国外焊接技术的发展趋势.doc

国外船舶焊接技术发展趋势船舶焊接作为一种传统的船舶制造工艺技术，在进入21世纪后遇到了新的机遇和挑战。先进制造技术的蓬勃发展，对船舶焊接技术的发展提出了越来越高的要求，使船舶焊接技术在广度和深度方面均产生了质的飞跃。就船舶焊接技术而言，一方面在21世纪前期仍将在目前传统船舶焊接技术的范围内继续提高与改进；另一方面，新钢材、新焊材、新焊接工艺、新焊接设备等的出现，可能在21世纪20年代左右对船舶焊接技术产生重大影响。目前国外船舶焊接技术的发展主要表现为：船舶焊接机械化、自动化水平不断提高，具有高参数、高寿命、大型化等特征的船舶焊接制品不断出现，船舶焊接结构设计革新程序迅速提升，船舶焊接新工艺、新方法不断出现，投入生产实际应用的周期大为缩短；高效、优质船舶焊接材料及焊接设备系列化均攀上新台阶，船舶焊接标准体系日趋完整、科学。用于船舶建造的钢材 在21世纪的前期，由于冶金工艺的进步，特别是纯洁化、微合金化和控轧控冷高密度位错的超强力轧制可变强磁场、精密热处理等技术以及制成的超细晶粒钢等材料在钢铁企业的推广，将使各种用于船舶与钢结构的钢材的可焊接性更好，不易产生焊接裂纹，并可以采用大热输入焊接，为全力追求焊接自动化和高效焊接技术奠定基础。据预测，进入21世纪头20年，市场将会提供经济适用的新一代高强度（800兆帕1500兆帕）钢材品种。可以设想，随着新一代高强度钢材的大量推广使用，21世纪将会朝着所谓“薄板组合时代”前进，这必将引起常规焊接工艺与焊接材料技术的重大变革。船舶焊接材料 在近几年间，船舶焊接材料最明显的变化是气体保护焊丝用量在全部焊接材料用量中所占的比例大幅度上升。欧洲造船企业大力推广应用“实芯焊丝+混合气体保护焊”，而日本和韩国却大力推广应用“药芯焊丝+CO2气体保护焊”。对这二者的应用效果及成本核算各有各的说法。欧洲船厂认为实芯焊丝适应性较强，焊接成本划算，可应用于自动化焊接。日本认为药芯焊丝具有高效率、工艺性等特点，可以在150350安培的电流范围内正常施焊，使用起来更方便。尤其是角焊缝专用的金属型药芯焊丝，应用它可以获得比普通药芯焊丝焊脚大的焊缝，很适合大型或超大型船舶制造中的焊接。近年来，日本还考虑开发适合船厂需要的各种类型高效率的药芯焊丝，如高效率立向焊接专用渣系药芯焊丝等。为了保护环境，减少焊接时的污染物质与废弃物，国外近年来用于气体保护焊的金属粉型药芯焊丝发展很快，这些产品熔渣少，可使焊渣飞溅减少30%40%，焊接烟尘减少30%35%，施焊工艺和焊缝力学性能都很好。下图为最近由日本新日铁熔接工业研究所开发出来的被称为SX-1系列的新一代无缝药芯焊丝。这种新型无缝药芯焊丝，其药芯药的含量要比原来的一些金属型粉芯的药芯焊丝少1/2，中间药粉的主要成分是脱氧剂、电弧稳定剂以及一些合金元素。这种新型的无缝药芯焊丝渣剂少，可以适合全位置焊接。由于这种焊丝焊渣飞溅的金属颗粒很小，因此可以在焊接电流较宽的范围内施焊。在150550安培土范围内，焊丝给送速度为6米/分30米/分，焊缝的金属性能好，扩散氢含量达2.2毫升/100克。该焊丝受到国际造船界的好评。最新研究动向表明，用于船用钢焊接的熔渣型药芯焊丝是高效全位置焊药芯焊丝，其在药芯中增加了脱氧剂（硅、铝等），脱氧剂通过降低被熔化金属的含氧量而增加粘度，向造渣剂中添加氧化铝则提高了熔渣粘度和凝固点，增强被熔化金属的抗力。这些特征在自动化焊接操作中起了良好的作用。用于全位置低温韧性好的药芯焊丝，以日本神户制钢的DW-55L和DW-55LSR药芯焊丝为代表。