为中国船舶焊接技术的创新发展而给力

上海船舶工艺研究所（200032）陈家本

一、简要回顾近二十多年的历程

众所周知，船舶焊接技术是我国船舶工业发展中的重要技术之一。船舶工业高效焊接技术指导组在1986年诞生至今已二十多年，经历过这不平凡的二十多年，国际上造船市场出现了一轮百年不遇的高度兴旺期。我国船舶工业在科学发展观的指引下，抓住了机遇，实现了跨越式发展，使我国一跃成为了世界第一造船大国，这其中也有船舶工业高效焊接技术指导组及一大批忠心于船舶焊接技术进步的老、中、青三代人所做出的卓越贡献，实现了几代中国造船人的夙愿。值得所有中国造船人的骄傲和自豪，这一点已是毋庸置疑了。

然而，随着国际金融危机的爆发和蔓延，又出现了滑山坡的现象，又将我国船舶市场打入令人窒息的低迷状态，使我国船舶工业面临着进入新世纪以来最困难的局面。后危机时代，全球船舶工业发展已进入创新密集和产业结构加速调整的时代，如今我国船舶工业正处于机遇与转型重合阶段，又面临着成长中的纠结，短期困难与长期矛盾相交织。诚然，中国船舶焊接技术也伴随着我国船舶工业的大发展，呈现了规模化、半自动化、自动化的焊接新气象，并以“峥嵘头角沧波里，不得风云志不休”的精神，大力推广与应用各类高效焊接新技术，使船舶焊接半自动化、自动化率平均达到60%以上，尤其是半自动CO2气体保护焊已占据了船舶焊接技术的大半江山。如今，已取得人均焊接材料日消耗量达到20～30kg以上的可喜成绩。

在这样的形势下船舶焊接技术仍然要不断进取，要解放思想、放开眼界，突破传统思维模式，切实转变发展观念，调整发展战略，使船舶焊接向自动化、智能化、数字化、节能、绿色环保的方向发展；提高船舶焊接的质量、效率和降本增效。这两大战略目标将作为船舶焊接人士的终身远大梦想。

二、目前我国船舶焊接技术的状况

1.焊接技术新的工艺、材料、装备不断涌现

随着我国船舶工业技术的更新改造以及新建的一批大型骨干船厂，使得一些船舶焊接技术的新工艺、新材料、新装备不断涌现。如大型平面分段建造流水线上的多丝埋弧单面焊工艺与装备、多电极龙骨自动角焊工艺与装备、自动角焊工艺与装备、大合拢垂直气电自动焊工艺和装备、横向气电自动焊工艺和装备、船台甲板对接单面双丝MAG焊工艺和装备、垂直气电自动立角焊工艺和装备，同时船舶焊接药芯焊丝的应用率已占绝对的地位。总之，这些新工艺、新材料、新装备的成功应用，为船舶工业的发展做出了重大贡献。

2.船舶焊接效率、质量状况的变化

由于我国船舶工业经过长期的以船舶高效焊接技术指导组为核心，积极推广与应用高效焊接技术，因此使船舶焊接效率、质量呈现大幅度的提高，目前船舶焊接效率为20世纪90年代初的5～6倍以上，船舶焊接质量达到了一次合格率92%以上。由于这些效率与质量的提高，从而为船舶工业的创收利润做出了卓越的贡献。

3.船舶焊接技术人员素质状况的变化

由于我国船舶工业人力资源对焊接人才的需要跟不上船舶产品建造发展的需求，曾出现过因焊接人才不足而造成船舶建造中的大量焊接技术问题，影响到船舶的出口和国际的信誉。同时船舶焊工的素质仍然提高不快，这主要是因为劳务工的流动频繁，熟练焊工在船厂中的比例低于10%。

