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船舶焊接设备的应用现状及发展
文章转载自:中国印染资讯网 发表时间:2010-11-23 11:16:37

船舶工业发展概况
     船舶工业担负着为海军、航运和海洋工程提供主要装备的重任,是重要的国防工业,是保障国家安全的重要战略性产业。毛泽东同志早就发出过“新宝三娱乐一定要建设一支强大的海军”的伟大号召;邓小平同志做出了“中国船舶要出口,要打入国际市场”的战略决策;胡锦涛同志为核心的中央领导集体指示“我国不仅要成为世界第一造船大国,还应努力成为世界造船强国”。
     综观近代世界船舶工业的发展,一个重要特征表现为造船基地从欧洲---日本—-韩国—-向中国的演变和转移。国际造船中心在上世纪50年代开始从西欧转向日本,日本以10年的时间发展成为世界第一造船大国;70年代开始转向韩国,韩国以9年的时间超过欧美成为世界第二大造船国,并在上个世纪90年代开始赶超日本,于21世纪初成为世界造船工业的新宠;随着世界船舶工业产业结构调整,中国凭借其资源、成本和产业基础等综合优势,正在成为承接国际造船业转移的最佳区域,并且自1995年以来一直保持着世界造船总量第三的地位,特别是2002年以后进入高速发展阶段,所占世界造船量的比重呈明显大幅上升之势。表1为1995—2004年日韩中三国造船完工量及占世界比重一览表。2005年中国造船产量已达到1212万载重吨,约占世界造船份额的18%。可以预见,日本造船业在世界市场上的份额下降不可避免,而韩国造船工业也已进入成熟期,中国则刚刚进入成长期,还有较长时期的快速发展过程。世界造船业的分布格局已经由原来的日本、韩国和其他(欧洲、中国)的老三极格局,发展为日本、韩国、欧洲和中国的四极格局,目前,正在向韩国、日本、中国的新三极格局演变。
表1   1995—2004年日韩中三国造船完工量及占世界比重一览表  单位:万总吨①

