為中國船舶焊接技術的創新發展而給力

上海船舶工藝研究所（200032）陳家本

一、簡要回顧近二十多年的歷程

眾所周知，船舶焊接技術是我國船舶工業發展中的重要技術之一。船舶工業高效焊接技術指導組在1986年誕生至今已二十多年，經歷過這不平凡的二十多年，國際上造船市場出現了一輪百年不遇的高度興旺期。我國船舶工業在科學發展觀的指引下，抓住了機遇，實現了跨越式發展，使我國一躍成為了世界第一造船大國，這其中也有船舶工業高效焊接技術指導組及一大批忠心于船舶焊接技術進步的老、中、青三代人所做出的卓越貢獻，實現了幾代中國造船人的夙愿。值得所有中國造船人的驕傲和自豪，這一點已是毋庸置疑了。

然而，隨著國際金融危機的爆發和蔓延，又出現了滑山坡的現象，又將我國船舶市場打入令人窒息的低迷狀態，使我國船舶工業面臨著進入新世紀以來最困難的局面。后危機時代，全球船舶工業發展已進入創新密集和產業結構加速調整的時代，如今我國船舶工業正處于機遇與轉型重合階段，又面臨著成長中的糾結，短期困難與長期矛盾相交織。誠然，中國船舶焊接技術也伴隨著我國船舶工業的大發展，呈現了規模化、半自動化、自動化的焊接新氣象，并以“崢嶸頭角滄波里，不得風云志不休”的精神，大力推廣與應用各類高效焊接新技術，使船舶焊接半自動化、自動化率平均達到60%以上，尤其是半自動CO2氣體保護焊已占據了船舶焊接技術的大半江山。如今，已取得人均焊接材料日消耗量達到20～30kg以上的可喜成績。

在這樣的形勢下船舶焊接技術仍然要不斷進取，要解放思想、放開眼界，突破傳統思維模式，切實轉變發展觀念，調整發展戰略，使船舶焊接向自動化、智能化、數字化、節能、綠色環保的方向發展；提高船舶焊接的質量、效率和降本增效。這兩大戰略目標將作為船舶焊接人士的終身遠大夢想。

二、目前我國船舶焊接技術的狀況

1.焊接技術新的工藝、材料、裝備不斷涌現

隨著我國船舶工業技術的更新改造以及新建的一批大型骨干船廠，使得一些船舶焊接技術的新工藝、新材料、新裝備不斷涌現。如大型平面分段建造流水線上的多絲埋弧單面焊工藝與裝備、多電極龍骨自動角焊工藝與裝備、自動角焊工藝與裝備、大合攏垂直氣電自動焊工藝和裝備、橫向氣電自動焊工藝和裝備、船臺甲板對接單面雙絲MAG焊工藝和裝備、垂直氣電自動立角焊工藝和裝備，同時船舶焊接藥芯焊絲的應用率已占絕對的地位。總之，這些新工藝、新材料、新裝備的成功應用，為船舶工業的發展做出了重大貢獻。

2.船舶焊接效率、質量狀況的變化

由于我國船舶工業經過長期的以船舶高效焊接技術指導組為核心，積極推廣與應用高效焊接技術，因此使船舶焊接效率、質量呈現大幅度的提高，目前船舶焊接效率為20世紀90年代初的5～6倍以上，船舶焊接質量達到了一次合格率92%以上。由于這些效率與質量的提高，從而為船舶工業的創收利潤做出了卓越的貢獻。

3.船舶焊接技術人員素質狀況的變化

由于我國船舶工業人力資源對焊接人才的需要跟不上船舶產品建造發展的需求，曾出現過因焊接人才不足而造成船舶建造中的大量焊接技術問題，影響到船舶的出口和國際的信譽。同時船舶焊工的素質仍然提高不快，這主要是因為勞務工的流動頻繁，熟練焊工在船廠中的比例低于10%。