其近几年技术发展方向是：通过提高熔渣的碱度或者在焊丝中添加适当数量的脱氧剂（如镁）来减少焊缝金属的含氧量，从而使其更容易达到淬火效果；通过复合添加钛和硼，使焊缝金属结构发生相变，促进粗大晶粒细小化；也可以通过减少焊缝金属中沉淀硬化型元素（铌、钒等）的含量，解决钢板焊接热处理后不能保持低温韧性这一困扰船舶工业多年的难题。由于低温钢用熔渣型药芯焊丝在这些技术上得到了发展，具有了优良的断裂韧性，同时又保持了高效率和良好的焊接性，所以已被成功地应用于海洋结构、液化石油气（LPG）船以及低温用压力容器等不同领域。船舶焊接设备（1） 船舶平面分段装焊生产线引入新概念船舶焊接设备基本的平面分段生产线已沿用了30年，但近10年来引入了新的概念，如增加了焊接、控制、操作及机构定位系统，综合起来形成高质量、低成本焊缝。德国Ogden公司就设计了带有9级磁铁的电磁性平台，专门用于平面分段拼板工位。（2） 肋板安装焊接工艺设备这是专门用于平面分段上安装肋板的高效焊接装置，德国的KVaerner Warnow 船不久前装备了Pamamex公司提供的12米宽的平面分段生产柔性线，它既适用于船舶结构焊接又适应于海洋结构物的焊接。（3） PEMA-VWS垂直焊工艺装备Pamamex公司推出的该焊机被安装在移动门架上，主要用于双层底舱壁结构的垂直焊接。这种焊机可以同时焊成4条垂直焊缝，并具有自动调节平台高度的功能。4套ESAB、MIG焊枪由一个摆动环支承，并且还装一个适用于要求较大焊缝厚度的可编程控制的振荡系统，焊接部件通过一束激光射线进行定位，据称这种焊接系统的生产效率相当于810台手工焊机或2台焊接机器人的效率。（4） NH-HISAW四电级高速埋弧单面焊设备该设备的焊接速度是普通单面埋弧焊的2.5倍。（5） 曲面外板的单面焊接机器人工艺装备最近，日本已开发出难度极大的曲面分段装焊的焊接机器人。该设备具有4轴检测，NC门架控制焊接机器人进行曲面拼板自动焊接。这台焊接机器人用双丝CO2保护单面焊，前丝采用实芯焊丝，后丝采用药芯焊丝。这种焊接方法与以往的FAB埋弧焊法相比速度提高近2倍。（6） 双丝MAG高效角焊工艺装备最近，日本大阪电气和日本大阪大学联合科学研究共同研制推出一种高效双丝GMA角焊工艺及装备。该焊接工艺及装备可应用于高速角焊，在焊接速度高达4米/分的条件下也不会出现咬边现象，而且在倾角斜坡小于200的情况下也能正常进行焊接。其焊接原理是：第一根焊丝采用大电流确保熔深，随后的第二根焊丝可获得美观的焊缝外观，其成型的最大焊角尺寸可达到10毫米。为了获得稳定的焊接效果，该设备还具有脉冲电流控制系统，既可保持焊丝熔滴过渡的稳定又可减少焊渣飞溅。（7） 船舶焊接机器人的应用工艺装备日本钢管公司已全部用焊接机器人进行船舶建造的自动化和无人化焊接。（8） 船舶特种焊接技术的发展趋势搅拌摩擦焊在造船中的应用 最近由英国TW1所发明的搅拌摩托焊（Friction sfir welding）已成功地焊接了铝、锌、镁、铜等材料，并可焊25毫米以下的钢材，这是一个很吸引力的焊接新方法。这一方法可广泛应用于经济建设和军事工程的一切领域。激光焊接 在船舶建造中获得应用的有两种类型的激光器，一种是CO2激光器，另一种是YAG激光器。最近在船舶结构中出现了夹层平面分段结构，而运用激光焊接夹层平面分段则具有抗拉强度高、施工方便、成本比常规的平面分段低等优点。目前，德国Meyer、Werft公司已应用激光焊接设备生产游