船舶焊接技术的应用及其发展

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内容摘要

船舶焊接技术是现代造船模式中的关键技术之一。先进的船舶高效焊接技术，在提高船舶建造效率，降低船舶建造成本，提高船舶建造质量等方面具有重要的作用，也是企业提高经济效益的有效途径。先进的船舶高效焊接技术涉及到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。同时也会牵动与之相关的焊接产业链，如焊接材料、焊接设备和专用工装、焊接辅器具、金属的加工、焊接接头设计、焊接接头性能与质量控制、焊接标准与规范等。

关键词：船舶工业；船舶焊接技术；发展；应用

目录

内容摘要 ............................................................ I 引言 . (1)

1 船舶焊接技术应用及发展 (2)

1.1 船舶焊接工艺的应用及发展 (2)

1.1.1电弧焊 (2)

1.1.2手弧焊 (2)

1.1.3埋弧焊 (2)

1.1.4钨极气体保护电弧焊 (2)

1.1.5等离子弧焊 (2)

1.1.6熔化极气体保护电弧焊 (2)

1.1.7管状焊丝电弧焊 (2)

1.1.8电阻焊 (3)

1.2 船舶焊接材料的应用 (3)

1.2.1手工电焊条 (3)

1.2.2气保护实芯焊丝 (3)

1.2.3气保护药芯焊丝 (3)

1.2.4其他焊接材料 (4)

1.2.5可持续发展的高效焊材 (4)

1.3 船舶焊接设备的应用 (4)

1.4 船舶焊接质量控制 (4)

1.5 船舶焊接规范与节能环保 (5)

2 船舶焊接技术的发展目标与措施 (6)

2.1 船舶焊接技术的发展目标 (6)

2.2 船舶焊接技术的发展措施 (6)

3 结论 (7)

参考文献 (8)

引言

焊接技术在工业应用的历史不长，但是它的发展却是非常迅速的。应用面之广也是非常广泛的。在短短的几十年中焊接已在许多工业部门的金属结构中，如建筑结构，造船，车辆，压力容器以及航空工程中几乎全部取代了铆焊。

在船舶的建造中，焊接是其中的关键和支撑技术，焊接的总工时和成本各占船体建造的总工时和成本的30-40%，在各种产品制造工业中，焊接与切割（热切割）是一种十分重要的加工工艺。据工业发达国家统计,每年仅需要进行焊接加工后使用的钢材就占钢总产量的45%左右。焊接不仅可以解决各种钢材的连接，而且还可以解决铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接，因而已广泛应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、石油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术及建筑等部门。

1 船舶焊接技术应用及发展

1.1 船舶焊接工艺的应用及发展

1.1.1电弧焊

电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法。它包括有：手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等[1]。

绝大部分电弧焊是以电极与工件之间燃烧的电弧作热源。在形成接头时，可以采用也可以不采用填充金属。所用的电极是在焊接过程中熔化的焊丝时，叫作熔化极电弧焊，诸如手弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、管状焊丝电弧焊等；所用的电极是在焊接过程中不熔化的碳棒或钨棒时，叫作不熔化极电弧焊，诸如钨极氩弧焊、等离子弧焊等。

1.1.2手弧焊

1.1.3埋弧焊

1.1.4钨极气体保护电弧焊

1.1.5等离子弧焊

1.1.6熔化极气体保护电弧焊

1.1.7管状焊丝电弧焊

1.1.8电阻焊

1.2 船舶焊接材料的应用

我国船舶建造焊接材料基本实现了国产化，然而仍有部分焊接材料依赖进口，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。高效焊材在船舶建造中发挥极其重要的作用，因此引起了世界各国的重视，不断研究开发出新的高效焊接材料。进入新世纪，根据我国造船工业发展的需要，高效焊接材料会有更大的发展空间。从发展的方向来看，可有以下几方面值得重视。

1.2.1手工电焊条

向下立焊焊条：与立向上焊相比，效率提高1～2倍。

铁粉焊条：熔敷效率可提高130%～240%，生产效率提高50%以上。

重力焊条：采用高效铁粉焊条(一般直径为Φ5～Φ8mm，长度为550、700、900mm)。生产效率是常规手工焊的6倍[2]。

1.2.2气保护实芯焊丝

我国气保护实芯焊丝的品种太少(E49-1、E50-6)，今后应大力扩大品种，同时也应进一步改进实芯焊丝的工艺性能，降低飞溅，成型美观。如研制开发的活性实芯焊丝，表面活化处理，并具备防锈、润滑功能等。

1.2.3气保护药芯焊丝

从发展的趋势来看，药芯焊丝将是21世纪船舶企业的主要焊材，目前应用率已达到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、生产效率高等。为此，国内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。

目前我国的药芯焊丝，无论是数量、质量、品种与国外相比均有较大的差距，应大力开发与研究：如碱性药芯焊丝、自保护药芯焊丝、金属型药芯焊丝，以及水下药芯焊丝和不锈钢、耐热钢、耐酸钢、低温钢药芯焊丝等。

1.2.4其他焊接材料

随着我国焊接自动化程度的提高，将大力发展多丝MAG焊、垂直立焊、全位置管线MAG焊，以及机器人MAG焊等。无论是实芯焊丝和药芯焊丝，在适应性方面都要进行大量的工作。多丝埋弧焊也将有很大的发展空间，焊丝、焊剂，特别是烧结焊剂需大力发展。单面焊双面成型的各类衬垫在高效焊接中也是不可忽视的。

1.2.5可持续发展的高效焊材

1.3 船舶焊接设备的应用

1.4 船舶焊接质量控制

在焊接过程中，由于焊接热源和焊接热循环的特点，使构件受热不均匀，从而使构件各部分金属在受热时的膨胀和冷却时的收缩各不相同，这样在构件中就产生了应力和变形。例如：在焊接钢制船体时，会引起船体结构的局部变形和总体变形。如果焊后构件的变形超过了精度要求的允许值，就需进行焊后矫正变形处理。有的变形经矫正后虽然可以达到精度要求，但耗资较大，有的干脆无法矫正，只好报废，造成浪费。另一方面，焊后构件内部还会产生焊接残余应力，这种应力会影响结构的承载能力，影响焊后机械加工的精度，而且是引起焊接裂纹和脆断的主要因素。

焊接应力可以按不同的方法来进行划分：按引起应力的原因可分为温度应力凝缩应力和组织应力；按应力存在的时间可分为瞬时应力和残余应力；按按应力作用的方向可分为纵向应力和横向应力；按应力在空间作用的方向可分为单向应力、双向应力和三向应力[3]。焊接变形的分类：按结构的残余变形可分为局部变形和整体变形；按变形的基本形式可分为纵向变形、横向变形、弯曲变形、角变形、扭曲变形和波浪变形。

防止和减小焊接应力和变形可以从设计和工艺两方面着手解决。在焊接结构设计时，不仅要考虑到结构的强度、稳定性以及经济性，而且还应考虑到制造工艺性，必须充分考虑焊接的特点来进行结构设计：对称布置焊缝，并尽可能靠近结构中心线，以防止弯曲和翘曲变形；在保证结构强度的前提下，尽量减少焊缝