平面分段流水線兩種拼板焊接形式的對比分析

俞凌云, 邱宇舟

(中船第九設計研究院工程有限公司， 上海 200063)

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平面分段流水線兩種拼板焊接形式的對比分析

俞凌云, 邱宇舟

(中船第九設計研究院工程有限公司， 上海 200063)

摘要平面分段流水線根據拼板方式可分為FCB(單面焊)型和雙面焊型。本文擬從幾個方面對這兩種類型的流水線進行分析比較，為建設單位決策提供依據，對造船企業提高生產效率具有一定的理論意義。

關鍵詞平面分段流水線FCB雙面焊

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

在現代化造船模式中，一條船總裝造船的生產線分為幾個生產步驟：鋼材預處理、鋼材切割加工、零部件裝焊、分段制造、總段組合，以及船塢合攏。在這條生產線中，根據平面、曲面等不同的分段類型，實行時間有序，空間分道，逐級裝配的生產流程。在這個生產流程中，船體生產工時約占造船總工時的40%～50%，而裝配焊接工時占船體建造工時的50%～70%左右。因此實現裝焊工作的機械化和自動化，對提高勞動生產率、縮短造船周期、改善產品質量、減輕勞動強度有著十分重要的意義，是新船廠建設和現有船廠技術改造的重點項目之一。配置平面分段流水線，就是實現裝焊作業機械化和自動化的一個重要方式。

1平面分段流水線介紹

平面分段流水線是現代船廠實現裝焊作業機械化和自動化不可缺少的重要設備，主要用于制作船舶分段中的平行舯段，包括底部、舭部、舷側、隔艙和甲板分段等[1]。這類分段的基面為平面，且焊縫平行分布，扶強材平行平直分布，適用于連續高效的焊接方法。圖1為典型船體區域劃分圖。

平面分段流水線通常由多個工位組成，一般包括拼板定位工位、板列焊接工位、修補工位、縱骨裝配工位、縱骨焊接工位、緩沖橫移工位、肋板裝配工位等預舾裝工位。圖2為典型平面分段流水線工位布置圖。

板列焊接工位是平面分段流水線的關鍵工位，接受來自第一個工位(拼板定位工位)的板列，進行板列鋼板之間板縫的對接焊。板縫的對接有兩種方法，一種是采用單面焊雙面成型，另一種是雙面焊。采用單面焊抑或雙面焊，造船界存在著不同的見解和實踐[2]。

圖1　船體區域劃分圖

圖2　平面分段流水線工位布置圖

2拼板焊接型式介紹

平面分段流水線按拼板型式一般可分為單面焊(FCB)型和雙面焊型。目前日本船廠主要采用單面焊型平面線，韓國船廠主要采用雙面焊型平面線；我國船廠多數采用單面焊型平面線，近年來也有部分船廠開始應用雙面焊型平面線[3]。

(1) 雙面埋弧自動焊工藝

雙面埋弧自動焊，是電弧在焊劑層下燃燒，用機械自動引燃電弧并進行控制，自動完成送絲和電弧移動，在一面完成焊接后，需要將工件翻身在背面再次用同樣的工序施焊。

(2) FCB單面埋弧自動焊工藝

FCB單面埋弧自動焊是在一定的板厚、坡口和間隙下，采用適當的襯墊實現單面焊接雙面一次成型的焊接方法，如圖3所示。目前，各大船廠平面分段流水線中普遍采用的焊劑紫銅襯墊。它是將焊劑均勻散布在短條狀紫銅襯墊板上，利用空氣管壓力，將其與焊接鋼板反面貼緊，采用正面單次焊接，使得兩面焊縫成型[4]。

