為中國船舶焊接技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展而給力

上海船舶工藝研究所（200032）陳家本

一、簡要回顧近二十多年的歷程

眾所周知，船舶焊接技術(shù)是我國船舶工業(yè)發(fā)展中的重要技術(shù)之一。船舶工業(yè)高效焊接技術(shù)指導(dǎo)組在1986年誕生至今已二十多年，經(jīng)歷過這不平凡的二十多年，國際上造船市場出現(xiàn)了一輪百年不遇的高度興旺期。我國船舶工業(yè)在科學(xué)發(fā)展觀的指引下，抓住了機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，使我國一躍成為了世界第一造船大國，這其中也有船舶工業(yè)高效焊接技術(shù)指導(dǎo)組及一大批忠心于船舶焊接技術(shù)進(jìn)步的老、中、青三代人所做出的卓越貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了幾代中國造船人的夙愿。值得所有中國造船人的驕傲和自豪，這一點(diǎn)已是毋庸置疑了。

然而，隨著國際金融危機(jī)的爆發(fā)和蔓延，又出現(xiàn)了滑山坡的現(xiàn)象，又將我國船舶市場打入令人窒息的低迷狀態(tài)，使我國船舶工業(yè)面臨著進(jìn)入新世紀(jì)以來最困難的局面。后危機(jī)時(shí)代，全球船舶工業(yè)發(fā)展已進(jìn)入創(chuàng)新密集和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)加速調(diào)整的時(shí)代，如今我國船舶工業(yè)正處于機(jī)遇與轉(zhuǎn)型重合階段，又面臨著成長中的糾結(jié)，短期困難與長期矛盾相交織。誠然，中國船舶焊接技術(shù)也伴隨著我國船舶工業(yè)的大發(fā)展，呈現(xiàn)了規(guī)?；?、半自動化、自動化的焊接新氣象，并以“崢嶸頭角滄波里，不得風(fēng)云志不休”的精神，大力推廣與應(yīng)用各類高效焊接新技術(shù)，使船舶焊接半自動化、自動化率平均達(dá)到60%以上，尤其是半自動CO2氣體保護(hù)焊已占據(jù)了船舶焊接技術(shù)的大半江山。如今，已取得人均焊接材料日消耗量達(dá)到20～30kg以上的可喜成績。

在這樣的形勢下船舶焊接技術(shù)仍然要不斷進(jìn)取，要解放思想、放開眼界，突破傳統(tǒng)思維模式，切實(shí)轉(zhuǎn)變發(fā)展觀念，調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略，使船舶焊接向自動化、智能化、數(shù)字化、節(jié)能、綠色環(huán)保的方向發(fā)展；提高船舶焊接的質(zhì)量、效率和降本增效。這兩大戰(zhàn)略目標(biāo)將作為船舶焊接人士的終身遠(yuǎn)大夢想。

二、目前我國船舶焊接技術(shù)的狀況

1.焊接技術(shù)新的工藝、材料、裝備不斷涌現(xiàn)

隨著我國船舶工業(yè)技術(shù)的更新改造以及新建的一批大型骨干船廠，使得一些船舶焊接技術(shù)的新工藝、新材料、新裝備不斷涌現(xiàn)。如大型平面分段建造流水線上的多絲埋弧單面焊工藝與裝備、多電極龍骨自動角焊工藝與裝備、自動角焊工藝與裝備、大合攏垂直氣電自動焊工藝和裝備、橫向氣電自動焊工藝和裝備、船臺甲板對接單面雙絲MAG焊工藝和裝備、垂直氣電自動立角焊工藝和裝備，同時(shí)船舶焊接藥芯焊絲的應(yīng)用率已占絕對的地位?？傊@些新工藝、新材料、新裝備的成功應(yīng)用，為船舶工業(yè)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

2.船舶焊接效率、質(zhì)量狀況的變化

由于我國船舶工業(yè)經(jīng)過長期的以船舶高效焊接技術(shù)指導(dǎo)組為核心，積極推廣與應(yīng)用高效焊接技術(shù)，因此使船舶焊接效率、質(zhì)量呈現(xiàn)大幅度的提高，目前船舶焊接效率為20世紀(jì)90年代初的5～6倍以上，船舶焊接質(zhì)量達(dá)到了一次合格率92%以上。由于這些效率與質(zhì)量的提高，從而為船舶工業(yè)的創(chuàng)收利潤做出了卓越的貢獻(xiàn)。

