無碼板裝配、焊接技術(shù)在船舶建造中應(yīng)用

饒洪華 王鴻昊 敖健 蘇忠義 曲鑫

摘 要：文章簡要介紹了在采用CO2氣體保護半自動焊接船體拼板時，采用無碼板裝配的新工藝技術(shù)，以及其在船舶建造中的應(yīng)用前景和控制環(huán)境污染中的貢獻。

關(guān)鍵詞：CO2氣體保護焊；無碼板固定裝配；船舶制造；環(huán)境保護

1 概述

CO2氣體保護半自動焊（以下簡稱CO2焊），是20世紀50年代初期發(fā)展起來一種焊接技術(shù)，它具有生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量好、成本低、焊接變形小等優(yōu)點，目前在船舶制造行業(yè)中已廣泛應(yīng)用。而拼板采用CO2焊時，與其輔助固定鋼板的碼板，隨著CO2焊一起也一直沿用著。大連中遠船務(wù)從2010年開始，研究和推廣CO2焊拼板，采用無碼板裝配、焊接的新工藝技術(shù)，經(jīng)過幾年實踐、應(yīng)用，此項工藝技術(shù)已趨于成熟、穩(wěn)定，已廣泛用于公司的船舶制造項目中，對提高造船效率，節(jié)約造船成本具有重要意義；同時對控制環(huán)境污染、提高空氣質(zhì)量，也具有著積極的作用。

2 總體概述

傳統(tǒng)船舶建造模式下，對接焊需要加裝馬板進行剛性固定和調(diào)節(jié)，其裝焊過程長、制作周期長、裝焊所耗費時間長、以及存在損壞外板的風(fēng)險、直接影響船體外板的質(zhì)量和美觀，諸多弊端與現(xiàn)代新型、綠色造船理念相抵觸，也不利于整體造船提速以及現(xiàn)場KPS的管理。因此，對接焊裝配工藝流程的革新將對提高造船效率，節(jié)省造船成本具有重要意義。

經(jīng)潛心研究和實踐積累，先后攻克了無馬板對接焊存在的負載力不足、RT合格率低、焊道接頭融合成型差、打底焊易出現(xiàn)裂紋等一系列不利因素！結(jié)合了CO2氣體保護焊高效特點及板縫對接技術(shù)要求，自主創(chuàng)了新的工藝技術(shù)。

裝配定位工藝參數(shù)：

（1）定位焊接點應(yīng)選去應(yīng)力較大處，對于曲線線性的外面要注意，應(yīng)放置在直線區(qū)域較大位置，以便于定位焊接的處理，并由現(xiàn)場施工人員進行標記，方便后續(xù)焊道無損探傷檢驗。

（2）用來控制焊接變形的定位焊，每間隔300mm-400mm設(shè)一塊，可根據(jù)板材對接況定進行跳漲，但單位焊接間距不應(yīng)大于500mm，防止定位焊接處收整體焊接收縮失去穩(wěn)性。加在外部的馬板，原則上與內(nèi)部結(jié)構(gòu)對準。

（3）去除定位焊接焊道外表皮時，不應(yīng)硬敲，拆要磨光（一般只準許咬邊深度≤0.2mm的個別缺陷存在）特別是對低合金鋼或者低碳鋼。

（4）使用無馬板定位喊工藝的焊道，焊縫間距可在標準縫隙間增加1mm-2mm間隙，有利于定位焊的施工和處理。引弧處要更外小心，防止缺陷產(chǎn)生，應(yīng)由有經(jīng)驗的焊接人員實行，如發(fā)現(xiàn)引弧區(qū)存在缺陷，要立即打磨去除。

（5）釘焊區(qū)域端部采取特殊15°～25°“楔形”打磨過渡處理形式，徹底消除了焊接技術(shù)缺陷及區(qū)域焊接缺陷。

（6）釘焊長度選取100～150mm、間隙選取400～500mm，保證釘焊區(qū)域承受雙側(cè)板材4.5噸拉力負荷的情況下不發(fā)生失穩(wěn)，并且在100～150mm的釘焊長度增強主焊縫與釘焊區(qū)域的融合過渡。