圖3　FCB單面埋弧自動焊

3兩種類型焊接類型平面分段流水線對比

鑒于該設備投資大，且對船廠生產效率有較大影響，本文以某船廠平面分段車間工程設計為例，從幾個方面對這兩種類型的流水線進行分析比較，供船廠規劃建設參考。

3.1工位布置對比

某船廠規劃的平面分段車間布置圖,如圖4所示(配置雙面焊型平面線2條)。

圖4　雙面焊型平面分段流水線布置圖及廠房立面圖

工位編號的說明：

(A) 拼板定位焊；

(B) FCB；

(C) 劃線、修補、緩沖(設地坑)；

(D) 縱骨安裝；

(E) 縱骨焊接；

(F) 緩沖(橫移)；

(G) 縱桁、肋板安裝(按節拍要求可布置多個工位及分線)；

(H) 縱桁、肋板焊接(按節拍要求可布置多個工位及分線)；

(I) 預舾裝；

(J) 頂升、運出。

如將平面線改為單面焊型布置，具體如圖5所示。

圖5　單面焊型平面分段流水線布置圖及廠房立面圖

工位編號的說明：

(a) 拼板定位焊；

(b) 正面焊接；

(c) 板列翻身；

(d) 反面焊接；

(e) 劃線、緩沖；

(f) 縱骨安裝；

(g) 縱骨焊接；

(h) 緩沖(橫移)；

(i) 縱桁、肋板安裝(按節拍要求可布置多個工位及分線)；

(j) 縱桁、肋板焊接(按節拍要求可布置多個工位及分線)；

(k) 預舾裝；

(l) 頂升、運出。

與FCB型流水線相比，增加了2個工位，車間長度也相應增加。

3.2拼板焊接特點對比

拼板焊接特點對比如表1所示。

表1 　拼板焊接特點對比

3.3生產效率對比

對兩種平面分段流水線的生產節拍進行分析(單面焊和雙面焊的相關數據分別來自于日本和韓國的設備廠商)。

該平面分段車間生產能力要求：

(1) 典型產品(平面片體)主要數據。

鋼板尺度： 25 m×5 m；

片體尺度： 25 m×25 m(5塊板)；

縱骨數量： 20根；

縱桁數量： 8道；

肋板數量： 50塊。

(2) 生產能力。

日產9.9個片體，其中約1/3為內底片體須安裝縱桁、肋板，約1/3為外底片體，另外約1/3片體在安裝縱骨后運出至曲面分段車間。

配置2條平面分段流水線，2條線前段相同，1條線后段為內底片體裝焊，另1條線后段為雙殼分段裝焊。本文僅對后段為內底片體裝焊的流水線進行研究分析。

3.3.1FCB型平面分段流水線

(1) 工位設置。

詳見3.1節。

(2) 各工位節拍。

各工位節拍如表2所示。

表2　FCB型平面分段流水線工位節拍介紹

續表2　FCB型平面分段流水線工位節拍介紹

(3) 有關節拍分析。

項目綱領要求：日產9.9個片體，其中約1/3為內底片體須安裝縱桁、肋板，約1/3為外底片體，另外約1/3片體在安裝縱骨后運出至曲面分段車間。按此要求，流水線前段(1～5工位)與后段(7～10工位)節拍時間的合理比例應為1∶1.5。只有比例為1∶1.5時，前段、后段才能相互協調，流水線按穩定的節拍流動，成為名副其實的流水線。

通過以上內容分析，并對照上表，后段節拍為300 min，生產3.3個內底片體需要1 000 min(16.7 h)作業時間；與之對應的前段節拍為200 min，同樣的作業時間內每條線可生產5個片體，2條線可生產10個片體，可滿足綱領要求。

實際上前段的節拍可控制在150 min(縱骨安裝175 min可考慮借用劃線工位的時間)，則前段在1 000 min的作業時間內可生產6.7個片體。這說明前段能力有富余，如后段節拍時間能縮短(提高效率或增加工位)則產能可增加。

