薄板施工工艺优化.pdf

147工 艺 与 装 备薄板施工工艺优化刘楠潘智勇梁晟毓刘文远时间（大连船舶重工集团有限公司，大连 116083）摘要：薄板焊接一直都是船舶建造中的难点。研究薄板焊接工艺，有利于提升船舶建造的质量。通过实际生产中使用不同类型的焊接设备，采用设计、试验和检验等方法，摸索出一套完整的薄板焊接工艺。通过创新薄板制作工艺，有效控制上层建筑外板变形，大幅提升上层建筑的外观平整度，对船舶建造有较好的指导 意义。关键词：平整度；船舶建造；薄板焊接Optimization of Thin Plate Construction TechnologyLIU Nan,PAN Zhiyong,LIANG Shengyu,LIU Wenyuan,SHI Jian(Dalian Shipbuilding Industry Company Co.,Ltd.,Dalian 116083)Abstract:Sheet welding has always been a difficult point in ship construction.Studying sheet welding technology is beneficial to improve the quality of ship construction.Through the use of different types of welding equipment in actual production,this paper uses design,test and inspection methods to find out a complete set of thin plate welding technology,and effectively controls the deformation of the outer plate of the upper construction through the innovative thin plate making process,greatly improving the appearance of the surface flatness of the upper construction,which has a good guiding significance for ship construction.Keywords:flatness;ship construction;sheet welding随着科学技术的进步，为了降低船舶重量，加快船舶航运速度，在保证强度的前提下，越来越多的薄板会应用在船舶建造过程中。但是，薄板由于自身特点，难以控制平整度，导致船舶的舱容和美观度很难达标。对于船厂而言，薄板施工平整度控制是近些年工艺研究和优化的热点课题1。1研究背景和意义1.1研究背景随着现代造船领域采用的薄板材料越来越多，人们对焊接技术的工艺提出了更高要求。薄板工艺优化的成果将会影响产品建造周期和焊接质量，进一步影响船舶的建造质量。为保证船舶建造的水平，保障薄板焊接质量和焊接后的恢复并改善焊接工艺，在船舶建造方面大力研究和优化薄板焊接工艺势在必行。1.2研究意义随着我国造船业的快速化发展，高科技造船、高级焊接技术等一些先进造船理念被提出，在保证并考虑提高焊缝质量的基础上，综合改善其工艺，为延长产品寿命、降低维护费用、缩短维修时间、减少焊接表面缺陷与焊接变形奠定了基础。2研究内容总结近些年各大主流船厂施工薄板的先进经验，结合特种船舶薄板施工的精度要求，采用标准化思维，建立特种船舶薄板施工方案，探究薄板生产线的建造模式。影响薄板焊接变形的因素是多方面的，如施焊方法、焊接工艺参数、焊缝长度及其截面积、焊接热输入、装配和焊接程序等。