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      船舶鋼板焊接新技術的發(fā)展現(xiàn)狀

      2020-11-28 20:08:49
      艦船科學技術 2020年4期
      關鍵詞:電子束造船鋼板

      陳 和

      (江龍船艇科技股份有限公司,廣東 中山528462)

      0 引言

      在科學技術體系不斷完善的背景下,船舶生產(chǎn)速度、生產(chǎn)質量也得到了大幅度提升。在船舶生產(chǎn)過程中,鋼板焊接一直都屬于非常重要的應用環(huán)節(jié)。在船舶規(guī)模不斷擴大的背景下,傳統(tǒng)焊接技術很難滿足實際施工質量要求。將鋼板焊接新技術應用到船舶生產(chǎn)過程中,對于加快船舶焊接速度、延長結構使用壽命有著積極意義。

      1 船舶鋼板焊接新技術的基本內容

      在船舶鋼板焊接過程中,新技術的應用可以提升焊接效率和焊接質量,這樣可以縮減船舶結構的生產(chǎn)周期,降低船舶結構的生產(chǎn)成本,同時也為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。現(xiàn)階段,結合以往的焊接經(jīng)驗、科學擬定船舶鋼板焊接驗收標準和相應的指導標準,這也是技術下階段發(fā)展中的重要參考。在實際應用過程中,技術應用內容包括:①分段制作,船舶結構體積較大,直接生產(chǎn)難度較大,并且在后期進行維修時復雜程度較大,對此在實際應用中,都會選擇分段制作,內容包括船舶平面制作和船舶曲面分段制作兩部分內容。②數(shù)控切割下料,借助自動化技術完成數(shù)據(jù)分析后,確定最為恰當?shù)姆侄纬叽?,隨后借助精密儀器對結構進行切割,為后續(xù)拼接過程的順利推進奠定基礎。③分段進行合攏,在該環(huán)節(jié)處理過程中,可以選擇電子束焊接技術、激光焊接技術、攪拌摩擦焊接技術等來完成分段結構的合攏工作,從而提高分段合攏時的操作質量,提高整個生產(chǎn)過程的應用質量[1]。

      2 船舶鋼板焊接新技術的發(fā)展現(xiàn)狀

      受到20 世紀中末期 2 次造船危機的影響,世界造船行業(yè)的總格局發(fā)生了很大變化,其中中國、日本、韓國等國家的造船技術迅速發(fā)展,世界造船中心也從歐洲轉移到了東亞。目前東亞地區(qū)承包了世界 80%左右的造船總量。隨著我國船舶制造技術的不斷提高,我國造船能力和市場份額都有了明顯增長,并且成為推動世界造船格局變化的重要力量。地方和中外合資或外方獨資是我國船舶制造行業(yè)發(fā)展的特點,隨著造船企業(yè)的迅猛發(fā)展,我國造船能力也有了很大提升。改革開放以來,我國造船技術水平、造船類型和制造質量有了很大進步,具有一定的國家競爭力。而船舶鋼板焊接新技術作為船舶制造的關鍵技術,其長遠發(fā)展在很大程度上起到了推動作用,為船舶企業(yè)取得了較好的經(jīng)濟效益。但是由于我國科學技術水平同發(fā)達國家還有一定的差距,因此船舶焊接技術的發(fā)展也受到一定的阻礙,需要相關人員不斷努力,排除外部因素和內部因素的影響,才能促進船舶焊接新技術的不斷發(fā)展,促進我國船舶制造水平的不斷提高[2]。

      3 船舶鋼板焊接新技術的具體應用

      3.1 電子束焊接技術

      1)應用原理:在船舶鋼板焊接新技術體系中,電子束焊接技術在德國取得了非常好的應用發(fā)展,并且在具體應用中,該技術已經(jīng)基本實現(xiàn)自動化,能夠成熟地應用到工業(yè)生產(chǎn)過程中。該技術在實際應用過程中,其作用原理為按照既定要求將待焊接的鋼板結構進行預拼接,確定沒有問題之后,利用電子束焊接設備對準焊縫。啟動設備后,裝置會對外釋放出高速電子,高速電子會轟擊鋼結構表面,釋放出巨大熱量,這股熱量可以達到融化鋼件的條件,鋼結構在融化過程中會重新熔合在一起,形成一個整體,從而達到熔合的目的[3]。

