技術是現代造船模式中的關鍵技術之一。在船體建造中,焊接工時、焊接成本約占船體建造總成本的40%左右。因此,船舶焊接技術水平和生產率直接影響船舶建造周期、生產成本、產品質量。
我國已是世界造船大國,但要成為造船強國,就一定要重視高效焊接技術的研發和應用。目前傳統的電弧焊方法依然是造船中主要的連接方法,但其會帶來明顯的焊接變形和大量的焊后矯形工作。激光焊接因其高能量密度而具有熱輸入量低、焊速高、熱影響區域窄、焊縫深寬比大焊接變形量極小等優點,是船舶焊接技術發展不可缺少的一種高效的焊接技術,尤其在船用鋁合金的焊接中有明顯優勢。
在船舶行業中,將激光焊接和電弧焊接兩種方法結合在一起,可有效提高焊接效率,依賴電弧寬的熔合區效應,可大大提高裝備間隙,同時可以通過填絲來改變焊縫組織性能,從而減少了船舶建造中焊前裝配的工作量和加工成本。
當前激光與電弧復合的形式主要有光纖或碟片激光器和TIG、MIG或等離子弧復合。在復合三種熱源的過程中,形成了一種增強適應性的焊接方法。不過這種結合也將激光的非接觸式焊接拉回了接觸式焊接方法類別。
激光電弧復合焊接原理圖
目前已經在EH36 高強鋼 10-18mm厚板焊接、鋁合金5-8mm中厚板單面焊接(不焊透型)、T型 20mm碳鋼板連接中取得了比較成熟的工藝應用。
EH36高強鋼主要應用在船舶制造行業,其在低溫下具有較高的強度、韌性和耐蝕性等綜合性能好,還能夠減輕船體自重,提高載荷等優點,適用于建造遠洋萬噸級以上的船舶殼體。
傳統的電弧焊接效率低下,焊縫表面易產生凹陷和咬邊缺陷,背面易形成焊瘤等缺陷。另外弧焊的熱輸入很大,穿透能力小,在焊接過程中不僅需要考慮變形控制的問題,還需要考慮焊后應力消除等問題。
10kw激光電弧復合焊接可以一次性穿透18mm的厚度,與傳統的弧焊相比,焊接效率遠遠超出預期,焊接工序也得到大力簡化。
近年來,一些船體中開始引用鋁合金結構,特別是快艇、渡輪、巡邏船、豪華游艇等。相對于鋼結構,鋁合金船舶具有輕便、高速、靈活、節能等特點。鋁合金的密度小,強度高,但是鋁合金特殊的材質,使得激光焊接鋁合金薄板時成形還不錯,當焊接5mm以上的厚板時,因激光穿透形成的小孔極不穩定,導致焊接成形很差、存在氣孔等問題。通過加入電弧恰好能避免這些缺陷,電弧對鋁板的預熱,以及對光致等離子體的稀釋,能提高材料對激光的吸收率,以及激光穿透的穩定性。
激光電弧復合焊接兼有激光焊接和電弧焊接的優點,能滿足造船廠對裝配間隙的要求,焊接變形小且焊后矯形的工作量小,具有良好的綜合經濟性。尤其隨著鋁合金艦船的大量建造,激光電弧復合焊的優勢必將得到更好的體現,在船舶行業中的應用前景也將更廣闊。
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