船舶焊接工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

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摘要:文章主要以船舶焊接工藝為研究對(duì)象，針對(duì)傳統(tǒng)焊接工藝的焊接效率低、焊接易變形且不能得到很好的控制等問(wèn)題與不足，從船舶焊接工藝的質(zhì)量要求出發(fā)，探討分析出一種船舶修造中的高效焊接工藝，介紹了其設(shè)計(jì)方案和焊接流程，并從檢測(cè)結(jié)果等方面論證了該焊接工藝具有焊接質(zhì)量好、經(jīng)濟(jì)成本低、焊接效率高、焊接變形能得到很好的控制等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:船舶;焊接工藝;優(yōu)化設(shè)計(jì)

在當(dāng)下的船舶修造中，焊接是其中的關(guān)鍵技術(shù)，而且，焊接的總工時(shí)和成本各占船體建造的總工時(shí)和成本的30%～40%，焊接的質(zhì)量更是反映船體修造質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)焊接工藝存在著焊接效率低、焊接易變形且不能得到很好的控制等問(wèn)題［1－3］。因此，研究開(kāi)發(fā)機(jī)械化、自動(dòng)化的高效焊接技術(shù)，不僅使企業(yè)提高船舶修造質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低建造成本、縮短周期，而且也是實(shí)現(xiàn)船舶現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)步新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

1船舶焊接工藝的要求分析

針對(duì)傳統(tǒng)焊接工藝的焊接效率低、焊接易變形且不能得到很好的控制等問(wèn)題。并參考其他船舶焊接工藝的設(shè)計(jì)，探析出一種船舶建造中的高效焊接工藝［4－6］，具體要求如下。1)技術(shù)方面。盡可能基于已有焊接工藝和研究成果來(lái)確保本方案的可行性和可靠性。2)操作方面。充分考慮工作場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜程度，并結(jié)合人機(jī)操作的感受，將個(gè)人體驗(yàn)與實(shí)時(shí)檢測(cè)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人機(jī)操作最優(yōu)化。3)經(jīng)濟(jì)方面。確定合理方案及分配裝置相關(guān)可靠性能指標(biāo)，通過(guò)人性化設(shè)計(jì)，來(lái)保障結(jié)構(gòu)的安全性。

2船舶焊接工藝的原理分析

依據(jù)現(xiàn)在船舶焊接的各種技術(shù)參數(shù)要求［7－9］，設(shè)計(jì)出一種船舶建造中的高效焊接工藝，以實(shí)現(xiàn)建立高效、節(jié)能、環(huán)保的現(xiàn)代船舶高效焊接技術(shù)的目標(biāo)，焊接流程方案示意圖如圖1所示。圖1中，選擇需焊接位置，先采用刨邊機(jī)和碳弧氣刨來(lái)制備坡口，其中碳弧氣刨壓縮空氣的工作壓力不得高于0.8MPa。制備好坡口后，在焊接前，要仔細(xì)檢查坡口的尺寸以及所需要裝配的質(zhì)量是否符合船舶焊接等級(jí)的有關(guān)要求。如果坡口尺寸及裝配質(zhì)量不合格，則重新利用刨邊機(jī)和碳弧氣刨來(lái)制備坡口。如果坡口尺寸及裝配質(zhì)量合格，則需要對(duì)制備好的坡口進(jìn)行有效的清理，在坡口內(nèi)部以及坡口邊緣兩側(cè)各35mm內(nèi)的正反面與端面除去掛渣及碳刨殘留的積碳、水漬、油污、鐵銹。如果未清理好上述雜質(zhì)，則再次進(jìn)行清理，清理合格后，接下來(lái)進(jìn)行焊接工作，在拼板區(qū)則采用雙絲熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊(MAG)焊接技術(shù)。在小組裝區(qū)則是在CO2氣體保護(hù)作用下，采用自動(dòng)角焊或半自動(dòng)角焊來(lái)焊接小構(gòu)件和T型構(gòu)件，在船體縱骨制造處則采用裝焊一體化的縱骨安裝焊接技術(shù)。最后采用大合龍工藝，在甲板和雙層底的內(nèi)底板對(duì)接縫，采用CO2陶質(zhì)襯墊焊打底，埋弧自動(dòng)焊蓋面，在船體首部和尾部等線型變化較大部位，采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接;在密閉和狹小空間采用手工電弧焊焊接方法;大合龍縫的焊接應(yīng)先焊總段或分段之間的殼板對(duì)接縫，再焊其結(jié)構(gòu)間的對(duì)接焊縫，然后焊其結(jié)構(gòu)與殼板的角焊縫;先焊立角焊，后焊平角焊;手工焊時(shí)，對(duì)較長(zhǎng)的焊縫應(yīng)采用分中對(duì)稱分段退焊法;大合龍焊縫裝配報(bào)檢合格后，須在20h內(nèi)進(jìn)行焊接。

