自動化焊接技術在薄板成型中的應用

楊楠 李偉 姚德生

摘 要：隨著制造業的發展，傳統的焊接技術已經不能完全滿足現代高科技制造業的需要了，所以為了能夠跟上時代的潮流和步伐，焊接技術也開始向自動化、機械化的方向發展了。隨著計算機行業的不斷發展，電子及其機器人等技術都為焊接自動化的發展提供了堅實的基礎。文章重點就自動化焊接技術在薄板成型中的應用進行研究分析，以供參考和借鑒。

關鍵詞：自動化;焊接技術;薄板成型;應用

薄板焊接成型問題一直是船舶企業所面臨的一個難題，焊接時的局部不均勻熱輸入是產生焊接應力與變形的決定因素。以某船廠承造的某型高速船為例，在該型船的建造前期，工廠通過總結以往的薄板焊接經驗和外出調研成果，并根據全船薄板的結構特點，以鋼板受熱均勻、成型美觀為基本原則，進行了三十余項焊接工藝性試驗，最終針對薄板焊接變形控制精選出一系列較實用的自動焊焊接方式、方法用于該船的實際焊接施工中，并取得了巨大的成功。

一、自動化焊接技術概述

1.自動化焊接的定義。自動化焊接是指在焊接的過程中實現自動化，即機器或者是裝置在不需要人直接參與的條件下按照程序發出的各個指令來完成焊接的加工過程，其自動化的目的就是實現焊接過程的“快、準、穩”，可以從兩個方面來理解自動化焊機技術：第一，在焊接過程中自動化;第二，在焊接生產中自動化。后者指的是在焊接產品的生產過程中實現自動化，其中包括了由備料、裝配、切割、焊接、檢驗等工序構成的焊接成產過程都要實現自動化，實現了焊接生產整個過程的自動化，可以使焊接質量趨于穩定化，提高焊接的生產效率。

2.自動化焊接的意義。實現自動化焊接具有重大的意義，自動化技術的實現可以使人從原來那繁重的體力勞動及其惡劣危險的工作環境中擺脫出來，通過焊機自動化的普及，使原來的一些焊接工人可以接受更新型的技術，不僅可以提高工作效率，還可以增強工人接受新興事物的能力。自動化已經應用到了各行各業，自動化工業、自動化農業比比皆是，某些程度上自動化程度就體現了一個國家的國力。

二、自動化焊接技術在薄板成型中的應用

1.鋼料加工階段

（1）平板的拼接。第一，薄板拼接方法的選擇。對于6mm以下薄板的拼接，按以往的經驗，正反面焊接均采用CO2氣體保護自動焊進行，該種焊接方法雖然使得焊縫成型美觀，但也存在工序繁雜、效率底、焊接質量不易控制等缺點。考慮到CO2氣體保護自動焊的諸多缺點，引進了細絲埋弧焊技術，利用 2.0mm焊絲對4～6mm薄板進行自動化焊接，大大地提高了焊接效率和焊接質量。細絲埋弧焊的焊縫成型不如CO2氣體保護自動焊美觀，相對而言，其焊接變形也較大。為此，經過對船體薄板結構特點和在實船上所處位置的仔細分析，既考慮焊接效率又兼顧焊縫表面成型效果，嘗試采用組合焊，并取得了成功。在焊縫設計時，強調將細絲埋弧焊焊縫放在有結構一側，在甲板面和通道兩側盡量設置CO2氣體保護自動焊焊縫;第二，薄板拼接工藝要求。嚴格控制鋼板對接間隙，3mm板材拼接對接間隙不大于1mm，6mm及以下板材拼接對接間隙控制在1.5～2mm之間;定位焊焊點直徑為5mm，焊點間距為50mm，均勻分布。焊前對定位焊部位進行打磨，焊肉磨平高度約為0～0.5mm，焊點高度不能超過鋼板表面0.5mm，以免影響焊縫表面質量;采用單面定位焊，先焊接定位焊面，除3mm板材需清根后焊接外，4～6mm板材打磨后直接采用細絲埋弧焊進行焊接;平板拼接前將磁性壓碼或專用壓板器均勻放置在焊縫兩側，磁性壓碼間距為500mm左右，板材周邊用馬板固定，防止板材翹起。在不影響焊接的情況下，磁性壓碼或專用壓板器應盡量靠近焊縫，待焊縫冷卻后方可移開。磁性壓碼應采用防磁措施，避免造成焊接作業時產生磁偏吹現象，影響焊接質量;平板拼接焊接時，CO2氣體保護自動焊選用 0.8mm實芯焊絲，埋弧自動焊選用 2.0mm焊絲，此種焊接方法僅適用于4～6mm板材的拼接。

