精选学习资料 - - - - - - - - - 船舶构件安装和焊接工艺设同学：李经平指导老师：王燕机械与材料学院摘要： 船舶构件是船舶的主要支撑构件,有成千上万个零件构成；构件的装配与焊接是造船的主要任务之一,船体装配和焊接的工作量,占船体建造总工 作量的 75％以上,其中焊接又占一半以上；故焊接是造船的关键性工作,它不 但直接关系船舶的建造质量,而且关系造船效率；本课题第一介绍了国内外船 舶焊接技术现状及最新进展情形,论述了船舶建造过程中的船体装配与焊接主 要工序,目前主要应用的焊接方法 , 并讨论了此技术在现代造船业中的合适的焊 接方法,焊接材料,焊接工艺参数,制定了合理的焊接工艺,因此证明本文所 设计的焊接工艺是适用的,最终并制定了工艺卡；关键词： 船舶构件装配焊接工艺设计前言 近代造船技术的进展过程是由手工操作向机械化、自动化迈进的过程；自 50 岁月起,船体建造用焊接取代了铆接,使船体建造由过去长期使用的零星散 装方式改进为分段装配方式,大大提高了造船效率；焊接方法从全手工焊接发 展为埋弧自动焊 〔 见埋弧焊〕 、半自动焊、电渣焊、气体爱护电弧焊；自 60 岁月中 期起,又有单面焊双面成形、重力焊、自动角焊以及垂直焊和横向自动焊等新 技术；焊接设备和焊接材料也有相应进展；由于船体结构比较复杂,在难以施 行自动焊和半自动焊的位置仍需要采纳手工焊；结合焊接技术的进展 , 自 60 年代起 , 在船体部件和分段装配中开头分别采纳 T 型材装焊流水线和平面分段装焊流水线； T 型材是构成平面分段骨架的基本构件；平面分段在船体结构中占有相当的比重,例如在大型散装货船和油船上,平面分段可占船体总重的 以上；平面分段装焊流水线包括各种专用装配焊接设备,它利用输送装置连续50％进行进料、拼板焊接以及装焊骨架等作业,能显著地提高分段装配的机械化程 度,成为现代造船厂技术改造的主要内容之一；充分熟悉船舶构件在船舶建造中的作用,合理挑选船舶结构用的材料,利 用合理的焊接方法,制定焊接工艺,同时指导生产实践,作为船舶建造的生产 指导书；绪论1.1 课题讨论的目的和意义“产品的质量是企业的生命”, 良好的船舶建造质量是保证船舶安全航行与作业的重要条件 , 船体的结构强度要求焊缝保证肯定的强度, 能承担强风浪的冲击 ,假如焊接接头存在严峻的焊接缺陷 , 在恶劣的环境下 , 就有可能造成部分结构断裂；甚至引起断船沉没的重大事故 . 据对船舶脆断事故调查说明 ,40%的脆断事故是从焊缝缺陷处开头的"笔者所接触的船厂 , 在造船质量方面存在的主要问题就名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 是焊缝质量的缺陷 . 因此 , 焊接质量检验尤为重要 , 做到及早发觉焊接缺陷 , 对焊接接头的质量做出客观的评判；把焊接缺陷限制在肯定的范畴内 , 以确保船舶航行安全和水上人命财产安全 " 焊接缺陷的种类较多 , 按其在焊缝中的位置不同 , 可分为外部缺陷和内部缺陷；常见的焊接外部缺陷有 : 焊缝外形尺寸和外形不符合要求. 咬边 . 焊瘤 . 弧坑. 表面气孔 . 表面夹渣及焊接裂纹等；内部缺陷有 : 气孔. 夹渣 . 焊接裂纹 . 未焊透等 " 在船舶建造过程中 , 影响焊接质量的因素很多, 如钢材和焊条质量 , 坡口加工和装配精度 , 坡口表面清理状况及焊接设备 . 任何一个环节处理不当,都会产生焊接缺 陷, 影响焊缝质量；但是最主要缘由也是最可以人为掌握的焊接工艺参数,应当 合理挑选焊接工艺,不断开展焊接工艺评定工作,提升船舶构架以及船体的连 接强度；1.2 船舶相关焊接技术进展情形 船舶焊接技术是船舶工业的主要关键工艺之一,船舶焊接技术的进步推动 了造船技术的进展,同时造船技术的进展也促进了焊接技术的进展；1.2.1 世界船舶焊接技术的现状和进展方向进入新世纪以来,世界经济稳固增长,航运业连续进展,世界造船市场呈 现兴盛势头；科学技术也在飞速进展,很多先进制造技术在造船领域得到应 用,现代造船技术正朝着高度机械化、自动化、集成化、模块化、运算机化方向进展；在运算机技术快速进展的今日,CAD/CAM技术得到广泛的应用,目前世界上很多重要的造船企业都在加快CIMS技术的开发和应用,世界上几乎全部重要的企业都在不同程度地推动本企业内部的网络化建设； 在日本、韩国的先 进造船企业中,对现代生产治理模式探究和创新的成效特别明显,造船模式正 在由集成制造模式向灵敏制造模式快速演化,形成“ 空间分道、时间有序” 的 顺畅工艺流程；现代造船已使用部分自动化设备来代替人操纵各种机械,广泛运用了数控切割 技术,美国、英国、芬兰等很多国家在船舶建造中都相继不同程度的采纳了自 此外,自动焊接技术、成组制造技术和柔性制造技术等都 动扮装备和机器人；在广泛应用；焊接技术也随着造船技术不断进步,焊接技术的实力打算了一个地区的造 船才能；世界船舶焊接技术沿着高效、自动、智能化进展；纵观国内外造船企 业的造船模式,主要流程基本相同,为零件→部件→分段→总段→船台（坞）搭载；于此相对应,所采纳的焊接技术也大同小异；在部件、分段、总段等中 间产品的生产制造阶段采纳自动化程度很高的大型生产焊接装置,在船台搭载 