船舶钢板焊接新技术的发展现状

2020-11-28陈和

舰船科学技术 2020年4期

陈和

（江龙船艇科技股份有限公司，广东中山528462）

0 引言

在科学技术体系不断完善的背景下，船舶生产速度、生产质量也得到了大幅度提升。在船舶生产过程中，钢板焊接一直都属于非常重要的应用环节。在船舶规模不断扩大的背景下，传统焊接技术很难满足实际施工质量要求。将钢板焊接新技术应用到船舶生产过程中，对于加快船舶焊接速度、延长结构使用寿命有着积极意义。

1 船舶钢板焊接新技术的基本内容

在船舶钢板焊接过程中，新技术的应用可以提升焊接效率和焊接质量，这样可以缩减船舶结构的生产周期，降低船舶结构的生产成本，同时也为企业创造更多的经济效益。现阶段，结合以往的焊接经验、科学拟定船舶钢板焊接验收标准和相应的指导标准，这也是技术下阶段发展中的重要参考。在实际应用过程中，技术应用内容包括：①分段制作，船舶结构体积较大，直接生产难度较大，并且在后期进行维修时复杂程度较大，对此在实际应用中，都会选择分段制作，内容包括船舶平面制作和船舶曲面分段制作两部分内容。②数控切割下料，借助自动化技术完成数据分析后，确定最为恰当的分段尺寸，随后借助精密仪器对结构进行切割，为后续拼接过程的顺利推进奠定基础。③分段进行合拢，在该环节处理过程中，可以选择电子束焊接技术、激光焊接技术、搅拌摩擦焊接技术等来完成分段结构的合拢工作，从而提高分段合拢时的操作质量，提高整个生产过程的应用质量[1]。

2 船舶钢板焊接新技术的发展现状

受到20 世纪中末期 2 次造船危机的影响，世界造船行业的总格局发生了很大变化，其中中国、日本、韩国等国家的造船技术迅速发展，世界造船中心也从欧洲转移到了东亚。目前东亚地区承包了世界 80%左右的造船总量。随着我国船舶制造技术的不断提高，我国造船能力和市场份额都有了明显增长，并且成为推动世界造船格局变化的重要力量。地方和中外合资或外方独资是我国船舶制造行业发展的特点，随着造船企业的迅猛发展，我国造船能力也有了很大提升。改革开放以来，我国造船技术水平、造船类型和制造质量有了很大进步，具有一定的国家竞争力。而船舶钢板焊接新技术作为船舶制造的关键技术，其长远发展在很大程度上起到了推动作用，为船舶企业取得了较好的经济效益。但是由于我国科学技术水平同发达国家还有一定的差距，因此船舶焊接技术的发展也受到一定的阻碍，需要相关人员不断努力，排除外部因素和内部因素的影响，才能促进船舶焊接新技术的不断发展，促进我国船舶制造水平的不断提高[2]。

3 船舶钢板焊接新技术的具体应用

3.1 电子束焊接技术

1）应用原理：在船舶钢板焊接新技术体系中，电子束焊接技术在德国取得了非常好的应用发展，并且在具体应用中，该技术已经基本实现自动化，能够成熟地应用到工业生产过程中。该技术在实际应用过程中，其作用原理为按照既定要求将待焊接的钢板结构进行预拼接，确定没有问题之后，利用电子束焊接设备对准焊缝。启动设备后，装置会对外释放出高速电子，高速电子会轰击钢结构表面，释放出巨大热量，这股热量可以达到融化钢件的条件，钢结构在融化过程中会重新熔合在一起，形成一个整体，从而达到熔合的目的[3]。

