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图2船舶焊接机械化、自动化率
船厂的焊工人均焊接材料日消耗量已达15kg/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£,节约焊材55.3£,被评为中国首家通过清洁生产验收的造船企业,为打造“绿造船”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,这些因素促使中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多年的持续发展,如今已全面进入一个崭新的阶段,数控火焰切割(图3)、数控等离子弧切割(图4)、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中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。
声波速度图3船厂数控火焰切割机
以建造大型远洋运输船舶为主的中国极大部分船
图4船厂数控等离子弧切割机
厂已普遍使用了数控等离子弧切割机、数控管子切割机,这不仅因为中国造船总量增加,从而导致船用钢板切割量的大量增加,还因为中国热切割技术经过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,所以已经被中国造船行业所认可和接受。
目前,作为光、机、电一体化的激光切割技术在造船业中的应用还是空白。但随着中国造船业的振兴和激光技术的不断进步,中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,它为中国造船业搭建了一个激光技术研究和应用的平台,为促进中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CO: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。
中国船舶焊接材料的研究生产经40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20世纪80年代中期以来,铁锚先后开发了高效铁粉焊条、下向焊焊条、单面焊双面成形软、硬衬垫,1992年引进了乌克兰药芯焊丝生产线,2000年又引了进伊萨公司药芯焊丝、实心焊丝生产线,生产了大量气体保护实心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。
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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中国造船企业追求的目标。目前在船厂中应用最广泛的是C0:气体保护药芯焊丝半自动焊(应用率达到60%以上),其特点为焊道成形美观、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,中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。
中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,与中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、新日铁、韩国现代、地区天泰、锦泰、北京安泰、天津三英、四川大西洋、武汉铁锚等企业。这些企业与中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,成为中国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。这些皆对促进中国船舶焊接技术进步创造了良好的外部环境。
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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,适用于全位置焊接,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。近年来,随着节能和环保的要求日趋严格,相继开发了适合船厂使用的整流交直流弧焊机和逆变弧焊电源。
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20年来,一些大型骨干船厂大力发展C0: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。
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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平面分段流水线FCB法三丝埋弧自动焊机
图7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C0: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。
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 万方数据
岛屿最多的国家2007船舶焊接国际论坛论文集,蜉掳
图82006年船舶焊接设备的配比情况
了C0:气体保护半自动焊接电源、逆变式便携型电弧
图12双丝气电垂直自动焊接实况
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时均可以实现机械化与自动化焊
接。如图9一图14所示。
图9双丝MAG焊焊接实况图10双丝埋弧焊焊接实况图1116电极C0:焊焊接实况
图13平面流水线门架式C0:半自动焊接生产实况
图14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。世界上一流企业出标准,二流企业出技术,三流企业出劳力。目前中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
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