3.船舶焊接技術(shù)人員素質(zhì)狀況的變化

由于我國船舶工業(yè)人力資源對焊接人才的需要跟不上船舶產(chǎn)品建造發(fā)展的需求，曾出現(xiàn)過因焊接人才不足而造成船舶建造中的大量焊接技術(shù)問題，影響到船舶的出口和國際的信譽(yù)。同時(shí)船舶焊工的素質(zhì)仍然提高不快，這主要是因?yàn)閯趧?wù)工的流動頻繁，熟練焊工在船廠中的比例低于10%。

三、目前船舶焊接技術(shù)中存在的主要問題及需解決的一些建議

1.目前船舶焊接材料中高性能、高質(zhì)量的焊材，在品種和數(shù)量上的不足

由于船舶產(chǎn)品的不斷更新，出現(xiàn)了一批高新產(chǎn)品的船舶，如大型集裝箱船、LPG船、LNG船、化學(xué)品船、大型破冰船等特種船舶。出現(xiàn)了一些新鋼種、新結(jié)構(gòu)、新焊接技術(shù)、新焊接標(biāo)準(zhǔn)等要求，為此需要選用一些高性能、高質(zhì)量的焊接材料，而這些材料又往往在國內(nèi)還不能自己生產(chǎn)，即使有國內(nèi)產(chǎn)品可以選用，但仍然在品種和數(shù)量上不能滿足船舶生產(chǎn)的實(shí)際需要。

2.焊接設(shè)備的自動化、智能化、柔性化不足

雖然目前大多數(shù)船廠都已有了不同程度的機(jī)械化、自動化焊接技術(shù)及設(shè)備，但大多數(shù)僅只能單一地執(zhí)行自己所規(guī)定的焊接任務(wù)。由于焊接自動化程度、智能化程度、柔性化程度明顯不足，所以常常會造成設(shè)備利用率低，維修成本居高不下的問題。

3.船舶焊接人員數(shù)量、素質(zhì)的不足

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)道，我國船企高技能人才方面的“用工荒”尤為突出，特別是在造船生產(chǎn)主力軍的勞務(wù)工當(dāng)中，高級工的比例往往不到10%，不少企業(yè)甚至低于5%。隨著我國勞動用工成本的攀升，船舶企業(yè)采用自動化的焊接設(shè)備是大勢所趨，未來造船企業(yè)一定要依靠提高造船效率、降低人工成本、降低管理成本以及提升產(chǎn)品質(zhì)量來贏得市場。

又據(jù)資料報(bào)道，世界上一些發(fā)達(dá)國家把機(jī)器人焊接技術(shù)放在科技發(fā)展戰(zhàn)略中最優(yōu)先的地位，如日本、韓國的一些船企在船舶建造中，在發(fā)展、研制及應(yīng)用焊接機(jī)器人方面尤為突出。自1970年開始在船舶行業(yè)中推出首臺焊接機(jī)器人以來到20世紀(jì)末，日本的多家大型船企已批量應(yīng)用焊接機(jī)器人，造船焊接機(jī)器人應(yīng)用比例達(dá)16%，其中小合攏焊接機(jī)器人又占24.6%，船體平行腫體建造中的焊接機(jī)器人已達(dá)14.5%。自2001年以來，特別是前幾年全球造船高峰期，我國造船業(yè)勞動力成本日趨高漲，但在目前船市低谷的時(shí)期，確又難以降低勞動力成本，已成為制約我國船企進(jìn)一步做大做強(qiáng)的重要因素之一。

4.船舶高端焊接技術(shù)研發(fā)、創(chuàng)新能力的不足

近幾年來，隨著高新船舶產(chǎn)品的大量建造，又遇到了不少焊接新問題，其中高端焊接技術(shù)如：低合金高強(qiáng)鋼焊接、低溫鋼焊接、低磁鋼焊接、耐蝕鋼焊接、超低碳不銹鋼焊接、雙相不銹鋼焊接、復(fù)合鋼焊接、激光焊接、激光復(fù)合焊接、攪拌摩擦焊接，以及各種類型功能的弧焊機(jī)器人焊接、焊接信息化、智能化、自動化控制等顯得焊接技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新能力不足，從而造成了大量焊接材料、設(shè)備及專用軟件依靠進(jìn)口，花費(fèi)了大量的外匯。

