自动化焊接技术在薄板成型中的应用

杨楠 李伟 姚德生

摘 要：随着制造业的发展，传统的焊接技术已经不能完全满足现代高科技制造业的需要了，所以为了能够跟上时代的潮流和步伐，焊接技术也开始向自动化、机械化的方向发展了。随着计算机行业的不断发展，电子及其机器人等技术都为焊接自动化的发展提供了坚实的基础。文章重点就自动化焊接技术在薄板成型中的应用进行研究分析，以供参考和借鉴。

关键词：自动化;焊接技术;薄板成型;应用

薄板焊接成型问题一直是船舶企业所面临的一个难题，焊接时的局部不均匀热输入是产生焊接应力与变形的决定因素。以某船厂承造的某型高速船为例，在该型船的建造前期，工厂通过总结以往的薄板焊接经验和外出调研成果，并根据全船薄板的结构特点，以钢板受热均匀、成型美观为基本原则，进行了三十余项焊接工艺性试验，最终针对薄板焊接变形控制精选出一系列较实用的自动焊焊接方式、方法用于该船的实际焊接施工中，并取得了巨大的成功。

一、自动化焊接技术概述

1.自动化焊接的定义。自动化焊接是指在焊接的过程中实现自动化，即机器或者是装置在不需要人直接参与的条件下按照程序发出的各个指令来完成焊接的加工过程，其自动化的目的就是实现焊接过程的“快、准、稳”，可以从两个方面来理解自动化焊机技术：第一，在焊接过程中自动化;第二，在焊接生產中自动化。后者指的是在焊接产品的生产过程中实现自动化，其中包括了由备料、装配、切割、焊接、检验等工序构成的焊接成产过程都要实现自动化，实现了焊接生产整个过程的自动化，可以使焊接质量趋于稳定化，提高焊接的生产效率。

2.自动化焊接的意义。实现自动化焊接具有重大的意义，自动化技术的实现可以使人从原来那繁重的体力劳动及其恶劣危险的工作环境中摆脱出来，通过焊机自动化的普及，使原来的一些焊接工人可以接受更新型的技术，不仅可以提高工作效率，还可以增强工人接受新兴事物的能力。自动化已经应用到了各行各业，自动化工业、自动化农业比比皆是，某些程度上自动化程度就体现了一个国家的国力。

二、自动化焊接技术在薄板成型中的应用

1.钢料加工阶段

（1）平板的拼接。第一，薄板拼接方法的选择。对于6mm以下薄板的拼接，按以往的经验，正反面焊接均采用CO2气体保护自动焊进行，该种焊接方法虽然使得焊缝成型美观，但也存在工序繁杂、效率底、焊接质量不易控制等缺点。考虑到CO2气体保护自动焊的诸多缺点，引进了细丝埋弧焊技术，利用 2.0mm焊丝对4～6mm薄板进行自动化焊接，大大地提高了焊接效率和焊接质量。细丝埋弧焊的焊缝成型不如CO2气体保护自动焊美观，相对而言，其焊接变形也较大。为此，经过对船体薄板结构特点和在实船上所处位置的仔细分析，既考虑焊接效率又兼顾焊缝表面成型效果，尝试采用组合焊，并取得了成功。在焊缝设计时，强调将细丝埋弧焊焊缝放在有结构一侧，在甲板面和通道两侧尽量设置CO2气体保护自动焊焊缝;第二，薄板拼接工艺要求。严格控制钢板对接间隙，3mm板材拼接对接间隙不大于1mm，6mm及以下板材拼接对接间隙控制在1.5～2mm之间;定位焊焊点直径为5mm，焊点间距为50mm，均匀分布。焊前对定位焊部位进行打磨，焊肉磨平高度约为0～0.5mm，焊点高度不能超过钢板表面0.5mm，以免影响焊缝表面质量;采用单面定位焊，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细丝埋弧焊进行焊接;平板拼接前将磁性压码或专用压板器均匀放置在焊缝两侧，磁性压码间距为500mm左右，板材周边用马板固定，防止板材翘起。在不影响焊接的情况下，磁性压码或专用压板器应尽量靠近焊缝，待焊缝冷却后方可移开。磁性压码应采用防磁措施，避免造成焊接作业时产生磁偏吹现象，影响焊接质量;平板拼接焊接时，CO2气体保护自动焊选用 0.8mm实芯焊丝，埋弧自动焊选用 2.0mm焊丝，此种焊接方法仅适用于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选择。薄板平面板架的焊接效果是薄板成型的关键，该工序焊接方法使用不当会直接影响后续工序乃至全船薄板整体成型质量。要想板架成型效果好必须做好以下三点，即焊脚尺寸一致且趋近设计尺寸下限;板架整体受热均匀;做到焊接有序，自动角焊小车是同时满足前两点要求的不二选择，结构安装时应考虑自动焊小车的利用率情况。在平面板架结构安装时，应将方向一致且数量多的结构先安装。一般情况下，先安装全部纵向结构，使用自动角焊小车焊接后，再安装横向结构。由于形成了十字相交结构形式，须将小车的轨道用特定的工装垫平，分段焊接横向结构。此种方法焊接的平面板架，自动化焊接量最高可达到焊缝总长的80%以上;第二，平面板架装配、焊接工艺要求。使用专用平台装配、焊接，平台表面平面度保证在±1mm/5m;平面板架结构装配间隙应控制在0.5mm以下，尽量做到“不透光”;定位焊分布均匀，间距为50mm为宜，并只在结构的一侧定位焊，不得使用拉杆固定;焊前使用厚度为25～35mm、宽度为300mm的条形压铁，放置在预先钉焊好的结构两侧，待焊缝冷却后方可移开。为使焊接应力能够自由释放，板架边缘无需刚性固定。

