中国船舶焊接技术进展(发表

1、中国船舶焊接技术进展（发表）上海船舶工艺研究所中国船舶焊接技术进展陈家本、郑惠锦、朱若凡、顾长石（上海船舶工艺研究所 上海 ）摘要：本文阐述了船舶工业快速发展中的船舶焊接技术的关键作用，并重点介绍了船舶焊接技术的新发展：船舶热切割技术、船舶焊接材料、船舶焊接设备及专用工装，船舶焊接规范与节能环保等，并提出了船舶焊接技术的发展目标与措施，努力开创船舶焊接技术的新局面。关键词：船舶工业、船舶焊接技术、高效焊接前言船舶工业是为水上交通、海洋开发和国防建设等提供技术装备的现代综合性产业，也是劳动、资金、技术密集型产业，对机电、钢铁、化工、航运、海洋资源勘采等上、下游产业发展具有较强带动作用，对促进劳动

2、力就业、发展出口贸易和保障海防安全意义重大。我国船舶工业有望成为最具有国际竞争力的产业之一。自改革开放以来，我国船舶工业经过不懈努力和拼搏，已经发展成为具有良好信誉、相当规模、产业结构相对合理、综合发展优势显著的产业之一。尤其是进入二十一世纪以来，抓住了国内外船舶市场难得的兴旺机遇，努力拼搏，喜获丰收。2006年全国造船完工总量突破了1400万载重吨，连续十多年居世界第三，与韩国、日本的差距大幅缩小，新承接船舶订单显示出我国造船业强劲的快速发展势头。图1所示为我国造船工业的历年完工总量，表1所示为2006年三大造船指标的比较。s 图1 中国造船工业的历年完工总量表1 2006年三大造船指标比较

3、造船指标（万吨）中国（A）世界（B）2006年中国份额（%）2005年中国份额（%）完工量145274401917新订单量4251141603023手持订单6872304262418在2006年由国务院批准发布的船舶工业中长期发展规划中明确地指出了产业规划的指导方针和发展目标，指导方针为深化改革、加快发展，坚持走新型工业化道路；调整存量资产和新建产能相结合，优化船舶工业组织结构；提高自主研发能力和船用设备配套能力，增强船舶工业核心竞争力；“引进来”和“走出去”并举，造船企业要重点引进消化吸收模块化舾装、高效焊接、切割等船舶建造关键技术和现代化造船生产管理技术，转化生产方式，提高建造技术水平和生

4、产效率，尽快达到国际先进水平，拓宽船舶工业发展空间。发展目标为：2010年自主开发、建造的主力船舶达到国际先进水平，年造船能力达到2300万载重吨，年产量1700万载重吨，造船年销售收入1500亿元。2015年，形成开发建造高技术、高附加值船舶的能力，年造船能力达到2800万载重吨，年产量2200万载重吨，年销售收入1800亿元，使我国成为世界造船强国。1 船舶焊接技术是船舶建造技术中的关键技术船舶焊接技术是我国现代造船模式中的关键技术之一，船舶工业把缩短造船周期作为永恒的主题“要缩短造船周期必然要提高生产效率，正如古人云工欲善其事，必先利其器”，先进的造船高效焊接技术，在提高船舶的建造效率、

5、降低船舶建造成本、提高船舶建造质量上的作用是不可小视的，也是企业提高经济效益的有效途径。采用先进的船舶高效焊接技术还会涉及船舶制造中的工艺设计、计算机数控下料、小合拢、中合拢、大合拢、平面分段、曲面分段、平直立体分段、管线法兰焊接、型材部件装焊等工序和工位的焊接工程，同时也会牵动着与之相关的焊接产业链，如钢铁、金属加工、金属热切割、焊材、焊剂、保护气体、无损探伤、焊接接头性能与质量评估、焊接电源、焊接能源、电子控制系统、焊接专用自动化工装、焊接辅器具和环保、焊工技能培训、焊接质量管理与控制、焊接接头设计、焊接标准与规范等，由此可见船舶焊接技术在船舶制造中占有重要的地位，是一项技术性、专业性很强

