5-船舶焊接技术(3h)

2019/10/71课题五船舶焊接技术2019/10/72§5-1船舶焊接技术概述焊接技术在造船中的重要地位船舶焊接技术实现高效化的意义2019/10/73一、焊接技术在造船中的重要地位焊接是现代制造技术的重要内容；而制造技术能够归纳为三种基本功能，这就是成形、焊接和改性；船体建造工程量占整个造船工程量的50%左右；焊接技术是船体建造的重要支撑技术，焊接工时和成本分别占船体建造工时和成本的30～40%；焊接质量直接反映船舶建造质量。综上所述，对高效焊接技术的研究、开发和应用，是提高焊接质量、提高生产率、降低建造成本、缩短造船周期的有效途径。2019/10/74二、船舶焊接技术实现高效化的意义提高焊接生产率；降低焊接成本；提高焊接质量和可靠性；解决焊工劳动力不足的状况；降低对焊工的技能要求，改善焊工工作环境和降低焊工的劳动强度。2019/10/75§5-2造船先进焊接技术造船先进焊接技术发展概况造船高效焊接技术2019/10/76一、造船先进焊接技术发展概况1.船舶焊接技术已经进入到崭新的发展阶段表现为：在普通手工电弧焊、埋弧焊和气体保护焊基础上发展成功高效焊接方法，而其中焊接机械化、自动化成为重要的组成部分。将当代计算机、微电子、信息、机器人、电子束、等离子、激光等前沿技术的成果应用于船舶焊接。2.船舶先进焊接技术发展的几个阶段（教材P84）20世纪50年代埋弧焊气电焊70年代CO2焊接各种单面自动、半自动焊90年代焊接机器人2019/10/77二、造船高效焊接技术1.高效焊接高效焊接是20多年来造船行业为缩短造船周期、提高焊接质量在船舶焊接领域内实施的一项技术更新措施，也是缩短造船周期的有效途径之一。所谓高效焊接方法，就是开发和应用一些新的焊接方法，这些方法要比常用的焊接方法生产效率要高，有的甚至高几倍。2019/10/782.提高焊接生产率的主要途径20多年来开发和应用的高效焊接方法不下几十种。方法虽多，然而提高焊接生产效率的途径不外乎以下几种：增加焊接材料的熔化速度提高焊接材料的熔敷率[教材P100]减小坡口断面及熔敷金属量[教材P100]实现机械化与自动化简化和减少焊前工作量等[教材P101]2019/10/793.典型的高效焊接技术高效手工电弧焊重力焊高效埋弧自动焊方法气电垂直自动焊半自动CO2气体保护焊单面焊衬垫技术焊接机器人技术激光焊接2019/10/7104.高效焊接材料的发展在推广高效焊接技术的同时，根据造船生产的需要，开发了铁粉焊条、下行焊条、CO2焊用药芯焊丝、高强度焊丝及焊剂、FAB埋弧焊衬垫、单面焊陶瓷衬垫等；90年代以来的典型发展手工电弧焊焊条产量持续下降，取而代之的是各种自动化焊接材料（各类焊丝）；日本1980年开发的药芯焊丝，能实现造船全位置焊接；近几年又开发了新的专用药芯焊丝、耐底漆性能良好的药芯焊丝；开发了大焊脚专用药芯焊丝，提高大焊脚焊接的焊接效率（如日本神户制钢开发的大焊脚平角焊专用金属粉型药芯焊丝，单道焊焊脚可达9-12mm）；开发出了立角焊专用药芯焊丝，适用于大装配间隙、大焊脚的向上立焊（如日本开发的DW-100V型立角焊专用药芯焊丝，可在施焊电流300A情况直接获得大焊脚）。2019/10/7115.高效焊接设备的发展旋转式直流弧焊电源遭淘汰，取而代之的是整流式、逆变式；CO2气保焊机应用随着CO2气保焊比例的迅速增加而增大；小型自动角焊机的应用正处于上升势头；智能型自动焊接装备在先进的造船国家（如日本，）以研发成功，实现了对导电嘴与母材焊缝间距的自动调节和对焊缝位置的自动跟踪；焊接机器人的应用。瑞典ESAB半自动埋弧焊机2019/10/7126.典型高效焊接工艺的发展高速双丝平角焊新工艺。如日本在双丝CO2焊基础上开发的双丝单个焊池新工艺，并采用耐底漆性能良好的铁粉型药芯焊丝，使焊接速度成倍提高（达150cm/min）。