通过使用不同类型的焊接设备，经过设计、试验、检验等，得出一套完整可行的薄板工艺优化方案。优化的目的是减少产品的焊接变形，使产品具有良好的平整度，提升产品的整体美观度2。3船舶薄板施工流程3.1场地环境平面拼板及加强材装配必须在表面平整、刚性好的铁平台上进行。铁平台的平面度不大于 2 mm m-2。铁平台外观整齐，不允许有翘起现象，表面整洁，设备摆放整齐，压载铁以及各类工具按要求存放在相应的工具箱中。施工现场必须配备一定数量的加温和防风措施，保证厂房内环境温度和铁平台温度不低于 5。3.2薄板拼板拼板前需要检查板片尺寸和平整度，如达不到标准，返回上道工序进行修复。拼板过程中需尽可能使用电磁吸盘进行吊运，避免出现板片弯折等较大变形3。拼板装配时，对局部间隙不均匀、有部分超差的位置应进行研磨使其达到标准，严禁采用气割方式或生拉硬拽。薄板拼板前需要在焊缝两侧加设压载铁，现 代 制 造 技 术 与 装 备1482023 年第 7 期总第 320 期并在板边四周加设压板用以固定。拼板焊接前应采用火焰加热，烘干板缝周围水气，并对焊缝进行焊前预热。焊接过程中严格按照焊接工艺要求执行，对于长度较长的焊缝采用分段退焊法或分中分段退焊法，杜绝采用大规格焊条，且焊接参数不易过大。3.3焊缝应力释放薄板拼板后采用专业的焊缝矫平设备（三芯辊）对拼板焊缝进行二次矫平，以消除焊缝中的内应力。辊压时从中心向两端、前后释放应力，按照相关要求逐渐增大压力。经过矫平释放应力的板片，平整度应不大于 2.0 mm m-2，且板片没有翘曲现象。3.4加强材装焊板片在进行二次矫平后，拉运到加强材装焊工位，在板边四周加设压板用以固定。加强材安装前需要检查其直线度、平面度以及尺寸，如有超差，需返回上道工序修复后安装。构件安装前，必须清理构件两侧的氧化皮、铁锈、水渍以及油污等脏物。如有影响焊接质量的涂料，需要进行打磨清理。从中心向四周依次装配焊接加强材，每装配一根焊接一根，焊后对焊缝进行缓冷，缓冷后再对另一根加强材依次装配焊接。期间每个加强材两侧均加设压载铁，以减少焊接变形。3.5瘦马变形矫正加强材在焊接结束后，板片另一侧在焊缝附近由于焊接应力集中会产生瘦马变形，需要进行火工矫正。火工矫正时，按照从中心向四周的顺序依次进行背烧矫正，同时需严格控制背烧温度不高于 300。3.6背梁安装加强材在焊接结束后，为减少板架转运和长时间堆放造成的变形，需要在板架一端安装背梁。背梁高度一般不能超过加强材高度的 1.5 倍。背梁与加强材采用码板连接，不得与板架焊接。3.7板架转运板架施工结束后，必须施工立式托盘进行板架的摆放和转运。一般将前一个工位加工好的板件下料至一个料架上。在料架满载后，通过机械手将料架外侧的第一个板件摆放至输送机构，然后输送机构将板件输送至下一个工位，通过机械手将第一个板件后方的隔片放至用于摆放隔片的位置。如此循环，完成板架的转运4。4工艺优化前后对比薄板经过工艺优化流程后，各个工序优化目的和效果及各工序施工效果在优化前后的对比如表 1 所示。5薄板生产线的构建拼板焊接工位通过自动拼板机（焊接压力架）实现部件板材对接缝的拼板焊接，主要是将板材吊运至拼板焊接工位输送架上的进料端，启动钢板输送门架，依次将板材自动输送到压力架焊接平台位置进行板缝自动定位，同时启动液压装置压紧焊缝两侧，对板材边缘进行铣边或坡口加工，待板缝拼拢后运行激光复合焊接系统完成焊接。表 1薄板工艺优化前后效果对比工序施工方式优化目的和效果优化前优化后接板板片在自由状态 进行接板焊一是板片四周用压板固定；二是板片焊缝两侧用均布压载铁压载固定保证板片在接板焊接过程中不会活动；保证板片在接板焊接过程中产生的应力 不会沿焊缝两侧释放而导致焊缝两侧平整度超差焊缝应力释放采用木锤或铁锤垫板对焊缝进行锤击以释放应力板片接板后用三芯辊 辊压焊缝以释放应力由人工锤击释放应力改为设备辊压释放应力，应力释放更加均匀，释放效果更好，速度更快，节约了大量人工成本加强材焊接加强材在整体装配后对称焊接加强材从中心向四周依次装配焊接。