平面分段流水线两种拼板焊接形式的对比分析

俞凌云, 邱宇舟

(中船第九设计研究院工程有限公司， 上海 200063)



平面分段流水线两种拼板焊接形式的对比分析

俞凌云, 邱宇舟

(中船第九设计研究院工程有限公司， 上海 200063)

摘要平面分段流水线根据拼板方式可分为FCB(单面焊)型和双面焊型。本文拟从几个方面对这两种类型的流水线进行分析比较，为建设单位决策提供依据，对造船企业提高生产效率具有一定的理论意义。

关键词平面分段流水线FCB双面焊

The Comparative Analysis on Two Plate Joining Ways of Panel Block Assembly Line

YU Ling-yun, QIU Yu-zhou

(China Shipbuilding NDRI Engineering Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

AbstractThe panel block assemblyline can be divided into FCB (single side welding) and double side welding based on the way of plate joining. This paper analyzes and compares these two types of lines from several aspects, and provides the basis for the construction of the decision-making, and has some theoretical significance for the shipbuilding enterprise to improve the production efficiency.

KeywordsPanel blockAssembly lineFCBDouble side welding

0前言

在现代化造船模式中，一条船总装造船的生产线分为几个生产步骤：钢材预处理、钢材切割加工、零部件装焊、分段制造、总段组合，以及船坞合拢。在这条生产线中，根据平面、曲面等不同的分段类型，实行时间有序，空间分道，逐级装配的生产流程。在这个生产流程中，船体生产工时约占造船总工时的40%～50%，而装配焊接工时占船体建造工时的50%～70%左右。因此实现装焊工作的机械化和自动化，对提高劳动生产率、缩短造船周期、改善产品质量、减轻劳动强度有着十分重要的意义，是新船厂建设和现有船厂技术改造的重点项目之一。配置平面分段流水线，就是实现装焊作业机械化和自动化的一个重要方式。

1平面分段流水线介绍

平面分段流水线是现代船厂实现装焊作业机械化和自动化不可缺少的重要设备，主要用于制作船舶分段中的平行舯段，包括底部、舭部、舷侧、隔舱和甲板分段等[1]。这类分段的基面为平面，且焊缝平行分布，扶强材平行平直分布，适用于连续高效的焊接方法。图1为典型船体区域划分图。

平面分段流水线通常由多个工位组成，一般包括拼板定位工位、板列焊接工位、修补工位、纵骨装配工位、纵骨焊接工位、缓冲横移工位、肋板装配工位等预舾装工位。图2为典型平面分段流水线工位布置图。

板列焊接工位是平面分段流水线的关键工位，接受来自第一个工位(拼板定位工位)的板列，进行板列钢板之间板缝的对接焊。板缝的对接有两种方法，一种是采用单面焊双面成型，另一种是双面焊。采用单面焊抑或双面焊，造船界存在着不同的见解和实践[2]。

图1　船体区域划分图

图2　平面分段流水线工位布置图

2拼板焊接型式介绍

平面分段流水线按拼板型式一般可分为单面焊(FCB)型和双面焊型。目前日本船厂主要采用单面焊型平面线，韩国船厂主要采用双面焊型平面线；我国船厂多数采用单面焊型平面线，近年来也有部分船厂开始应用双面焊型平面线[3]。

(1) 双面埋弧自动焊工艺

双面埋弧自动焊，是电弧在焊剂层下燃烧，用机械自动引燃电弧并进行控制，自动完成送丝和电弧移动，在一面完成焊接后，需要将工件翻身在背面再次用同样的工序施焊。

(2) FCB单面埋弧自动焊工艺

FCB单面埋弧自动焊是在一定的板厚、坡口和间隙下，采用适当的衬垫实现单面焊接双面一次成型的焊接方法，如图3所示。目前，各大船厂平面分段流水线中普遍采用的焊剂紫铜衬垫。它是将焊剂均匀散布在短条状紫铜衬垫板上，利用空气管压力，将其与焊接钢板反面贴紧，采用正面单次焊接，使得两面焊缝成型[4]。