三、目前船舶焊接技術中存在的主要問題及需解決的一些建議

1.目前船舶焊接材料中高性能、高質量的焊材，在品種和數量上的不足

由于船舶產品的不斷更新，出現了一批高新產品的船舶，如大型集裝箱船、LPG船、LNG船、化學品船、大型破冰船等特種船舶。出現了一些新鋼種、新結構、新焊接技術、新焊接標準等要求，為此需要選用一些高性能、高質量的焊接材料，而這些材料又往往在國內還不能自己生產，即使有國內產品可以選用，但仍然在品種和數量上不能滿足船舶生產的實際需要。

2.焊接設備的自動化、智能化、柔性化不足

雖然目前大多數船廠都已有了不同程度的機械化、自動化焊接技術及設備，但大多數僅只能單一地執行自己所規定的焊接任務。由于焊接自動化程度、智能化程度、柔性化程度明顯不足，所以常常會造成設備利用率低，維修成本居高不下的問題。

3.船舶焊接人員數量、素質的不足

據有關數據報道，我國船企高技能人才方面的“用工荒”尤為突出，特別是在造船生產主力軍的勞務工當中，高級工的比例往往不到10%，不少企業甚至低于5%。隨著我國勞動用工成本的攀升，船舶企業采用自動化的焊接設備是大勢所趨，未來造船企業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產品質量來贏得市場。

又據資料報道，世界上一些發達國家把機器人焊接技術放在科技發展戰略中最優先的地位，如日本、韓國的一些船企在船舶建造中，在發展、研制及應用焊接機器人方面尤為突出。自1970年開始在船舶行業中推出首臺焊接機器人以來到20世紀末，日本的多家大型船企已批量應用焊接機器人，造船焊接機器人應用比例達16%，其中小合攏焊接機器人又占24.6%，船體平行腫體建造中的焊接機器人已達14.5%。自2001年以來，特別是前幾年全球造船高峰期，我國造船業勞動力成本日趨高漲，但在目前船市低谷的時期，確又難以降低勞動力成本，已成為制約我國船企進一步做大做強的重要因素之一。

4.船舶高端焊接技術研發、創新能力的不足

近幾年來，隨著高新船舶產品的大量建造，又遇到了不少焊接新問題，其中高端焊接技術如：低合金高強鋼焊接、低溫鋼焊接、低磁鋼焊接、耐蝕鋼焊接、超低碳不銹鋼焊接、雙相不銹鋼焊接、復合鋼焊接、激光焊接、激光復合焊接、攪拌摩擦焊接，以及各種類型功能的弧焊機器人焊接、焊接信息化、智能化、自動化控制等顯得焊接技術的研發與創新能力不足，從而造成了大量焊接材料、設備及專用軟件依靠進口，花費了大量的外匯。

5.解決上述問題的一些建議

要解決上述問題，筆者僅以個人的名義提出如下建議，僅供參考與指正。

（1）堅持以創新驅動為核心，全面推廣與應用高效焊接新技術 目前出現的一些先進、高效、高質、低成本的焊接技術望大力推廣與應用，尤其在焊接工藝性能方面，一是可采用更新的控制技術，提高傳統單絲焊接工藝的生產效率；二是采用復合電弧焊接方法，利用優勢互補提高焊接效率。