装配一根焊接一根，焊后 对焊缝进行缓冷，缓冷后再对 另一根加强材依次装配焊接由整体装配对称焊接改为每装配一根焊接一根并进行缓冷，焊缝受热由集中变为分散，虽然施工效率有所降低，但是大幅减小了角焊缝瘦马变形，改善了板片平整度效果角焊缝瘦马 变形火工矫正板架翻身后对角 焊缝反面大火背烧围壁翻身后对角焊缝反面小火背烧由于各阶段平整度控制较好，背烧采用小火即可，可有效减少对板材性能质量的影响构件转运采用托架或者托盘 逐层堆放转运制作薄板转运专用托盘（立式托盘）将逐层堆放改为立式转运，避免由于长时间堆放 和多层堆放造成的薄板变形149工 艺 与 装 备人工装配工位操作的基本流程是，部件板材划线完成后流转到该工位，由工人根据上道工位已在每条装配线附近标记的筋板零件号，将对应编号的筋板点焊到位。焊接时，需采用适当的点焊工艺，保障点焊点牢固且大小合适。点焊后不用对点焊点进行打磨，但要求点焊点不能影响后续自动焊接质量。机器人焊接工位配有部件位置自动视觉识别系统，能够自动识别工件的整体位置坐标，并且能够与焊接机器人系统通信，将识别的工件位置信息传送给焊接机器人系统。为减少焊接变形，每条筋板进行双面对称焊接。机器人系统能够与工件位置视觉识别系统通信，并且根据位置系统的数据自动修正焊接轨迹。激光视觉系统能够自动识别焊缝的起始点和终点，并在焊接过程中自动修正机器人的焊接轨迹，实现焊缝的实时跟踪。采用熔化极气体保护电弧焊焊接，保护气体为 CO2。焊丝使用药芯和实芯焊丝。修补工位用于对焊后部件进行变形检测和焊缝补焊。工件进入本工位并流转到位后，通过工件位置自动识别系统自动确定工件的位置。通过工件身份识别系统自动设别并确认工件身份。自动检测系统根据选定的程序对工件进行检测并将数据存储，自动判别变形量是否满足质量要求。变形检测完成后，人工检查焊缝焊接情况并进行补焊工作。工位自动化设备、物流、定位机构等配置与整线生产节拍相匹配，不得出现配置过度冗余造成资源浪费，也不得出现配置不足造成生产线运行不畅的 情况。基于薄板施工方案，为实现施工标准化和规范化，可以构建薄板生产线用于船体薄板平面部件中小组立的自动化生产，解决薄板从拼板至成品的全部生产，实现薄板的自动拼板与焊接。加强材装配和焊后打磨补焊均采用人工方式。生产线主要包括拼板焊接与矫平工位、人工装配工位、机器人焊接工位、修补工位以及自动输送系统等，如图 1 所示5。拼版工位人工装配工位（双工位）机器人焊接工位（双工位）修补工位（双工位）图 1薄板生产线示意图6结语针对在船舶建造过程中存在薄板焊接变形和焊缝表面缺陷等状况，提出了关于薄板施工工艺优化的课题。工艺方案能有效控制薄板焊接的变形，节约造船成本。研究表明，工艺优化有效改善了薄板的平整度与美观度，不但提高了工厂的生产效率，减少了火工矫正的作业次数，而且获得了良好的内部质量，外部成形美观，不仅为现代船舶建造质量奠定了良好的基础，也为以后的薄板拼板焊接提供了参考。参考文献1 牛新苗，张杨飞，孙斌.船舶上层建筑薄板平整度控制工艺研究 J.中国水运，2021（11）：91-93.2 唐鑫，陈宪刚.薄板拼板焊接工艺研究 J.科技视界，2018（5）：171-172.3 黄辉琼，项辉宇，冷崇杰，等.铝合金薄板冲压成形工艺优化及偏差补偿研究 J.锻压装备与制造技术，2023（1）：73-80.4 易茜，李聪波，潘建，等.薄板类零件加工精度可靠性分析及工艺参数优化 J.中国机械工程，2022（11）：1269-1277.5 梁柱，李国俊，张治民，等.5A06 铝合金带筋薄板件挤压缺陷的模拟分析及优化 J.锻压技术，2016（2）：51-57.