三、目前船舶焊接技术中存在的主要问题及需解决的一些建议

1.目前船舶焊接材料中高性能、高质量的焊材，在品种和数量上的不足

由于船舶产品的不断更新，出现了一批高新产品的船舶，如大型集装箱船、LPG船、LNG船、化学品船、大型破冰船等特种船舶。出现了一些新钢种、新结构、新焊接技术、新焊接标准等要求，为此需要选用一些高性能、高质量的焊接材料，而这些材料又往往在国内还不能自己生产，即使有国内产品可以选用，但仍然在品种和数量上不能满足船舶生产的实际需要。

2.焊接设备的自动化、智能化、柔性化不足

虽然目前大多数船厂都已有了不同程度的机械化、自动化焊接技术及设备，但大多数仅只能单一地执行自己所规定的焊接任务。由于焊接自动化程度、智能化程度、柔性化程度明显不足，所以常常会造成设备利用率低，维修成本居高不下的问题。

3.船舶焊接人员数量、素质的不足

据有关数据报道，我国船企高技能人才方面的“用工荒”尤为突出，特别是在造船生产主力军的劳务工当中，高级工的比例往往不到10%，不少企业甚至低于5%。随着我国劳动用工成本的攀升，船舶企业采用自动化的焊接设备是大势所趋，未来造船企业一定要依靠提高造船效率、降低人工成本、降低管理成本以及提升产品质量来赢得市场。

又据资料报道，世界上一些发达国家把机器人焊接技术放在科技发展战略中最优先的地位，如日本、韩国的一些船企在船舶建造中，在发展、研制及应用焊接机器人方面尤为突出。自1970年开始在船舶行业中推出首台焊接机器人以来到20世纪末，日本的多家大型船企已批量应用焊接机器人，造船焊接机器人应用比例达16%，其中小合拢焊接机器人又占24.6%，船体平行肿体建造中的焊接机器人已达14.5%。自2001年以来，特别是前几年全球造船高峰期，我国造船业劳动力成本日趋高涨，但在目前船市低谷的时期，确又难以降低劳动力成本，已成为制约我国船企进一步做大做强的重要因素之一。

4.船舶高端焊接技术研发、创新能力的不足

近几年来，随着高新船舶产品的大量建造，又遇到了不少焊接新问题，其中高端焊接技术如：低合金高强钢焊接、低温钢焊接、低磁钢焊接、耐蚀钢焊接、超低碳不锈钢焊接、双相不锈钢焊接、复合钢焊接、激光焊接、激光复合焊接、搅拌摩擦焊接，以及各种类型功能的弧焊机器人焊接、焊接信息化、智能化、自动化控制等显得焊接技术的研发与创新能力不足，从而造成了大量焊接材料、设备及专用软件依靠进口，花费了大量的外汇。

5.解决上述问题的一些建议

要解决上述问题，笔者仅以个人的名义提出如下建议，仅供参考与指正。

（1）坚持以创新驱动为核心，全面推广与应用高效焊接新技术 目前出现的一些先进、高效、高质、低成本的焊接技术望大力推广与应用，尤其在焊接工艺性能方面，一是可采用更新的控制技术，提高传统单丝焊接工艺的生产效率；二是采用复合电弧焊接方法，利用优势互补提高焊接效率。

复合电弧焊接方法有：①在单丝高效焊接工艺中，有代表性的一种称为pules speed，与常规脉冲焊接工艺不同之处在于其过渡原则不是常规的一个脉冲过渡一个熔滴，而是一个脉冲过渡一串熔滴，而且熔滴过渡非常连续，所以弧长波动较小，熔池稳定，可以提高焊接速度。②Rapid weld焊接工艺，其特点是电弧非常集中，挺度较好，适合不等厚度焊接在一起，而且熔深较大、焊接速度较高。③Rapid X焊接工艺，可以提高焊接速度40%以上。④Force Arc焊接工艺，可以在较低的电压下保持焊接弧长的稳定，所以电弧对熔池的挖掘作用很强，与常规焊接工艺相比，电弧很稳定，可以实现中厚板单面焊背面自由成形，又由于该工艺最大焊丝伸出长度长于传统焊接设备，所以可以选择更小的坡口角度，减少焊缝金属填充量，并提高焊接质量和焊接效率。⑤对于复合电弧焊接工艺，具有代表性的有一种称为激光和电弧复合焊接，这种工艺虽然设备费用非常昂贵，但由于其功率密度可控范围宽、焊接速度快，几乎能适用于所有焊接材料等优点而受到很多企业钟爱，因此已发展成具有各自特色的成套系列焊接工艺装备。⑥Hot wire tandem双丝高效焊接工艺，该工艺是第一根焊丝采用脉冲焊接工艺，第二根焊丝流过电流约300A，但是焊丝和熔池直接接触，没有电弧出现，该工艺相当于热丝MIG焊，这样熔敷效率可以大大提高，但与常规双丝焊相比，焊接热输入只有原来一半左右，可大大降低焊接变形和提高接头的性能。⑦Super-MIG即用等离子电弧复合焊，该工艺结合等离子小孔法焊接的熔透优势，可以有效地提高焊接速度。

