探秘国内首条激光复合焊接线 由中集来福士自主研发并已成功实现应用

近日，烟台中集来福士海洋工程有限公司在其龙口基地平面车间利用激光复合焊成功实现了钢板长边、短边的连接焊接，这是激光复合焊接生产线在国内造船行业的首次应用。这条国内企业自主研发的激光复合焊接生产线也代表了国内船舶行业焊接领域的最高水平。截至目前，中集来福士龙口基地已经成功完成19个分段的片体拼板焊接，焊缝累计总长度1229米，重量281吨，质量全部合格。

从2018年年初立项，到2018年7月3日正式启动，再到今年9月的成功应用，在经历了长达20多个月的研发、设计、建造以及调试的艰辛历程后，中集来福士、中集海洋工程研究院举全厂之力与哈尔滨焊接研究院有限公司、无锡华联科技集团有限公司等联合攻关研发建造的国内首条以激光复合焊接设备为基础的滚装船和特种船智能化生产线正式投产，并应用在渤海轮渡股份有限公司的高端客滚船上。从某种程度上讲，这条助推我国船舶焊接技术实现跨越式发展的激光复合焊接线标志着中国船舶焊接已经达到了世界领先水平。

“激光复合焊代表着当今船舶行业焊接技术的领先水平，欧洲造船业已经把激光复合焊接技术应用在滚装船和特种船智能化生产线上。未来，建造高端滚装船和特种船必须打破国外的技术封锁，这就要求必须建造一条智能化的激光复合焊生产线。只有这样才能使我们的造船水平实现大幅提升。”中集来福士龙口基地总经理王文举坚定地说。

做第一个“吃螃蟹的人”

作为我国最大的半潜式钻井平台制造基地和唯一拥有自升平台、半潜平台、特种船舶系列产品的海工企业，中集来福士在国内外海工领域均实现了一系列的突破和成就，以“蓝鲸1”号等为代表的“大国重器”先后获得好评。面对国际油价“断崖式”下跌的不利形势，该公司不等不靠、快速调整，凭借自身的技术积累、强大的制造能力和优异的市场开拓能力，紧抓制造强国战略实施和山东省新旧动能转换的有利时机，主动开展结构调整和转型升级工作。中集来福士龙口基地副总经理尹岩太介绍说，该公司在成功实现“油转渔”的基础上形成了“油转游”的转型构想，并把这种构想变成了现实，与渤海轮渡签署了亚洲最大多用途滚装船（2+2艘）建造合同，以及豪华邮轮型客滚船及豪华国际邮轮产业合作战略协议；与瑞典航运公司Wallenius SOL AB公司签订4艘双燃料超级滚装船工程总承包（EPC）合同，在高端客滚船以及豪华邮轮领域实现了重大突破。

虽然在海工领域是“排头兵”，但是在高端客滚船以及豪华邮轮领域，中集来福士却是一名不折不扣的“新兵”。“我们遇到的第一个'拦路虎’就是焊接难题。”中集来福士龙口基地工艺部经理曹学军介绍，客滚船、游艇、邮轮等高端船舶薄板焊接量大，变形和翻身一直是“老大难”问题，机械校平、水火整形、背烧、结构加强等手段仍不能彻底解决变形问题。每道焊接工序由于焊缝热影响大导致的变形，是造成项目成本和无用成本居高不下的“元凶”。

工欲善其事，必先利其器。为了解决这一难题，在开展了多方调研后，中集来福士将眼光投向了激光复合焊。曹学军介绍，作为当前世界最先进的焊接技术，激光复合焊集众多优点于一身，采用激光与电弧相结合，利用激光深熔能力和电弧的搭桥能力，可真正实现单面焊接双面成型，焊接热影响区小，焊接质量好，焊接速度快，焊接成本低，能够有效控制焊接变形，而且减少了片体翻身和吊耳的焊接。

“在国外，激光复合焊已在造船业有十多年的应用历史了，意大利芬坎蒂尼船厂、德国迈尔船厂等豪华邮轮建造企业对这项技术的应用已十分成熟，但是由于国外的技术封锁，国内相关行业并不能得到关于激光复合焊的太多信息。”曹学军介绍说，其实，中集来福士不是没有考虑过从国外引进先进的装备和技术，况且，也已经有国内船企花重金引进了成套的激光复合焊接生产线设备。但是，如果从国外购买设备，不仅成本高，而且最快也只能2020年或者2021年投产。更重要的是，从国外购买的这种成套设备不能“拆包”，企业难以掌握激光复合焊的核心技术，最终还是会“受制于人”。

“我们认准了这是船舶行业焊接领域的未来发展方向，这项技术必须要掌握在我们自己手里。”王文举介绍说，在中集来福士领导的支持下，在中集海工院以及研发中心工艺部的协助下，中集来福士龙口基地开始了激光复合焊生产线的“取经之路”。

成功实现“落地开花”

2018年7月3日，中集来福士龙口基地正式建成国内第一家以激光复合焊接设备为基础建设滚装船和特种船智能化生产线的平面车间和MPC车间。据介绍，这个平面车间长150米，宽60米，总面积只有9000平方米，从外面看上去与其他的平面车间并没有什么不同，但是“内有乾坤”：一条整洁的激光复合焊接线正在平稳运行，只用几分钟就将两块10毫米厚、10多米长的钢板焊接在一起。“这条激光复合焊接线的焊接速度是1.2～1.5米/分钟，实现了不用翻身就完成单面焊接双面成型，综合速度比埋弧焊至少快6倍；最长能够焊接20米的钢板。”身为这条激光复合焊接线的“大管家”，已经对这条生产线的各项技术指标、生产指标烂熟于心的邢俊健介绍说，现在这条激光复合焊接线已经成功应用在为渤海轮渡建造的高端客滚船上，不仅大大提高了效率，焊接质量也得到了船检和船东的高度认可。