时采纳单机自动扮装置；从小合拢到大合拢,从平面到曲面,日本的船厂均实现了高效自动化焊接； NKK 津船厂的小合拢采纳各种轻巧型自动水平角焊机及门架式多关节机器"人焊接低构架肋板框架、平板部件；构架的肋板与纵桁之间以及与纵骨之间的角焊缝；构架与底板的水平角焊缝就采纳门架式机器人或多台小型机器人进行井"字形构件内水平和立向自动角焊；曲面分段外板的拼接,在大型焊接变位机上采纳小车或双丝串列摇摆单面MAG自动焊进行焊接,以取代传统的FAB法,或采纳半门架 4 轴数控机器人进行焊接,而三维曲板的单面焊和纵横构件在曲形外板上的装焊尚在讨论中；大合拢除舷侧旁板平直部分对接缝采纳垂直名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 气电焊外,仍采纳横向自动气电焊；船体内底板和上甲板对接焊采纳 埋弧自动化焊,或采纳移动式轨道或无轨道焊接机器人进行单面 FAB 单面 MAG 对接焊；搅拌摩擦焊技术在日本很多船厂也获得应用；三井造船厂于 2004 年将搅拌摩 擦焊技术用于高速货船上层建筑的建造,该船已投入使用多年且性能良好；日 本 Sumitomo 轻金属公司采纳搅拌摩擦焊技术生产铝质蜂窝结构板件和耐海水 的板材； 其中耐海水的板材由 5 块宽度为 250mm 的 5083 铝合金挤压板连接 成一块尺寸为 1250 mm × 500 mm 的铝合金板；由于焊缝根部和背面具有良 好的平整性而被用作船舱的壁板；韩国造船工业在政府的大力支持和自身的努力下,通过引进国外先进技术和自主研发进行造船装备的自动化改造,从而快速崛起；大宇重工的玉浦船厂 从新 1995 年起通过采纳含有机器人的型平面分段生产线等各种现代化造船装 备,大大提高了劳动生产率,走了一条不依靠 扩 充 造 船 设 施 就 能 提 高 造船能 力 的 捷 径； 三 星 和 现 代 两 大 集 团,在船厂的平面分段流水 线的拼板、骨材装焊等环节也应用了机器人,以提高生产效率；三星重工采纳 爬 行 式 机 器 人 自 动 焊 接 油 轮 侧壁；大宇造船厂联合韩国釜山国立 高校采纳离线编程、虚拟技术将焊接机器人应用于造船工业中；韩国 Pukyong 国立高校的 Kam Bo 等人研制了一种体积小巧、质量轻的轮式智能焊接机器 人,已用于船体 "井字形构件的焊接；美国船厂从 20 世纪 80 岁月起就将机器人列为船厂的适用技术；在新技术开发和应用方面,美国始终走在世界前列；由美国海军资助,美国宾夕 法尼亚州立高校联合 国 家 钢 铁 与 造 船 公 司 开 发 的 激光 -MIG 复合 焊技术胜利地应用于 T-AKE 级战役后勤补给舰管系的焊接,为造船厂节约 50万美元的成本；美国海军制造技术（ManTech）资助工程——移动式激光电弧复合焊系统（ Mobile Hybrid Laser Arc Welder ）开发时间从 2007 年 11 月到 2022 年 12 月,开发出一套搭载激光复合焊接系统的移动设备,用船厂角焊缝的焊接；如图 1 所示,此外,美国海军 ManTech 工程对先进两栖攻击艇中 2519 铝合金采纳搅拌摩擦焊也取得了胜利；图 1 移动式激光 - 电弧复合焊接系统在船舶焊接中的应用1.2.2 国内船舶焊接技术的现状及进展方向 经过 50 多年的进展,中国已成为世界造船大国；目前,我国造船焊 接 工 艺 已 发 展 到 40 多 种典型焊接技术除了在散货船、油船、集装箱船等 主力船型上应用之外,仍在液化自然气船（ LNG）、液化石油气船（ LPG）、海 洋浮式生产储油船（ FPSO）、超大型油船（ VLCC）、军用船等高技术、高附加 值船舶上获得广泛应用；从最早的国外引进到自主开发,平面分段流水线已成为我国大中型船厂不可 或 缺 的 生 产 线, 包 括平板拼接、构件角接等焊接工 多 丝埋自动焊和多电极 CO2 气爱护焊等工艺,生产效率很高,图位, 主要采纳 3 为外高桥造船有限公司双丝埋弧焊焊接实况. 图 2 外高桥造船有限公司双丝埋弧焊焊接实况 各种形式的焊接接头主要包括船体结构内部和舷部外侧各个部位的五种焊 缝类型（垂直面的立向对接焊、横向对接焊、垂直立角焊、水平面对接焊、水 平角焊）；自 " 九五 "以来,我国专业从事船舶焊接工艺讨论的单位针对这五种名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 类型焊缝开展了相应的机械自动化焊接工艺和设备的开发和应用讨论；2 船舶建造工序 2.1 造船流程的演化2.1.1 系统造船流程船台舾装下水码头舾装系泊试船体分段船台下料制造合拢涂装涂装验试航管子制造交船舾装件制造机械设备订购油漆选购2.1.2 区域造船流程船分分段舾分总船船台舾下码头舾下制涂总舾合涂水装涂管管舾装系制集泊 试舾装验 试制集航机械设备（仅上层建交备订购座组油油船选购集2.1.3 总装造船流程名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 船分分段分总组舾船船坞舾下码头下制造单装涂总装涂合装涂装水装涂系管管。