科技創新

        18
        12月
        2019

        中國船舶報 | 探秘國內首條激光復合焊接線 由中集來福士自主研發并已成功實現應用

        發布者:中集集團
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        近日,煙臺中集來福士海洋工程有限公司在其龍口基地平面車間利用激光復合焊成功實現了鋼板長邊、短邊的連接焊接,這是激光復合焊接生產線在國內造船行業的首次應用。這條國內企業自主研發的激光復合焊接生產線也代表了國內船舶行業焊接領域的最高水平。截至目前,中集來福士龍口基地已經成功完成19個分段的片體拼板焊接,焊縫累計總長度1229米,重量281噸,質量全部合格。 
        從2018年年初立項,到201873日正式啟動,再到今年9月的成功應用,在經歷了長達20多個月的研發、設計、建造以及調試的艱辛歷程后,中集來福士、中集海洋工程研究院舉全廠之力與哈爾濱焊接研究院有限公司、無錫華聯科技集團有限公司等聯合攻關研發建造的國內首條以激光復合焊接設備為基礎的滾裝船和特種船智能化生產線正式投產,并應用在渤海輪渡股份有限公司的高端客滾船上。從某種程度上講,這條助推我國船舶焊接技術實現跨越式發展的激光復合焊接線標志著中國船舶焊接已經達到了世界領先水平。
        “激光復合焊代表著當今船舶行業焊接技術的領先水平,歐洲造船業已經把激光復合焊接技術應用在滾裝船和特種船智能化生產線上。未來,建造高端滾裝船和特種船必須打破國外的技術封鎖,這就要求必須建造一條智能化的激光復合焊生產線。只有這樣才能使我們的造船水平實現大幅提升?!敝屑瘉砀J魁埧诨乜偨浝硗跷呐e堅定地說。 
        做第一個“吃螃蟹的人” 
        作為我國最大的半潛式鉆井平臺制造基地和唯一擁有自升平臺、半潛平臺、特種船舶系列產品的海工企業,中集來福士在國內外海工領域均實現了一系列的突破和成就,以“藍鯨1”號等為代表的“大國重器”先后獲得好評。面對國際油價“斷崖式”下跌的不利形勢,該公司不等不靠、快速調整,憑借自身的技術積累、強大的制造能力和優異的市場開拓能力,緊抓制造強國戰略實施和山東省新舊動能轉換的有利時機,主動開展結構調整和轉型升級工作。中集來福士龍口基地副總經理尹巖太介紹說,該公司在成功實現“油轉漁”的基礎上形成了“油轉游”的轉型構想,并把這種構想變成了現實,與渤海輪渡簽署了亞洲最大多用途滾裝船(2+2艘)建造合同,以及豪華郵輪型客滾船及豪華國際郵輪產業合作戰略協議;與瑞典航運公司Wallenius SOL AB公司簽訂4艘雙燃料超級滾裝船工程總承包(EPC)合同,在高端客滾船以及豪華郵輪領域實現了重大突破。 
        雖然在海工領域是“排頭兵”,但是在高端客滾船以及豪華郵輪領域,中集來福士卻是一名不折不扣的“新兵”?!拔覀冇龅降牡谝粋€‘攔路虎’就是焊接難題?!敝屑瘉砀J魁埧诨毓に嚥拷浝聿軐W軍介紹,客滾船、游艇、郵輪等高端船舶薄板焊接量大,變形和翻身一直是“老大難”問題,機械校平、水火整形、背燒、結構加強等手段仍不能徹底解決變形問題。每道焊接工序由于焊縫熱影響大導致的變形,是造成項目成本和無用成本居高不下的“元兇”。 
        工欲善其事,必先利其器。為了解決這一難題,在開展了多方調研后,中集來福士將眼光投向了激光復合焊。曹學軍介紹,作為當前世界最先進的焊接技術,激光復合焊集眾多優點于一身,采用激光與電弧相結合,利用激光深熔能力和電弧的搭橋能力,可真正實現單面焊接雙面成型,焊接熱影響區小,焊接質量好,焊接速度快,焊接成本低,能夠有效控制焊接變形,而且減少了片體翻身和吊耳的焊接。 
