全自动激光焊接机器人

（1）焊接机器人系统

机器人焊接是焊接自动化的最高水平，是计算机技术、自动控制技术、气保护焊接技术的完美结合，适用于船舶构件批量化、小型化焊接生产以及狭窄舱室短焊缝全位置焊接。在造船业成功应用的有欧登塞船厂的舱体格子形构件焊接移动机器人，韩国釜庆国立大学的Kam、BO等人研制的复杂焊接环境的轮式智能移动焊接机器人，上海交通大学研制的具有自寻迹功能的焊接移动机器人，这些机器人实现了大型舰船甲板的高效自动化焊接，保证了焊接质量。欧盟研制了一套双层外壳船舶焊接机器人，以满足双层外壳船舶建造的需要，如对超级巡洋舰和巨型油船，该机器人在实验室环境下实现了基于电弧传感的6自由度焊缝跟踪。虽然20世纪90年代日本船厂就开始使用焊接机器人，韩国现代已研发出5种获得国际认证的焊接机器人用于船厂焊接，但我国亦开始了船舶焊接机器人系统的研究。我国的外高桥造船有限公司等单位已开始尝试采用机器人焊接技术用于船舶结构焊接。图6-16所示为华宇Ⅰ型弧焊机器人。

图6-16　弧焊机器人

（2）激光—电弧复合焊接

激光—电弧复合焊接具有焊接速度快、自动化程度高、焊接热变形小等优点，是船舶焊接技术发展不可缺少的一种新技术，尤其在铝合金的焊接中有明显优势。近来，这一技术已经在日本、韩国和欧美一些国家得到了广泛的研究与应用，而我国应用的还很少。

激光—电弧复合焊接技术是基于综合单独的激光焊接和电弧焊接而产生的，其原理如图6-17所示。

图6-17　激光—电弧复合焊原理

电弧焊接早已大量应用于生产，但其焊接效率低、变形大、耗材昂贵、对焊工要求高。激光焊接应用时间还不长，但由于其焊接功率密度高、熔宽比大、焊速快、变形小，得到了广泛的研发应用。值得注意的是，大功率激光器价格昂贵，搭桥能力差，对焊接预处理要求高。

将激光、电弧复合起来，同时作用于焊接件，其效果不只是两种焊接作用的简单叠加，而是可以起到“1＋1＞2”的协同效应。

激光与电弧复合焊接技术的特点：可有效利用激光能量。电弧先熔化母材，提高激光吸收率；增加熔深，利用激光束作用于熔池底部，进一步提高熔深；稳定电弧，激光使气体电离产生等离子体，有助于稳定电弧；降低对焊缝装配精度要求，装配间隙可由0．3 mm增大至1mm。

激光—电弧复合热源是一种高效率的焊接方法。这种方法能够改善某些材料的可焊性，像铝合金、异种材料等。由于激光与电弧的相互作用，焊接速度提高了，焊接循环周期缩短了，而且达到同样的焊接效果所需的激光功率大大降低了，这些都能使焊接成本大大降低。同时焊接变形非常小，焊后的修整工作量大为减少。因此激光—电弧复合焊接技术，无论是从工艺角度，还是从经济角度来看，都具有广阔的发展和应用前景。

（3）搅拌摩擦焊

1991年，英国焊接研究所发明了搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW），这项杰出的焊接技术发明正在为世界制造技术的进步做出贡献。

搅拌摩擦焊是在原摩擦焊的基础上，利用一种相对比母材稍硬的摩擦头，接触在待焊的部位，在一定压力下摩擦头旋转生热使该部位处于塑性状态，从而实现焊接。中国搅拌摩擦焊工程中心为江苏科技大学制造的搅拌摩擦焊设备，如图6-18所示。

搅拌摩擦焊属于固相焊接，与传统的熔化焊接相比，具有无强光、无飞溅、无烟尘、不需要焊材、接头无气孔、夹杂及裂纹等优点，并具有细晶组织，属于优质无污染的焊接技术。

搅拌摩擦适用于制造大型船舶铝合金结构件，国外已采用此技术生产预成型结构件，使船舶制造由零件的制造转变为船舶甲板以壳体的预成型结构件的装配。迄今搅拌摩擦焊已经在英国、法国、挪威、瑞典等得到船级社的认证，甚至美国、澳大利亚和日本的船级社也批准搅拌摩擦焊成为新型船舶制造工艺技术，如大型豪华游轮“Star Princess”号的25%的船用铝合金壁板构件由搅拌摩擦焊制造，总体成本降低约5%。在我国新研制的“双体穿浪隐形导弹快艇”的宽幅铝合金壁板的制造上也应用了搅拌摩擦焊技术。

因此，搅拌摩擦焊是一种先进的铝合金焊接技术，可以在铝合金船舶制造中推广应用。但是目前搅拌摩擦焊尚难以焊接形状比较复杂的焊接结构，随着科技进步，将会有所突破。

（4）未来船舶焊接技术的几个研究热点

1）船舶与海洋工程大厚度钢板的焊接。

随着大型集装箱船和海洋工程等的开发建造，钢板厚度和强度的不断增大，要求更高的低温韧性（-60℃）服役要求，以往的FCB等焊接法满足不了其焊接工作的需要。因此，需要结合钢材的供应状态，如钢板材料是普通的调质钢还是TMCP钢，研制合适的焊接工艺，在厚板焊接中采用大线能量焊接，实现大厚度钢板的焊接要求。

2）薄板焊接技术研究。

在海洋工程模块等结构上，3～6mm的薄板有较多的应用，焊接后容易产生变形，带来很大的矫正工作量，因此需要在现有焊接技术基础上研究合适的薄板结构焊接技术，减少焊接变形，提高效率，降低成本。如细丝埋弧焊技术和CO2气体保护焊下行焊技术等，从焊接方法、坡口、材料焊接工艺等方面改进薄板的焊接工艺。另外一个途径就是引进高新焊接技术，如激光焊接技术等，激光焊接早已在日本造船厂的薄板焊接中已经得到了应用。

3）研究焊接机器人技术。

焊接机器人具有效率高、质量稳定等优势，是提高焊接机械化、智能化的高端焊接技术。如条件具备，对焊接机器人技术进行探讨和试验，增加技术储备，对于提高焊接效率，提高焊接自动化水平，降低对人员的依赖等具有重要意义。

图6-18　搅拌摩擦焊设备