高速焊剂铜衬垫单面埋弧新工艺自动高速旋转电弧焊新工艺高效横向单面焊新工艺高强钢气电立焊新工艺（教材P90，江南厂的开发应用）船体结构激光焊接新工艺2019/10/713§5-3我国造船焊接技术的进步我国造船焊接技术的发展概况我国造船焊接技术与世界先进国家的差距我国造船焊接技术的未来发展影响我国船舶工业应用先进焊接技术的主要因素作业题2019/10/714一、我国造船焊接技术的发展概况1.80年代初以前的发展50年代，开始引入手工电弧焊，50年代中期，从前苏联引进先进高效埋弧焊、半自动焊技术；50年代末～70年代，陆续实验成功并应用了CO2保护焊、重力焊、下行焊、垂直和横向气保焊、各种衬垫单面焊双面成型等高效焊接工艺。但是由于当时的焊接设备、材料的配套问题以及企业管理制度不适应等因素，这些高效率焊接工艺方法在70年代未能在生产中推广应用，常规手工电弧焊的应用比例平均达到85%，埋弧焊的应用比例仅为13%，其它高效焊接应用比例之和约为2%。2019/10/7152.80年代初以来的新发展80年代初期开始，我国的船舶工业遇上了良好的建造出口船的机遇，所建造的船舶产品进入了国际船舶市场。由于造船焊接技术有了飞跃的发展，以至于缩短造船周期、降低生产成本、提高产品质量、扩大造船总量等方面做出了突出的贡献。焊接工艺技术方面83年～93年，是我国造船焊接技术发展最快的时期，造船中应用的高效焊接工艺方法由70年代末期的3～5种发展到了现在的30多种，基本满足了建造出口船舶，海洋石油平台以及各类非船舶产品的需要。2019/10/716我国造船实用性高效焊接技术类别及工艺高效焊接类别高效焊接工艺名称1埋弧自动焊1FCB法焊剂垫双丝单面埋弧自动焊2FCB法焊剂垫三丝单面埋弧自动焊3RF法热固型焊剂垫双丝单面埋弧自动焊4FAB法软衬垫双丝单面埋弧自动焊5双丝单面埋弧自动焊与半自动CO2衬垫单面焊混合焊2CO2气保护半自动焊6CO2气保护全位置半自动角焊7CO2气保护衬垫单面半自动平对接焊8CO2气保护衬垫单面半自动立对接焊9CO2气保护衬垫单面半自动横对接焊10CO2气保护焊自动水平角焊3垂直气电自动焊11舷侧大接头垂直焊缝对接自动焊12槽型隔壁垂直对接自动焊13舷侧双壳隔壁垂直对接自动焊4下行焊14CO2气保护半自动下行焊15手工焊条下行焊2019/10/7175重力焊16OK33.80、T5024、CJ421Fe等焊条的重力焊6高效铁粉焊条焊17熔敷效率180%高效铁粉焊条平角焊18熔敷效率150%高效铁粉焊条平角焊19熔敷效率150%高效铁粉焊条平角焊7手工衬垫单面焊20手工陶瓷衬垫单面对接焊21手工黄沙衬垫单面对接焊22手工砂绳衬垫单面对接焊23船用球扁钢手工衬垫单面对接焊8氩弧焊24铝合金自动TIG单面氩弧焊25铝合金半自动MIG氩弧焊对接焊26铝合金半自动MIG氩弧焊角接焊27铜镍合金管、铝黄铜管单面氩弧焊9钎焊28铝黄铜加热管钎焊29锡黄铜加热管钎焊10电渣焊30尾柱拼接焊缝丝极电渣焊31高层建筑立柱熔嘴电渣焊2019/10/718典型的开发及应用实例1991年沪东船厂开发成功RF法双丝埋弧单面焊工艺；沪东、江南、上海、大连、大连新厂、新港、广船、渤海重工等重点船厂已经熟练地将气电垂直自动焊技术应用于船台的大合拢垂直焊缝，一次性合格率达到95%～100%；1993年，广船国际建立了管子焊接的机械化、自动化生产线，实现了CO2单面焊的管子对接和4电极门式角焊；江南厂FAB法双丝单面埋弧焊应用于船台大合拢；求新、黄埔船厂在铝制船舶焊接中，采用了自动、半自动MIG焊接工艺，显示了我国建造全焊接结构的铝质船舶的能力，增强了国际竞争能力；2019/10/719特种船舶及重大非船产品的焊接实例1991年，江南厂建造4200M3液化石油气船，其液货舱在-104C低温状态下工作，对焊接质量要求较高。经试验研究，采用高Ni焊接材料和相应的焊接工艺，使焊接接头的低温韧性完全满足有关标准的要求。