      2)應用優(yōu)勢:①工作效率高,在上文中已經(jīng)提到,電子束焊接技術的工作原理是借助集中電子束來加熱鋼材,使其熔化在一起。對于一些熔點較高的材料,如鎢、鉬、厚度較大的鋼件等,都可以在電子束先順利熔化,這也在很大程度上加快了焊接速度,提高了工作效率。②焊接后的形變量較低,在結構焊接過程中,鋼板受熱區(qū)比較集中,對于周圍區(qū)域影響性較低,從而形成窄而深的焊接縫,降低了構件的形變量。③技術的適用性比較強,該技術可以進行多種類型應用材料的焊接工作,包括陶瓷材料、石英玻璃材料、熱敏材料、熔點高非金屬材料等,而且結構焊接縫隙非常小,也可以用于細小零件的焊接工作。④可以在真空環(huán)境中工作,這樣可以減少空氣進入到焊接材料中,提高了焊接后材料的使用壽命[4]。

      3.2 激光焊接技術

      1)工作原理:在船舶鋼板焊接新技術體系中,激光焊接技術也屬于目前常用的焊接技術,在許多工業(yè)領域中都得到了很好的應用。該技術在實際應用過程中,其作用原理為按照既定要求將待焊接的鋼板結構進行預拼接,確定沒有問題之后,利用激光焊接設備對準焊縫。啟動設備后,裝置會對外釋放出激光輻射,激光所產(chǎn)生的熱輻射非常大,這股熱輻射可以達到融化鋼件的條件,鋼結構在融化的過程中會重新熔合在一起,形成一個整體,從而達到熔合的目的。相比于電子束焊接技術,激光焊接技術所形成的焊縫寬度更小,成品質量也越好。

      2)應用途徑:在激光焊接技術應用過程中,經(jīng)常使用到傳導焊接和小孔焊接2 種方式。前者在焊接過程中,所處的空間相對密閉,焊池表面和焊縫都處于封閉狀態(tài),這樣在焊接過程中,結構不易受到外界環(huán)境影響,可以起到延長結構使用壽命的作用。后者在應用過程中,所產(chǎn)生的熔池會在高度集中激光束的作用下,將鋼板結構快速穿透,形成小孔洞,并且在焊劑流動的情況下,孔洞也會不斷縮小直到處于封閉狀態(tài)。因為所處的空間與環(huán)境關聯(lián)在一起,因此會增加氣孔出現(xiàn)幾率,影響焊接效果。

      3.3 攪拌摩擦焊接技術

      1)工作原理:除了上述2 種焊接新技術外,在鋼板焊接新技術中,攪拌摩擦焊接技術也屬于常用的焊接技術類型。該技術的應用原理為按照既定要求將待焊接的鋼板結構進行預拼接,確定沒有問題之后,設備上的攪拌針會與轉動軸關聯(lián)在一起,攪拌針會插入到焊接部件的縫隙當中進行摩擦,此過程產(chǎn)生的熱量會傳導至焊縫工件表面,在表面溫度逐漸上升到可塑性的狀態(tài)時,此時繼續(xù)進行焊縫攪拌時,會在結構內部形成一個旋轉腔,已經(jīng)產(chǎn)生的熱塑性液態(tài)金屬會向著攪拌針移動的方向進行流動,這樣在焊縫冷卻之后,可以形成質地緊密,并且連續(xù)性強的焊縫結構。

      2)應用優(yōu)勢:首先,利用該技術完成的焊縫結構,其整體質量較高,在焊接工件的過程中,所選擇的焊接方式主要以固態(tài)連接方式為主,這樣所形成的焊縫不會存在焊接缺陷,而且結構整體性較強,對于船舶鋼件此類大構件焊接有著非常高的應用優(yōu)勢。其次,焊接后的形變量較低,在結構焊接過程中,鋼板受熱區(qū)比較集中,而且對于周圍區(qū)域影響性較低,從而形成窄而深的焊接縫,降低了構件的形變量。最后,焊接過程中并不需要使用焊條,而且不需要使用保護氣體來保護整個焊接過程,這樣可以減少焊接過程中的成本支出,為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。

      4 船舶鋼板焊接新技術的發(fā)展趨勢

      在科學技術快速發(fā)展的背景下,焊接技術會向著更高質量、更高工作效率的方向發(fā)展,而且焊接技術的應用領域也會在此基礎上不斷拓寬,從吃水深度較淺的散貨船,再到吃水較深的LNG 船、大型散貨船、集裝箱船,焊接體系的成熟度也會不斷提升。同時在未來技術發(fā)展過程中,還會趨向于智能化發(fā)展模式,以智能化機械設備取代人工焊接,使得焊接過程的安全性逐步提高,并且可以解放更多的勞動力加入到其他活動中。另外,焊接材料的多樣性也會不斷提升,這也增加了選擇空間,減少了焊接成本支出。

      5 結語

      在船舶鋼件焊接過程中,應用新技術可以加快焊接過程的推進速度,提高最終的焊接效果。通過梳理新技術的具體應用流程,明確技術應用過程中需要重點關注的問題,對于提高船舶生產(chǎn)質量,延長船舶結構使用壽命有著積極作用。

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