0 前言
隨著我國船舶事業(yè)的不斷發(fā)展，造船產(chǎn)量在大幅度的增長，以及船廠建造的船型在不斷的增多，造船用鋼的趨勢也悄悄的發(fā)生了改變：低合金高強(qiáng)鋼的需求將大幅度的增加，造船用鋼板的規(guī)格增大等，這將給自動化拼板增加一定的難度。首先，由于船舶的大型化，專業(yè)化使得低合金高強(qiáng)鋼的需求大幅增加。因?yàn)槠胀ㄔ齑娩搹?qiáng)度低，在建造大型船舶時就必須增加板厚。這樣不僅增大制造過程中加工焊接的難度和成本，又增加了船舶的自重，減少載重量；其次，船舶大型化引發(fā)了船板使用規(guī)格大型化的趨勢，預(yù)計(jì)*的船用鋼板規(guī)格將達(dá)到：長22.5 m 寬4.5 m 厚40 mm。低合金高強(qiáng)鋼和中厚板高效焊接的問題將也是每一個船廠焊接*必須面臨的課題。
近幾年來國內(nèi)的造船企業(yè)相繼引進(jìn)了多條平面分段流水線，在船廠的生產(chǎn)中發(fā)揮了較大的作用。平面分段流水線主要用于鋼板平面組裝階段的船體平行中體外板，雙層底板，頂板，甲板隔壁等的拼板對接焊，以及相應(yīng)結(jié)構(gòu)的焊接。但是也由于種種原因從目前的國內(nèi)的幾大船廠引進(jìn)的平面流水線來看，成功的幾乎很少。首先，焊接材料必須依靠進(jìn)口，由于一般引進(jìn)的設(shè)備都是大型高效裝備，因此采用的都是大線能量高速焊接等技術(shù)工藝。國內(nèi)雖然有部分焊材可以代替進(jìn)口用于引進(jìn)設(shè)備使用，但對韌性指標(biāo)要求高或是特殊場合的焊材仍以進(jìn)口為主；其次，由于一般引進(jìn)的設(shè)備都是大線能量技術(shù)工藝，這就對高強(qiáng)鋼的焊接不太適應(yīng)，熱輸入大，產(chǎn)生變形和組織性能等問題；國內(nèi)許多船廠引進(jìn)的平面分段流水線中FCB單面焊拼板焊接工位由于坡口留根，間隙一致性差等問題導(dǎo)致焊縫反面成型不均勻，有時甚至不成型，增加返修工作量。對厚度≥35mm的鋼板焊接接頭的某些性能不能較好的滿足要求。導(dǎo)致在一些情況下流水線流不起來，或流的不暢。
1 TANDEM雙絲焊接系統(tǒng)簡介
為了提高我國工業(yè)企業(yè)的焊接生產(chǎn)效率和焊接技術(shù)水平，珠海市金寶熱融焊接技術(shù)有限公司從世界著名的德國克魯斯（CLOOS）公司引進(jìn)了TANDEM雙絲高速高效焊接技術(shù)。成功的解決了一些需要高速焊接的用戶的需求，在過去的十年中已經(jīng)有超過150套的TANDEM焊接系統(tǒng)在國內(nèi)交付使用，受到了廣大用戶的一致好評。
該技術(shù)將兩根焊絲按一定的角度放在一個特別設(shè)計(jì)的焊槍里，兩根焊絲分別由各自的電源供電，所有的參數(shù)都可以彼此獨(dú)立，這樣可以*地控制電弧。與其它雙絲焊技術(shù)相比，不僅可以提高熔敷速度，大大提高焊接效率，而且改善了焊縫質(zhì)量，減少了飛濺物。
（1）TANDEM 焊接系統(tǒng)原理：
德國CLOOS公司TANDEM焊接系統(tǒng)原理見圖1。
（2）TANDEM 雙絲焊的工藝特點(diǎn)：
a) 高性能焊機(jī)， * 暫載率時的焊接電流 1000A ，脈沖電流 1500A ；
b) 數(shù)字化雙脈沖電源， 6 英寸 LCD 顯示，可編程，連接 PC 機(jī)、打印機(jī)；
c) 每根焊絲的規(guī)范參數(shù)可單獨(dú)設(shè)定，質(zhì)材、直徑可不同，相位差可連續(xù)調(diào)整；
d) 每根焊絲的送絲速度可達(dá) 35m /min ；
e) 大大提高熔敷效率和焊接速度；
f) 在熔敷效率增加時，保持較低的熱輸入；
g) 電弧穩(wěn)定，熔滴過渡受控；
h) 焊接變形??；
I) 飛濺?。?BR> j) 焊接數(shù)據(jù)監(jiān)控和管理，錯誤代碼顯示；
k) 使用標(biāo)準(zhǔn)氣體，耗氣量少；
l) 可焊接鋼、高強(qiáng)鋼、不銹鋼、鋁合金等；
2 船廠分段拼板技術(shù)要求
船廠分段拼板技術(shù)要求如下：
?。?）一次焊透20-40mm厚的鋼板，單面焊雙面成型，反面成型美觀，焊縫能滿足船檢的要求；
?。?） 厚度低于16mm（含16mm）的不用開坡口；
?。?） 焊接速度：厚20mm的1m/min以上，厚16mm的1.2m-1.5m/min之間；
?。?） 能同樣適用低合金高強(qiáng)鋼的高速焊接；
?。?） 焊接變形控制要求焊后不需要校正；
?。?） 能用銅襯墊或陶瓷襯墊；
?。?） 組對時間隙精度允許有2mm的誤差。
3 TANDEM雙絲焊拼板系統(tǒng)的構(gòu)成
