船舶焊接技术专题报告

船舶焊接技术专题报告

1、引言

众所周知，焊接是船舶建造中的一个重要工序，对造船周期、质量和生产效率具有很大的影响。在船体建造中，焊接工时约占船体建造总工时的30%~40%，焊接成本约占船体建造总成本的30%~50%，焊接生产率是影响造船产量和生产成本的重要因素之一。同时，船体建造质量中焊接质量是一项重要的检验指标。正因为这些，焊接被作为实习的重点内容。所以我以船舶焊接技术为我的专题报告题目，现列举我国各船厂应用较广的几种方式，比较优缺点后加以说明。

焊接技术的研究目的、意义。

2、我国船舶焊技术研究及发展趋势

1944年江南造船所将焊接技术应用于船舶建造1948年江南造船厂建成我国第一艘全焊接船舶“伯先”号。第一阶段：50~70年代50年中期从前苏联引入埋弧自动焊、半自动焊技术，新型焊接材料和设备在国内迅速推广，高等院校开始设立焊接专业，造船业的焊接技术处于全国领先。60年代后，我国造船焊接转入自行研究和开发阶段，成功开发了CO2焊、重力焊、下行焊、单面焊双面成形等高效焊工艺，但由于没有进行有效地协调、组织和推广，这些方法没有形成生产力。70年代，受文化大革命的影响，我国造船焊接技术的发展进入了低潮。第二阶段：80~90年代主要引进和借鉴日本造船焊接技术和经验，全面推广CO2气体保护焊、重力焊，开发和应用下行焊、垂直气电焊、CO2气体保护自动角焊、多丝埋弧自动焊及单面焊双面成形等高效焊接技术，开发各种高效焊接材料和设备，焊工人均焊材日消耗量为10kg.第三阶段：21世纪~至今船舶焊接技术正向着绿色化、智能化、机器人化的方向发展。

近年来，我国造船工业发展迅速，2008年我国造船完工量为2881万吨，占市场份额的29.5%，手持造船订单占市场份额的33%，均创历史新高。而去年我国已成为世界第一造船大国，这无不与造船焊接技术的发展与改进有关。缩短造船周期是船舶工业发展永恒的主题，通过发展高效自动化焊接能够有效提升船舶工业生产效率，缩短造船周期。

3、各焊接方法比较

埋弧焊

埋弧焊原理：在焊剂层下，电弧在熔化的电极与工件之间之间燃烧，电弧热使焊丝、焊剂、母材熔化以致部分蒸发，在电弧区形成蒸气空腔，电弧在空腔内稳定燃烧，底部是金属熔池，顶部是熔渣，随着电弧向前移动，电弧力将液态金属推向后方并逐渐冷却凝固成焊缝，熔渣凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。

图1 ：埋弧焊原理图

埋弧焊形成过程：连续送进的焊丝在可熔化的颗粒状焊剂覆盖下引燃电弧，靠近电弧区的焊剂在电弧热的作用下被熔化，这样，颗粒状焊剂、熔化的焊剂把电弧和熔池金属严密的包围住，使之与外界空气隔绝。焊丝不断地送进到电弧区，并沿着焊接方向移动。电弧也随之移动，继续熔化焊件与焊剂，形成大量液态金属与液态焊剂。待冷却后，便形成了焊缝与焊渣。

埋弧焊优缺点：优点:1）熔敷速度高，生产效率高；2）焊接质量好，容易实现机械化、自动化；3）无辐射和噪音，是一种安全、绿色的焊接方法。缺点:1）受焊接位置限制，常用于平焊和平角焊位置的焊接，不适合焊小、薄件；2）不便观察，需要焊缝自动跟踪装置，对装配精度要求高；3）设备一次性投资大。

埋弧焊焊剂的作用：1）稳弧作用：碱金属氧化物，改善电弧导电性；2）保护作用：焊剂蒸发气及熔渣，保护了电弧和熔池，免受焊缝金属的氧化、氮化以及合金元素的蒸发；3）化学冶金作用：去除有害杂质(脱氧)和渗合金，满足化学成分和性能的要求。对焊剂的要求：1）保证电弧稳定燃烧；2）适合熔点、适当的粘度、良好的脱渣性；3）S、P含量低，对油污、铁锈以及其他杂质的敏感性小；4）吸湿性小，合适的粒度和强度，可重复使用焊接前先把焊剂铺撒在焊缝上，大约40～60毫米厚, 焊接时，焊丝与焊件之间的电弧，完全淹埋在40～60毫米厚的焊剂层下燃烧。靠近电弧区的焊剂在电弧热的作用下被熔化，这样，颗粒状焊剂、熔化的焊剂把电弧和熔池金属严密的包围住，使之与外界空气隔绝。