2.分段建造阶段。分段建造即分段装配，是将钢料加工阶段所形成的部件和零件组装成分段或总段的工艺过程。对于某型高速船而言，在该阶段自动化焊接主要体现在分段反造和舷侧板架安装、焊接两个方面，详细如下：

（1）分段反造时甲板结构的焊接。分段反造时，一般以甲板或平台为基本操作面，将板材直接铺于胎架上，然后进行板材拼接、划线、结构件安装、焊接等作业，其施工要点与平板的拼接、平面板架的焊接类似。不同之处是在坡口的选择上，当板厚大于或等于5mm时，对于对接板缝就可以尝试使用陶质衬垫，实现单面焊双面成型的效果;当板厚小于5mm时，就只能选择CO2气体保护自动焊进行焊接，以确保焊接质量和焊缝成型美观。

（2）舷侧板架安装、焊接。对于深V船型或舷侧结构线型不大的船体，其舷侧外板由于横向线型多为斜直线型或直线型，所以舷侧结构十分适合形成板架后整体安装。为了提高焊接自动化率和薄板成型质量，在设计时将舷侧结构组成平面板架在钢加阶段进行焊接，最后在分段建造阶段整体安装到分段上，这样既节省了工时又有利于薄板成型控制，所以其焊接方法与钢加阶段平面板架的焊接相同。为提高外板横焊缝的美观程度，引进自动焊摆头小车，使用CO2气体保护半自动焊在结构内侧焊接，外侧气刨清根，CO2气体保护自动焊盖面。此种工艺有效地杜绝了外板横焊缝的“双眼皮”问题，大大地提高了外板横焊缝的美观程度。立对接焊缝比照以往手工焊缝的成型效果也有很大提高，这样除艏艉分段外板有部分焊缝手工焊外，其余外板焊缝均实现了自动焊盖面，焊缝成型效果极佳。

三、结语

综上所述，薄板焊接成型质量的好坏直接影响船舶整体的美观效果，薄板焊接成型问题也一直是船舶企业所面临的一个难题。自动化焊接是提高薄板成型质量的重要手段之一，结合实际建造经历，总结了大量自动化焊接技术在薄板成型中的应用经验，仅供广大业内参考。

参考文献：

[1]刘占起，张文明，王新宇.机器人在薄板焊接中的应用[J].电焊机，2016，46（10）：66-68.

[2]任磊磊.機电焊一体化控制集成的研究[D].上海工程技术大学，2014.