3船舶焊接工藝的試驗(yàn)分析

測(cè)試船舶在焊接的過(guò)程中，參照焊機(jī)操作數(shù)據(jù)判斷焊接過(guò)程以及焊接的結(jié)果是否效率高、質(zhì)量好。測(cè)量并記錄焊接電流、實(shí)時(shí)電流、焊接速度和氣體流量等數(shù)據(jù)。圖2為焊接電流與實(shí)時(shí)電流的變化曲線圖，圖3為實(shí)時(shí)電流與氣體流量的關(guān)系，圖4為焊接電流與氣體流量的關(guān)系，圖5為焊接速度和氣體流量的關(guān)系。由圖2知，船舶在焊接過(guò)程中，選擇鎢極直徑2～4mm時(shí)，記錄測(cè)量的焊接電流和實(shí)時(shí)電流數(shù)據(jù)。考慮到焊機(jī)的使用年限、顯示數(shù)值與實(shí)際數(shù)值存在誤差、焊條直徑的大小、焊縫在空間的位置以及其他媒介的影響，在誤差允許范圍內(nèi)，整個(gè)船舶焊接過(guò)程正常。通常在保證焊接質(zhì)量的前提下，盡可能采用大電流，借以提高生產(chǎn)效率。由圖3知，在焊接過(guò)程中，板厚1～3mm時(shí)，記錄測(cè)量的實(shí)時(shí)電流和氣體流量的數(shù)據(jù)，通常根據(jù)實(shí)時(shí)電流的大小、焊接位置以及焊接所處的環(huán)境等因素，來(lái)選擇保護(hù)氣流量的大小。在實(shí)時(shí)電流處于85～180A之間時(shí)，氣體流量在5～10L/min范圍內(nèi)，焊接過(guò)程正常。由圖4知，在焊接過(guò)程中，瓦嘴徑4～7mm時(shí)，記錄焊接電流和氣體流量的數(shù)據(jù)。根據(jù)焊接的應(yīng)用理論及安全生產(chǎn)，在焊接電流85～180A的工作范圍時(shí)，氣體流量均應(yīng)在5～10L/min區(qū)間，所以焊接過(guò)程正常。由圖5知，在焊接過(guò)程中，焊接電流85～180A的工作范圍內(nèi)，焊接速度越快，氣體流量越大，測(cè)量記錄的氣體流量數(shù)據(jù)均在5～10L/min范圍內(nèi)，焊接過(guò)程正常。

4結(jié)束語(yǔ)

本文從焊接工藝所要求的質(zhì)量出發(fā)，對(duì)焊接工藝的設(shè)計(jì)方案、焊接流程進(jìn)行了論證，并分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)焊接試驗(yàn)結(jié)果均在參數(shù)范圍內(nèi)，得出本套焊接工藝不僅焊接效率高，而且可以很好地控制焊接變形，大大縮減了焊接成本。本文在考慮如何減少檢測(cè)時(shí)間，改善設(shè)備的智能化方面仍需要進(jìn)一步完善。

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作者：周斌強(qiáng) 任月平 王銀炯 單位：舟山普陀長(zhǎng)宏船舶修造有限公司