6、的系统工程。为此，在我国两大船舶集团公司的领导下于1986年组建了船舶工业高效焊接技术指导组，开展了规划、决策、指导、协调、咨询和信息交流等方面的有效活动，圆满地完成了“十五”提出的推广应用高效焊接技术的各项指标，提高了我国造船焊接技术的水平。目前，船舶建造中CO2气体保护半自动焊接技术已在船厂广泛应用，其应用率达到60%65%。2 船舶焊接技术的进展2.1 船舶焊接技术的新发展经过50多年的发展，中国已经成为世界上的焊接大国和第三造船大国，但远不是一个焊接强国。广大造船焊接科技人员一直致力于造船焊接工艺方法的多样化，目前已有40多种造船焊接工艺方法并获得有关船级社的认可。高效焊接技术除了在散

7、货船、油船、集装箱船等主力船型上应用之外，还在液化天然气船（LNG）、液化石油气船（LPG）、大型散装箱船、海洋浮式生产储油船（FPSO）、超大型油船（VLCC）、滚装船、水翼船等高技术、高附加值船舶上获得广泛应用。表2所示为中国造船高效焊接技术类别及工艺方法。表2 中国造船高效焊接技术类别及工艺方法序号高效焊接类别高效焊接工艺名称1埋弧焊FCB法焊剂垫双丝单面埋弧焊FCB法焊剂垫三丝单面埋弧焊RF法热固型焊剂垫双丝单面埋弧焊FAB法软衬垫双丝单面埋弧焊双丝单面埋弧自动焊+半自动CO2衬垫单面焊混合焊自动埋弧角焊序号高效焊接类别高效焊接工艺名称2CO2气体保护焊CO2气体保护全位置半自动角焊C

8、O2气体保护衬垫单面半自动对接平焊CO2气体保护衬垫单面半自动对接立焊CO2气体保护衬垫单面半自动对接横焊CO2气体保护焊自动水平角焊双丝MAG焊WC-1气体保护自动角焊5083铝合金自动MIG焊序号高效焊接类别高效焊接工艺名称3垂直气电自动焊舷侧大接头垂直焊缝对接自动焊槽型隔壁垂直对接自动焊舷侧双壳隔壁垂直对接自动焊垂直气电超厚板单面焊垂直气电立角焊序号高效焊接类别高效焊接工艺名称4横向自动焊横向自动气体保护焊序号高效焊接类别高效焊接工艺名称5下向焊CO2气体保护半自动下向焊焊条电弧下向焊序号高效焊接类别高效焊接工艺名称6重力焊OK33.80、T5024、CJ421Fe等焊条的重力焊序号高效

9、焊接类别高效焊接工艺名称7高效铁粉焊条电弧焊熔敷效率180%高效铁粉焊条平角焊熔敷效率150%高效铁粉焊条平角焊熔敷效率130%高效铁粉焊条平角焊序号高效焊接类别高效焊接工艺名称8手工衬垫单面焊手工陶瓷衬垫单面对接焊手工黄砂衬垫单面对接焊手工砂绳衬垫单面对接焊船用球扁钢手工衬垫单面对接焊序号高效焊接类别高效焊接工艺名称9氩弧焊铝合金自动T IG单面氩弧焊铝合金半自动MIG氩弧对接焊铝合金半自动MIG氩弧角接焊铜镍合金管、铝黄铜管单面氩弧焊钛合金半自动T IG焊序号高效焊接类别高效焊接工艺名称10钎焊铝黄铜加热管钎焊锡黄铜加热管钎焊序号高效焊接类别高效焊接工艺名称11窄间隙焊窄间隙埋弧焊序号高效

