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摘要：船舶管系制作、安装的特点是多品种、多规格、多数量并要求在短期完成繁重的工作。焊接工艺在船舶管系制造中起着举足轻重的作用，焊接技术是现代造船模式的关键。本文在分析船舶管系制造中应用现状与问题的基础上，对焊接工艺的未来发展前景作了展望。
关键词：船舶；管系焊接；机器人
1船舶管系制造的重要性
船舶管系制承担了动力装置、甲板设施、生活设施、压载系统等各方面的内容，可有效保证船舶安全、稳定的运行。传统的船舶制造技术过于重视机电系统的设计，忽略了管系制造的重要性，导致船舶的生产质量、安装质量、安全性等受到了严重的影响，给造船业带来了巨大的损失。管系制造的工作内容多、工作量大，要有较高的技术水平和工艺设计。受传统建造理念的影响，我国在管系制造方面还缺少创新意识，导致生产的船舶无法满足现代化需求。在此背景下，我国造船业开始进行改革工作，不断加大建模技术的应用力度，对影响管系制造的因素进行了分析，解决了很多的实际问题，使现代造船技术有了很大的提高。
分段造船是我国目前主要的应用模式，需要对设计、工艺、施工、安装等各个阶段进行同步实施，每个流程都需要进行严格的控制。其中，管系制造是比较难的部分，因其建造内容比较多，程序繁琐，如果不能控制好质量，会给船舶的完整性带来严重的影响。
2管系焊接机器人应用现状
焊接技能是造船的重要工艺技能之一，各造船企业都在推广应用焊接新技能、新工艺、新设备，对于焊接机器人来说也得到了广泛的应用。船舶管系焊接机器人主要指在直管-法兰（套管）工艺中运用的焊接机器人。应用管系焊接机器人时，有必要考虑以下几方面因素：①管子的管径、壁厚、管长等标准；②管子外表公差：椭圆度、壁厚、长度；管子与法兰安装空隙和定位偏差；③作为管系流水线的组成部分，要有衔接上道工序数据的通信技术；④设备的稳定性、操作简易性等。
3管系焊接机器人系统的管径范围
管系焊接机器人，能够用于不同管径的直管-法兰（套管）焊接。但遭到夹紧体系的卡盘张合的制约，最好分成小径管、中径管、大径管等标准。其中，适用性最好的是中径管焊接机器人。
中径管管系焊接机器人，其焊接体系程序预设了5种管径：Φ114、Φ140、Φ168、Φ219、Φ273 mm，管壁厚为：4.5～13 mm，共19种组合；管子长度在0.8～6 m的直管法兰焊接和直管套管焊接。造船企业也可按照自己的管系生产情况，预判出适合自己的详细标准。
4管系焊接机器人系统的组成
焊接机器人体系主要包含：机器人、焊接电源、辅佐设备等。焊接机器人体系选用两头双机器人结构、主动上下料、主动定位和夹紧、管子两头同步焊接的自动化生产方法。体系结构由焊接机器人体系、传感体系、操控与通讯体系、工件夹紧与定长体系构成。机器人的挑选侧重考虑稳定性、功能性、性价比等，还要考虑售后服务有保障、操作便利、中文示教界面等。
焊接电源是体系中的关键设备，因为选用管子两头同步焊接，对电源的引弧成功率要求很高，要防止断弧引起焊接质量问题，并装备相应的机器人专用焊枪；辅佐设备包含：焊枪主动整理、喷油、剪丝体系。
机器人焊接对被焊工件的尺度和安装精度要求较高：①被焊工件的尺度和安装误差形成的定位误差应≤0.5 mm；②管子与法兰（套管）的安装空隙：壁厚5～8 mm，安装空隙≤1 mm；壁厚8～13 mm，安装空隙≤1.5 mm；③长度误差：下料长度误差≈±1 mm，安装长度误差≈±1 mm；④主动上料方位误差≈±5 mm。
所以，焊接机器人体系有必要有焊缝起弧点的主动发现和焊缝跟踪传感体系。可选用触摸式焊缝传感体系，经过焊丝与工件触摸方法让机器人获取焊缝误差数据后，自行调整焊缝起弧点方位。焊缝跟踪选用摇摆式电弧跟踪体系，经过收集焊缝电流电压，机器人计算焊枪高度和对中的误差，自行调整焊枪方位。至于管子椭圆度、管径误差、管子与法兰（套管）的安装空隙和同心度等问题，只能经过加强工序的质量操控，或选用法兰较装机安装管子，来对机器人管子安装精度的要求提高。
5提高船舶管系焊接质量的措施
为了加强焊接质量，需求做好以下措施：