復合電弧焊接方法有：①在單絲高效焊接工藝中，有代表性的一種稱為pules speed，與常規脈沖焊接工藝不同之處在于其過渡原則不是常規的一個脈沖過渡一個熔滴，而是一個脈沖過渡一串熔滴，而且熔滴過渡非常連續，所以弧長波動較小，熔池穩定，可以提高焊接速度。②Rapid weld焊接工藝，其特點是電弧非常集中，挺度較好，適合不等厚度焊接在一起，而且熔深較大、焊接速度較高。③Rapid X焊接工藝，可以提高焊接速度40%以上。④Force Arc焊接工藝，可以在較低的電壓下保持焊接弧長的穩定，所以電弧對熔池的挖掘作用很強，與常規焊接工藝相比，電弧很穩定，可以實現中厚板單面焊背面自由成形，又由于該工藝最大焊絲伸出長度長于傳統焊接設備，所以可以選擇更小的坡口角度，減少焊縫金屬填充量，并提高焊接質量和焊接效率。⑤對于復合電弧焊接工藝，具有代表性的有一種稱為激光和電弧復合焊接，這種工藝雖然設備費用非常昂貴，但由于其功率密度可控范圍寬、焊接速度快，幾乎能適用于所有焊接材料等優點而受到很多企業鐘愛，因此已發展成具有各自特色的成套系列焊接工藝裝備。⑥Hot wire tandem雙絲高效焊接工藝，該工藝是第一根焊絲采用脈沖焊接工藝，第二根焊絲流過電流約300A，但是焊絲和熔池直接接觸，沒有電弧出現，該工藝相當于熱絲MIG焊，這樣熔敷效率可以大大提高，但與常規雙絲焊相比，焊接熱輸入只有原來一半左右，可大大降低焊接變形和提高接頭的性能。⑦Super-MIG即用等離子電弧復合焊，該工藝結合等離子小孔法焊接的熔透優勢，可以有效地提高焊接速度。

除了上述一些新出現的焊接新工藝，造船焊接中已應用多年的多絲埋弧焊仍然是船舶建造中的中厚板高效焊接技術的重要手段，但該技術還有待于在實踐中不斷改進和提高，如使用的焊接電源，如何用交流與直流的配合方法來抑制電弧間的干涉現象以及使用藥芯焊絲與埋弧焊焊絲、焊劑混合焊接工藝等。此外，焊接電弧控制方面，要朝著精細化方向發展，因為沒有一種焊接工藝是全能的，也沒有一種電弧控制方法是全能的，因此在不同的應用場合，電弧應該有不同的特點，控制它達到精細化。隨著數字控制技術的不斷成熟，已出現不少電弧控制新方法、新概念。如出現了被稱為 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等不同的焊接工藝，都是借助于焊接電弧精細化控制，同時只有在非常深刻理解焊接工藝要求的基礎上才能實現上述不同焊接技術。

（2）緊密與現代造船模式相結合，開展具有各船企自主特色的現代化焊接新技術 隨著現代造船模式的進一步深化，必然會帶動船舶焊接技術的進步，但是各個船企具有其不同的建造船舶的工藝技術和環境及不同的裝備等，因此就需要我們開展具有各船企自主特色的現代化焊接新技術的應用。

筆者認為，今后在船舶建造中主要有以下方面要突破：①要加快推廣新一代船體零件下料、切割。其中數控激光切割一次成形的精度和效率為最高，板材的利用率可達98%以上。②小合攏組件焊接機器人要自動組裝、焊接，達到精密構件要求并在作業區實現無人化。③大型拼板要自動組裝、焊接，達到分段裝焊精密構件要求。④大型拼板、肋骨、桁材要自動組裝、焊接，達到分段結構精密構件要求并要在作業區實現無人化。⑤大型曲面構件要數控自動肋骨冷彎和焊接。⑥平面分段部件要焊接機器人焊接，在作業區實現無人化。⑦平直舯體分段部件、雙層底井字結構要智能型機器人焊接。⑧曲面分段部件要智能型焊接機器人焊接。⑨總段大合攏垂直、橫向焊縫要自動機器人焊接。⑩管-管、管-板、管-彎頭和管-法蘭裝焊要機器人焊接。

若上述十大關鍵制造節點能逐步實現自動化和機器人焊接，將會進一步提高造船產量和質量、降低建造成本、縮短造船周期，實現船舶建造技術的重大突破。為此，要結合我國造船業和焊接產業發展的實際情況，采用以企業為主導的產、學、研聯合攻關的方式。實現具有各船企自主創新特色的焊接新工藝及焊接機器人化的宏偉目標。