2）应用优势：①工作效率高，在上文中已经提到，电子束焊接技术的工作原理是借助集中电子束来加热钢材，使其熔化在一起。对于一些熔点较高的材料，如钨、钼、厚度较大的钢件等，都可以在电子束先顺利熔化，这也在很大程度上加快了焊接速度，提高了工作效率。②焊接后的形变量较低，在结构焊接过程中，钢板受热区比较集中，对于周围区域影响性较低，从而形成窄而深的焊接缝，降低了构件的形变量。③技术的适用性比较强，该技术可以进行多种类型应用材料的焊接工作，包括陶瓷材料、石英玻璃材料、热敏材料、熔点高非金属材料等，而且结构焊接缝隙非常小，也可以用于细小零件的焊接工作。④可以在真空环境中工作，这样可以减少空气进入到焊接材料中，提高了焊接后材料的使用寿命[4]。

3.2 激光焊接技术

1）工作原理：在船舶钢板焊接新技术体系中，激光焊接技术也属于目前常用的焊接技术，在许多工业领域中都得到了很好的应用。该技术在实际应用过程中，其作用原理为按照既定要求将待焊接的钢板结构进行预拼接，确定没有问题之后，利用激光焊接设备对准焊缝。启动设备后，装置会对外释放出激光辐射，激光所产生的热辐射非常大，这股热辐射可以达到融化钢件的条件，钢结构在融化的过程中会重新熔合在一起，形成一个整体，从而达到熔合的目的。相比于电子束焊接技术，激光焊接技术所形成的焊缝宽度更小，成品质量也越好。

2）应用途径：在激光焊接技术应用过程中，经常使用到传导焊接和小孔焊接2 种方式。前者在焊接过程中，所处的空间相对密闭，焊池表面和焊缝都处于封闭状态，这样在焊接过程中，结构不易受到外界环境影响，可以起到延长结构使用寿命的作用。后者在应用过程中，所产生的熔池会在高度集中激光束的作用下，将钢板结构快速穿透，形成小孔洞，并且在焊剂流动的情况下，孔洞也会不断缩小直到处于封闭状态。因为所处的空间与环境关联在一起，因此会增加气孔出现几率，影响焊接效果。

3.3 搅拌摩擦焊接技术

1）工作原理：除了上述2 种焊接新技术外，在钢板焊接新技术中，搅拌摩擦焊接技术也属于常用的焊接技术类型。该技术的应用原理为按照既定要求将待焊接的钢板结构进行预拼接，确定没有问题之后，设备上的搅拌针会与转动轴关联在一起，搅拌针会插入到焊接部件的缝隙当中进行摩擦，此过程产生的热量会传导至焊缝工件表面，在表面温度逐渐上升到可塑性的状态时，此时继续进行焊缝搅拌时，会在结构内部形成一个旋转腔，已经产生的热塑性液态金属会向着搅拌针移动的方向进行流动，这样在焊缝冷却之后，可以形成质地紧密，并且连续性强的焊缝结构。

2）应用优势：首先，利用该技术完成的焊缝结构，其整体质量较高，在焊接工件的过程中，所选择的焊接方式主要以固态连接方式为主，这样所形成的焊缝不会存在焊接缺陷，而且结构整体性较强，对于船舶钢件此类大构件焊接有着非常高的应用优势。其次，焊接后的形变量较低，在结构焊接过程中，钢板受热区比较集中，而且对于周围区域影响性较低，从而形成窄而深的焊接缝，降低了构件的形变量。最后，焊接过程中并不需要使用焊条，而且不需要使用保护气体来保护整个焊接过程，这样可以减少焊接过程中的成本支出，为企业创造更多的经济效益。

4 船舶钢板焊接新技术的发展趋势

在科学技术快速发展的背景下，焊接技术会向着更高质量、更高工作效率的方向发展，而且焊接技术的应用领域也会在此基础上不断拓宽，从吃水深度较浅的散货船，再到吃水较深的LNG 船、大型散货船、集装箱船，焊接体系的成熟度也会不断提升。同时在未来技术发展过程中，还会趋向于智能化发展模式，以智能化机械设备取代人工焊接，使得焊接过程的安全性逐步提高，并且可以解放更多的劳动力加入到其他活动中。另外，焊接材料的多样性也会不断提升，这也增加了选择空间，减少了焊接成本支出。