垂直气电焊在船舶建造中的应用

摘 要 随着时代的进步，科学高效的焊接方式已逐渐成为各造船企业追求的目标，垂直气电焊就是一种可实现自动化的大热输入的高效焊接工艺。在船舶建造的合拢立缝焊接中，它凭借焊接速度快、焊接过程稳定、焊缝成形美观，质量好等优点，得到了广泛地应用。

关键词 垂直气电焊；船舶建造；应用

中图分类号：TG408 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0078-02

随着时代的进步，科学高效的焊接方式已逐渐成为各造船企业追求的目标，优良的焊接方式，不仅影响船舶建造的周期，更直接影响到船企的经济效益。垂直气电焊就是一种可实现自动化的大热输入的高效焊接工艺，它是一种配备专用的药芯焊丝，以CO2气体保护进行立向上对接焊的自动化焊接工艺，用于焊接垂直或接近垂直位置的焊接接头。

1 垂直气电焊在船舶建造中的应用

垂直气电焊焊接工艺已成为船厂船台大合拢阶段不可或缺的高效焊接方法之一，许多大型船厂都已使用该焊接方法，用于船舶建造过程中的合拢立缝的焊接施工中。

1.1 垂直气电焊焊接方法在船舶建造应用中的优势

垂直气电焊焊接方法优点很多，如焊接熔敷率高，单面焊双面成型，焊接速度快，是手工电弧焊速度的10倍，是二氧化碳气体保护半自动焊效率的3～5倍，焊接过程稳定，焊缝成形美观，质量好等。

下面以某船厂垂直气电焊和二氧化碳气体保护焊在三条80000吨散货船的6道外板对口缝的应用实例，对垂直气电焊的使用效果进行简单说明。

分析三条船施工后的平均数据，以一道外板对口焊缝（长12 m）采用两种焊接方法的实际应用情况为例，进行比较，结果如表1所示。

从焊接效率上来看，使用垂直气电焊进行外板对口垂直焊缝的焊接相对于传统的二氧焊接具有不可比拟的优势，焊接效率提高约3倍。

从焊接质量上看，从下至上连续焊接，减少了接头，焊道外观成型好，焊后打磨量明显减少。20%UT、RT探伤检验抽查合格率100%，相比二氧化碳焊接受人为因素影响更少。对提高NDT合格率及一次报验合格率具有深远意义。

从劳动强度看，合拢立缝，施焊困难，劳动强度大，使用垂直气电焊进行焊接可大幅降低焊工劳动强度。

从清洁生产角度分析，清洁生产理念要求采用高效先进的设备替换和淘汰耗能高、功效差、产能低下的设备，从而达到减少生产污染、降低能耗、提高效率的目标。而垂直气电焊的使用无疑符合清洁生产的这一理念。

1.2 垂直气电焊焊接方法存在的缺点

垂直气电焊焊接方法与其它焊接一样，也存在着同样的焊接缺陷，如焊瘤的产生、气孔的产生、咬边的产生等，相对于二氧化碳半自动焊缺点主要表现在：

焊接前的准备工作较多，要求也比较严格，如坡口光洁度、坡口角度、间隙，错牙度、自动焊接头处理、板厚差处理、马板间距要求等。且设备行走面不能有任何障碍，以便轨道和设备能顺利通过等。

坡口反面需要使用的衬垫尺寸较大，所以对结构的过焊孔、马板的开孔都有特殊要求，在设计时需给予特殊考虑。

由于垂直气电焊高效的特点，焊接热源集中，焊接线能量大，是一般埋弧自动焊线能量的3-4倍，易引起焊接接头的脆化，从而导致塑性韧性的降低，尤其是对有低温冲击要求的DH36这类高强钢。

使用中受限制，只能在垂直的范围内使用，且特涂架的搭设不当都有可能使垂直气电焊设备无法“施展拳脚”。

1.3 垂直气电焊在造船中的应用要点

1）垂直气电焊对装配精度要求比较严格，施焊前要进行充分的准备工作。

首先要将焊缝及其周围30 mm处铁锈、水分、油污等清除干净；焊缝周围不允许有影响导轨及衬垫安装的马板；坡口反面安装衬垫，使其对中并贴紧钢板；背面构架处要装上“∏”形马，“∏”形马之间的距离值为300 mm～400 mm，每只衬垫至少有两只“∏”形马；为保证冷却滑块顺利滑行，焊接坡口采用V型，原则是板厚增加，坡口角度适当减小；厚度在10 mm～25 mm的钢板，坡口要开在40°～35°；尽量消除板边差，板差允许范围控制在1.5 mm以内；如果有纵向焊缝与接头相交，必须处理平整，宽度为30 mm左右。

焊工需经培训，持证上岗。

2）焊接材料。

衬垫采用垂直气电焊专用衬垫；焊丝采用垂直气电焊专用Φ1.6mm药芯焊丝，CO2气体做保护。

3）焊接要点。

①焊接电流、电压、焊速的选择。

根据钢板厚度、材质、坡口尺寸和机械摆动方式等条件，焊工选择合适的焊接电流、电压及焊接速度，并在焊接过程中随时监测与调节（参照表2和表3）。

②起弧及熄弧的注意事项。

焊缝开始端有底板时，先用二氧化碳或手工焊接的方式焊接大约40 mm长度后，再用垂直气电焊进行焊接；

焊缝结束处有顶板时，要在顶板前提前熄弧，熄弧点设在距顶板大约400 mm处，将熄弧处周围50 mm处用气刨清理，再用二氧化碳或手工焊接方法将余下的部分焊接完成；

正常熄弧时，需要在熄弧板上超过焊缝40 mm的地方熄弧；

中途停弧后再次进行焊接，还需将熄弧处周围50 mm处用气刨清理后，才可以再次进行垂直气电焊接。

③其他注意事项。

整个焊接过程中，为防止短路，严禁导电嘴接触坡口面；焊工应及时清除保护气体出口和导电嘴上堆积的飞溅物和熔渣；焊后各种缺陷要用气刨进行清理后，再用手工焊或CO2焊接方法修复；检验及验收按CSQS及JSQS执行。

2 经济效益分析

3 结束语

高效焊接技术作为现代造船模式中的关键技术之一，无疑为整个船舶行业的高速造船提供了强有力的技术支持，而同时也对先进的焊接工具装备的设计与开发提出了新的课题。垂直气电焊在船舶建造过程中的应用，是造船技术进步的一种表现，虽然它成本相对较高，施工过程中也会出现不可避免的焊接缺陷，但因其有着不可比拟的焊接效率高、成型好、质量稳定等特点，还是被船企广泛地采用，它不仅保证了船舶建造质量，而且缩短了船舶建造周期，势必会得到更加广泛地推广与应用。

参考文献

[1]焊接技术手册[M].郑州：河南科学技术出版社.

[2]王国凡.钢结构焊接制造[M].北京：化学工业出版社，2009.

[3]潘际銮著.现代弧焊控制[M].北京：机械工业出版社.