“哈焊所的激光焊接技术和无锡华联的平面线技术在国内都处于领先水平，中集来福士又有强大的技术储备和建造能力，通过强强联合，从机械装置到焊接工艺，我们开展了一次又一次的技术攻关。”曹学军介绍说，在研发过程中，中集来福士龙口基地联合哈焊所、无锡华联、中集海工院、中集来福士技术中心工艺部等组成研发团队，在引进激光器的同时，充分调研激光复合焊在高铁等其他行业的应用情况，借鉴他们成功经验。

“比如，激光复合焊在长缝焊接生产中的应用是我们面对的一个重要难题，目前，国内外主流的激光焊接线的长度都是16米，考虑到未来的发展以及减少分段制造工作量等因素，我们确定的生产线长度是20米，而钢板的长度只有12米，要做到20米必须短边接长，这就涉及长缝焊接的问题。”曹学军介绍说，通过深入调研激光复合焊接汽车吊吊臂技术，研发团队深入了解了激光复合焊在长缝焊接生产中的应用。不过，吊臂焊接相对简单，是一条直焊缝，而我们的拼板焊接存在短边和长边的焊接，甚至交叉焊接，给激光复合焊的应用增添了很大的难度，甚至是“难上加难”。在经过几个月的论证，更改了十几次方案，找了许多厂商确定平板的精度后，其最终采用了铣边机同时铣两张板，而后自动对接，使平板精度达到要求，成功解决了这一难题，大大提高了生产效率。

在项目研发过程中，研发团队“5+2”“白+黑”已经成了惯例；连续几天的封闭技术方案评审是“家常便饭”；成员几乎都变成了“空中飞人”；有时为了确定一个小的技术细节，驱车几个小时在第一时间向专家请教。这个项目也成了中集来福士总裁办公会的“热门话题”。“皇天不负有心人”，也不负“苦心人”，这一切的辛苦都得到了回报。尹岩太介绍说，这条激光复合焊生产线不仅取得了海工装备及高技术船舶用激光电弧复合焊接关键技术的突破，打破了国外公司的垄断，成功解决了焊接接头质量、焊接变形及应力控制、焊接效率等技术难题，还梳理完成了海工装备及船舶用激光-电弧复合焊接系统集成关键技术方案。

“虽然现在已经实现成功应用，但是这条'取经之路’并不平坦。作为国内第一家在激光复合焊接线领域'吃螃蟹’的企业，我们没有这方面的专业人才积累，也没有任何成功的经验可以借鉴，只能'摸着石头过河’。”王文举介绍说，激光复合焊接线成功应用的背后是中集来福士集全厂之力的支持和一支优秀研发团队的默默付出。通过“走南闯北”的学习和调研活动，中集来福士研发团队先后考察了十余家船厂、十余家设备厂商和科研单位，参加了多次高效焊接交流和科研活动，深入了解了激光技术在船舶行业的发展趋势和应用以及薄壁板结构激光焊接系统和应用，并最终确定了融合哈焊所的焊接技术、无锡华联平面线技术，走产、学、研相结合的研发路子。

核心技术握在自己手里

现在，这条激光复合焊接线已经成了邢俊健的“心头好”了，对于各种优异的表现更是“如数家珍”：实现了拼板缝的单面焊双面成形，免除了大幅面钢板使用起重机进行翻身的工序；完成了平面流水线工艺再造，用高技术替代了传统弧焊低效生产方式，极大地缩短了平面分段建造周期；节省了三分之一建造工时，生产效率提高40%。对于这条激光复合焊接线的表现，邢俊健用了“优秀”来评价。

作为研发队伍中激光焊引进、转化、研发方面的核心专家，曹学军对激光复合焊生产线的评价是“世界先进、国内领先”。从某种程度上讲，这条激光复合焊生产线的技术含量和水平与意大利芬坎蒂尼船厂、德国迈尔船厂生产线不相上下，激光器的功率甚至还要更高，而成本却只有从国外购买同类设备成本的三分之一。“更重要的是，这条激光复合焊生产线的核心技术是掌握在我们自己手里的。”曹学军说。

中集来福士龙口基地的激光复合焊接线也得到了船东和船检 的高度认可。CCS现场验船师表示，这条焊接线的应用不仅大大提高了焊接效率，也让焊接质量满足要求，为薄板焊接提供了一种新的解决方案和思路。激光复合焊是一种前沿的焊接方法，目前，我国在激光复合焊在船舶行业的应用还没有出台统一的规范。中集来福士研发的国内首条投入应用的激光复合焊接线，通过项目的验证和大量数据的积累，能够为今后国家在这方面标准、规范的出台提供丰富的经验和翔实的数据，并促成标准、规范的制定。

“最开始的时候，除了我们自己，很多人都不相信我们能够做成这件事。”王文举表示，对中国船舶行业来说，激光复合焊接肯定是未来的发展方向，他们只是为我国在这一领域的发展“打了个样儿”。他认为，不仅要满足现在的需求，更要布局未来，这条激光复合焊接生产线还有很大的潜力可挖，比如应用在分段建造、智能化的提升空间上等。接下来，他们还将致力研究激光切割机、激光除锈机、激光机器人焊接、机器人涂装以及对不同金属材料的激光焊接等前沿技术在造船和海工装备领域的应用，为今后中集来福士更好地实现结构调整和转型升级、取得更大的突破夯实基础。

本文编辑：唐凰

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