（7）釘焊焊縫高度控制在8mm±2mm，保證后續(xù)釘焊“楔形”處理厚度要求的同時，防止主焊道高電流、電壓造成電弧擊穿，避免打底焊出現(xiàn)裂紋，有效保證無損檢測質(zhì)量。

圖1

定位焊接工藝參數(shù)：正確選擇焊接工藝參數(shù)是以生產(chǎn)率要求、被焊材料、焊縫位置、接頭形式以及設(shè)備情況為基礎(chǔ)的。氣體保護焊通常采用短路過渡及細顆粒過渡，工藝參數(shù)主要包括：焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長度、直流回路電感值、氣體流量、電源極性、焊槍角度及焊接方向等。最佳的焊接工藝參數(shù)應(yīng)滿足以下幾個條件：

（1）焊接過程穩(wěn)定，飛濺最?。唬?）焊縫外形美觀，沒有燒穿、咬邊、氣孔和裂紋等缺陷；（3）對兩面焊接的焊縫，應(yīng)保證一定的熔深，使之焊透；（4）在保證上述要求的條件下，應(yīng)具有最高的生產(chǎn)率。

確定焊接工藝參數(shù)的程序為：先根據(jù)板厚、接頭形式和焊縫的空間位置等，選定焊絲直徑和焊接電流，同時考慮熔滴過渡形式。這些參數(shù)確定之后，再選擇和確定其他工藝參數(shù)，如電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長度、氣體流量和電感值等。

（1）焊絲直徑的選擇以焊接厚度、焊接位置及生產(chǎn)率要求為依據(jù)。短路過渡。CO2氣體保護焊一般采用細絲，以提高過渡頻率，穩(wěn)定焊接電弧，通常采用的焊絲直徑0.8mm、1.2mm及1.6mm。細顆粒過渡。CO2氣體保護焊采用的焊絲直徑一般大于1.2mm，通常采用的焊絲直徑為1.6mm、2.0mm、3.0mm和4.0mm。

（2）焊接電流根據(jù)焊接條件（板厚、焊接位置、焊接速度、材質(zhì)等參數(shù)）選定相應(yīng)的焊接電流CO2氣體保護焊機調(diào)電流實際上是在調(diào)整送絲速度。因此CO2氣體保護焊機的焊接電流必須與焊接電壓相匹配，既一定要保證送絲速度與焊接電壓對焊絲的熔化能力一致，以保證電弧長度的穩(wěn)定焊接電流必須在焊絲許用電流范圍之內(nèi)。電流過大將弓起溶池翻騰和焊縫成形惡化。電流過小能量集中性變差，引弧困難，飛濺變大，溶深淺，焊縫成形不好。

（3）焊接電壓既電弧電壓，電壓越高，焊接能量越大，焊絲熔化速度就越快，焊接電流也就越大。

（4）焊接速度在焊接電壓和電流一定的情況下，焊接速度的選擇決定了單位長度焊縫所吸收的熱能量，焊接速度過快時，焊道變窄，熔深和余高變小。

無碼板裝配、焊接技術(shù)是結(jié)合了CO2氣體保護焊高效特點及板縫對接技術(shù)，自主創(chuàng)新的一項新型工藝技術(shù)。其具有高效、低耗、污染小等特點，節(jié)省多個工序過程，遠優(yōu)于傳統(tǒng)碼板裝配技術(shù)。主要先進優(yōu)勢體現(xiàn)如下：

（1）操作工序得到簡化，取消了碼板制作、配送、安裝、拆除、板材修復(fù)等傳統(tǒng)施工工序，降低了生產(chǎn)成本及附帶的人工消耗。（2）有效的結(jié)合了裝配技術(shù)要求和焊接技術(shù)特點等方面，局部焊接無缺陷、裝配高效率的新型操作技術(shù)，大幅提升生產(chǎn)效率、降低勞動強度。（3）減少損壞船體鋼板的風(fēng)險，提高了船體鋼板的耐腐蝕性，以及船舶維護周期和使用壽命，保障船體鋼板美觀。（4）極大改善生產(chǎn)現(xiàn)場的施工環(huán)境，有效減少了有害氣體、聲噪污染，維護施工人員的職業(yè)健康。