10、焊接类别高效焊接工艺名称12电渣焊艉柱拼接焊缝丝极电渣焊高层建筑立柱熔嘴电渣焊船舶焊接机械化自动化率由1998年的20%发展到2001年的65.03%，如图2所示。图2 船舶焊接机械化、自动化率船舶高效焊条、CO2气体保护实心焊丝、CO2气体保护药芯焊丝、单面焊衬垫、CO2气体保护焊接、多丝埋弧焊机、逆变焊机、气电垂直自动焊机、横向自动焊机、自动平角焊机、自动立角焊机、双丝MAG焊机等已全面推广应用，并先后实现了国产化。船厂的焊工人均焊接材料日消耗量已达15公斤/人日，单面焊衬垫的使用量达70万米，高效节能型焊接设备应用率达95%以上，旋转式直流焊机已基本淘汰。船舶焊接的能耗、焊工的劳动强度均

11、有大幅度的下降。以广船国际股份有限公司为例，由广东省环保局会同广州市环保局组织专家对该公司进行清洁生产审核验收，2006年1-10月共节电922万度，节约钢材1876.4吨，节约焊材55.3吨，被评为全国首家通过清洁生产验收的造船企业，为打造“绿色造船”的目标奠定了基础。2.2船舶热切割技术船用板材、型材和管材的切割加工是船舶建造的先行工序，具有品种和规格多、工件轮廓线型复杂，切割加工要求高，且各加工工作量巨大等诸多特点，这些因素促使我国造船企业成为引入先进热切割技术最早、覆盖的切割技术面最广、并持续进行现代化升级改造的行业。自动化热切割技术在造船行业中历经了30多个春秋的持续发展，如今已全面

12、进入一个崭新的阶段，数控火焰切割、数控等离子切割、数控激光切割、数控管子相贯线切割、机器人型材自动切割等先进自动化热切割技术先后在我国舰船行业中获得应用，从根本上突破了困扰船舶建造周期中的钢板下料切割的瓶颈。图3 船厂数控火焰切割机图4 船厂数控等离子切割机以建造大型远洋运输船舶为主的我国极大部分船厂都已普遍使用了数控等离子切割机、数控管子切割机，这不仅是因为我国造船总量增加从而导致船用钢板切割量的大量增加，还因为我国热切割技术经过30多年的不断发展，数控等离子、数控火焰切割机产品的种类和规格已相当齐全，并已形成了产业规模，部分产品的技术性能和功能已接近或达到国际同类产品的水平，所以已经被我国

13、造船行业所认可和接受。而作为光、机、电一体化的激光切割技术目前在造船业中的应用还是空白。但随着我国造船业的振兴和激光技术的不断进步，我国已与德国在激光制造领域上有了合作开发的项目，“船舶大功率激光建造技术”已在2005年开始启动，它为我国造船业搭建了一个激光技术研究和应用的平台，为促进我国造船业的长足发展增添了新的技术。2.3 船舶焊接材料船舶焊接材料是一个多品种、多规格、多用途的生产与研究领域。为了提高船厂焊接生产效率，全面推广应用高效焊接材料是很有价值的策略，尤其是在造船企业中大力推广应用CO2气体保护焊技术，带来了极大的经济效益，这主要是由于其具有优质、价廉、高效等特点。我国船舶焊接材料

14、的研究生产经四十多年的发展已有一定的生产规模。船舶系统内的焊接材料生产基地武汉铁锚焊接材料股份有限公司年产各种焊接材料达10万吨。根据船厂的需求，自上世纪八十年代中期以来，铁锚先后开发了高效铁粉焊条、下行焊条、单面焊双面成型软、硬衬垫，于1992年引进了乌克兰药芯焊丝生产线，2000年又引进伊萨公司药芯焊丝、实芯焊丝生产线，生产了大量气体保护实芯焊丝及药芯焊丝等新产品供给船厂（如图5所示），这些产品先后通过了中国船级社、英国劳氏船级社、美国船级社、德国劳氏船级社、挪威船级社、日本海事协会、法国船级社、韩国船级社等各国船级社的认可。图5 船用高效焊接材料高效焊接材料的推广与应用一直是我国造船企业

