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    差距,國外船舶焊接技術水平原來這么高。

    2017-05-05 09:12:24 我要評論(0) 字號:T | T
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    船舶焊接作為一種傳統的船舶制造工藝技術,在進入21世紀后遇到了新的機遇和挑戰。先進制造技術的蓬勃發展,對船舶焊接技術的發展提出了越來越高的要求,使船舶焊接技術在廣度和深度方面均產生了質的飛躍。就船舶...

     

    船舶焊接作為一種傳統的船舶制造工藝技術,在進入21世紀后遇到了新的機遇和挑戰。先進制造技術的蓬勃發展,對船舶焊接技術的發展提出了越來越高的要求,使船舶焊接技術在廣度和深度方面均產生了質的飛躍。就船舶焊接技術而言,一方面在21世紀前期仍將在目前傳統船舶焊接技術的范圍內繼續提高與改進;另一方面,新鋼材、新焊材、新焊接工藝、新焊接設備等的出現,可能在21世紀20年代左右對船舶焊接技術產生重大影響。

     

    目前國外船舶焊接技術的發展主要表現為:船舶焊接機械化、自動化水平不斷提高,具有高參數、高壽命、大型化等特征的船舶焊接制品不斷出現,船舶焊接結構設計革新程序迅速提升,船舶焊接新工藝、新方法不斷出現,投入生產實際應用的周期大為縮短;高效、優質船舶焊接材料及焊接設備系列化均攀上新臺階,船舶焊接標準體系日趨完整、科學。

     

     

    用于船舶建造的鋼材

     

    在21世紀的前期,由于冶金工藝的進步,特別是純潔化、微合金化和控軋控冷高密度位錯的超強力軋制可變強磁場、精密熱處理等技術以及制成的超細晶粒鋼等材料在鋼鐵企業的推廣,將使各種用于船舶與鋼結構的鋼材的可焊接性更好,不易產生焊接裂紋,并可以采用大熱輸入焊接,為全力追求焊接自動化和高效焊接技術奠定基礎。

     

    據預測,進入21世紀頭20年,市場將會提供經濟適用的新一代高強度(800兆帕~1500兆帕)鋼材品種?梢栽O想,隨著新一代高強度鋼材的大量推廣使用,21世紀將會朝著所謂“薄板組合時代”前進,這必將引起常規焊接工藝與焊接材料技術的重大變革。

     

     

     

    船舶焊接材料

     

    在近幾年間,船舶焊接材料最明顯的變化是氣體保護焊絲用量在全部焊接材料用量中所占的比例大幅度上升。歐洲造船企業大力推廣應用“實芯焊絲+混合氣體保護焊”,而日本和韓國卻大力推廣應用“藥芯焊絲+CO2氣體保護焊”。對這二者的應用效果及成本核算各有各的說法。歐洲船廠認為實芯焊絲適應性較強,焊接成本劃算,可應用于自動化焊接。日本認為藥芯焊絲具有高效率、工藝性等特點,可以在150~350安培的電流范圍內正常施焊,使用起來更方便。尤其是角焊縫專用的金屬型藥芯焊絲,應用它可以獲得比普通藥芯焊絲焊腳大的焊縫,很適合大型或超大型船舶制造中的焊接。近年來,日本還考慮開發適合船廠需要的各種類型高效率的藥芯焊絲,如高效率立向焊接專用渣系藥芯焊絲等。

     

    為了保護環境,減少焊接時的污染物質與廢棄物,國外近年來用于氣體保護焊的金屬粉型藥芯焊絲發展很快,這些產品熔渣少,可使焊渣飛濺減少30%~40%,焊接煙塵減少30%~35%,施焊工藝和焊縫力學性能都很好。下圖為最近由日本新日鐵熔接工業研究所開發出來的被稱為SX-1系列的新一代無縫藥芯焊絲。

     

    這種新型無縫藥芯焊絲,其藥芯藥的含量要比原來的一些金屬型粉芯的藥芯焊絲少1/2,中間藥粉的主要成分是脫氧劑、電弧穩定劑以及一些合金元素。這種新型的無縫藥芯焊絲渣劑少,可以適合全位置焊接。

     

    由于這種焊絲焊渣飛濺的金屬顆粒很小,因此可以在焊接電流較寬的范圍內施焊。在150~550A范圍內,焊絲給送速度為6~30m/min,焊縫的金屬性能好,擴散氫含量達2.2mL/100g。該焊絲受到國際造船界的好評。

     

    最新研究動向表明,用于船用鋼焊接的熔渣型藥芯焊絲是高效全位置焊藥芯焊絲,其在藥芯中增加了脫氧劑(硅、鋁等),脫氧劑通過降低被熔化金屬的含氧量而增加粘度,向造渣劑中添加氧化鋁則提高了熔渣粘度和凝固點,增強被熔化金屬的抗力。這些特征在自動化焊接操作中起了良好的作用。

     

