无码板装配、焊接技术在船舶建造中应用

饶洪华 王鸿昊 敖健 苏忠义 曲鑫

摘 要：文章简要介绍了在采用CO2气体保护半自动焊接船体拼板时，采用无码板装配的新工艺技术，以及其在船舶建造中的应用前景和控制环境污染中的贡献。

关键词：CO2气体保护焊；无码板固定装配；船舶制造；环境保护

1 概述

CO2气体保护半自动焊（以下简称CO2焊），是20世纪50年代初期发展起来一种焊接技术，它具有生产效率高、焊接质量好、成本低、焊接变形小等优点，目前在船舶制造行业中已广泛应用。而拼板采用CO2焊时，与其辅助固定钢板的码板，随着CO2焊一起也一直沿用着。大连中远船务从2010年开始，研究和推广CO2焊拼板，采用无码板装配、焊接的新工艺技术，经过几年实践、应用，此项工艺技术已趋于成熟、稳定，已广泛用于公司的船舶制造项目中，对提高造船效率，节约造船成本具有重要意义；同时对控制环境污染、提高空气质量，也具有着积极的作用。

2 总体概述

传统船舶建造模式下，对接焊需要加装马板进行刚性固定和调节，其装焊过程长、制作周期长、装焊所耗费时间长、以及存在损坏外板的风险、直接影响船体外板的质量和美观，诸多弊端与现代新型、绿色造船理念相抵触，也不利于整体造船提速以及现场KPS的管理。因此，对接焊装配工艺流程的革新将对提高造船效率，节省造船成本具有重要意义。

经潜心研究和实践积累，先后攻克了无马板对接焊存在的负载力不足、RT合格率低、焊道接头融合成型差、打底焊易出现裂纹等一系列不利因素！结合了CO2气体保护焊高效特点及板缝对接技术要求，自主创了新的工艺技术。

装配定位工艺参数：

（1）定位焊接点应选去应力较大处，对于曲线线性的外面要注意，应放置在直线区域较大位置，以便于定位焊接的处理，并由现场施工人员进行标记，方便后续焊道无损探伤检验。

（2）用来控制焊接变形的定位焊，每间隔300mm-400mm设一块，可根据板材对接况定进行跳涨，但单位焊接间距不应大于500mm，防止定位焊接处收整体焊接收缩失去稳性。加在外部的马板，原则上与内部结构对准。

（3）去除定位焊接焊道外表皮时，不应硬敲，拆要磨光（一般只准许咬边深度≤0.2mm的个别缺陷存在）特别是对低合金钢或者低碳钢。

（4）使用无马板定位喊工艺的焊道，焊缝间距可在标准缝隙间增加1mm-2mm间隙，有利于定位焊的施工和处理。引弧处要更外小心，防止缺陷产生，应由有经验的焊接人员实行，如发现引弧区存在缺陷，要立即打磨去除。

（5）钉焊区域端部采取特殊15°～25°“楔形”打磨过渡处理形式，彻底消除了焊接技术缺陷及区域焊接缺陷。

（6）钉焊长度选取100～150mm、间隙选取400～500mm，保证钉焊区域承受双侧板材4.5吨拉力负荷的情况下不发生失稳，并且在100～150mm的钉焊长度增强主焊缝与钉焊区域的融合过渡。

（7）钉焊焊缝高度控制在8mm±2mm，保证后续钉焊“楔形”处理厚度要求的同时，防止主焊道高电流、电压造成电弧击穿，避免打底焊出现裂纹，有效保证无损检测质量。

图1

定位焊接工艺参数：正确选择焊接工艺参数是以生产率要求、被焊材料、焊缝位置、接头形式以及设备情况为基础的。气体保护焊通常采用短路过渡及细颗粒过渡，工艺参数主要包括：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、直流回路电感值、气体流量、电源极性、焊枪角度及焊接方向等。最佳的焊接工艺参数应满足以下几个条件：

（1）焊接过程稳定，飞溅最小；（2）焊缝外形美观，没有烧穿、咬边、气孔和裂纹等缺陷；（3）对两面焊接的焊缝，应保证一定的熔深，使之焊透；（4）在保证上述要求的条件下，应具有最高的生产率。

确定焊接工艺参数的程序为：先根据板厚、接头形式和焊缝的空间位置等，选定焊丝直径和焊接电流，同时考虑熔滴过渡形式。这些参数确定之后，再选择和确定其他工艺参数，如电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量和电感值等。

（1）焊丝直径的选择以焊接厚度、焊接位置及生产率要求为依据。短路过渡。CO2气体保护焊一般采用细丝，以提高过渡频率，稳定焊接电弧，通常采用的焊丝直径0.8mm、1.2mm及1.6mm。细颗粒过渡。CO2氣体保护焊采用的焊丝直径一般大于1.2mm，通常采用的焊丝直径为1.6mm、2.0mm、3.0mm和4.0mm。

