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面向二十一世纪——对船舶焊接技术综合分析研究 (1)

时间: 2011-07-13 10:04 来源: 作者: 点击:


                                        中国船舶工业集团公司船舶工艺研究所  陈家本

1  前言


    众所周知,船舶焊接技术是船舶工业的主要关键工艺技术之一。目前世界各主要造船企业在20世纪90年代中期已普遍完成了一轮现代化改造。同时在此基础上又陆续启动了新一轮现代化改造计划,投资目标很显然集中于高新技术,投资力度进一步加大,大量采用全新的造船焊接工艺流程,高度柔性的自动化焊接生产系统和先进的焊接机器人技术。这样做的结果,有力地保证了这些造船强国在国际竞争中具有独特的技术优势。

    进入二十一世纪,面对新的挑战和机遇,来对我国船舶焊接技术进行综合分析研究是极有现实性和针对性。从而来激励我们去做好当前必须做的各项工作,大力推进高效焊接技术,加快焊接技术改造步伐,努力将相对资源优势转化为科技竞争优势,促进船舶产业进步和产业升级。否则,我们将不但难以实现船舶工业振兴的宏伟发展计划,甚至会出现我国现有的国际市场份额都难以维持的严峻局面。

2  船舶焊接技术现状

    受70年代中期和80年代中期二次严重造船危机打击世界造船业总局面发生了重要变化。日本、韩国、中国(包括台湾省)造船业迅速发展起来,使世界造船中心由欧洲转向东亚,东亚地区的造船量占世界造船总量的78%(以总吨计),在东亚地区造船诸国中又形成了日本、韩国、中国大连、上海的世界造船“金三角”地区。

    在此狭小的“金三角”地区聚集着众多的世界一流的造船企业、研究开发中心及其船舶配套设备厂,其造船量占世界造船量的70%以上,有“世界造船基地”之称。

    中国的造船能力和市场份额有明显增长,并将成为世界造船格局演变的重要推动力量。我国造船业的规模据国家统计局统计,1999年年销售额超过500万人民币的修造船企业有461家,职工达29.6万人,销售总额达345.95亿元人民币。其中海船造修厂有72家,职工12.4万人,销售额达到201.51亿元。

    当前我国至少有30家船厂在建造出口钢质海船,其中中国船舶工业集团公司9家,中国船舶重工集团公司4家,其他17家。

    自90年代后半期起,我国造船业发展的一个重要特点是:地方的和中外合资的或外方独资的造船企业发展迅猛,并形成了与中国船舶工业、中国船舶重工两大集团公司“三分天下”的格局。

    我国的造船能力目前约为500万载重吨,占世界的5~6%,预计2005年可达800万载重吨或更高水平,占世界的12~15%。

    自改革开放以来,我国造船业在技术水平、船舶类型、建造质量及建造周期等方面取得了长足的进步,具备了一定的国际竞争力。而船舶焊接技术的长足进步又起了功不抹的突出贡献,取得了较好的经济效益。

    ⑴造船生产中应用的高效焊接工艺方法,从70年代末期的3~5种发展到现在的35种,基本满足了建造出口船舶,海洋石油平台以及各类非船舶产品的需要。

    ⑵焊接高效化率大幅度提高,焊接机械化、自动化率自90年代以后有了较大幅度的提高。
          
    ⑶船厂的焊接设备构成逐渐趋向合理,旋转式直流弧焊机已从1983年的56.45%下降到2001年的6.5%,最终将全部淘汰,代之而用的是整流弧焊机、CO2气体保护焊机、交流焊机、埋弧焊机以及船用机械化自动化平角焊机、垂直气电焊机等。

    由于采用高效节能焊接电源可每年节约电能如表1所示。

                 表1  船厂系统采用焊接设备更新后概算的节约电能(万千瓦)

                           年份          节约电能
                           2001            5309
                           2000            6767
                           1999            6308
                           1998            6816
                           1997            5750
                           1996            5349

    ⑷船舶焊接新工艺、新技术、新材料的应用与推广,由于船厂的新产品特点是多品种、小批量,产品结构和材料变化频繁,近年来随着转换现代造船模式,大力推进区域造船法,使船舶焊接技术也发生了较大的变化,其中比较突出的是一些重点骨干船厂先后都引进了国外先进的平面分段装焊流水线,采用了拼板工位多丝埋弧自动单面焊双面成形新工艺、新设备。其焊接范围可用于5~35mm的船用板材对接拼板,同时在按区域造船的理论指导下,对船体的平面分段构架装焊也采用了半自动或自动气保护角焊工艺,使焊接效率大大提高。
           
    同时在焊接材料应用方面,药芯焊丝的应用量异军突起,因为药芯焊丝有它独特的优点,熔敷效率高,焊缝质量好,焊接飞溅少,容易实现机械化、自动化焊接。目前船厂已普遍采用药芯焊丝来焊接船舶结构,同时它又与CO2焊接工艺技术相结合,使船厂在焊接生产中尝到了甜头,所以目前一些船厂认为CO2气保护药芯焊丝焊接将作为船厂的主要焊接工艺与焊接材料。它的应用每年都明显增长,如表2所示。

                 表2  CO2气保护药芯焊丝的应用比例(%)

                   年 份                    1996        1997       1998       1999      2000     2001
                  总的焊接高效化率        72.3574     72.35     72.16      76.8      80.     89
                  CO2气保护焊应用率       41.89       47.66     50.52      53.1      60.52   65.03

    由于大量推广应用CO2气保护药芯焊丝,从而也大大提高了我国船厂焊工人均日消耗的焊接材料量,如表3所示。这也进一步降低了我国的造船成本,缩短了建造周期。

                 表3  焊接材料消耗量
                 
                  年份                            1996      1997      1998      1999         2000        2001
                  焊工人均日消耗的焊接材料
                  (kg/人、日)                     8          9         10       9.95       10.05     11.87

    同时绝大部分船厂近年来又普遍采用了气电垂直自动焊技术,结束了依赖进口的局面。该焊接工艺的应用使船厂在承接出口定单时增添了一份信心,其焊接质量基本上能达到100%合格。这也是我们船舶焊接技术中有显著特点的技术与设备。另外在一些高附加值船的建造与非船产品(如大型钢结构、高层建筑、大型桥梁等)上也开创了许多新的焊接技术,取得了较大的经济效益和社会效益。

3  与日、韩之间的差距

    我国造船技术与日本、韩国之间尚存在着较大的距离。我国造船劳动工资低廉,其优势正为生产率的巨大差距所抵消,造船的材料、设备费用高于日本、韩国,生产成本快速上升。

    我国造船企业小而分散,经济规模效应差,加之科研投入不足,尚未形成合理的技术创新体制和有效的技术创新机制,科技差距非但没有明显缩小,有些地方反而扩大。中、日、韩三国造船及焊接技术指标对比如表4所示。

                     表4  中、日、韩三国造船指标对比

                        项  目     &nb

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