年份
国家 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003②
万载重吨 2004③
万载重吨    
日本 931 1015 988 1027 1105 1202 1202 1196 2040 2300    
比重(%) 41.1 39.3 38.7 40.3 39.7 37.9 38.4 35.8 37.1 37.2    
韩国 622 738 823 725 916 1223 1161 1297 2270 2260    
比重(%) 27.5 28.6 32.2 28.5 32.9 38.6 37.1 38.9 41.3 36.5    
中国 95 110 148 147 159 165 183 221 570 855    
比重(%) 4.2 4.3 5.8 5.8 5.7 5.2 5.8 6.6 10.4 13.8    
世界合计 2265 2584 2554 2546 2782 3170 3129 3338 5500 6190  
资料来源:①《中国船舶工业统计年鉴》2003等资料。②克拉克松公司研究报告。③2004年船舶工业经济运行分析,中国船舶报,2005-2-25②。
目前,我国造船业主要集中在长江口、环渤海湾和珠江口,三大造船基地占据全国造船总量的绝对多数。其中,长江三角洲所占比例最高,已经占据全国半壁以上江山,且比例不断增加;环渤海地区占全国总量的四分之一左右;珠江三角洲所占比例为五分之一左右。可以说,中国造船业在地区分布上具有明显的地区相对集中现象,且有进一步向长江三角洲地区相对集中的可能。从城市分布来看,我国造船业主要集中在上海、大连、广州、南通、泰州等城市,这五个城市造船量合计占全国造船总量的70%以上。
     依据我国船舶工业发展规划,预计到2015年,中国造船产量将达到2400万吨,占世界市场的份额将达到35%,到2020年,我国造船新宝三娱乐水平将达到或接近世界先进水平,中国将一跃成为世界第一造船大国。为了实现这一宏伟蓝图,中国正在加快建设以上海长兴岛、广州龙穴岛、青岛海西湾为核心的大型船舶工业基地。上海、辽宁、天津、山东、江苏、浙江、福建、广东等省市都相继提出了船舶工业发展战略,进行了相当规模的船舶工业投资建设。
     随着三大船舶工业基地的建设,各地方船舶工业发展战略的实施,我国船舶工业必将实现“形成与先进造船国家抗衡的产业基础和规模,形成以大新宝三娱乐(集团)为主力、规模化与专业化相结合、军民品协凋发展的产业格局,产业新宝三娱乐、配套能力、劳动生产率和经济效益全面进步,并接近世界先进水平”的中长期发展总体目标。
     1 造船厂电焊机的使用现状
     焊接新宝三娱乐是现代工业的基础新宝三娱乐之一,造船焊接新宝三娱乐是现代船舶制造的关键工艺新宝三娱乐,在船体建造中,焊接工时约占船体建造总工时的30%~40%,焊接质量是评价造船质量的重要指标,焊接效率直接影响到造船周期和船舶建造成本。因此任何一个造船厂都十分重视焊接设备的可靠性、先进性和对船舶焊接工艺的适应性。中国造船新宝三娱乐的新宝三娱乐水平、管理模式、基础设施、造船历史、新宝三娱乐性质和所造船舶类型等千差万别,因此使用的造船焊接新宝三娱乐和设备可谓大相径庭。船舶建造模式可集中反映造船焊接新宝三娱乐水平及设备使用情况,因此新宝三娱乐可以根据世界造船模式的演变发展及各造船厂采用的造船模式,分析造船厂电焊机的使用现状及未来的发展。世界造船模式的演变发展过程如下:
整体造船模式----分段造船模式----分道造船模式----集成造船模式----敏捷造船模式
第一级        第二级         第三级         第四级        第五级
     最近几年建立的一些小造船新宝三娱乐和沙滩船厂大致在第一级水平,按照整体造船模式组织生产。这些为数众多的小造船厂在车间内或地面上采用切割、辊压、火焰加热和人工锤击等方法加工船体零件,然后采用蚂蚁搬家的方法把零件运到船台,主要使用弧焊变压器逐件焊接成为船体。各省市地方主要造船厂及一些规模较大的民营新宝三娱乐大致在第二级水平,按照分段造船模式组织生产。这些中型造船厂在车间内装配焊接船体分段,采用大型起吊、运输设备把分段运到船台总装。主要使用的焊接设备为硅整流式多头焊条弧焊机、晶闸管式CO2气保焊机、晶闸管式埋弧焊机。中国船舶工业集团公司、中国船舶重工集团公司所属主要造船厂及像中远川崎这样的合资新宝三娱乐大致在第三级水平,按照分道造船模式组织生产。分道造船模式根据成组新宝三娱乐原理,以“中间新宝平台”生产为导向,船体分段生产线上的平板拼接主要使用晶闸管式CO2气保焊机(少数新宝三娱乐亦开始部分使用的逆变式CO2气保焊机)、晶闸管式埋弧焊机;平角焊、立角焊工艺则使用CO2气保焊机;管道生产线上的焊接作业主要使用TIG焊机和CO2气保焊机;分段合拢时采用气电立焊工艺而使用CO2气保焊机。目前日本、韩国等国外先进造船厂处于集成造船模式。集成造船模式虽然仍主要采用CO2气保焊工艺和埋弧焊工艺,但高度机械化、自动化焊接设备和焊接机器人系统被广泛采用。敏捷造船模式是当前世界造船业正为之奋斗的船舶制造系统,具有模块化、数字化造船的鲜明特点,毫无疑问只有自动化、数字化焊接设备才能适应敏捷造船模式的要求。
      2 造船厂焊接设备的发展前景
      造船行业具有新宝三娱乐密集、资金密集、劳动力密集的突出特点。为了缩短造船周期、降低造船成本、保证焊接质量、改善劳动条件,必须大力推广应用高效化焊接新宝三娱乐。CO2气体保护焊和自动化焊接新宝三娱乐则是推动我国高效化造船焊接事业突飞猛进的两只强有力翅膀。
      2.1 逆变式CO2气保焊机
      造船厂广泛应用CO2气保焊工艺最具有现实和长远的新宝三娱乐经济价值。只有CO2气保护焊的用量大幅度增加,才能减少焊工人数、减少焊条的用量、降低焊材与钢材的比例、降低生产成本、提高造船焊接效率;并为实现焊接生产过程的机械化与自动化奠定基础。虽然我国造船厂现在仍然主要应用的是晶闸管式CO2气保焊机,但逆变式CO2气保焊机必将脱颖而出,在造船焊接中得到广泛应用。采用逆变式CO2气保焊机可以充分利用弧焊逆变器控制性能优异,动特性好的特点,实现可靠引弧、最佳收弧、低飞溅或无飞溅焊接;可以充分利用弧焊逆变器重量轻、体积小的特点,使得CO2气保焊机非常适合造船厂焊机频繁上下船台、移动焊接工位、减少安装位置;逆变式CO2气保焊机效率高、功率因数高、购买价格快速下降,可减少用电成本和设备投资;逆变式CO2气保焊机本身具有信息交换、界面接口、动态反应、显示存储的良好平台,特别适合作为自动化焊接系统的电源;逆变式CO2气保焊机本身具有功率数字化、控制数字化、管理数字化的基础,完全适应今后数字化焊接的要求、满足分道造船模式、集成造船模式和敏捷造船模式的需要。
      逆变式CO2气保焊机要在造船厂迅速、广泛推广应用,设计和制造时必须充分注意以下问题。