5.解決上述問題的一些建議

要解決上述問題，筆者僅以個(gè)人的名義提出如下建議，僅供參考與指正。

（1）堅(jiān)持以創(chuàng)新驅(qū)動為核心，全面推廣與應(yīng)用高效焊接新技術(shù) 目前出現(xiàn)的一些先進(jìn)、高效、高質(zhì)、低成本的焊接技術(shù)望大力推廣與應(yīng)用，尤其在焊接工藝性能方面，一是可采用更新的控制技術(shù)，提高傳統(tǒng)單絲焊接工藝的生產(chǎn)效率；二是采用復(fù)合電弧焊接方法，利用優(yōu)勢互補(bǔ)提高焊接效率。

復(fù)合電弧焊接方法有：①在單絲高效焊接工藝中，有代表性的一種稱為pules speed，與常規(guī)脈沖焊接工藝不同之處在于其過渡原則不是常規(guī)的一個(gè)脈沖過渡一個(gè)熔滴，而是一個(gè)脈沖過渡一串熔滴，而且熔滴過渡非常連續(xù)，所以弧長波動較小，熔池穩(wěn)定，可以提高焊接速度。②Rapid weld焊接工藝，其特點(diǎn)是電弧非常集中，挺度較好，適合不等厚度焊接在一起，而且熔深較大、焊接速度較高。③Rapid X焊接工藝，可以提高焊接速度40%以上。④Force Arc焊接工藝，可以在較低的電壓下保持焊接弧長的穩(wěn)定，所以電弧對熔池的挖掘作用很強(qiáng)，與常規(guī)焊接工藝相比，電弧很穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)中厚板單面焊背面自由成形，又由于該工藝最大焊絲伸出長度長于傳統(tǒng)焊接設(shè)備，所以可以選擇更小的坡口角度，減少焊縫金屬填充量，并提高焊接質(zhì)量和焊接效率。⑤對于復(fù)合電弧焊接工藝，具有代表性的有一種稱為激光和電弧復(fù)合焊接，這種工藝雖然設(shè)備費(fèi)用非常昂貴，但由于其功率密度可控范圍寬、焊接速度快，幾乎能適用于所有焊接材料等優(yōu)點(diǎn)而受到很多企業(yè)鐘愛，因此已發(fā)展成具有各自特色的成套系列焊接工藝裝備。⑥Hot wire tandem雙絲高效焊接工藝，該工藝是第一根焊絲采用脈沖焊接工藝，第二根焊絲流過電流約300A，但是焊絲和熔池直接接觸，沒有電弧出現(xiàn)，該工藝相當(dāng)于熱絲MIG焊，這樣熔敷效率可以大大提高，但與常規(guī)雙絲焊相比，焊接熱輸入只有原來一半左右，可大大降低焊接變形和提高接頭的性能。⑦Super-MIG即用等離子電弧復(fù)合焊，該工藝結(jié)合等離子小孔法焊接的熔透優(yōu)勢，可以有效地提高焊接速度。

除了上述一些新出現(xiàn)的焊接新工藝，造船焊接中已應(yīng)用多年的多絲埋弧焊仍然是船舶建造中的中厚板高效焊接技術(shù)的重要手段，但該技術(shù)還有待于在實(shí)踐中不斷改進(jìn)和提高，如使用的焊接電源，如何用交流與直流的配合方法來抑制電弧間的干涉現(xiàn)象以及使用藥芯焊絲與埋弧焊焊絲、焊劑混合焊接工藝等。此外，焊接電弧控制方面，要朝著精細(xì)化方向發(fā)展，因?yàn)闆]有一種焊接工藝是全能的，也沒有一種電弧控制方法是全能的，因此在不同的應(yīng)用場合，電弧應(yīng)該有不同的特點(diǎn)，控制它達(dá)到精細(xì)化。隨著數(shù)字控制技術(shù)的不斷成熟，已出現(xiàn)不少電弧控制新方法、新概念。如出現(xiàn)了被稱為 Control weld、Speed weld、Rapid weld、Cold weld、Root Arc weld、Pipe sulution Arc weld、Wise fusion weld、Wise penetration weld、Wise Root weld、Speed Twin pulse weld、STT weld、Time weld等不同的焊接工藝，都是借助于焊接電弧精細(xì)化控制，同時(shí)只有在非常深刻理解焊接工藝要求的基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)上述不同焊接技術(shù)。

