊接问题对于船舶制造的质量有较大的影响。产生这种焊接问题的因素主要表现为：焊接施工中的速度控制不当，导致焊接速度过快而产生未完全熔合和焊透。焊接施工过程中的电流控制不当，电流过小也会导致焊接未完全熔合和焊透。材料的直径超过了一定的范围，导致焊接时的坡度过小，无法充分熔合和焊透。对于这种焊接缺陷性问题，要注意焊接施工的速度控制，使焊接的摆动与熔合状态相契合，同时也还要注意控制坡口的尺寸。

5.焊接裂纹。在船舶制造过程中的焊接施工之中，船舶结构出现大小不同的裂纹，会极大地影响船舶整体的美观，也存在较大的安全隐患。其产生的影响因素主要在于焊接施工过程中的速度控制不当以及焊接深度控制不当。对于焊接裂纹的缺陷性问题，应当采用修补的方式，以减少焊接裂纹的扩散。

四、结语

高效焊接技术的应用及推广，是以船舶产品为载体，以增加高效焊接设备为基础，以精度控制技术为辅助，增加高效焊接方法为途径，提升船舶产品的高效焊使用率，减少对熟练焊工的依赖，提高焊接质量，把稳定质量作为高效焊接实施推广过程的主线，降低劳动成本。

参考文献：

[1]黄浩.船體工艺手册[M].国防工业出版社，2015.

[2]国际船级社协会.IACS散货船结构共同规范[S].

[3]王颖，齐伟，田凤玉等.船舶制造高效焊接[J].金属加工（热加）.