船舶焊接机械化、自动化的概况与发展趋势

船舶焊接机械化、自动化的概况与发展趋势

摘要：基于船舶企业的发展，焊接自动化设备在船舶焊接中具有质量优良、智

能化、专业化和标准化等特点。阐述了各种自动化焊接技术，包括自动编程焊接

技术、焊缝监控技术、多个设备的结合焊接技术、机器人仿真技术等，为船舶制

造行业提供参考和借鉴。研究开发机械化、自动化的高效焊接技术不仅是造船企

业提高产品质量、生产效率和降低成本、缩短建造周期的有效途径，也是实现现

代造船模式转换的技术进步增长点。对国内外高效焊接技术的现状进行了分析，

指出了国内外造船在机械化、自动化高效焊接方面存在的差距及问题，并提出了

对策和建议。

关键词：焊接机械化；焊接机器人；焊接自动化；船舶制造；制造技术；智

能化

前言：船舶制造业对各项海洋事业均有极为重要的意义。与国外的船舶制造

业相比，由于受技术水平、发展历程、人员综合实力等因素的影响，我国大型船

舶制造业的主要生产指标比较落后，比如生产效率、船舶吨位、产业的产值等。

国外的船厂在焊接自动化生产工艺方面的应用较为广泛，该技术涵盖了整条生产线、焊接设备的群控等，同时，该技术还可以实现焊接过程中的自动适应、智能化，自动确定焊接材料的厚度，进行预置焊接等内容。而我国现代的大型船舶自

动化焊接技术还处于初级阶段，技术水平有限。调查报告显示，截至2012年，

我国自行研发了数量不等的焊接生产线和焊接设备，同时也从国外引进了部分设备。但是，国内大型船舶的焊接技术水平尚未达到理想状态，其主要问题在于自

动化的程度不足，且效率低下，需要对其进行深入的研究和探讨。

一、船舶焊接自动化的特点

焊接工艺的水平直接关系到船舶制造的质量。在船体的制造过程中，焊接属

于一项较大的工程，约占整个船舶制造工程量的33%.随着社会的发展，人们对船

舶的质量要求也越来越高，传统的焊接技术已经不能满足现代大型船舶的制造要求。随着科技的发展，焊接自动化以其各种优势，逐步成为了现代船舶制造业发

展的方向，其特点表现在以下几个方面。

1.1质量良好

自动化焊接的主要特点是质量良好，并具有较高的可靠性，还促进了焊接技

术的精密化。现代船厂使用的焊机机器人、精密焊接等各种自动焊接设备、技术

均具有较好的质量和精密度，维持的移动可以精确到0.1.

1.2智能化

在大型船舶焊接时，需要了解船舶各个部件的具体情况，包括装配间隙误差、几何形状的偏差、焊接时的热变形等。自动化焊接技术使用了自适应的控制系统，并运用了先进的传感技术，能够在实际制造中实现智能化焊接，并不断进行调整，使参数更加优化。

1.3专业化、标准化

针对大型船舶制造中的各个部件，包括板材、管材和圆筒，均已具备了相应

的焊接设备。该类设备的专业性较强，可有针对性地进行焊接，使生产效率更高、船舶质量更好。对于大型船舶的其他构件，正在进行对这些专业焊接设备的应用

研究。

二、焊接自动化设备在大型船舶中的应用

2.1自动编程焊接技术

自动编程焊接技术的研究重点主要是通过结合船舶焊接部位的信息数据，自动形成焊接程序，从而顺利地完成焊接工作。该程序的内容十分丰富，包括焊接任务、焊接轨迹、工作路径、各项参数等。现代的自动编程技术能够收集船舶各个工件的信息，并通过编程人员的编写，逐步形成半自动的程序，从而提升工作效率。

2.2焊缝监控技术

焊接过程中往往会产生烟尘污染、光污染，还会出现加工误差、焊接精准度不足等问题，这些因素均会影响焊接中的焊缝情况。现代焊接自动化设备中的焊接机器人能够运用传感器技术，全面掌握电弧和光学参数，及时调节焊炬和焊缝的距离，使之达到最佳效果；能够根据焊接对象的空间参数和焊接参数的波动进行适当调节，动态监控焊接偏差，出现问题时能及时纠正，并保持良好的焊接状态，保障焊接工作的效率，优化焊接的质量。

2.3多个设备的结合焊接技术

制造大型船舶是一项规模较大的工程，其焊接过程十分复杂，需要许多设备共同运作、相互结合才能完成。对此课题的研究主要是为了使不同设备在完成焊接任务的过程中，能够和其他设备联合、协同工作，且还能保持自身的独立性。多智能系统是该类技术的集中体现，其被广泛应用于大型船舶的制造中。2.4机器人仿真技术

仿真技术一直属于极其复杂的技术，使用该技术需要对焊接轨迹进行多方面的研究，包括动力学、运动学、自由度等，其中涉及到十分复杂的计算问题。目前，研究人员已经结合各种理论知识对其进行了深入的分析和研究，包括机器学理论、模拟仿真技术、动画显示等，其发展前景良好，市场广阔。

三、埋弧自动焊

埋弧自动焊是指电弧在焊剂层下燃烧，用机械自动引燃电弧并进行控制，自动完成焊丝的送进和电弧移动的一种电弧焊方法，广泛用于船舶、压力容器、机械制造领域的大厚板对接焊缝及筒体构件的环焊缝。按照机械化程度，可以分为自动焊和半自动焊2种。自动焊焊丝送进和电弧相对移动都是自动的，而半自动焊仅焊丝送进是自动的，电弧移动是手动的。自动埋弧焊机由机头、控制箱、导轨（或支架）以及焊接电源组成。目前绝大多数已使用自动埋弧焊设备。随着近年来的埋弧自动化的快速发展和大面积应用，在埋弧自动焊的基础上又形成了双丝埋弧焊接工艺、焊剂石棉衬垫单面焊FAB法工艺、热固化焊剂衬垫单面焊RF 法工艺、铜衬垫单面焊FCB法工艺、窄间隙埋弧焊接工艺等新型高效焊接技术，使埋弧焊设备的机械化自动化程度进一步提高。

四、现代造船模式及其优越性

现代造船模式又称区域造船模式或壳舾涂一体化造船模式。它以统筹优化理论为指导，应用成组技术原理，以中间产品为导向，按区域组织生产，壳舾涂作业在空间上分道、时间上有序，实现设计、生产、管理一体化，均衡、连续地总装造船。其实质是应用相似性原理建立柔性化的流水线。其基本特征是，复合工种的生产组织，流通量控制的生产管理，中间产品导向的分道生产流程，壳舾涂一体化的作业流程。与传统模式比较，它具有以下优越性。

(1)成本降低，周期缩短。现代造船模式采用产品导向型工程分解（以中间产品为导向来分解船舶），将所需制造的零部件根据相似性分类归组，分派给厂内外各专业化且有经济效益的生产单位生产，最后总装造船。一方面，可使每艘船从合同签订到交船全过程中更加均衡地分配作业量，在大小不同、船型各异的船