3.3.2雙面焊型平面分段流水線

(1) 工位設置。

詳見3.1節。

(2) 各工位節拍。

各工位節拍如表3所示。

表3　雙面焊型平面分段流水線工位節拍介紹

續表3　雙面焊型平面分段流水線工位節拍介紹

除正面焊接、板列翻身、反面焊接外，各工位配置相同，節拍也相同。

(3) 有關節拍分析。

同FCB型平面分段流水線節拍分析，后段節拍為300 min，生產3.3個內底片體需要1 000 min(16.7 h)作業時間；與之對應的前段節拍為200 min，同樣的作業時間內每條線可生產5個片體，2條線可生產10個片體，可滿足綱領要求。

由3.3.1節、3.3.2節的兩張表可看出，雙面焊與FCB相比，在增加了2個工位的情況下，拼板焊接的節拍時間由134 min縮短為100 min，提高了約1/4的效率。但在其他工位配置相同的情況下，該效率無法體現。如要使流水線前段節拍時間達到100 min，除翻身和反面焊接工位外，至少還要增加半個拼板定位焊工位和1個縱骨安裝工位(與劃線共用)。增加這些工位后，前段的能力可達到1 000 min時間內生產10個片體，1條線即可滿足綱領要求。

3.4經濟性對比

3.4.1設備投資

在其他工位相同的情況下，雙面焊相比FCB：

增加2個工位，輸送輥道長度增加，價格增加；

增一個專用板列翻身起重機，價格增加；

FCB焊接門架及反面襯墊系統復雜，價格較貴；雙面焊不要反面襯墊，門架也較簡單，但數量比FCB增加一倍，價格接近；

按此分析，雙面焊型設備本身價格與FCB型基本相當(2 500萬美元/2套)，但要多一臺150 t起重機(470萬元)，設備投資增加約3%。

3.4.2土建投資

雙面焊型流水線廠房(同本次初步設計)尺度為504 m×39 m×2(跨車間)，含2個36 m長度的翻身區域。

FCB型流水線廠房尺度為459 m×39 m×2(跨車間)，含1個36 m長度的翻身區域(相比雙面焊少了一個板列翻身區36 m)。雙面焊多2個工位，廠房長度增加約45 m，造價增加；

雙面焊為板列翻身須將廠房局部升高(軌高33 m)，并配置大型起重機(150 t)，造價增加；

雙面焊不須設置反面檢查地坑(25 m×22 m×2 m深)，造價減少；

如選用雙面焊型流水線項目，平面分段車間尺度為504 m×39 m×2(跨車間)，軸線面積39 312 m2，土建投資約1.3億(含建筑、結構)。

如選用FCB型流水線，車間尺度為459 m×39 m×2(跨車間)，軸線面積35 802 m2，土建投資約1.07億(含建筑、結構)。

故土建方面，FCB型流水線相比雙面焊型流水線，投資減少約18%，面積減少約9%。

3.4.3運行成本

FCB反面焊劑必須從日本進口，價格相當昂貴。

其他各類材料及電、氣消耗比較接近。

FCB法會產生終端裂紋及反面缺陷，需要消耗人力、物力進行檢查、修補。

運行成本方面雙面焊型有明顯優勢。

4結束語

通過對比，雙面焊型流水線在焊接的效率和質量上具有相當的優勢，運行成本也較為低廉，但廠房結構設計復雜，初期投資要明顯高于單面焊型流水線。

單面焊型流水線無法避免終端裂紋及反面缺陷(可修補)，運行成本較高，但初期投資省，并且占地面積小，亦有可取之處。

兩種形式各有優缺點，很難說哪一種占有絕對優勢，如何取舍應結合項目的投資、場地、焊接要求、生產成本等多方面因素進行具體分析。

參考文獻

[1]陳彬.造船成組技術[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2007.

[2]李寧.如何提高FCB法平面分段的生產效率及質量[J].現代焊接工程，2005(10)：26-29.

[3]吳敢生.埋弧自動焊(實用焊接技術叢書)[M].沈陽：遼寧科技出版社，2007.

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

中圖分類號U671

文獻標志碼A

作者簡介：俞凌云(1974-)，男，高級工程師，從事船舶及海洋工程企業工藝設計工作。