(1)进一步提高逆变式CO2气保焊机的可靠性  逆变式焊机在造船厂的推广应用与电建等行业相比是比较滞后的,其主要原因是由于造船厂焊机工作时间长、使用电流大、工作环境差,而且造船过程上下道工序时空相关性强、又要求造船周期越短越好。造船厂的这种生产特点理所当然要求焊机可靠性要高、。华东船舶工业学院“中船总造船厂逆变式弧时机的应用现状及前景研究”课题组,在1998年初对中船总所属25个造船厂使用逆变式弧焊机情况进行了调查,当时25家造船厂有各种逆变式弧焊机共321台。按焊接方法分类:MMAW焊机有243台,CO2气保焊机有40台,TIG焊机有38台。按逆变式弧焊机使用的大功率开关器件分类:SCR逆变式弧焊机有209台,IGBT逆变式焊机有110台,GTR和MOSFET逆变式弧焊机各一台。时间过去八年,IGBT逆变式焊机已经取代了SCR逆变式焊机,新宝三娱乐之进步显而易见,然而逆变式弧焊机在造船厂的推广应用仍然不够理想。新宝三娱乐应该化极大的精力,从新宝三娱乐原理和生产制造两方面加倍努力,进一步提高逆变式CO2气保焊机的可靠性,提供令造船厂信得过的高可靠性逆变式CO2气保焊机。软开关式逆变CO2气保焊机可显著减少大功率开关管的开关应力、开关损耗(降低焊机温度、减少电磁干扰),因而从原理上可大大提高逆变式CO2气保焊机的可靠性。逆变式CO2气保焊机是一种电力电子新宝三娱乐与焊接新宝三娱乐相结合的高科技新宝平台,其可靠性与生产新宝三娱乐的制造设备、制造工艺、检测手段密切相关,因此极有可能出现新宝三娱乐原理相同、元器件相同,不同厂家生产的新宝平台,可靠性却大相径庭的情况。可以断言,今后在造船厂广泛推广应用的逆变式CO2气保焊机一定是为数很少的几种品牌机。

     (2)提高和改善逆变式CO2气保焊机的焊接工艺性 逆变式CO2气保焊机可以通过对输出电流、电压波形进行优化控制,合理分配和控制电弧热量,从而有效减小飞溅,获得良好焊缝质量和成形。

