现代船舶焊接技术

时间：2024-05-04

王凯

交通运输部烟台打捞局

现代船舶焊接技术

王凯

交通运输部烟台打捞局

焊接是船舶制造业中非常重要的一环，约占造船总工艺的40%，直接影响船舶的整体质量，因此必须足够重视，本文对目前国内外广泛应用的方法进行了总结与概括，并对其发展趋势做出了预测。

船舶焊接焊接工艺发展趋势

1 引言

我国早在2010年就已成为世界第一造船大国，造船吨位一直位居全球首位，但并非造船强国，因此船舶制造业的发展被列入国家“十二五”规划，船舶制造工艺以焊接为主，约占总工艺的40%，成本约占总成本的30%～50%。因此，焊接工艺在技术和效率方面一定程度上决定着船舶制造业的发展，推动焊接技术以及焊接设备的不断发展对推动船舶制造业具有重大意义。国内外的相关研究人员对此作了大量研究，并取得一定研究成果，从而使得众多高效的焊接技术得以在造船业中获得广泛的应用。

2 船舶焊接技术

2.1 激光-电弧复合焊

激光-电弧复合焊由英国学者W.M.Steer于上世纪70年代末提出，将两种热源复合，形成一种全新高效的热源，具有降低工件装配要求，较好间隙适应性、可拓宽熔池宽度、气孔倾向小、激光成本低、激光屏蔽影响低、稳定性高，原理如图1所示。

图1 激光-电弧复合焊

2.2 A-TIG焊

A-TIG焊由乌克兰专家于上世纪60年代提出，是一种在施焊板材的表面涂上活性剂，调节活性剂微量元素配比保证焊接质量的焊接方法，具有大熔深，高效率、高质量、操作简单、方便，成本低、应用面广等优点，其焊接过程示意图见图2。

图2 A-TIG焊接过程示意图

2.3 搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊由英国研究人员于上世纪90年代提出的新型固相焊接技术，利用快速摩擦原理将材料温度迅速升高，使材料强度降低，从而达到热塑性状态，同时由于压力使之由前端向后端进行塑性流动，进而达到压缩待焊件为一整体的目的。其具有生产率高、优质、低耗、安全性好、变形小、无污染等优点，原理如图3所示。

图3 搅拌摩擦焊

2.4 焊接机器人技术

焊接机器人的应用以弧焊机器人为主，系统包含机器人焊机、变位机以及回转台等机构组成，分为计算机控制、PLC控制以及机器人控制器等控制方式，具有高效、稳定、自动化程度高、作业环境好、降低成本等优点，其结构如图4所示。目前，其使用规模已高达全部工业机器人的50%。

图4 焊接机器人结构

2.5 窄间隙焊

窄间隙焊接由美国Battelle研究所开发，是基于传统焊接技术通过添加一系列特别技术而实现的新技术，主要应用于下限板厚为20～30mm材料的焊接，具有生产效率高、节能、焊接接头的机械性能较高、残余应力和变形小、自动化程度高等优点。

2.6 双面电弧焊

双面电弧焊接最初由美国肯塔基大学的研究人员在1998年率先提出，是一种通过两个电弧，在焊接件两侧同时进行焊接的可应用于大型结构件焊接的高效节能、优质经济的工艺方法，具有焊接熔深深、焊接变形小、无“咬边”、成本低、应用型高等优点。其根据提供电源的数量又可分为单电源双面电弧焊和双电源双面电弧焊，其原理分别如图5、图6所示。

图5 单电源双面电弧焊

图6 双电源双面电弧焊

2.7 双丝双弧焊

双丝双弧焊是一种可避免单一电弧焊未焊透、不连续、“咬边”等缺陷的焊接技术，伴随着与先进的电源与控制技术的相结合，双丝双弧焊接技术已由常规的双枪升级为单枪，从而充分发挥焊枪的可达性与高效性。具有焊接速度高、气孔产生率低、热影响区小、接头力学性能高、无需气体保护等优点，其原理如图7所示。

图7 双丝双弧焊

2.8 T.I.M.E.焊

T.I.M.E.焊接由加拿大学者在上世纪80年代提出的一种高性能MAG焊接方法，在相同焊接质量的前提下，其送丝速度可达传统MAG焊技术的两倍，具有坡口角度小、全位置焊接、工艺性能好、电弧控制性好、焊缝含氢量低、高效、生产成本低等优点。