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高质、高效焊接推动船舶行业大发展

      来源:??? 时间:2013-04-26 08:50:58

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江南造船集团有限责任公司倪慧锋先生

? ? ? ? 船舶焊接技术是船舶制造中的关键技术之一。随着船舶行业发展的不断加速,采用全新的造船焊接工艺流程、高度柔性的自动化焊接生产系统和先进的焊接机器人技术,是确保船舶高质量的有效保证。

李月悦

MM:请为我们介绍一下船舶焊接的发展现状,与其他行业相比具有哪些特点?

? ? ? ? 倪慧锋先生:船舶焊接技术的发展随着世界造船产业的不断扩大而前进,就国内造船行业而言,大型骨干企业的焊接设施配量已基本达到发达国家的水平,重点焊接设备的产能效率也维持在较高水平,但与日、韩等船企相比,在焊接的总体生产效率和效益等方面仍然存在一定差距。

? ? ? ? 与其他行业相比,船舶焊接的特点主要有:

? ? ? ? 1. 焊接结构复杂,制造阶段性强、周期长。船舶制造是一项系统工程,构件体积大、结构复杂且焊缝类型多,从部件拼焊、分段制作、总组搭载、船坞(台)合拢以及码头建造都离不开焊接,且各阶段焊缝接头型式、焊接工艺各不相同,单条(艘)船舶从开工至完工的时间跨度少则1年,多则几年。

? ? ? ?2. 船体焊接一般以CO2气保焊和埋弧自动焊为主,以惰性气体保护焊为辅(如TIG,用于管系焊接)。

? ? ? ?3. 焊接设备及辅助工装向集成化、大型化方向发展。由于船企起重吊运能力的提高,分段、总组的构件重量尺寸不断增大,因此焊接效率的提高要求焊接设备和工装具有系统集成化、专业化和大型化的特点。

? ? ? ? 4. 船体建造需要一定数量的焊工。由于船体结构大,焊缝数量多,因此,完全的自动化焊接对线型变化较大船体结构(如曲面分段、艏艉部分)并不适用,很多焊缝需要焊工采用手工或半自动焊方法进行施工。

? ? ? ? MM:目前船舶制造中使用的焊接设备是否满足现有的生产需要和技术要求?还有那些地方需要升级,国外的焊接技术与国内相比有哪些不同,是否更有优势?

? ? ? ? 倪慧锋先生:就目前国内的造船工艺和产能要求而言,现有焊接设备完全满足使用条件,发展趋势是逆变电源将逐步替代晶闸管焊接电源,一些高耗能、大重量的单体焊接设备将向节能、小体积设备转型。有利于生产过程中节能降耗和焊接设备的移位搬运。从目前世界造船主流工艺来看,CO2药芯焊丝气保护焊占主导地位,从造船过程中各类焊材消耗比例来看,我国与日韩基本相近,但在机械化、自动化焊接技术的生产应用方面还有一段差距,大量的焊缝采用CO2半自动气保护焊,焊接质量的保证仍然依靠焊工技能的熟练程度保障。

? ? ? ? MM:在船舶制造中,材料的应用与焊接质量的好坏密不可分,请问目前的使用情况如何? 还存在哪些问题?

? ? ? ? 倪慧锋先生:在目前国内造船业中,除了部分大线能量、高韧性焊缝外,焊接材料基本已经实现了国产化,特别是普通的CO2药芯焊丝完全采用国产焊材。但是目前国产船用焊材还存在一些欠缺,主要表现为:

? ? ? ? 1. 满足多丝埋弧自动单面焊(FCB、FAB)、垂直气电焊的大线能量焊材国产化能力不强,特别是韧性要求较高的船板焊接,采用大线能量焊接时,往往需要采用进口焊材。

? ? ? ? 2. 焊材质量的稳定性和一致性略差。不仅表现在不同焊材厂家相同型号、而且同一厂家同一型号不同批次的质量有时也会产生较大的变化差异。

? ? ? ? 3. CO2药芯焊丝的质量仍需不断提高改进。如何保证留有车间底漆的船板焊接质量、如何保证焊缝金属的低氢含量,如何保持焊丝较好抗锈能力,如何确保焊缝金属合适的屈强比,需要焊材生产厂商进一步去探索研究并提升焊材质量。

? ? ? ? MM:由于船舶应用的特殊性,质量问题至关重要。在生产中,除了工艺和材料的影响外,其他影响因素还有哪些?具体采取了哪些措施?

? ? ? ? 倪慧锋先生:影响船舶焊接质量的因素众多,但无论是自动焊还是手工焊,焊工的技术能力和生产经验都至关重要。因此,凡是进行船舶产品焊接的焊工都必须经船级社入级考核并合格方能实施操作。另外,船体建造前有关焊接施工生产设计的工艺准确性和合理度(建造工序、焊接方法、坡口型式、焊接顺序及焊材选用)对质量保证尤为关键。此外,焊接设备运行稳定和高可靠性同样是焊接质量的影响因素之一,而焊接之前施焊状态条件更是对焊缝质量产生直接影响。为了确保船舶焊接质量,我们应当做到以下几点:

? ? ? ? ?1. 对于新材料、新工艺的应用必须要经过焊接试验验证并摸索出适合企业自身焊接生产工序的工艺后才能进行实船焊接,对新引进的集成焊接系统应在充分调试并运行正常后才能进入生产应用。

? ? ? ? 2. 焊工必须持证上岗,不能进行超越资格允许范围的其他内容的施焊操作,同时在生产中要不断地加以自主培训和技能锻炼。

? ? ? ? 3. 加强施工现场的自检、互检工作,特别是对施焊准备状态的确认。

? ? ? ? 4. 提高焊接过程的监控能力,尽可能地对焊接生产过程实行记录制度。

? ? ? ? 5. 要善于对焊接生产工艺不断优化,强化焊接生产管理计划性和合理性。

? ? ? ? MM:现在,焊接机器人和激光技术越来越多地应用在船舶制造中,请问目前的应用情况怎样?还应该在哪些地方加以改进?