     (3)提高和改善逆变式CO2气保焊机的造船焊接工艺适应性  造船厂沿海沿江而建、船体焊接多为露天作业、焊接工位经常变换、焊接电缆有时长达五十米、实芯焊丝和药芯焊丝均可能使用、焊缝结构多变且可达性差、因此必须高度重视焊机结构强度、散热通风、防雨、防潮、防尘设计;焊接电缆(控制电缆)、气管、送丝机和焊接电源应便于拆卸和移动;应具有焊接电缆长度和干伸长补偿能力,方便进行功能转换和参数调节。
      2.2 高效化、自动化焊接设备
      目前我国造船厂与国外先进造船厂的年人均造船吨位、年人均产值和生产效率3项指标约差3—5倍。如日本生产效率为1,韩国为2/3,则中国为1/7—1/5。中国每条船的建造工时数、每座船坞的年度造船数和劳动生产率分别为日本的5倍、20%和10%。大力采用以自动化焊接设备为基础的高效焊接是造船厂提高造船能力、提高生产效率、缩短造船周期、保证焊接质量的有效途径。实现高效焊接的自动化焊接设备可以分成机器人焊接系统、成套自动化焊接设备、焊接专机和简易自动化焊机等几种类型。各造船厂情况大不一样,今后对实现高效焊接的自动化焊接设备的选择肯定各不相同。按照整体造船模式组织生产的小造船新宝三娱乐规模小、资金投入少、新宝平台档次低、新宝三娱乐力量薄弱和受造船模式的限制,因此推广应用高效焊接新宝三娱乐最可能、最直接和最有效的选择,就是逐渐使用半自动CO2气保焊机代替目前广泛使用的弧焊变压器。这些处于第一级的造船厂估计全国超过1千家,按平均每家使用10台计算,电焊机行业将增加1万台以上CO2气保焊机的销售量。按照分段造船模式组织生产的各省市地方主要造船厂及一些规模较大的民营新宝三娱乐,为了提高造船能力、缩短造船周期和保证焊接质量,它们必将加大技改力度,增加机械化、自动化焊接设备,以大幅度提高焊接高效化率。这些造船厂一方面将继续提高和扩大CO2气保焊工艺的应用率和覆盖率,另一方面将添置或增加平面分段流水线装焊设备,增加在车间焊接或现场焊接应用的刚性或半刚性的焊接专机,增加可以使工件上的接缝处于理想的船形位置或平焊位置进行焊接的变位机械,增加自动平角焊机和立角焊机,增加管子装焊流水线和垂直气电立焊设备。这些处于第二级的造船厂具有一定规模、每个造船厂的年造船量都在数万吨以上,受到地方政府和主管部门的支持,有较多的技改资金投入,选用国产焊接设备倾向性较大。按照分道造船模式组织生产的中国船舶工业集团公司、中国船舶重工集团公司所属主要造船厂新宝三娱乐力量雄厚,人才聚集,具有较强的设计、开发和应用能力,今后重点建造的是、大型船舶、特种船舶和高附加值船舶。这些造船厂焊接工作量的90%以上今后将由CO2气保焊工艺完成,高效化、自动化焊接率将达到日本和韩国水平,因此添置焊接设备主要是CO2气保焊机,平面(曲面)分段流水线装焊设备,垂直气电立焊设备,以机器人为核心组成的柔性生产线以及激光—电弧复合热源焊接系统等高新焊接设备。这些处于第三级的造船厂资金雄厚、焊接设备的需求量大,对供应商的生产规模、新宝平台质量、售后服务均有很高要求;使用的大型成套设备多为国外著名公司提供。
       无论是以生产焊接电源为主或是以生产成套焊接设备为主的新宝三娱乐,都应该十分认真研究处于第三级的“国家野战部队”、处于第二级的“地方主力部队”和处于第一级的“地方游击部队”使用焊接设备的现状及发展,优化和调整自己新宝平台结构。

 

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