15、追求的目标。目前在船厂中应用最广泛的是CO2气体保护药芯焊丝半自动焊（应用率达到60%以上），其特点为焊道成型美观、电弧稳定、焊接飞溅小、全位置焊接工艺性能良好、焊接熔敷速度快、生产效率高。为此我国大部分船厂均实现了集中储罐式供气和焊接工位的焊丝盘托盘供应。我国在建造主力船型的远洋船舶中基本实现了焊接材料的国产化，然而我们仍有部分焊接材料依赖于进口，如船厂大型平面分段流水线上的多丝埋弧焊焊丝和焊剂、气电垂直自动焊工艺上的药芯焊丝，双丝MAG焊的焊丝以及建造特种船舶如LNG、LPG船、化学品船等所用的焊接材料。目前，与我国船舶企业有着密切关系的国内外焊接材料制造商有美国林肯、瑞典伊萨、日本神钢、

16、新日铁、韩国现代、台湾天泰、锦泰、北京安泰、天津三英、四川大西洋、武汉铁锚等企业。这些企业与我国造船行业构成了不可分割的产业链，尤其是天津三英焊业有限责任公司，坚持走产、学、研相结合的道路，经过十多年的艰苦创业，成为国内首家自主开发了系列化国产药芯焊丝及药芯焊丝的产业化生产流水线装备。由于与船舶行业密切合作，三英公司的产品在建造大型远洋轮和出口船舶中获得了好的声誉，又由于它的市场价格优势，从而也迫使国外药芯焊丝不得不逐步降价，最终给造船企业带来了巨大的经济效益。这些皆对促进我国船舶焊接技术进步创造了良好的外部环境。2.4 船舶焊接设备及专用工装焊条电弧焊是一种基本的、传统的焊接方法，可适用于全

17、位置焊接，使用比较方便，焊接设备便宜，焊条售价较低，在普通船厂因投资少、见效快而被广泛采用。但近年来随着节能和环保的要求日趋严格，而随之开发了适合船厂使用的整流交直流弧焊机和逆变型的弧焊电源。而一些大型骨干船厂20年来大力发展CO2气体保护半自动焊技术，由于其焊接效率高，是焊条电弧焊的1.6-7倍，经济效益显著，逐步替代了焊条电弧焊，成为船舶行业应用最广泛的新工艺，虽然其设备投资和焊材的投资要大一些，但其综合成本仍然要比焊条电弧焊低。单丝和多丝埋弧自动焊也是船舶行业主要的焊接技术之一，其主要应用于拼板平直焊缝的焊接。埋弧焊的焊接质量和焊缝外形较好，因此船厂十分重视，并在平面分段装焊流水线上引进

18、了先进的三丝、四丝等不同型号的埋弧自动焊机和专用工装。如图6、图7所示。图6 江南造船集团有限责任公司的平面分段流水线FCB法三丝埋弧自动焊机图7 大连造船厂的平面分段流水线FCB法四丝埋弧自动焊机中国船厂的焊接设备结构比例经20多年的逐步调整，至2006年已全部淘汰了耗能大、效率低的旋转式直流焊机，增长迅速的半自动CO2气体保护焊机已成为船厂的主要焊接设备，其量大、面广为船厂推广高效焊接工艺奠定了装备条件的保障。目前船舶行业中焊接设备的配比情况如图8所示。s 图8 2006年船舶焊接设备的配比情况随着船舶产品种类及载重吨位的不断增加船舶结构的板厚，以及船用高强钢的进一步升级，船厂不断向以焊接

19、自动化和焊接工位的流水线化的进程迈进。与此同时，中国船舶工业集团公司船舶工艺研究所集40多年与船厂密切结合之基础，近年来连续不断地开发了CO2气体保护半自动焊接电源、逆变式便携型电弧焊机、气体保护自动角焊机、双丝气体保护自动角焊机、双丝MAG自动焊机、管子机器人自动焊接流水线等自动焊接新工艺新设备，使船厂在制造平面分段和平直立体分段的焊缝均可以实现机械化与自动化焊接。如图9图15所示。图9 沪东中华造船有限公司气电垂直自动焊焊接实况图10 沪东中华造船有限公司双丝MAG焊焊接实况SHAPE * MERGEFORMAT 图11 外高桥造船有限公司双丝埋弧焊焊接实况图12 沪东中华造船有限公司16