除了上述一些新出现的焊接新工艺，造船焊接中已应用多年的多丝埋弧焊仍然是船舶建造中的中厚板高效焊接技术的重要手段，但该技术还有待于在实践中不断改进和提高，如使用的焊接电源，如何用交流与直流的配合方法来抑制电弧间的干涉现象以及使用药芯焊丝与埋弧焊焊丝、焊剂混合焊接工艺等。此外，焊接电弧控制方面，要朝着精细化方向发展，因为没有一种焊接工艺是全能的，也没有一种电弧控制方法是全能的，因此在不同的应用场合，电弧应该有不同的特点，控制它达到精细化。随着数字控制技术的不断成熟，已出现不少电弧控制新方法、新概念。如出现了被称为 Control weld、Speed weld、Rapid weld、Cold weld、Root Arc weld、Pipe sulution Arc weld、Wise fusion weld、Wise penetration weld、Wise Root weld、Speed Twin pulse weld、STT weld、Time weld等不同的焊接工艺，都是借助于焊接电弧精细化控制，同时只有在非常深刻理解焊接工艺要求的基础上才能实现上述不同焊接技术。

（2）紧密与现代造船模式相结合，开展具有各船企自主特色的现代化焊接新技术 随着现代造船模式的进一步深化，必然会带动船舶焊接技术的进步，但是各个船企具有其不同的建造船舶的工艺技术和环境及不同的装备等，因此就需要我们开展具有各船企自主特色的现代化焊接新技术的应用。

笔者认为，今后在船舶建造中主要有以下方面要突破：①要加快推广新一代船体零件下料、切割。其中数控激光切割一次成形的精度和效率为最高，板材的利用率可达98%以上。②小合拢组件焊接机器人要自动组装、焊接，达到精密构件要求并在作业区实现无人化。③大型拼板要自动组装、焊接，达到分段装焊精密构件要求。④大型拼板、肋骨、桁材要自动组装、焊接，达到分段结构精密构件要求并要在作业区实现无人化。⑤大型曲面构件要数控自动肋骨冷弯和焊接。⑥平面分段部件要焊接机器人焊接，在作业区实现无人化。⑦平直舯体分段部件、双层底井字结构要智能型机器人焊接。⑧曲面分段部件要智能型焊接机器人焊接。⑨总段大合拢垂直、横向焊缝要自动机器人焊接。⑩管-管、管-板、管-弯头和管-法兰装焊要机器人焊接。

若上述十大关键制造节点能逐步实现自动化和机器人焊接，将会进一步提高造船产量和质量、降低建造成本、缩短造船周期，实现船舶建造技术的重大突破。为此，要结合我国造船业和焊接产业发展的实际情况，采用以企业为主导的产、学、研联合攻关的方式。实现具有各船企自主创新特色的焊接新工艺及焊接机器人化的宏伟目标。