（2）平面板架的焊接。第一，平面板架焊接方法的選擇。薄板平面板架的焊接效果是薄板成型的關鍵，該工序焊接方法使用不當會直接影響后續工序乃至全船薄板整體成型質量。要想板架成型效果好必須做好以下三點，即焊腳尺寸一致且趨近設計尺寸下限;板架整體受熱均勻;做到焊接有序，自動角焊小車是同時滿足前兩點要求的不二選擇，結構安裝時應考慮自動焊小車的利用率情況。在平面板架結構安裝時，應將方向一致且數量多的結構先安裝。一般情況下，先安裝全部縱向結構，使用自動角焊小車焊接后，再安裝橫向結構。由于形成了十字相交結構形式，須將小車的軌道用特定的工裝墊平，分段焊接橫向結構。此種方法焊接的平面板架，自動化焊接量最高可達到焊縫總長的80%以上;第二，平面板架裝配、焊接工藝要求。使用專用平臺裝配、焊接，平臺表面平面度保證在±1mm/5m;平面板架結構裝配間隙應控制在0.5mm以下，盡量做到“不透光”;定位焊分布均勻，間距為50mm為宜，并只在結構的一側定位焊，不得使用拉桿固定;焊前使用厚度為25～35mm、寬度為300mm的條形壓鐵，放置在預先釘焊好的結構兩側，待焊縫冷卻后方可移開。為使焊接應力能夠自由釋放，板架邊緣無需剛性固定。

2.分段建造階段。分段建造即分段裝配，是將鋼料加工階段所形成的部件和零件組裝成分段或總段的工藝過程。對于某型高速船而言，在該階段自動化焊接主要體現在分段反造和舷側板架安裝、焊接兩個方面，詳細如下：

（1）分段反造時甲板結構的焊接。分段反造時，一般以甲板或平臺為基本操作面，將板材直接鋪于胎架上，然后進行板材拼接、劃線、結構件安裝、焊接等作業，其施工要點與平板的拼接、平面板架的焊接類似。不同之處是在坡口的選擇上，當板厚大于或等于5mm時，對于對接板縫就可以嘗試使用陶質襯墊，實現單面焊雙面成型的效果;當板厚小于5mm時，就只能選擇CO2氣體保護自動焊進行焊接，以確保焊接質量和焊縫成型美觀。

（2）舷側板架安裝、焊接。對于深V船型或舷側結構線型不大的船體，其舷側外板由于橫向線型多為斜直線型或直線型，所以舷側結構十分適合形成板架后整體安裝。為了提高焊接自動化率和薄板成型質量，在設計時將舷側結構組成平面板架在鋼加階段進行焊接，最后在分段建造階段整體安裝到分段上，這樣既節省了工時又有利于薄板成型控制，所以其焊接方法與鋼加階段平面板架的焊接相同。為提高外板橫焊縫的美觀程度，引進自動焊擺頭小車，使用CO2氣體保護半自動焊在結構內側焊接，外側氣刨清根，CO2氣體保護自動焊蓋面。此種工藝有效地杜絕了外板橫焊縫的“雙眼皮”問題，大大地提高了外板橫焊縫的美觀程度。立對接焊縫比照以往手工焊縫的成型效果也有很大提高，這樣除艏艉分段外板有部分焊縫手工焊外，其余外板焊縫均實現了自動焊蓋面，焊縫成型效果極佳。

三、結語

綜上所述，薄板焊接成型質量的好壞直接影響船舶整體的美觀效果，薄板焊接成型問題也一直是船舶企業所面臨的一個難題。自動化焊接是提高薄板成型質量的重要手段之一，結合實際建造經歷，總結了大量自動化焊接技術在薄板成型中的應用經驗，僅供廣大業內參考。

參考文獻：

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