（3）加強對焊接人才培訓及考核 在高效、自動化、智能化焊接設備發展的形勢下，焊接的操作者趨于簡單化、智能化、淡化操作技能，但是焊接操作者的素質、能力等作用仍不可忽視。在影響工件焊接質量的技術因素和人為因素中，人為因素中的焊工操作技能和職業道德要經過培訓考核而獲得。由于人員因所受教育的經歷、知識結構和人員自身接受知識面能力的差異而不同，故操作者的職業道德是要求從事相關焊接的焊工應遵守本行業的法律、規章制度和工藝技術文件，不得違章作業，也不能按個人的經驗喜好、感覺和習慣來選擇焊接參數，更不能為了追求作業產量而忽視焊接質量，不按焊接工藝作業指導書進行焊接。在有特殊要求的領域中，國家對于焊接操作者還有特殊的要求。因此必須提高焊接操作者的技能和職業道德，并經考核合格獲得相應的焊接證書，才能持證上崗。

另外，要大力培養焊接技術研究人才，重點要培養焊接技術應用、管理人才，不斷充實企業焊接人才隊伍，體現出所有生產要素中人是最重要因素的特點。此外，先進的焊接工藝方法和高素質的焊接人員還離不開先進的焊接管理方法，目前國際上流行著一種先進的焊接管理理念被稱為“全面焊接管理”，這一概念又被稱為巴克霍夫方法。他是將焊接技術和成熟的管理原理結合起來，在過去的三十多年中已被廣泛地應用于美國和加拿大等國的各個工業領域以焊接為核心工藝的工程制造中。這套系統方法，包括焊接評價、改進、控制和持續保證等各個制造階段，從焊接設計到焊接工藝的制定再到焊接部件的生產和質量保障，進行全方位的焊接管理。面對產品更新換代加快和質量標準越來越高的情況下，特別是成本不斷增高、競爭加劇，迫使企業經營者在提供更有價值產品的同時，千方百計地尋找機會降低成本。最終的目的是按量、按交貨期生產出的產品質量無瑕疵，并且成本最佳。該套方法的靈活運用會實現貨真價實的高效焊接。

四、為船舶焊接技術創新發展而給力

1.在爭創船舶市場中，要為優先發展船舶焊接技術創新而給力

由于在船體建造中，焊接工時占總工時的30%～40%，焊接成本占船體建造成本的30%～50%，所以在爭創船舶市場中，要優先發展船舶焊接技術創新，要致力于“優質、高效、節能、降耗”為基本特征的自動化、智能化焊接模式。創新是光，它會照亮企業自身的光芒，也將為我國成為世界造船強國之夢而給力。

2.希望政府及有關部門要為船舶焊接技術進步而給力

雖然我國政府已制定了“國家中長期科學和技術發展規劃綱要”，國務院也發布了“關于加快振興裝備制造業的若干意見”等政策性文件，給船舶企業帶來了希望和方向，但在具體落實中仍然要不斷地需要政府及有關部門指導和支持，尤其是船舶焊接技術發展中所出現的一些新問題，如船舶焊接工程與生態環境；船舶焊接工程招投標與焊接用工制度等深層次的問題，仍要政府及有關部門為船舶焊接技術進步實施而給力。

3.要與“產、學、研、用”緊密相結合，為建立誠信、雙贏的焊接產業鏈快速成效發展而給力

企業應當立足于自身發展，但也要與“產、學、研、用”緊密相結合，為建立誠信、雙贏的焊接產業鏈快速成效發展而給力。

船舶企業要從技術上引進或研究相關的船舶高效焊接技術發展動態，或從基礎上吸收及合作研發原創性的船舶高效焊接技術，形成長效機制，才能在船舶高效焊接技術領域中處于市場領先地位。

企業應當為此建立快速響應市場的綠色敏捷制造模式，這是未來實現更加高效焊接生產的根本方向。

五、結語

如今，我們正處于民族偉大復興的歷史關口，中國夢要靠全民族共同奮斗來實現。我們為了實現從造船大國逐步走向造船強國的遠大夢想，作為每一名船舶焊接工作者更要團結一致、凝心聚力，以創新驅動為核心，艱苦奮斗在不同的崗位上，也許我們中的一些為船舶高效焊接技術進步埋頭苦干者，清平一世，名不彰顯，但歷史會記住他們的。最終中國船舶焊接技術的遠大夢想一定會實現！