现代船舶工业中逆变焊机与气保护焊丝的应用情况

西风破

　一、造船焊接技术的概况 众所周知，焊接技术是现代工程技术之一，是20年代开始引进，并促进了造船焊接技术的发展，如今已日益显示出焊接技术是现代船舶建造工程的关键技术。在船体建造中，焊接工时约占船体建造总工时的30%~40%，焊接成本约占船体建造总成本的30%~50%。船舶焊接质量是评价船舶质量的重要指标，焊接的质量和生产效率也是影响造船质量与生产成本的主要因素之一。
- o, B2 n. C& i4 Q* _8 D! `7 S　　目前，随着我国经济建设的不断发展，中国造船业也在市场竞争中获得船舶出口的重大突破。船舶的总体设计水平、配套能力及管理手段全面提高，出口船舶的最大吨位已达到单艘30万吨的水平。品种不仅有散货船、油轮，还有达到国际先进水平的成品油轮、化学品船及多用途船等，在世界造船国家中位居第三，但与世界先进国家相比还有一定的差距。如何缩短差距，赶上和超过世界造船的先进水平，这对高效焊接技术在船舶建造中的应用，推动造船生产的发展具有十分重要的意义。
　　二、逆变焊在船舶建造中的应用 电弧焊是造船厂最重要、应用最广泛的一种焊接工艺，在现代船舶建造中要获得优良的焊接质量，就必须有好的焊接设备作保证。逆变式弧焊机具有良好的电气性能和焊接工艺性能，它具有以下性能和特点：
　　1 控制性能优异，容易实现焊机智能化。
　　2 动特性好，焊接工艺性优良，有利于实现自动化。
0 W" O# e8 W6 t0 b# w2 Q　　3 重量轻。
; g* V8 [" J: J1 ^. K- p5 V　　4 效率高、功率因数高
% d& ^& P" Y- g6 z7 ^% f　　5 体积小
  ?* ^+ {) U0 o　　6 引弧性能好，可以实现贫飞溅或无飞溅焊接。
　　7 焊接速度快
　　8 功能多，且转换方便。
　　由于逆变式弧焊机具有以上几大性能和优点，因此是目前国际上公认的最先进的电焊机，也是最具有发展潜力的一种焊机。在造船厂推广应用IGBT逆变式二氧化碳焊机最具有现实和长远的技术经济价值。
　　由于二氧化碳焊是一种高效的焊接工艺方法，焊接质量好，因此可以断言，二氧化碳半自动焊、二氧化碳自动焊和二氧化碳焊接机器人等各种二氧化碳焊接工艺将在造船业占有绝对优势。
" E  Z" {* T# l, m. z6 Z3 y　　对二氧化碳焊接的弧焊电源而言，除了考虑其经济性、可靠性等一般要求外，人们普遍关注其电气性能中的动特性，因为动特性的优劣直接影响二氧化碳焊接过程中的电弧功率、金属飞溅大小以及焊缝成形。为提高一次引弧成功率，要求引弧过程中焊丝的磁进速度与电流的上升速度要有最佳的配合和控制，这样才能保证具有较高的引弧成功率。此外，为使下一次焊接引弧容易，二氧化碳焊接一般都设BLT控制电路。BLT控制电路的功能是在停止送丝时，把电源输出电压降低到12~20V，经延时，再恢复到空载电压。这样，短弧时电流减小，电压也降低，从而避免熄弧时在焊丝端部形成球状体，使焊丝端部熔成锥体，因此重新引弧容易。
　　二氧化碳焊接过程中的飞溅引起的主要危害之一是飞溅物粘附在焊嘴内壁，使保护气体和焊丝受堵，这就不得不中断焊接过程，而进行清理，从而降低生产效率。逆变式二氧化碳焊机对动特性的调节主要是通过电子电抗器实现，因而在有效减少飞溅的同时，能方便及时地调节燃弧与短路的能量分配，从而获得优良的焊缝成形。
　　逆变式弧焊电源之所以具有其他弧焊电源，包括晶闸管整流式弧焊电源所不具有的独特优点，归根结底是由于逆变式弧焊电源引入了运行频率比工频高得多的逆变器所致，因此逆变二氧化碳焊机的动特性及可控性大大优于晶闸管二氧化碳焊机，从而可以大大提高引弧成功率，有效控制熔滴过渡，减少飞溅和改善焊缝成形。显而易见，开关频率较快的IGBT逆变式弧焊电源比SCR逆变式弧焊电源更具有先进性和发展前途。
- a& f6 w1 c0 d  x　　随着今后化学品船和高速船的产量增加，逆变式TIG焊机的推广应用也会有所发展。逆变式手弧焊在造船厂推广应用的潜力和发展前途不大，这是因为随着各种二氧化碳焊接工艺的广泛应用和造船自动化程度的不断提高，手弧焊的使用范围和使用量将会越来越少。
; R0 Z6 f. `9 H　　据华东船舶工业学院“中船总造船厂逆变式弧焊机的应用现状及前景研究”课题组在1998年初对中船所属25个造船厂使用的逆变式弧焊机的情况进行的调查：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，二氧化碳焊机有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。