? ? ? ? 倪慧锋先生:国外先进船企实船建造中已经开始应用焊接机器人和激光焊接技术,在提高船舶焊接质量、缩短船体结构制作周期方面发挥了明显作用。国内某些船厂除了部分船舶管系采用机器人焊接外,在船体建造方面尚未进入实质性的生产应用。而大功率船舶激光焊接技术仅处于试验研究阶段,与国外的差距高达10~15年,因此先进焊接技术在船舶制造上的应用任重道远,从目前情况看,现阶段应做好几方面工作:

? ? ? ? 1. 不断了解国外船企应用现状和技术水平,借鉴国外成功案例的经验,有针对性地选择个别典型船体构件制作进行自主研发,掌握船舶制造机器人焊接和激光焊接装备建设的核心技术,形成先进焊接技术船体焊接标准工艺。

? ? ? ? 2. 需要组成船企、设备制造商、研究院所相结合的“产、学、研”合作团队,以企业应用为研发目标,实现装备系统国产化和生产工艺自主化。

? ? ? ? 3. 国内骨干船企在生产技术能力改造中要把焊接机器人和激光焊接技术作为今后发展的方向之一,加大研发应用投资力度,并在设计和生产准备及配套建设等方面进行适当调整和开展相关研究。

? ? ? ? MM:绿色焊接和高效焊接已经成为大家普遍关注的话题,对于船舶焊接,这些问题是如何解决的?请举例说明。

? ? ? ? 倪慧锋先生:船舶高效焊接是造船界从事焊接工作和管理人员始终关注的重点。近年来,随着人们环保意识的提高,绿色造船已经成为另一个热点。实际上,推广高效焊接,生产中应用先进焊接工艺方法是实施绿色焊接最有效的途径之一。传统的手工焊条、CO2半自动焊逐步由多丝埋弧单面焊、多电极纵骨CO2自动焊、垂直气电焊、各种CO2自动对接(角接)焊替代。这些焊接方法以及机器人、激光焊接在大大提高焊接效率的同时,也降低了焊接操作人员的劳动强度,特别是单面焊工艺方法的应用,减少了焊缝反面碳刨工序,极大地改善了船厂的工作环境。另外,CO2药芯焊丝的制造通过不断优化改良,焊接工艺性能大幅度提高,飞溅、烟尘量明显减少。逆变焊接电源的应用在船厂越来越普及,一方面能够降低电能耗量,节约生产成本。另一方面,由于逆变技术的应用,无论是设备制造、使用和维护,与晶闸管焊接电源相比都更加环保。

? ? ? ? MM:对于我国船舶行业未来的发展,您有着怎样的期待?

? ? ? ? 倪慧锋先生:我国的船舶工业从20世纪80年代初开始进入国际市场,经过几代人的努力,如今已经成为世界造船大国。2009年全国造船完工量4243万DWT,新承接船舶订单2600万DWT,但与日韩相比,在人均产量、每万吨产量生产工时等反映效率的生产指标方面,我们与其差距仍然十分明显。要成为世界造船强国,需要每一个中国造船产业工作者不断地创新突破。焊接作为现代造船业的关键生产工艺,其技术创新与发展将很大程度影响到我国船舶工业在世界造船业中的竞争力。

船舶行业在全球性金融危机爆发中受全球航运持续低迷影响,造船市场由前几年的巅峰状态急剧向低谷回落,而世界造船产能过剩将进一步加剧各船舶企业的竞争。据专家分析,中国造船产能过剩属于结构性过剩,在散货船、油船和集装箱等普通船型上占据了世界很大的份额,而高技术、高附加值船舶生产能力不足,占世界市场不到10%。因此,国内船企提升国际造船市场竞争力的首要任务是加快造船技术革新,全力争抢高附加值船型的订单。

? ? ? ? 现在造船离不开焊接,焊接技术生产应用先进性一定程度上体现了船企的造船技术水平。未来,我国船厂的焊接应该在自动焊方面,尤其是药芯焊丝CO2气保焊的应用比例会越来越高。大线能量焊接(双丝、多丝单道焊)方法在简化焊接生产工序、提高生产效率、加快分段制造速度等方面优势明显。一旦适用此类焊接工艺的焊材全面实现国产化,其应用范围、数量将进一步扩大。

? ? ? ? 另外,机器人及激光等造船焊接技术已经开始被国内造船界的焊接技术人员接受,并在机器人应用方面进行了尝试。由于我国造船业的特殊性(相对较低的劳动力成本),船体结构机器人焊接在未来3~5年的时间发展进程不会太快,但要成为世界造船强国,造船焊接机器人的应用是必不可少的。同样,激光焊接在船体结构制作方面体现的质量(变形控制和焊缝一致性)优势无与伦比,某些特殊船型(豪华邮轮、军用舰艇)的建造需要高能束焊接方法消除变形而产生的建造质量问题,因此也可能会在今后国内船企生产中得到应用。

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图1 双面双丝串列自动CO2焊装置

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图2 拼板(FCB)单面焊装置

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图3 垂直自动气电立焊

“焊接作为现代造船业的关键生产工艺,其技术创新与发展很大程度影响到我国船舶工业在世界造船业中的竞争力。”


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