埋弧焊在焊接过程中还需要注意一些问题：1）焊缝必须是直的；2）焊缝必须干净，事先用砂轮打磨；3）焊丝的位置非常重要；4）焊剂应该覆盖整个电弧；5）焊剂应该干燥埋弧焊最主要的焊接规范是焊接电流、焊接电压和焊接速度，其次是焊丝直径、焊丝伸出长度、焊剂和焊丝类型、焊剂粒度和焊剂层厚度等。

埋弧焊的焊接设备：1）焊接电源：接在导电嘴和工作之间用来产生电弧；2）焊丝：由焊丝直经送丝机构和导出嘴送入焊接区；3）颗粒状焊剂：由焊剂漏斗经软管均匀地堆敷到焊接接口区；4）焊丝及送丝机构、焊剂漏斗和焊接控制盘等：通常装在一台小车上，以实现焊接电弧的移动。

埋弧焊电源可以用交流(弧焊变压器)、直流(弧焊发电机或弧焊整流器)或交直流并用。一般直流电源用于小电流范围、快速引弧、短焊缝、高速焊接；交流电源多用于大电流埋弧焊和采用直流时磁偏吹严重的场合。

埋弧焊分类：1）按电源种类：直流和交流；2）按电极数目：单丝和多丝；3）按电极形状：丝极和带极；4）按送丝方法：等速送丝和变速送丝；5）按行走方式：小车式、龙门

式、悬臂式；6）按自动化程度：半自动、机械化、自动；7）按用途：通用型和专用型。CO2气体保护焊

CO2气体保护焊原理：利用CO2气体在熔化极电弧焊中对电弧及熔池进行保护的焊接方法称作“CO2气体保护电弧焊”，简称“CO2焊”。

图2：CO2气体保护焊原理图

CO2焊有如下两点特征：1）采用与母材相近材质的焊丝作为电极。焊丝为电弧的一极，焊丝熔化后形成熔滴过渡到熔池中，与母材熔化金属共同形成焊缝；2）为防止外界空气混入到电弧、熔池所组成的焊接区，采用了CO2气体进行保护

CO2焊优缺点：优点：1）焊接效率高，焊接生产效率是MMA的1-5倍；2）焊接成本低，仅为MMA或SAW的40%-50%；3）适用范围广，对任何位置、角度、长度及复杂曲面的焊缝都可进行焊接，不受结构条件制约；4）不易产生冷裂纹，是一种低氢型或超低氢型焊接方法；5）焊后不需清渣，明弧焊接便于监视，有利于机械化操作；缺点：1）不能用于非铁金属的焊接；2）过渡不如MIG焊稳定，飞溅量大、烟尘大；3）设备复杂，包括弧焊电源、控制箱、供气系统等，较手工电弧焊的设备复杂。

CO2焊焊接电弧特点：与Ar保护不同，由于CO2气体对电弧的强冷作用致使电弧和斑点收缩，在斑点处产生大量的金属蒸汽，对熔滴产生排斥作用，加之电磁力作用和带电质点的撞击力就决定了焊丝端熔滴的受力特点。

为满足工艺要求，焊接设备应具有如下功能：1）能给定焊接工艺参数，并能在要求的范围内连续调节。即焊接设备所输出的电流、电压的范围应能覆盖焊接工艺所要求的参数范围；2）能保证主要焊接工艺参数稳定。也就是当系统受到外界干扰时，能在不影响焊接质量的条件下，迅速恢复到给定的工艺参数；3）能保证焊接过程按照规定程序动作。例如：预送气、引弧、焊接、收弧和滞后停气等焊接时序；4）能提供所需的稳定的CO2气体流量；5）如果需要时，应能提供冷却水和遥控装置；6）对于短路过渡焊接法还要求具有良好的动特性。

CO2焊焊接设备组成：1)焊枪/焊炬；2)送丝系统；3)冷却系统；4)保护气体回路； 5)焊丝；6)焊接电源；7)其它。焊接电源一般为直流平外特性或缓降外特性，只有在粗丝CO2焊时选用陡降外特性。

CO2焊主要焊接参数有：1）电弧电压；2）送丝速度；3）焊丝干伸长；4）焊接速度。电弧电压的影响：当电流不变时，电弧电压增大时焊道成型宽而平坦，电弧电压降低时，焊道变成窄而深。焊接电流、送丝速度的影响：当其它参数稳定时，焊接电流和送丝速度成线性关系。当其它参数恒定不变时，送丝速度加快将导致焊缝熔深和金属熔敷率的增加。焊丝