        “在國外,激光復合焊已在造船業有十多年的應用歷史了,意大利芬坎蒂尼船廠、德國邁爾船廠等豪華郵輪建造企業對這項技術的應用已十分成熟,但是由于國外的技術封鎖,國內相關行業并不能得到關于激光復合焊的太多信息?!辈軐W軍介紹說,其實,中集來福士不是沒有考慮過從國外引進先進的裝備和技術,況且,也已經有國內船企花重金引進了成套的激光復合焊接生產線設備。但是,如果從國外購買設備,不僅成本高,而且最快也只能2020年或者2021年投產。更重要的是,從國外購買的這種成套設備不能“拆包”,企業難以掌握激光復合焊的核心技術,最終還是會“受制于人”。 
        “我們認準了這是船舶行業焊接領域的未來發展方向,這項技術必須要掌握在我們自己手里?!蓖跷呐e介紹說,在中集來福士領導的支持下,在中集海工院以及研發中心工藝部的協助下,中集來福士龍口基地開始了激光復合焊生產線的“取經之路”。
        成功實現“落地開花” 
        2018年73日,中集來福士龍口基地正式建成國內第一家以激光復合焊接設備為基礎建設滾裝船和特種船智能化生產線的平面車間和MPC車間。據介紹,這個平面車間長150米,寬60米,總面積只有9000平方米,從外面看上去與其他的平面車間并沒有什么不同,但是“內有乾坤”:一條整潔的激光復合焊接線正在平穩運行,只用幾分鐘就將兩塊10毫米厚、10多米長的鋼板焊接在一起?!斑@條激光復合焊接線的焊接速度是1.21.5/分鐘,實現了不用翻身就完成單面焊接雙面成型,綜合速度比埋弧焊至少快6倍;最長能夠焊接20米的鋼板?!鄙頌檫@條激光復合焊接線的“大管家”,已經對這條生產線的各項技術指標、生產指標爛熟于心的邢俊健介紹說,現在這條激光復合焊接線已經成功應用在為渤海輪渡建造的高端客滾船上,不僅大大提高了效率,焊接質量也得到了船檢和船東的高度認可。 
        “哈焊所的激光焊接技術和無錫華聯的平面線技術在國內都處于領先水平,中集來福士又有強大的技術儲備和建造能力,通過強強聯合,從機械裝置到焊接工藝,我們開展了一次又一次的技術攻關?!辈軐W軍介紹說,在研發過程中,中集來福士龍口基地聯合哈焊所、無錫華聯、中集海工院、中集來福士技術中心工藝部等組成研發團隊,在引進激光器的同時,充分調研激光復合焊在高鐵等其他行業的應用情況,借鑒他們成功經驗。 
        “比如,激光復合焊在長縫焊接生產中的應用是我們面對的一個重要難題,目前,國內外主流的激光焊接線的長度都是16米,考慮到未來的發展以及減少分段制造工作量等因素,我們確定的生產線長度是20米,而鋼板的長度只有12米,要做到20米必須短邊接長,這就涉及長縫焊接的問題?!辈軐W軍介紹說,通過深入調研激光復合焊接汽車吊吊臂技術,研發團隊深入了解了激光復合焊在長縫焊接生產中的應用。不過,吊臂焊接相對簡單,是一條直焊縫,而我們的拼板焊接存在短邊和長邊的焊接,甚至交叉焊接,給激光復合焊的應用增添了很大的難度,甚至是“難上加難”。在經過幾個月的論證,更改了十幾次方案,找了許多廠商確定平板的精度后,其最終采用了銑邊機同時銑兩張板,而后自動對接,使平板精度達到要求,成功解決了這一難題,大大提高了生產效率。 
