基于现代造船模式的船体零件

（1）船舶焊接技术

船舶焊接技术是现代造船模式中的关键技术之一。先进的船舶高效焊接技术，在提高船舶建造效率、降低船舶建造成本、提高船舶建造质量等方面具有重要的作用，也是企业提高经济效益的有效途径。先进的船舶高效焊接技术涉及船舶制造中的工艺设计、计算机数控下料、小合拢、中合拢、大合拢、平面分段、曲面分段、平直立体分段、管线法兰焊接、型材部件装焊等工序和工位的焊接工程。

1）船舶焊接方法及设备。

根据我国船舶企业造船模式的现状，可分为三类：

第一类主要是众多的小型造船企业和沙滩船厂，属于整体造船模式。其焊接方法及设备的使用现状为：平板拼接、管道焊接及船体焊接均采用硅整流式变压器手工焊条电弧焊，刚开始应用晶闸管式CO2气体保护焊机。

第二类主要是地方造船厂和规模较大的民营造船厂，其造船模式属于分段造船模式。其焊接方法及设备的使用现状为：平板拼接采用CO2气体保护焊机和晶闸管式埋弧焊机。平角焊、立角焊工艺采用CO2气体保护焊和手工电弧焊。分段焊接亦以CO2气体保护焊和手工电弧焊为主。管道焊接则采用TIG焊、CO2气体保护焊和手工焊条电弧焊。其趋势是向以CO2气体保护焊和焊接过程自动化为主的方向发展。

第三类则是中国船舶工业集团公司和中国船舶重工集团公司下属的大型企业，如外高桥船厂、大连船厂、沪东中华以及南通的中远川崎等，其造船模式已属于分道造船模式，并向更先进的集成造船模式发展。上述企业焊接方法及设备的使用现状为：平板拼接采用CO2气体保护焊和晶闸管式埋弧焊机；平角焊、立角焊工艺基本为CO2气体保护焊；区域连接应用气电立焊工艺；管道焊接为TIG焊和CO2气体保护焊。其船舶焊接基本以CO2气体保护焊和焊接过程自动化为主导，并开始采用机器人焊接。

所谓高效焊接技术是指与常规焊条手工电弧焊相比，熔敷速度高、焊接速度快、操作方便且易于自动焊的焊接工艺方法。其特点是生产效率高、焊接质量好、节约能源和材料、改善劳动条件和保护环境等。对于船舶制造可以大大缩短造船周期、降低造船成本，故对我国造船业来说，船舶焊接方法及设备的整体发展趋势应是向高效焊接工艺及设备发展。目前我国的第三类造船企业中高效焊接技术已占全部焊接工作量的80%，但众多的中小船舶企业则相差很远。船舶高效焊接技术主要有以下几种。

①手工焊：铁粉焊条、重力焊，下向焊。

②气体保护焊：CO2气体保护焊、双丝MAG焊。

③埋弧焊：单丝、多丝埋弧焊，窄间隙埋弧焊。

④单面焊：手工单面焊、CO2气体保护单面焊、埋弧单面焊（FCB、FAB、RF法）。

⑤其他：电渣焊、激光焊、激光电弧复合热源焊、搅拌摩擦焊等。

2）船厂常用的高效焊接技术。

①熔化极活性气体保护焊（MAG）。

MAG焊自20世纪50年代以来得到广泛应用，日本已占70%以上。MAG焊有自动和半自动两种方式。保护气可采用CO2或混合气体，焊材可以是实芯或药芯焊丝，其特点是高效、节能、质量好、成本低、易自动化。

②高效埋弧自动焊。

其中，多丝埋弧焊适用于船体平板拼接；窄间隙埋弧焊一般用于厚板结构（100～200 mm），可比一般埋弧焊提高效率2～4倍，节省填充金属，降低能耗；立板横向埋弧焊主要适于船体侧板组装的焊接；球形及筒形压力容器的横向组装焊缝在工地现场应用较多。

③单面焊双面成型。

单面焊双面成型是在船舶制造中采用最多的高效焊接工艺技术。它按衬垫种类分为铜衬垫、陶瓷衬垫、玻璃纤维及石英砂衬垫以及固化焊剂衬垫。按焊接工艺方法，它又可以分为手工焊条焊、埋弧焊、实芯和药芯的MAG、MIG焊。

最常用的单面焊双面成型主要有焊剂石棉衬垫单面焊（FAB）、热固化焊剂衬垫单面焊（RF）、铜衬垫单面焊FCB法。其中，FAB法（Flux Aided Backing）是利用柔性衬垫材料装在坡口背面一侧，并用铝板和磁性压紧装置将其固定，主要用于曲面钢板的拼接及船台合拢阶段甲板大口的焊接；RF法（Region Flux Backing）采用一种特制的含有热硬化性树脂的衬垫焊剂，在它的下部装有底层焊剂的焊剂袋；FCB法（Flux Copper Backing）是采用焊剂铜衬垫及压缩空气加压，通常用双丝或多丝埋弧焊，第一丝常用直流，其他丝用交流电源。