　　应用逆变式弧焊机较多且卓有成效的有：江南造船厂、重庆造船厂、广州广船国际股份有限公司等单位。虽然在国内有许多船厂已陆续购置了一些逆变式弧焊机，但无论是逆变式弧焊机在船厂所占的焊机比例，或是船厂拥有的逆变式弧焊机占全国逆变式弧焊机的比例都是很低的。
* E% o7 p3 w5 _6 X( M　　而造船焊接工作者对逆变式弧焊机的可靠性一直信心不足，这是由于“逆变热”在1992~1995年间“席卷”全国，上百家企业都在研究逆变式焊机，且都已在不同程度上开发出不同规格的样机或产品。生产厂家相互竞争，将一批批实验室的样机或未成熟的产品推向市场，使我国的用户对逆变焊机的可靠性存在很大的疑虑。
& X& A2 R) m* _( F8 K9 h+ ], C　　其主要原因在于焊机制造方面：逆变式弧焊机是一种电力电子技术与焊接技术相结合的高科技产品，它是以电力电子技术和微电子技术发展进步作保证的。
　　我国基础工业比较薄弱，除大功率晶闸管开关器件外，基本上都依靠进口，而市场上进口器件水货很多，因此这极有可能造成使用同样的技术，同样的生产工艺，产品质量却大相径庭的情况。许多逆变式弧焊机生产企业的制造设备及工艺手段不符合电力电子产品的生产要求，一些焊机生产企业原有的车间和设备不适应逆变式弧焊机这种高科技产品，因此不能有效地控制质量。当然，也有一些技术人员的知识结构不够合理，缺乏对弧焊电源的深刻理解，有些电路的设计也不太适合焊接工艺要求。因此，建议通过以下的方式来解决逆变焊机可靠性和质量问题。
　　（1）对不成熟的逆变焊机不能过早地投入批量生产，必须经过反复调试、改进，不断完善，在质量和可靠性真正解决后再投入批量生产。
) u- W1 {; P+ \　　（2）主电路设计尽可能合理，最好采用计算机仿真和CAD，既可节省设计和制造调试逆变器的时间，又可减少逆变主电路元件的烧损。通过对电子功率器件的可行性测试，对关键性的器件（IGBT、快速二极管等）进行认真检测、挑选和匹配。
* r! D& A8 D) x7 s　　（3）利用电路板专用测试仪认真检测其各部分是否正常工作，只有先进的配套专用设备才能减少各种偏差，保持一致性，并对元器件和整机进行老化和测试实验。
　　（4） 尽可能扩大生产规模，以便使用生产线，模具等先进手段，确保产品制造工艺的一致性和准确性，从而确保每台产品质量的一致性和可靠性。
　　三、气保护焊丝在船舶工业中的应用 由于二氧化碳气保护焊具有明弧、焊接质量好，能进行全位置焊接，焊接成本低、生产效率高等优点，所以得到了大力推广，从而使气保护焊丝也得到大力发展。由于药芯焊丝具有性能优良、工艺性能好的特点，因此在国外得到了普遍应用且发展速度较快。我国二氧化碳气保护焊丝只有H08MnSiA和H08Mn2SiA以及少量的实芯焊丝（如ER70S-2和ER70S-6）。国产焊丝存在的问题较多，主要集中在镀层、盘绕、硬弯、接头和直径不均匀等方面。镀层不好，一是防锈能力差，不易保管；二是掉铜皮影响导电，特别是容易堵塞弹簧管，增加送丝阻力，并造成电弧不稳。
　　目前国内实芯焊丝生产厂家有几十家，船舶行业需根据近10年的使用情况，选择几个质量稳定、性能良好的焊丝生产厂，加强联系并及时反馈质量问题和对性能改进的意见，提高焊丝质量，以便更好地建造出口船。另外，对于药芯焊丝，国内生产尚未形成一定的规模，船舶行业药芯焊丝仍大量进口。具了解国内还有其他生产厂引进药芯焊丝生产线，这大大加快了药芯焊丝的国产化进程。
　　船舶行业二氧化碳气保护焊的推广工作，主要问题是采用进口二氧化碳气保护焊机、焊丝，其价格昂贵，并花费大量外汇；而使用国产二氧化碳气保护焊设备、焊丝，其质量不稳定，很难满足需求。但这是暂时的困难，如果经船舶行业与焊接材料厂的共同努力，不断提高焊丝的质量，进一步满足建造出口船舶的需要，一定会在最短的时间内达到和超过进口药芯焊丝的水平。为此，我们要在船舶工业高效焊接技术指导组的领导下，开展有计划、有步骤的国产药芯焊丝的技术攻关，国产药芯焊丝的前景将会一片大好。
　　四、结 语
　　随着造船高效焊接技术的逐步推进，新设备、新工艺、新材料的广泛应用，越来越显示出逆变焊机及气保焊丝的重要地位。如今，各船厂正处在技术改造和技术创新的过程中，逐步认识到使用逆变焊机和气保护焊丝的重要性。
　　但在一些船厂中仍存在着推广与应用的疑虑。为此，本文再次希望逆变焊机和气保护焊丝制造单位要密切配合船厂的需要，抓住市场的机遇，为船厂提供质好、价廉的设备与材料，为我国的现代化建设贡献一份力量。

littlem6688

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