（3）加强对焊接人才培训及考核 在高效、自动化、智能化焊接设备发展的形势下，焊接的操作者趋于简单化、智能化、淡化操作技能，但是焊接操作者的素质、能力等作用仍不可忽视。在影响工件焊接质量的技术因素和人为因素中，人为因素中的焊工操作技能和职业道德要经过培训考核而获得。由于人员因所受教育的经历、知识结构和人员自身接受知识面能力的差异而不同，故操作者的职业道德是要求从事相关焊接的焊工应遵守本行业的法律、规章制度和工艺技术文件，不得违章作业，也不能按个人的经验喜好、感觉和习惯来选择焊接参数，更不能为了追求作业产量而忽视焊接质量，不按焊接工艺作业指导书进行焊接。在有特殊要求的领域中，国家对于焊接操作者还有特殊的要求。因此必须提高焊接操作者的技能和职业道德，并经考核合格获得相应的焊接证书，才能持证上岗。

另外，要大力培养焊接技术研究人才，重点要培养焊接技术应用、管理人才，不断充实企业焊接人才队伍，体现出所有生产要素中人是最重要因素的特点。此外，先进的焊接工艺方法和高素质的焊接人员还离不开先进的焊接管理方法，目前国际上流行着一种先进的焊接管理理念被称为“全面焊接管理”，这一概念又被称为巴克霍夫方法。他是将焊接技术和成熟的管理原理结合起来，在过去的三十多年中已被广泛地应用于美国和加拿大等国的各个工业领域以焊接为核心工艺的工程制造中。这套系统方法，包括焊接评价、改进、控制和持续保证等各个制造阶段，从焊接设计到焊接工艺的制定再到焊接部件的生产和质量保障，进行全方位的焊接管理。面对产品更新换代加快和质量标准越来越高的情况下，特别是成本不断增高、竞争加剧，迫使企业经营者在提供更有价值产品的同时，千方百计地寻找机会降低成本。最终的目的是按量、按交货期生产出的产品质量无瑕疵，并且成本最佳。该套方法的灵活运用会实现货真价实的高效焊接。

四、为船舶焊接技术创新发展而给力

1.在争创船舶市场中，要为优先发展船舶焊接技术创新而给力

由于在船体建造中，焊接工时占总工时的30%～40%，焊接成本占船体建造成本的30%～50%，所以在争创船舶市场中，要优先发展船舶焊接技术创新，要致力于“优质、高效、节能、降耗”为基本特征的自动化、智能化焊接模式。创新是光，它会照亮企业自身的光芒，也将为我国成为世界造船强国之梦而给力。

2.希望政府及有关部门要为船舶焊接技术进步而给力

虽然我国政府已制定了“国家中长期科学和技术发展规划纲要”，国务院也发布了“关于加快振兴装备制造业的若干意见”等政策性文件，给船舶企业带来了希望和方向，但在具体落实中仍然要不断地需要政府及有关部门指导和支持，尤其是船舶焊接技术发展中所出现的一些新问题，如船舶焊接工程与生态环境；船舶焊接工程招投标与焊接用工制度等深层次的问题，仍要政府及有关部门为船舶焊接技术进步实施而给力。

3.要与“产、学、研、用”紧密相结合，为建立诚信、双赢的焊接产业链快速成效发展而给力

企业应当立足于自身发展，但也要与“产、学、研、用”紧密相结合，为建立诚信、双赢的焊接产业链快速成效发展而给力。

船舶企业要从技术上引进或研究相关的船舶高效焊接技术发展动态，或从基础上吸收及合作研发原创性的船舶高效焊接技术，形成长效机制，才能在船舶高效焊接技术领域中处于市场领先地位。

企业应当为此建立快速响应市场的绿色敏捷制造模式，这是未来实现更加高效焊接生产的根本方向。

五、结语

如今，我们正处于民族伟大复兴的历史关口，中国梦要靠全民族共同奋斗来实现。我们为了实现从造船大国逐步走向造船强国的远大梦想，作为每一名船舶焊接工作者更要团结一致、凝心聚力，以创新驱动为核心，艰苦奋斗在不同的岗位上，也许我们中的一些为船舶高效焊接技术进步埋头苦干者，清平一世，名不彰显，但历史会记住他们的。最终中国船舶焊接技术的远大梦想一定会实现！