江南厂在建造3000M3全压式液化石油气船时，液货舱材料是我国海船建造中屈服强度最大的低合金钢，经试验，采用合理的工艺措施，使焊接质量完全满足设计要求和建造规范要求。求新厂在承接美国波音公司加工生产水翼艇的水翼过程中，其材料为屈服强度大于930MPa的15-5PH沉淀硬化型马氏体不锈钢，结构复杂，焊接质量要求高。求新厂研究出一套焊接工艺和辅具，使焊接完全达到设计指标。沪东船厂在承接南浦、杨浦、徐浦大桥，武昌船厂在承接长江江阴大桥，广船国际在承接香港虎门大桥，江南船厂在承接卢浦大桥的钢梁制造中，均采用了高效焊接技术。2019/10/720船厂焊接设备方面设备总体构成逐渐趋向合理，旋转式直流弧焊机已从1983年的56.45%下降到2001年的6.5%，最终将全部淘汰，代之而用的是整流弧焊机、CO2气体保护焊机、交流焊机、埋弧焊机以及船用机械化自动化平角焊机、垂直气电焊机等。中国船舶工业集团公司和中国船舶重工集团公司所属船厂焊接设备构成比例（%）年份旋转焊机整流焊机交流焊机埋弧焊机CO2焊机199618.4221.9531.735.6822.22199717.4023.6939.305.1324.48199810.6527.0731.244.9926.0519996.521.4424.984.3726.4720009.1122.2522.676.5738.892019/10/721随着我国现代造船模式的发展和区域造船法的推进，船舶焊接技术发生了较大的变化。一些重点骨干船厂先后都引进了国外先进的平面分段装焊流水线，采用了拼板工位多丝埋弧自动单面焊双面成形新工艺、新设备。江南造船厂在1995年引进了TTS平面分段装焊流水线，在线上拼板工位用三丝FCB法埋弧自动焊双面成型，对接拼板最大板厚可达35mm，该项先进的工艺设备使造船单面焊接技术达到了一个新水平，1996年至2000年大连造船新厂、大连造船厂、广船国际、沪东造船厂等也先后引进了国外的先进的平面分段装焊流水线。江南、沪东、大连、大连新厂、广船国际等船厂先后建造了液化CO2气体贮罐，从而实现了全厂管道送气的先进方式，为推广CO2气保护焊奠定了高纯度的供气保障。[教材P96图5-16]2019/10/7223.我国造船焊接高效化率、焊接机械化自动化率、CO2气保焊率增长情况199819971996199519941993199219911990199920002001200220032004200510090807060504030201002828.931.333.135.338.441.947.750.553.160.565.050.359.560.862.165.668.672.474.073.472.276.880.9高效化率机械化自动化率85.070.060.049.5CO2气保焊率2019/10/723沪东中华2004年建造的5688箱集装箱船等产品中，以二氧化碳焊接为主导的高效焊接普及率已经达到94.04%，焊接在船舶建造中的工时消耗下降了10%左右，焊工人均焊材日消耗量达到16.87公斤。中国船舶工业高效焊接技术指导组提出的2001年及“十五”指标序号内容2001年计划指标“十五”指标1船厂平均焊接高效化率（%）重点船厂（%）一般船厂（%）7880658590752船厂CO2焊应用率（%）50603船厂焊接机械化、自动化率（%）重点船厂（%）一般船厂（%）6070557080654高效节能型焊机占有率（%）85954.“十五”期间高效焊接技术发展要求2019/10/724二、我国造船焊接技术与世界先进国家的差距近年来我国的造船焊接技术与世界上造船第一、第二大国（日本、韩国）之间的差距仍然较大。1996年，日本、韩国的造船焊接机械化、自动化率已达到94.9%和82%，而我国的造船焊接机械化、自动化率在2001年仅为65%。日本的一些现代化船厂在90年代初已逐步采用了焊接机器人