（1）機(jī)臺總成：含主門架、爬梯、橫向滑移機(jī)構(gòu)等。主門架采用固定形式，長21m,適用21m及以下不同規(guī)格的板材，焊接小車在門架橫梁上運(yùn)行，焊接距離長。
（2）焊接總成：含焊接小車、立體、上下升降機(jī)構(gòu)、左右調(diào)整機(jī)構(gòu)、焊槍夾持機(jī)構(gòu)等
a)焊接小車：采用雙邊變頻驅(qū)動形式，驅(qū)動功率為1.5KW,焊接速度為300-3000mm/min
b)焊槍上下升降裝置：焊槍拖板在精密絲桿的傳動下，通過直線導(dǎo)軌副上下運(yùn)動，驅(qū)動功率為：0.75KW,移動距離為500mm,速度為：250mm/min
c)焊槍左右橫移裝置：焊槍在焊臂的帶動下手動左右移動，通過直線導(dǎo)軌副導(dǎo)向，移動距離為500mm。
（3）焊接系統(tǒng)：含兩套TANDEM雙絲焊機(jī)（四臺）、四臺送絲機(jī)、兩把TANDEM雙絲焊槍及焊槍電纜、聯(lián)接電纜等。
（4）跟蹤系統(tǒng)：含激光跟蹤系統(tǒng)、電動十字滑架。采用十字滑架結(jié)構(gòu)方式，非接觸傳感工件對接處，根據(jù)采集到的焊縫變化信號，由X-Y滑塊執(zhí)行焊炬精確地隨動，精度：±0.25mm。
（5）焊煙除塵器：含德國產(chǎn)焊煙回收系統(tǒng)1套。
（6）導(dǎo)弧總成：含焊槍角度調(diào)整機(jī)構(gòu)、焊槍間距調(diào)整機(jī)構(gòu)。
（7）能源傳送總成：含15000mm長坦克鏈及輥道等。輥筒直徑為：245x16mm。
（8）控制總成：含控制箱、操作箱、電纜線等?？刂葡到y(tǒng)采用集中控制，可儲存焊接工藝參數(shù)，根據(jù)不同工藝參數(shù)可隨時調(diào)用，數(shù)字顯示。
（9）鋼板固定裝置：含電磁鐵等。每個電磁鐵直徑為φ250mm,吸力為2噸。橫向電磁鐵間距為925mm,縱向?yàn)椋?65mm。在每個電磁鐵中間設(shè)置一個托輪，有利鋼板的輸送。
(10) 襯墊：含陶瓷或琴鍵式銅襯墊。陶瓷襯墊采用人工裝貼，琴鍵式銅襯墊采用氣囊頂升壓緊。
4 TANDEM雙絲焊拼板焊接工藝過程：
(1) 切割好的兩塊鋼板放置在輥道上預(yù)先點(diǎn)焊，預(yù)留間隙精度控制在3mm以下；
(2) 通過同步輸送鏈將鋼板拼接焊縫處送至焊縫貼片處，反面貼上陶瓷襯墊，或頂升銅襯墊，保證反面襯墊與焊縫結(jié)合嚴(yán)密；
(3) 啟動高速TANDEM雙絲氣保焊機(jī)進(jìn)行焊接，前后兩把TANDEM雙絲焊槍四絲同時工作。前槍帶焊縫激光跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行打底，后槍帶電弧擺動蓋面，一次焊接成型。
(4) 去除反面的陶瓷襯墊，手工氣保焊清根,完成拼板工序。
(5) 將拼接后的鋼板輸送至縱筋龍骨裝配區(qū)，在鋼板上劃出縱筋龍骨位置線，將龍骨裝配并點(diǎn)焊，裝配后的工件由輸送輥道送至縱筋龍骨焊接區(qū)進(jìn)行雙面自動焊接。
5 焊接參數(shù)
焊接參數(shù)見表1。
|
試 件 |
Q235 |
焊 絲 |
ER70S Φ1.6mm | ||||
|
坡口形式 |
對接焊縫 V型 20+20mm |
對口間隙 |
4—5mm | ||||
|
焊接氣體 |
80%Ar+20%CO2 |
預(yù)熱溫度 |
無 | ||||
|
焊道次序 |
打底TANDEM焊槍 |
蓋面TANDEM焊槍 | |||||
|
焊絲 |
前絲 |
后絲 |
前絲 |
后絲 | |||
|
焊接電流A |
260 |
300 |
420 |
380 | |||
|
電弧電壓V |
28 |
30 |
32 |
31 | |||
|
送絲速度m/min |
7.0 |
7.5 |
10.0 |
8.5 | |||
|
脈沖頻率Hz |
200 |
200 |
200 |
200 | |||
|
峰值電壓A |
32 |
34 |
36 |
35 | |||
|
基值電流A |
100/100 |
100/100 |
100/100 |
100/100 | |||
|
脈沖波形 |
2 |
2 |
2 |
2 | |||
|
脈沖寬度ms |
1.90 |
1.90 |
2.25 |
2.25 | |||
|
脈沖模式 |
U/I |
U/I |
U/I |
U/I | |||
|
氣體流量l/min |
25 |
25 |
25 |
25 | |||
|
焊接速度mm/min |
1000 | ||||||
|
擺動頻率Hz |
|
20 | |||||
|
擺動幅度mm |
|
5 | |||||
|
駐留時間s |
|
0.2 | |||||
|
焊縫寬度mm |
反面6-8 |
正面21-24 | |||||
|
備注：焊機(jī)相關(guān)參數(shù)設(shè)置: | |||||||