    用于全位置低溫韌性好的藥芯焊絲,以日本神戶制鋼的DW-55L和DW-55LSR藥芯焊絲為代表。其近幾年技術發展方向是:通過提高熔渣的堿度或者在焊絲中添加適當數量的脫氧劑(如鎂)來減少焊縫金屬的含氧量,從而使其更容易達到淬火效果;通過復合添加鈦和硼,使焊縫金屬結構發生相變,促進粗大晶粒細小化;也可以通過減少焊縫金屬中沉淀硬化型元素(鈮、釩等)的含量,解決鋼板焊接熱處理后不能保持低溫韌性這一困擾船舶工業多年的難題。由于低溫鋼用熔渣型藥芯焊絲在這些技術上得到了發展,具有了優良的斷裂韌性,同時又保持了高效率和良好的焊接性,所以已被成功地應用于海洋結構、液化石油氣(LPG)船以及低溫用壓力容器等不同領域。

     

     

    船舶焊接設備

     

    (1)船舶平面分段裝焊生產線引入新概念 

     

    船舶焊接設備基本的平面分段生產線已沿用了30年,但近10年來引入了新的概念,如增加了焊接、控制、操作及機構定位系統,綜合起來形成高質量、低成本焊縫。德國Ogden公司就設計了帶有9級磁鐵的電磁性平臺,專門用于平面分段拼板工位。

     

    (2)肋板安裝焊接工藝設備 

     

    這是專門用于平面分段上安裝肋板的高效焊接裝置,德國的KVaerner Warnow 船不久前裝備了Pamamex公司提供的12米寬的平面分段生產柔性線,它既適用于船舶結構焊接又適應于海洋結構物的焊接。

     

    (3)PEMA-VWS垂直焊工藝裝備 

     

    Pamamex公司推出的該焊機被安裝在移動門架上,主要用于雙層底艙壁結構的垂直焊接。這種焊機可以同時焊成4條垂直焊縫,并具有自動調節平臺高度的功能。4套ESAB、MIG焊槍由一個擺動環支承,并且還裝一個適用于要求較大焊縫厚度的可編程控制的振蕩系統,焊接部件通過一束激光射線進行定位,據稱這種焊接系統的生產效率相當于8~10臺手工焊機或2臺焊接機器人的效率。

     

    (4)NH-HISAW四電級高速埋弧單面焊設備 

     

    該設備的焊接速度是普通單面埋弧焊的2.5倍。

     

    (5)曲面外板的單面焊接機器人工藝裝備 

     

    日本已開發出難度極大的曲面分段裝焊的焊接機器人。該設備具有4軸檢測,NC門架控制焊接機器人進行曲面拼板自動焊接。這臺焊接機器人用雙絲CO2保護單面焊,前絲采用實芯焊絲,后絲采用藥芯焊絲。這種焊接方法與以往的FAB埋弧焊法相比速度提高近2倍。

     

     

    (6)雙絲MAG高效角焊工藝裝備 

     

    最近,日本大阪電氣和日本大阪大學聯合科學研究共同研制推出一種高效雙絲GMA角焊工藝及裝備。該焊接工藝及裝備可應用于高速角焊,在焊接速度高達4米/分的條件下也不會出現咬邊現象,而且在傾角斜坡小于200的情況下也能正常進行焊接。其焊接原理是:第一根焊絲采用大電流確保熔深,隨后的第二根焊絲可獲得美觀的焊縫外觀,其成型的最大焊角尺寸可達到10毫米。為了獲得穩定的焊接效果,該設備還具有脈沖電流控制系統,既可保持焊絲熔滴過渡的穩定又可減少焊渣飛濺。

     

    (7)船舶焊接機器人的應用工藝裝備 

     

    日本鋼管公司已全部用焊接機器人進行船舶建造的自動化和無人化焊接。

     

    (8)船舶特種焊接技術的發展趨勢 

     

    攪拌摩擦焊在造船中的應用:最近由英國TW1所發明的攪拌摩托焊(Friction sfir welding)已成功地焊接了鋁、鋅、鎂、銅等材料,并可焊25毫米以下的鋼材,這是一個很吸引力的焊接新方法。這一方法可廣泛應用于經濟建設和軍事工程的一切領域。激光焊接:在船舶建造中獲得應用的有兩種類型的激光器,一種是CO2激光器,另一種是YAG激光器。最近在船舶結構中出現了夾層平面分段結構,而運用激光焊接夾層平面分段則具有抗拉強度高、施工方便、成本比常規的平面分段低等優點。目前,德國Meyer、Werft公司已應用激光焊接設備生產游船及其他客船上非主力結構甲板和上層建筑。激光+MIG、激光+MAG、激光+等離子等復合焊接:這是最近幾年來奧地利的Fronius公司正在研發的激光復合焊接工藝與裝備。它可以加大焊接厚度,提高焊接效率,同時也可以更好地適應船舶大型構件裝焊過程中裝備間隙的變化。但該工藝及裝備尚在研究之中,還未有生產應用的報道。

     

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