船舶高效焊接工艺现状及发展.doc

船舶高效焊接工艺现状及发展
张雪彪1，刘玉君1，徐宏伟2
（1大连理工大学船舶工程系，2辽河油田海洋装备制造总厂）
摘要：本文总结了国内船舶制造中的主要高效焊接方法，一些高新焊接技术以及在当前亟待解决的焊接工艺问题。
关键词：造船；高效焊接；
船舶焊接技术作为现代造船模式中的关键技术之一，对我国船舶行业的快速发展起到了重要作用。高效焊接方法，是指与常规药皮焊条电弧焊相比熔敷效率高、焊接速度快、操作方便且易于自动化的焊接工艺方法。
在过去的一段时间内，国内各大船厂围绕现代造船模式的总体要求，以推进造船总装化、管理精细化为重点，结合产品载体，将先进焊接技术及焊接自动化工艺装备在生产中发挥作用。作者近年来调研了国内各大型船厂的高效焊接技术，整理了主要的船舶高效焊接工艺、船舶制造中的高新焊接技术以及亟待解决的焊接问题等内容。
一、船舶高效焊接工艺的现状
先进的船舶高效焊接技术涉及到船舶制造中的工艺设计、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。我国的船舶建造焊接技术基本满足船厂生产的需要，高效焊接在船舶建造中发挥着极其重要的作用。对于技术含量高的高端焊材，则仍需进口来满足生产的需求。我国造船工业中常见的高效焊接技术主要有：
焊条电弧焊
⑴向下立焊焊条：与向上立焊相比，效率提高1～2倍。
⑵铁粉焊条焊接工艺：工艺简单实用，通过提高熔敷效率达到高的生产效率，一般提高50％以上。
⑶重力焊条：采用高效铁粉焊条（一般直径为5～8mm，长度为550mm和700mm、900mm），，熔敷率在130％～180％之间，常见的焊条牌号有CJ501FeZ等。
CO2气体保护焊
⑴实芯焊丝
我国气体保护实芯焊丝的品种太少，今后大力扩大品种的同时，也需进一步改进实芯焊丝的工艺性能，降低飞溅、成形美观等。焊丝表面应具有防锈、润滑功能。国内常见的牌号是E49-1、E50-6焊丝。
⑵药芯焊丝
药芯焊丝将是CO2气体保护焊的主要焊材，配合各种类型的衬垫可以实现单面焊一次成形。特点是焊道成形美观、电弧稳定、飞溅小、全位置焊接、工艺性能良好、焊接熔敷速度快、生产率高等特点。现在船厂普遍采用药芯焊丝来焊接船舶结构，以后CO2气保护药芯焊丝焊接将成为船厂的主要焊接材料和工艺。目前，在常用船用结构钢方面，药芯焊丝已经可以完全国产化。但是对于技术含量高的高端焊材，船厂仍需进口来满足生产的需要。具体地有以下几种焊接工艺：
SG-2法焊接（气电垂直自动焊）
SG-2法是日本神钢开发的垂直气电焊（EGW）的简称，主要用于船舶建造分段合拢时的立向上对接焊，其工艺示意图见图1。

图1气电垂直自动焊示意图
该工艺使用的焊接材料为φ1.6mm的药芯焊丝，典型牌号为DWS-43G，配KL和JN型陶质衬垫。由于日本神钢的专利技术和良好的产品质量，在国内船厂应用普遍，而且由于合拢缝的重要性，对神钢以外的同类产品均采取格外谨慎的态度，不轻易替换。焊接过程中，用CO2气体作保护，并对焊接熔池强制一次成形的方法来完成的，焊缝的前后面分别用水冷铜滑块和带有梯形凹槽衬垫，以保持熔池稳定和成形良好。
高速纵骨焊焊丝
平面流水线的平板FCB法（焊剂铜衬垫法）对接焊之后进行纵骨的双面CO2自动角焊，在纵骨焊接工位采用双面双丝CO2高速焊工艺，每个纵骨的两侧各有两把焊枪，4把焊枪同时焊接，焊接速度最高为1000mm/min，焊丝为MX-200和SQJ50MX，适用于A、B、D、AH32、AH36、DH32、DH36钢的焊接。目前这些焊材仍然是进口。开发该焊丝的难点主要是在高速焊接时如何能获得良好的焊缝成形和耐钢板底漆的性能。
埋弧焊工艺
主要应用于平板平直焊缝，主要有单丝、多丝埋弧焊和窄间隙埋弧焊。其中应用于平面分段流水线的FCB法焊接，FCB法是铜板上撒布厚度均匀的衬垫焊剂，并用压缩空气软管等顶升装置把上述填好焊剂的铜板压紧到焊缝背面，从正面进行焊接而形成背面焊道的一种单面埋弧焊接法，如图2所示。

图2焊剂铜衬垫法（FCB法）焊接示意图
流水线生产厂商有日本新日铁、神钢以及欧洲的厂商。焊丝为NittetsuY-A(φ6.4mm和φ4.8mm)，底层焊剂NSH-1R，主要是保证焊缝的背面成形；表面焊剂NSH-50，主要作用是保持电弧稳定燃烧。该工艺焊接速度快，最高可达1500mm/min。因此，需要在高速和大热量输入的情况下保证焊缝具有良好的力学性能和背面成形。
另一种应用较广的方法是焊剂石棉衬垫单面焊（FAB法），它是一种单面埋弧自动焊方法，利用柔性衬垫材料装在坡口背面，并用铝板和磁性压紧装置将其固定。其特点是简便、省力、材料成本低廉。它主要应用于曲面钢板的拼接以及船体建造中船台合拢阶段甲板大口的焊接。
不锈钢焊接
不锈钢焊接多见于不锈钢管及