图3　FCB单面埋弧自动焊

3两种类型焊接类型平面分段流水线对比

鉴于该设备投资大，且对船厂生产效率有较大影响，本文以某船厂平面分段车间工程设计为例，从几个方面对这两种类型的流水线进行分析比较，供船厂规划建设参考。

3.1工位布置对比

某船厂规划的平面分段车间布置图,如图4所示(配置双面焊型平面线2条)。

图4　双面焊型平面分段流水线布置图及厂房立面图

工位编号的说明：

(A) 拼板定位焊；

(B) FCB；

(C) 划线、修补、缓冲(设地坑)；

(D) 纵骨安装；

(E) 纵骨焊接；

(F) 缓冲(横移)；

(G) 纵桁、肋板安装(按节拍要求可布置多个工位及分线)；

(H) 纵桁、肋板焊接(按节拍要求可布置多个工位及分线)；

(I) 预舾装；

(J) 顶升、运出。

如将平面线改为单面焊型布置，具体如图5所示。

图5　单面焊型平面分段流水线布置图及厂房立面图

工位编号的说明：

(a) 拼板定位焊；

(b) 正面焊接；

(c) 板列翻身；

(d) 反面焊接；

(e) 划线、缓冲；

(f) 纵骨安装；

(g) 纵骨焊接；

(h) 缓冲(横移)；

(i) 纵桁、肋板安装(按节拍要求可布置多个工位及分线)；

(j) 纵桁、肋板焊接(按节拍要求可布置多个工位及分线)；

(k) 预舾装；

(l) 顶升、运出。

与FCB型流水线相比，增加了2个工位，车间长度也相应增加。

3.2拼板焊接特点对比

拼板焊接特点对比如表1所示。

表1 　拼板焊接特点对比

3.3生产效率对比

对两种平面分段流水线的生产节拍进行分析(单面焊和双面焊的相关数据分别来自于日本和韩国的设备厂商)。

该平面分段车间生产能力要求：

(1) 典型产品(平面片体)主要数据。

钢板尺度： 25 m×5 m；

片体尺度： 25 m×25 m(5块板)；

纵骨数量： 20根；

纵桁数量： 8道；

肋板数量： 50块。

(2) 生产能力。

日产9.9个片体，其中约1/3为内底片体须安装纵桁、肋板，约1/3为外底片体，另外约1/3片体在安装纵骨后运出至曲面分段车间。

配置2条平面分段流水线，2条线前段相同，1条线后段为内底片体装焊，另1条线后段为双壳分段装焊。本文仅对后段为内底片体装焊的流水线进行研究分析。

3.3.1FCB型平面分段流水线

(1) 工位设置。

详见3.1节。

(2) 各工位节拍。

各工位节拍如表2所示。

表2　FCB型平面分段流水线工位节拍介绍

续表2　FCB型平面分段流水线工位节拍介绍

(3) 有关节拍分析。

项目纲领要求：日产9.9个片体，其中约1/3为内底片体须安装纵桁、肋板，约1/3为外底片体，另外约1/3片体在安装纵骨后运出至曲面分段车间。按此要求，流水线前段(1～5工位)与后段(7～10工位)节拍时间的合理比例应为1∶1.5。只有比例为1∶1.5时，前段、后段才能相互协调，流水线按稳定的节拍流动，成为名副其实的流水线。

通过以上内容分析，并对照上表，后段节拍为300 min，生产3.3个内底片体需要1 000 min(16.7 h)作业时间；与之对应的前段节拍为200 min，同样的作业时间内每条线可生产5个片体，2条线可生产10个片体，可满足纲领要求。

实际上前段的节拍可控制在150 min(纵骨安装175 min可考虑借用划线工位的时间)，则前段在1 000 min的作业时间内可生产6.7个片体。这说明前段能力有富余，如后段节拍时间能缩短(提高效率或增加工位)则产能可增加。