        在項目研發過程中,研發團隊“5+2”“白+黑”已經成了慣例;連續幾天的封閉技術方案評審是“家常便飯”;成員幾乎都變成了“空中飛人”;有時為了確定一個小的技術細節,驅車幾個小時在第一時間向專家請教。這個項目也成了中集來福士總裁辦公會的“熱門話題”?!盎侍觳回撚行娜恕?,也不負“苦心人”,這一切的辛苦都得到了回報。尹巖太介紹說,這條激光復合焊生產線不僅取得了海工裝備及高技術船舶用激光電弧復合焊接關鍵技術的突破,打破了國外公司的壟斷,成功解決了焊接接頭質量、焊接變形及應力控制、焊接效率等技術難題,還梳理完成了海工裝備及船舶用激光-電弧復合焊接系統集成關鍵技術方案。
        “雖然現在已經實現成功應用,但是這條‘取經之路’并不平坦。作為國內第一家在激光復合焊接線領域‘吃螃蟹’的企業,我們沒有這方面的專業人才積累,也沒有任何成功的經驗可以借鑒,只能‘摸著石頭過河’?!蓖跷呐e介紹說,激光復合焊接線成功應用的背后是中集來福士集全廠之力的支持和一支優秀研發團隊的默默付出。通過“走南闖北”的學習和調研活動,中集來福士研發團隊先后考察了十余家船廠、十余家設備廠商和科研單位,參加了多次高效焊接交流和科研活動,深入了解了激光技術在船舶行業的發展趨勢和應用以及薄壁板結構激光焊接系統和應用,并最終確定了融合哈焊所的焊接技術、無錫華聯平面線技術,走產、學、研相結合的研發路子。 
        核心技術握在自己手里 
        現在,這條激光復合焊接線已經成了邢俊健的“心頭好”了,對于各種優異的表現更是“如數家珍”:實現了拼板縫的單面焊雙面成形,免除了大幅面鋼板使用起重機進行翻身的工序;完成了平面流水線工藝再造,用高技術替代了傳統弧焊低效生產方式,極大地縮短了平面分段建造周期;節省了三分之一建造工時,生產效率提高40%。對于這條激光復合焊接線的表現,邢俊健用了“優秀”來評價。 
        作為研發隊伍中激光焊引進、轉化、研發方面的核心專家,曹學軍對激光復合焊生產線的評價是“世界先進、國內領先”。從某種程度上講,這條激光復合焊生產線的技術含量和水平與意大利芬坎蒂尼船廠、德國邁爾船廠生產線不相上下,激光器的功率甚至還要更高,而成本卻只有從國外購買同類設備成本的三分之一?!案匾氖?,這條激光復合焊生產線的核心技術是掌握在我們自己手里的?!辈軐W軍說。
        中集來福士龍口基地的激光復合焊接線也得到了船東和船檢的高度認可。CCS現場驗船師表示,這條焊接線的應用不僅大大提高了焊接效率,也讓焊接質量滿足要求,為薄板焊接提供了一種新的解決方案和思路。激光復合焊是一種前沿的焊接方法,目前,我國在激光復合焊在船舶行業的應用還沒有出臺統一的規范。中集來福士研發的國內首條投入應用的激光復合焊接線,通過項目的驗證和大量數據的積累,能夠為今后國家在這方面標準、規范的出臺提供豐富的經驗和翔實的數據,并促成標準、規范的制定。
        “最開始的時候,除了我們自己,很多人都不相信我們能夠做成這件事?!蓖跷呐e表示,對中國船舶行業來說,激光復合焊接肯定是未來的發展方向,他們只是為我國在這一領域的發展“打了個樣兒”。他認為,不僅要滿足現在的需求,更要布局未來,這條激光復合焊接生產線還有很大的潛力可挖,比如應用在分段建造、智能化的提升空間上等。接下來,他們還將致力研究激光切割機、激光除銹機、激光機器人焊接、機器人涂裝以及對不同金屬材料的激光焊接等前沿技術在造船和海工裝備領域的應用,為今后中集來福士更好地實現結構調整和轉型升級、取得更大的突破夯實基礎。

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        圖、文:中國船舶報
        記者:劉志良


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