FAB單面埋弧焊焊接技術(shù)的應(yīng)用

馮朝聞，李 鵬，鐘克焱，李德堂

（1.金海重工股份有限公司，浙江舟山 316200；2.浙江海洋學(xué)院船舶與海洋工程學(xué)院，浙江舟山 316000）

0 前言

船舶焊接技術(shù)是船舶工業(yè)的主要關(guān)鍵技術(shù)之一[1]。中國從上世紀后期開始學(xué)習(xí)日韓造船企業(yè)，走上了造船現(xiàn)代化改造之路。中國船舶工業(yè)研究所也一直致力于推廣高效焊接技術(shù)，各大船廠基本上全部實現(xiàn)了CO2氣保焊替代手工電弧焊，而埋弧焊、自動角焊機、垂直氣電焊、多頭縱骨焊等一系列高效焊接方法也得到了廣泛應(yīng)用。各大船廠也幾乎全部引進了平面分段流水線，大大提高了焊接效率，縮短船舶建造周期，提高船舶建造的經(jīng)濟效益。

中國船舶工業(yè)有一項指標，是焊接自動化、半自動化率，由于CO2氣保焊的普及，這一數(shù)據(jù)在各大船廠基本都在90%以上，然而這項指標已經(jīng)不適合衡量船廠的焊接機械化程度。CO2氣保焊作為一種半自動手工焊，相比其它的自動焊接方法，效率明顯偏低，人員操作水平要求偏高，依舊屬于船廠占比最高的電焊工種。而隨著近些年中國經(jīng)濟的發(fā)展，以及造船行情波動的影響，氣保焊的焊工日益緊俏，不少船廠都面臨招工難的局面。造船業(yè)作為勞動密集型產(chǎn)業(yè)，面臨嚴峻考驗。造船業(yè)需要二次現(xiàn)代化改革。

2014年，日本神鋼集團統(tǒng)計了其造船產(chǎn)業(yè)的機械化、自動化程度，平均約50%，VLCC約達60%。中國造船業(yè)沒有這方面的統(tǒng)計，但排除CO2氣保焊之外，估計這一數(shù)據(jù)在30%左右，這一數(shù)據(jù)還要歸功于平面分段流水線的普及和埋弧焊的應(yīng)用。為繼續(xù)擴大自動化焊接技術(shù)的使用范圍，本文針對FAB焊接方法進行了研究，以擴大曲面分段的自動化焊接程度。

1 可行性分析

FAB法發(fā)明于日本，但我國上世紀主要學(xué)習(xí)引進了日本的平面分段流水線技術(shù)，F(xiàn)AB法關(guān)注不多。但韓國船廠一直致力于發(fā)展埋弧焊技術(shù)，F(xiàn)AB法也在韓國船廠得到廣泛應(yīng)用。韓國在我國的造船企業(yè)FAB法使用很廣泛，我司也專門考察學(xué)習(xí)過 FAB法在船廠的使用情況。

基于我國造船水平的發(fā)展，各大船廠也在逐步推行16米至20米大分段的造船模式，大分段、大版規(guī)減少了分段數(shù)量，將極大縮短船舶建造周期。相對傳統(tǒng)焊接方法制約了效率的提高。而FAB法的推廣，極大程度上減少了這種制約。FAB法在大分段制作上有如下優(yōu)點：

1）適用范圍廣，不局限于平直板架，曲面拼板亦能使用；

2）相比傳統(tǒng)埋弧焊減少了翻身工作，避免了大拼板內(nèi)場作業(yè)翻身高度受限的尷尬局面；

3）單道成型較傳統(tǒng)焊接作業(yè)，效率有顯著提高。

2 試驗分析

為使 FAB法焊接工藝能在船舶建造中得到應(yīng)用，相應(yīng)的焊接工藝必須得到船級社的認可。

2.1 FAB法示意

FAB法單面焊接示意如圖1所示。

FAB襯墊是一種撓性的焊劑石棉軟襯墊。有以下特點：

1）重量較輕，使用方便；

2）襯墊表面有雙面膠帶，與鋼板黏貼緊密；

3）對坡口間隙適應(yīng)性較強，且能適用于帶一定曲度的拼板。

圖1 FAB法焊接示意圖

圖2 FAB法襯墊橫斷面

2.2 FAB法認可試驗

FAB法計劃在入美國船級社的320KVLCC進行推廣使用。焊接試驗計劃書送美國船級社批準后，在驗船師在場的情況下進行正式認可焊接試驗，最后編制正式的焊接試驗報告提交美國船級社。具體試驗過程及結(jié)果如下：