3）船舶焊接技术的新发展。

经过50多年的发展，我国已经成为世界上的焊接大国和第三造船大国，但远不是一个焊接强国。广大造船焊接科技人员一直致力于造船焊接工艺方法的多样化，目前已有40多种造船焊接工艺方法并获得有关船级社的认可。高效焊接技术除了在散货船、油船、集装箱船等主力船型上应用之外，还在液化天然气船（LNG）、液化石油气船（LPG）、大型散装箱船、海洋浮式生产储油船（FPSO）、超大型油船（VLCC）、滚装船、水翼船等高技术、高附加值船舶上获得广泛应用。

（2）海洋工程平台焊接技术

1）海上桩管环缝焊接。

在海洋固定平台的建造中，一般需要打导管桩；在海底管道系统的施工中，一般需要打平台立管独立桩和登陆立管独立桩；在其他海洋工程建设项目的施工中，也经常需要打独立桩。也就是说，海工建设项目的施工离不开打桩。为了确保工程质量、加快施工速度，必须研究和采用比较先进的海上桩管安装技术。该技术主要包括桩管定位、打桩和焊接技术。

图1-22　CO2自动焊接装置操作室示意图

目前，为了保证焊接质量、提高焊接效率，相关部门研制成功了“桩管横环缝CO2自动焊接装置”，并应用于工程实践，取得了很好的效果。桩管环缝自动焊接装置由焊接电源、焊接小车及轨道、送丝系统、供气系统、控制装置及操作室组成。图1-22为CO2自动焊接装置操作室示意图。

该装置的投入使用，解决了长期以来困扰海上施工的桩管焊接难题，提高了海上施工能力，为海上油田开发建设发挥了积极的作用。海上桩管横环缝自动焊接装置的研制成功使桩管焊接由手工变为自动，焊接速度快、效率高、质量好、使用安全方便，降低了工人的劳动强度，具有显著的经济效益和社会效益。

2）水下焊接技术。

海洋工程平台常年处于水中，常年受海水、风浪的侵蚀作用，一旦出现问题，将会造成财力物力的巨大损失。因此，加强对水下焊接技术的研究和应用，对于海洋事业开发，海底油气开采，让丰富的海洋资源为人类服务，具有重要的现实意义。目前，水下焊接技术已广泛用于海洋工程结构、海底管线、船坞港口设施、江河工程及核电厂维修，成为组装维修大型海洋工程的关键技术之一。

①水下焊接技术分类。

从工作环境上讲，水下焊接技术可以分为湿式水下焊接、干式水下焊接和局部干式水下焊接三类。湿式水下焊接的全过程是在一定压力的水介质中进行的；干式水下焊接是在水下建立一种干燥环境气氛中进行的，它又分为高压焊接与常压焊接两种。各种已被采用的焊接技术都可以用于干式水下焊接，一般MIG和TIG用得比较多，而且取得了良好的效果；局部干式水下焊接是在熔焊区内造成的一种局部干燥环境中进行水下焊接的方法，具有比较理想的发展前途。

②海洋工程深水焊接。

目前海上石油资源开发已基本形成了一个高速高效的发展势态并成为新的经济增长点。国内海洋石油工业的发展方向与世界海洋石油发展的趋势相同，即都是走向深水。海洋石油的一般概念，300m以下叫浅水，300～1 500m之间的范围叫深水，超过1 500m就叫超深水，当然，这只是当今世界开发海上油田能力的反映。国内南海的深水区域拥有丰富的油气资源，中国海洋石油总公司已经向世界公开招标、面积相当于渤海的深水区域的水深是600～2 000m，为了实现深水战略目标，成立了深水工程重点实验室，为走向深水提供技术支持。

干式高压TIG焊接接头质量能够符合美国焊接学会AWS D3．6M：1999等标准的要求，是目前海底管道等重要结构物水下修复普遍采用的焊接方法。挪威STATOIL公司的PRS系统于1994年进行了334m水深的管道焊接获得成功，-30e冲击功达到300J，焊缝显微硬度低于245HV。但是，研究表明，随着环境压力增加，TIG焊电弧稳定性降低，高压TIG焊的工作深度极限大约是500m。

对于500m甚至1 000m深海洋结构物的水下修复，高压MIG焊接与摩擦叠焊（Friction Stitch Welding）是最具备应用前景的两种方法。高压MIG焊接存在的主要问题是在压力环境之下熔滴过渡受阻问题，以英国Cranfield Universtiy为代表的研究单位采用将弧长控制在很短的方案对于工程应用而言局限性很大；20世纪90年代末期以来摩擦叠焊在欧洲得到了很大发展，该技术应用于海洋平台、海底管道修复，要求大刚度并联机器人的支持。实施深水焊接的另一个困难是人类饱和潜水极限深度（650m）的限制，需要开发无潜水员辅助的全自动作业系统。