3 國內(nèi)外同行現(xiàn)狀

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)采用無碼板裝配、焊接技術(shù)的造船企業(yè)較少，且無成型的技術(shù)研究及實際操作過程，而中遠船務(wù)集團內(nèi)其它企業(yè)尚無此項工藝技術(shù)的應(yīng)用，仍在板材對接縫焊接時采用碼板裝配。

圖2為碼板及固定裝配型式（碼板間距≥300mm）

圖2

4 關(guān)鍵技術(shù)

CO2焊無碼板裝配、焊接技術(shù)就是取消碼板裝配固定，而直接采用在對接板縫間隙內(nèi)釘焊代替碼板裝配固定的一項技術(shù)。（適用于板材厚度8mm～25mm，拼板裝配間隙大小5mm～16mm的CO2焊對接縫）

關(guān)鍵技術(shù)一：釘焊長度選取100～150mm、間隙選取400～500mm，保證釘焊區(qū)域承受雙側(cè)板材4.5噸拉力負荷的情況下不發(fā)生失穩(wěn)，并且在100～150mm的釘焊長度增強主焊縫與釘焊區(qū)域的融合過渡。

關(guān)鍵技術(shù)二：釘焊區(qū)域端部采取特殊15°～25°“楔形”打磨過渡處理形式，徹底消除了焊接技術(shù)缺陷及區(qū)域焊接缺陷。

“楔形”封固點技術(shù)要求（如圖3）

關(guān)鍵技術(shù)三：釘焊焊縫高度控制在8mm±2mm，保證后續(xù)釘焊“楔形”處理厚度要求的同時，防止主焊道高電流、電壓造成電弧擊穿，避免打底焊出現(xiàn)裂紋，有效保證無損檢測質(zhì)量。

關(guān)鍵技術(shù)四：復(fù)合工序技術(shù)。用一種全新的工序，即“1鉚工+1 CO2焊工”模式的工種搭配替代了傳統(tǒng)操作模式，使效率得到大幅提升，勞動強度相對降低。

5 應(yīng)用前景

CO2焊無碼板裝配、焊接技術(shù)，降低了傳統(tǒng)板材對接焊縫操作技術(shù)的復(fù)雜程度，應(yīng)用的是全新的操作流程及技術(shù)，將傳統(tǒng)過程中的多項工序取消、合并，對傳統(tǒng)技術(shù)進行改良，并取得了實際成果，使接焊縫無損檢測質(zhì)量合格率大幅提高，得到了船東、船檢的高度認可和大力支持。（如圖4）

圖4

據(jù)統(tǒng)計，一艘載貨量為28000立方米的LNG船，分段制作階段的CO2焊拼板縫約9500米左右，總組和搭載階段的CO2焊拼板縫約4700米左右。CO2焊拼板縫采用傳統(tǒng)工藝碼板固定，大約需要47000塊碼板，而分段制作施工階段70%和總組和搭載施工階段35%的CO2焊拼板縫都可采用無碼板裝配、焊接。按船廠每年建造10艘同類型的船舶，并且全部采用無碼板裝配、焊接計算，將會獲得巨大的經(jīng)濟效益；另外，在減少了有毒氣體、灰塵、噪音等污染釋放的同時，直接維護了員工的職業(yè)健康，為實現(xiàn)綠色造船邁出了堅實的一步。

6 結(jié)束語

通過長期的探索研究，摸索出了一套無碼板定位焊接的最佳工藝。我們將最佳工藝流程納入了廠級生產(chǎn)制造標準存檔，作為我們今后生產(chǎn)提升的重要工藝文件之一。本次無碼板定位焊接工藝的成功，填補了國內(nèi)無碼板定位焊接的空白，同時也創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。此次技術(shù)革新具有投資小、利用空間大的特點，有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，提高生產(chǎn)效率。

參考文獻

[1]中國船級社-鋼質(zhì)海船入級規(guī)范（焊接與材料）[M].北京：人民交通出版社，2012.

[2]船舶焊接工藝學(xué)[M].哈爾濱工程大學(xué)出版社.

[3]船體裝配操作技能[M].哈爾濱工程大學(xué)出版社.

作者簡介：饒洪華（1976-），男，武漢理工科技大學(xué)，工程師。