（2）緊密與現(xiàn)代造船模式相結(jié)合，開展具有各船企自主特色的現(xiàn)代化焊接新技術(shù) 隨著現(xiàn)代造船模式的進(jìn)一步深化，必然會帶動船舶焊接技術(shù)的進(jìn)步，但是各個(gè)船企具有其不同的建造船舶的工藝技術(shù)和環(huán)境及不同的裝備等，因此就需要我們開展具有各船企自主特色的現(xiàn)代化焊接新技術(shù)的應(yīng)用。

筆者認(rèn)為，今后在船舶建造中主要有以下方面要突破：①要加快推廣新一代船體零件下料、切割。其中數(shù)控激光切割一次成形的精度和效率為最高，板材的利用率可達(dá)98%以上。②小合攏組件焊接機(jī)器人要自動組裝、焊接，達(dá)到精密構(gòu)件要求并在作業(yè)區(qū)實(shí)現(xiàn)無人化。③大型拼板要自動組裝、焊接，達(dá)到分段裝焊精密構(gòu)件要求。④大型拼板、肋骨、桁材要自動組裝、焊接，達(dá)到分段結(jié)構(gòu)精密構(gòu)件要求并要在作業(yè)區(qū)實(shí)現(xiàn)無人化。⑤大型曲面構(gòu)件要數(shù)控自動肋骨冷彎和焊接。⑥平面分段部件要焊接機(jī)器人焊接，在作業(yè)區(qū)實(shí)現(xiàn)無人化。⑦平直舯體分段部件、雙層底井字結(jié)構(gòu)要智能型機(jī)器人焊接。⑧曲面分段部件要智能型焊接機(jī)器人焊接。⑨總段大合攏垂直、橫向焊縫要自動機(jī)器人焊接。⑩管-管、管-板、管-彎頭和管-法蘭裝焊要機(jī)器人焊接。

若上述十大關(guān)鍵制造節(jié)點(diǎn)能逐步實(shí)現(xiàn)自動化和機(jī)器人焊接，將會進(jìn)一步提高造船產(chǎn)量和質(zhì)量、降低建造成本、縮短造船周期，實(shí)現(xiàn)船舶建造技術(shù)的重大突破。為此，要結(jié)合我國造船業(yè)和焊接產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況，采用以企業(yè)為主導(dǎo)的產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合攻關(guān)的方式。實(shí)現(xiàn)具有各船企自主創(chuàng)新特色的焊接新工藝及焊接機(jī)器人化的宏偉目標(biāo)。

（3）加強(qiáng)對焊接人才培訓(xùn)及考核 在高效、自動化、智能化焊接設(shè)備發(fā)展的形勢下，焊接的操作者趨于簡單化、智能化、淡化操作技能，但是焊接操作者的素質(zhì)、能力等作用仍不可忽視。在影響工件焊接質(zhì)量的技術(shù)因素和人為因素中，人為因素中的焊工操作技能和職業(yè)道德要經(jīng)過培訓(xùn)考核而獲得。由于人員因所受教育的經(jīng)歷、知識結(jié)構(gòu)和人員自身接受知識面能力的差異而不同，故操作者的職業(yè)道德是要求從事相關(guān)焊接的焊工應(yīng)遵守本行業(yè)的法律、規(guī)章制度和工藝技術(shù)文件，不得違章作業(yè)，也不能按個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)喜好、感覺和習(xí)慣來選擇焊接參數(shù)，更不能為了追求作業(yè)產(chǎn)量而忽視焊接質(zhì)量，不按焊接工藝作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行焊接。在有特殊要求的領(lǐng)域中，國家對于焊接操作者還有特殊的要求。因此必須提高焊接操作者的技能和職業(yè)道德，并經(jīng)考核合格獲得相應(yīng)的焊接證書，才能持證上崗。