20、电极CO2焊接实况图13 沪东中华造船有限公司双丝气电垂直自动焊接实况SHAPE * MERGEFORMAT 图14 外高桥造船有限公司平面流水线门架式CO2半自动焊接生产实况图15管子机器人自动焊接流水线2.5船舶焊接规范与节能环保船舶焊接规范与标准是衡量船舶焊接技术水平的最终体现。世界上一流的企业出标准，二流的企业出技术，三流企业出劳力。目前我国在船舶焊接施工中应用的主要是中国船级社“材料与焊接规范”（2006），简称为ccs规范，对船用金属材料、焊接材料、焊接工艺认可、焊工资格考试、船体结构的焊接与铆接、海上设备结构的焊接、受压壳体的焊接、重要机件的焊接、压力管系的焊接及海底管系的焊接等

21、方面进行了标准化与规范化，使船厂在船舶建造中有规可循、有案可查、有序可进，从而不仅提高了船舶建造的速度，也提高了建造的质量。与此同时各船厂还逐步将本厂焊接生产的企业标准提升为船舶行业的标准以及相关的国家标准，从而提升了企业的市场竞争力，达到了造船企业经济运行质量显著提升、生产效率和经济效益同步增长。在节能与环保方面，近年来船舶焊接技术领域中逐步应用清洁绿色的能源于切割技术中。一些主要骨干船厂已淘汰了耗能大、污染严重的乙炔气体而代之以丙烷液化石油气和天然气。在工业燃气的使用对比中越来越显示出使用清洁、高效的新工业燃气，将可以大大提高切割生产效率和切割断面的质量，深受船厂的欢迎。在焊接材料方面，逐

22、步开发了低毒、低尘焊条、CO2气体保护焊药芯焊丝、无镀铜的CO2气体保护实芯焊丝等。在焊接电源方面，逐步采用了节能型的逆变焊接电源，淘汰高能耗的旋转式弧焊电源。焊接电源的利用将会呈现以电弧焊、搅拌摩擦焊、激光复合焊等多种形式的焊接能源，逐步向绿色环保型的焊接技术迈进。同时推广应用了车间和舱室通风排烟尘的劳动防护用器具，使船厂的焊工工作环境获得了进一步的改善，在LNG船的焊接施工中还进行了必要环境温湿度的控制，使焊工在舒适、清洁的环境中进行焊接。2.6 船舶焊接技术的展望我国造船行业的良好发展势态，也带动了船舶焊接技术的蓬勃发展，而且其发展的趋势正在向知识技术创新型和资源节约、环保友好方向转变，

23、出现了一些新动向、新特点、新经验和新趋势。首先，船厂正在大力推进应用CO2气体保护焊接技术，这正是逆变焊机所能发挥特长的用武之地。作为焊机制造厂要清晰地看到船厂推广应用逆变焊机潜力巨大前景光明，但要有长期性、艰巨性、复杂性的思想准备，深信只要与船厂结成紧密的合作伙伴，就会获得双赢的结果。我国电焊机的发展水平尽管在一些通用型的单机上能达到国际先进水平，但一些专机及流水线上的自动焊机还发展得不尽人意，这也留给我们发展的机遇。现阶段，我国全自动船用焊接切割设备基本依赖进口，朝着总装化方向发展的造船企业正处于两难的境地，一方面没有精力和能力自行研发这些设备，另一方面又不具备大量购买昂贵进口设备的实力，业内企业该如何走出受制于人的困境，走产学研相结合的路是一条唯一的光明大道。其次是我国的钢材产量与焊接材料的发展中仍然存在着一些高品质、高附加值的焊接材料尚不能满足船舶焊接技术需要的现象。总之，船舶焊接技术发展目标是根据船舶工业的发展规划，骨干船厂基本建立以中间产品组织生产为基本特征的总装造船模式、造船周期、生产效率和建造成本接近或达到国际先进水平。而就船舶焊接技术而言，即要实现船体建造的钢材切割、平面分段、平直立体分段、型材装焊、管子装焊在区域的壳舾涂一体化施工，实现焊接机械化自动化率达到70%左右，焊接质量一