（2）焊接电流根据焊接条件（板厚、焊接位置、焊接速度、材质等参数）选定相应的焊接电流CO2气体保护焊机调电流实际上是在调整送丝速度。因此CO2气体保护焊机的焊接电流必须与焊接电压相匹配，既一定要保证送丝速度与焊接电压对焊丝的熔化能力一致，以保证电弧长度的稳定焊接电流必须在焊丝许用电流范围之内。电流过大将弓起溶池翻腾和焊缝成形恶化。电流过小能量集中性变差，引弧困难，飞溅变大，溶深浅，焊缝成形不好。

（3）焊接电压既电弧电压，电压越高，焊接能量越大，焊丝熔化速度就越快，焊接电流也就越大。

（4）焊接速度在焊接电压和电流一定的情况下，焊接速度的选择决定了单位长度焊缝所吸收的热能量，焊接速度过快时，焊道变窄，熔深和余高变小。

无码板装配、焊接技术是结合了CO2气体保护焊高效特点及板缝对接技术，自主创新的一项新型工艺技术。其具有高效、低耗、污染小等特点，节省多个工序过程，远优于传统码板装配技术。主要先进优势体现如下：

（1）操作工序得到简化，取消了码板制作、配送、安装、拆除、板材修复等传统施工工序，降低了生产成本及附带的人工消耗。（2）有效的结合了装配技术要求和焊接技术特点等方面，局部焊接无缺陷、装配高效率的新型操作技术，大幅提升生产效率、降低劳动强度。（3）减少损坏船体钢板的风险，提高了船体钢板的耐腐蚀性，以及船舶维护周期和使用寿命，保障船体钢板美观。（4）极大改善生产现场的施工环境，有效减少了有害气体、声噪污染，维护施工人员的职业健康。

3 国内外同行现状

据不完全统计，目前国内采用无码板装配、焊接技术的造船企业较少，且无成型的技术研究及实际操作过程，而中远船务集团内其它企业尚无此项工艺技术的应用，仍在板材对接缝焊接时采用码板装配。

图2为码板及固定装配型式（码板间距≥300mm）

图2

4 关键技术

CO2焊无码板装配、焊接技术就是取消码板装配固定，而直接采用在对接板缝间隙内钉焊代替码板装配固定的一项技术。（适用于板材厚度8mm～25mm，拼板装配间隙大小5mm～16mm的CO2焊对接缝）

关键技术一：钉焊长度选取100～150mm、间隙选取400～500mm，保证钉焊区域承受双侧板材4.5吨拉力负荷的情况下不发生失稳，并且在100～150mm的钉焊长度增强主焊缝与钉焊区域的融合过渡。

关键技术二：钉焊区域端部采取特殊15°～25°“楔形”打磨过渡处理形式，彻底消除了焊接技术缺陷及区域焊接缺陷。

“楔形”封固点技术要求（如图3）

关键技术三：钉焊焊缝高度控制在8mm±2mm，保证后续钉焊“楔形”处理厚度要求的同时，防止主焊道高电流、电压造成电弧击穿，避免打底焊出现裂纹，有效保证无损检测质量。

关键技术四：复合工序技术。用一种全新的工序，即“1铆工+1 CO2焊工”模式的工种搭配替代了传统操作模式，使效率得到大幅提升，劳动强度相对降低。

5 应用前景

CO2焊无码板装配、焊接技术，降低了传统板材对接焊缝操作技术的复杂程度，应用的是全新的操作流程及技术，将传统过程中的多项工序取消、合并，对传统技术进行改良，并取得了实际成果，使接焊缝无损检测质量合格率大幅提高，得到了船东、船检的高度认可和大力支持。（如图4）

图4

据统计，一艘载货量为28000立方米的LNG船，分段制作阶段的CO2焊拼板缝约9500米左右，总组和搭载阶段的CO2焊拼板缝约4700米左右。CO2焊拼板缝采用传统工艺码板固定，大约需要47000块码板，而分段制作施工阶段70%和总组和搭载施工阶段35%的CO2焊拼板缝都可采用无码板装配、焊接。按船厂每年建造10艘同类型的船舶，并且全部采用无码板装配、焊接计算，将会获得巨大的经济效益；另外，在减少了有毒气体、灰尘、噪音等污染释放的同时，直接维护了员工的职业健康，为实现绿色造船迈出了坚实的一步。

6 结束语

通过长期的探索研究，摸索出了一套无码板定位焊接的最佳工艺。我们将最佳工艺流程纳入了厂级生产制造标准存档，作为我们今后生产提升的重要工艺文件之一。本次无码板定位焊接工艺的成功，填补了国内无码板定位焊接的空白，同时也创造了可观的经济效益。此次技术革新具有投资小、利用空间大的特点，有利于保证产品质量稳定，提高生产效率。

參考文献

[1]中国船级社-钢质海船入级规范（焊接与材料）[M].北京：人民交通出版社，2012.

[2]船舶焊接工艺学[M].哈尔滨工程大学出版社.

[3]船体装配操作技能[M].哈尔滨工程大学出版社.

作者简介：饶洪华（1976-），男，武汉理工科技大学，工程师。