另外，要大力培養(yǎng)焊接技術(shù)研究人才，重點(diǎn)要培養(yǎng)焊接技術(shù)應(yīng)用、管理人才，不斷充實(shí)企業(yè)焊接人才隊(duì)伍，體現(xiàn)出所有生產(chǎn)要素中人是最重要因素的特點(diǎn)。此外，先進(jìn)的焊接工藝方法和高素質(zhì)的焊接人員還離不開先進(jìn)的焊接管理方法，目前國際上流行著一種先進(jìn)的焊接管理理念被稱為“全面焊接管理”，這一概念又被稱為巴克霍夫方法。他是將焊接技術(shù)和成熟的管理原理結(jié)合起來，在過去的三十多年中已被廣泛地應(yīng)用于美國和加拿大等國的各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域以焊接為核心工藝的工程制造中。這套系統(tǒng)方法，包括焊接評價(jià)、改進(jìn)、控制和持續(xù)保證等各個(gè)制造階段，從焊接設(shè)計(jì)到焊接工藝的制定再到焊接部件的生產(chǎn)和質(zhì)量保障，進(jìn)行全方位的焊接管理。面對產(chǎn)品更新?lián)Q代加快和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)越來越高的情況下，特別是成本不斷增高、競爭加劇，迫使企業(yè)經(jīng)營者在提供更有價(jià)值產(chǎn)品的同時(shí)，千方百計(jì)地尋找機(jī)會降低成本。最終的目的是按量、按交貨期生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量無瑕疵，并且成本最佳。該套方法的靈活運(yùn)用會實(shí)現(xiàn)貨真價(jià)實(shí)的高效焊接。

四、為船舶焊接技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展而給力

1.在爭創(chuàng)船舶市場中，要為優(yōu)先發(fā)展船舶焊接技術(shù)創(chuàng)新而給力

由于在船體建造中，焊接工時(shí)占總工時(shí)的30%～40%，焊接成本占船體建造成本的30%～50%，所以在爭創(chuàng)船舶市場中，要優(yōu)先發(fā)展船舶焊接技術(shù)創(chuàng)新，要致力于“優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、降耗”為基本特征的自動化、智能化焊接模式。創(chuàng)新是光，它會照亮企業(yè)自身的光芒，也將為我國成為世界造船強(qiáng)國之夢而給力。

2.希望政府及有關(guān)部門要為船舶焊接技術(shù)進(jìn)步而給力

雖然我國政府已制定了“國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要”，國務(wù)院也發(fā)布了“關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見”等政策性文件，給船舶企業(yè)帶來了希望和方向，但在具體落實(shí)中仍然要不斷地需要政府及有關(guān)部門指導(dǎo)和支持，尤其是船舶焊接技術(shù)發(fā)展中所出現(xiàn)的一些新問題，如船舶焊接工程與生態(tài)環(huán)境；船舶焊接工程招投標(biāo)與焊接用工制度等深層次的問題，仍要政府及有關(guān)部門為船舶焊接技術(shù)進(jìn)步實(shí)施而給力。

3.要與“產(chǎn)、學(xué)、研、用”緊密相結(jié)合，為建立誠信、雙贏的焊接產(chǎn)業(yè)鏈快速成效發(fā)展而給力

企業(yè)應(yīng)當(dāng)立足于自身發(fā)展，但也要與“產(chǎn)、學(xué)、研、用”緊密相結(jié)合，為建立誠信、雙贏的焊接產(chǎn)業(yè)鏈快速成效發(fā)展而給力。

船舶企業(yè)要從技術(shù)上引進(jìn)或研究相關(guān)的船舶高效焊接技術(shù)發(fā)展動態(tài)，或從基礎(chǔ)上吸收及合作研發(fā)原創(chuàng)性的船舶高效焊接技術(shù)，形成長效機(jī)制，才能在船舶高效焊接技術(shù)領(lǐng)域中處于市場領(lǐng)先地位。

企業(yè)應(yīng)當(dāng)為此建立快速響應(yīng)市場的綠色敏捷制造模式，這是未來實(shí)現(xiàn)更加高效焊接生產(chǎn)的根本方向。

五、結(jié)語

如今，我們正處于民族偉大復(fù)興的歷史關(guān)口，中國夢要靠全民族共同奮斗來實(shí)現(xiàn)。我們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)從造船大國逐步走向造船強(qiáng)國的遠(yuǎn)大夢想，作為每一名船舶焊接工作者更要團(tuán)結(jié)一致、凝心聚力，以創(chuàng)新驅(qū)動為核心，艱苦奮斗在不同的崗位上，也許我們中的一些為船舶高效焊接技術(shù)進(jìn)步埋頭苦干者，清平一世，名不彰顯，但歷史會記住他們的。最終中國船舶焊接技術(shù)的遠(yuǎn)大夢想一定會實(shí)現(xiàn)！