1）試板

級別及厚度：EH32 T=21.5mm；AH36 T=25.5mm；

尺寸：1.5m×3m。

2）試驗參數(shù)

坡口角度：45°；

根部間隙：0mm至3mm；

焊接參數(shù)見表1。

表1 焊接參數(shù)

3）試驗結(jié)果

外部質(zhì)量：正反面成型整齊，外表光滑，MT檢查無表面缺陷；

表2 機械性能試驗數(shù)據(jù)

內(nèi)部質(zhì)量：X光檢測無內(nèi)部缺陷[2]；

機械性能：滿足美國船級社規(guī)范要求，見表2。

2.3 焊接工藝分析

FAB法由于是大線能量單道焊方法，許多因素對焊縫成型及機械性能有很大影響。主要是坡口角度、焊接電流、焊接速度、鐵粉填充量。

1）坡口角度的影響

坡口角度越大，焊縫的寬度和高度變大，需要的填充金屬量越大，從而需要的焊接電流電壓也增大，造成焊接線能量過大。而線能量過大直接影響焊縫的沖擊指標[3]。通過試驗，坡口最佳角度在45°至 50°。

2）焊接電流的影響

焊接電流的增加，使反面焊道的高度和寬度增加，且加大了燒穿風(fēng)險。但電流過小則對于填充鐵粉的熔化有影響，易造成未焊透。一般來說焊接電流在1000A至1050A。

3）焊接速度的影響

焊接速度與焊接電流相匹配，一旦焊接電流及其它因素確定以后就需要焊接速度的調(diào)整來保證反面成型已經(jīng)填充鐵粉的融化率。焊接速度不宜過慢，過慢則造成線能量過大，影響焊縫沖擊指標。

4）鐵粉填充量

鐵粉作為FAB法焊道金屬的主要來源，填充不能過少，過少則導(dǎo)致需要焊絲補充的熔敷金屬量太大，而勢必的增大焊接電流，造成線能量過大。而填充過多，則使焊接電弧不能完全熔化填充鐵粉，造成焊接未熔合。

3 實船使用情況

FAB法焊接試驗通過以后，在320KVLCC得到應(yīng)用，由于是新方法的推廣應(yīng)用，無損檢測的范圍及要求也相應(yīng)進行了提高。

在320KVLCC使用FAB法的分段上，F(xiàn)AB法整體探傷的合格率達到了95%，基本與我司埋弧焊焊接質(zhì)量水平相當。

焊接效率分析，以20m分段為例，傳統(tǒng)埋弧焊焊接時間，以20mm厚板正反焊接5道為例，（焊接速度400mm/分鐘），不計翻身及碳刨時間，需250分鐘，而 FAB法按貼襯墊 1小時計（焊接速度200mm/分鐘），需160分鐘。每條焊縫節(jié)約90分鐘以上。按每分段拼板縫6條至8條，單分段節(jié)約焊接工時10小時以上。極大提高了分段制作效率，縮短了船舶建造周期，使我司船舶建造更具有競爭力。

4 總結(jié)

FAB法在我司VLCC建造上得到了廣泛使用，極大地提高了造船效率。再者，由于中基船業(yè)并未引進平面分段流水線，也解決了大分段拼板內(nèi)場吊機翻身高度不足的問題，節(jié)約了分段翻身的吊運成本。FAB法將繼續(xù)在其它產(chǎn)品推廣使用。

但FAB法國內(nèi)普及程度不高，相應(yīng)的焊接材料依賴進口，從焊接材料成本上制約了該方法的普及，希望國內(nèi)的焊材制造企業(yè)，多實現(xiàn)高效焊接材料的國產(chǎn)化，也使船廠的高效焊接推廣成本更低，且不再受制于人。

[1]鄒家生.造船工業(yè)級焊接技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].現(xiàn)代焊接, 2008(4):1-6.

[2]中華人民共和國船舶行業(yè)標準.船舶鋼焊縫射線照相和超聲波檢查規(guī)則（CB/T 3177-1994）[S].北京:中國標準出版社,1995.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.焊接接頭沖擊試驗方法（GB/T 2650-2008）[S].北京:中國標準出版社,2008.