3.3.2双面焊型平面分段流水线

(1) 工位设置。

详见3.1节。

(2) 各工位节拍。

各工位节拍如表3所示。

表3　双面焊型平面分段流水线工位节拍介绍

续表3　双面焊型平面分段流水线工位节拍介绍

除正面焊接、板列翻身、反面焊接外，各工位配置相同，节拍也相同。

(3) 有关节拍分析。

同FCB型平面分段流水线节拍分析，后段节拍为300 min，生产3.3个内底片体需要1 000 min(16.7 h)作业时间；与之对应的前段节拍为200 min，同样的作业时间内每条线可生产5个片体，2条线可生产10个片体，可满足纲领要求。

由3.3.1节、3.3.2节的两张表可看出，双面焊与FCB相比，在增加了2个工位的情况下，拼板焊接的节拍时间由134 min缩短为100 min，提高了约1/4的效率。但在其他工位配置相同的情况下，该效率无法体现。如要使流水线前段节拍时间达到100 min，除翻身和反面焊接工位外，至少还要增加半个拼板定位焊工位和1个纵骨安装工位(与划线共用)。增加这些工位后，前段的能力可达到1 000 min时间内生产10个片体，1条线即可满足纲领要求。

3.4经济性对比

3.4.1设备投资

在其他工位相同的情况下，双面焊相比FCB：

增加2个工位，输送辊道长度增加，价格增加；

增一个专用板列翻身起重机，价格增加；

FCB焊接门架及反面衬垫系统复杂，价格较贵；双面焊不要反面衬垫，门架也较简单，但数量比FCB增加一倍，价格接近；

按此分析，双面焊型设备本身价格与FCB型基本相当(2 500万美元/2套)，但要多一台150 t起重机(470万元)，设备投资增加约3%。

3.4.2土建投资

双面焊型流水线厂房(同本次初步设计)尺度为504 m×39 m×2(跨车间)，含2个36 m长度的翻身区域。

FCB型流水线厂房尺度为459 m×39 m×2(跨车间)，含1个36 m长度的翻身区域(相比双面焊少了一个板列翻身区36 m)。双面焊多2个工位，厂房长度增加约45 m，造价增加；

双面焊为板列翻身须将厂房局部升高(轨高33 m)，并配置大型起重机(150 t)，造价增加；

双面焊不须设置反面检查地坑(25 m×22 m×2 m深)，造价减少；

如选用双面焊型流水线项目，平面分段车间尺度为504 m×39 m×2(跨车间)，轴线面积39 312 m2，土建投资约1.3亿(含建筑、结构)。

如选用FCB型流水线，车间尺度为459 m×39 m×2(跨车间)，轴线面积35 802 m2，土建投资约1.07亿(含建筑、结构)。

故土建方面，FCB型流水线相比双面焊型流水线，投资减少约18%，面积减少约9%。

3.4.3运行成本

FCB反面焊剂必须从日本进口，价格相当昂贵。

其他各类材料及电、气消耗比较接近。

FCB法会产生终端裂纹及反面缺陷，需要消耗人力、物力进行检查、修补。

运行成本方面双面焊型有明显优势。

4结束语

通过对比，双面焊型流水线在焊接的效率和质量上具有相当的优势，运行成本也较为低廉，但厂房结构设计复杂，初期投资要明显高于单面焊型流水线。

单面焊型流水线无法避免终端裂纹及反面缺陷(可修补)，运行成本较高，但初期投资省，并且占地面积小，亦有可取之处。

两种形式各有优缺点，很难说哪一种占有绝对优势，如何取舍应结合项目的投资、场地、焊接要求、生产成本等多方面因素进行具体分析。

参考文献

[1]陈彬.造船成组技术[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2007.

[2]李宁.如何提高FCB法平面分段的生产效率及质量[J].现代焊接工程，2005(10)：26-29.

[3]吴敢生.埋弧自动焊(实用焊接技术丛书)[M].沈阳：辽宁科技出版社，2007.

[4]田中和雄.FCB及FR单面埋弧焊接法[J].造船技术，1994(3)：31-36.

中图分类号U671

文献标志码A

作者简介：俞凌云(1974-)，男，高级工程师，从事船舶及海洋工程企业工艺设计工作。