5.1焊缝的焊前查验
焊接缝钉焊接缝空隙、槽和所谓的焊缝错边了，定位焊和焊接质量的清洁情况做好焊前查看。焊接前查看内容、精度规范、实验措施，触及多个项目，还应注意下面的问题：
（1）铲除焊缝坡口区域的铁锈，氧化皮，油污，杂物和车间底漆，并保持清洁以及干爽。
（2）焊接必须在湿润，多风或过冷的敞开空间进行，合理的屏蔽焊接作业区，一般强度船体结构钢，如焊接环境温度低于0，碳量大于0.41%，采纳焊前预热。
（3）高强度钢，铸钢和锻钢船体结构件的焊接，应咨询有关文件对船体进行查看，严格执行焊接电弧，定位焊，预热和焊后保温隔热或热处理等办法。
5.2焊缝的焊接标准和外表质量查验
焊接规范对接焊缝类型和规划的要求。焊接型对接焊缝、角焊缝、搭接焊缝和塞焊。角焊缝类型别离角焊缝的单面，双面全熔透角焊、缝交织断续角焊、接链断续角焊、缝挖孔焊接。焊接质量的查验应首先查看的项目，即便查验和通过后，也要进行其内部最终焊缝气密性的实验。
5.3焊缝内部查验质量
焊缝质量检查过程中发现的焊接标准尺度以及外表质量的查看和修复完成，并重新查看和通过。内部质量的焊接，可用于测验射线，超声波，浸透，磁粉探伤，或其它的办法。液压、气动、煤油（实际上浸透探伤实验）也能够被用作内部的焊缝质量检查设备。
5.4实行信息化管理
在信息技術的发展下，给人们的生产、工作等方式带来了巨大的变化，将其应用在船舶管系生产上，有利于实现自动化生产体系。例如，管子自动套料、负荷调整、自动化生产线、以及自动切割等。利用信息技术，可有效实行信息化管理模式，对生产工作中的各个环节进行控制，并对其数据信息进行收集、整理、分析，可及时发现生产过程中存在的问题，及时改正。另外，应用信息化管理模式，能摆脱人工管理的限制，防止人为因素对生产工作造成影响，从而保证生产质量和安全。
5.5保证材料质量
在进行管系系统建造时，需要使用成百上千种管材，每一个独立的单元对管子材料的要求都不同，包括种类、型号、规格、质量、性能等，给管材的采购、管理等工作带来了很大的难度。同时，由于船舶的使用需求不同，在材料的使用上还需要进行适当改变。而我国在造船业上，并未形成配套的产销流程，需要不断进行质量检测工作，会浪费大量的人力和物力，增加了生产周期，无法保证检测质量。为了解决这一问题，造船业应与材料生产商建立长效合作机制，建立经济联合体，使其形成“一荣俱荣，一损俱损”的合作理念，促使生产商不断提高材料质量，保证船舶管系系统的制造质量。另外，还可减少质检环节，降低人力投入，从而控制生产成本。
结语：
船舶管系焊接机器人系统，实现了管子-法兰（套管）自动化焊接生产，质量保证，焊缝美观，生产效率高，节约大量的焊接工时和打磨等后续处理工时，产生较大的经济效益。同时，减少了焊接中对焊工生产技能的依赖，只要有基本技能，凭借设备辅助，就能够达到管系焊接的工艺、质量要求。另外，船舶管系焊接机器人系统，能够为船企的节能减排作出贡献。
参考文献：
[1]陈恩.计算机在船舶管系放样中的应用[J].科技创新导报，2016，13（15）：70+73.
[2]张世超.基于CIMS船舶管系制造执行系统研究与应用[D].哈尔滨工程大学，2011.
关键词：船舶；管系焊接；机器人
1船舶管系制造的重要性
船舶管系制承担了动力装置、甲板设施、生活设施、压载系统等各方面的内容，可有效保证船舶安全、稳定的运行。传统的船舶制造技术过于重视机电系统的设计，忽略了管系制造的重要性，导致船舶的生产质量、安装质量、安全性等受到了严重的影响，给造船业带来了巨大的损失。管系制造的工作内容多、工作量大，要有较高的技术水平和工艺设计。受传统建造理念的影响，我国在管系制造方面还缺少创新意识，导致生产的船舶无法满足现代化需求。在此背景下，我国造船业开始进行改革工作，不断加大建模技术的应用力度，对影响管系制造的因素进行了分析，解决了很多的实际问题，使现代造船技术有了很大的提高。
分段造船是我国目前主要的应用模式，需要对设计、工艺、施工、安装等各个阶段进行同步实施，每个流程都需要进行严格的控制。其中，管系制造是比较难的部分，因其建造内容比较多，程序繁琐，如果不能控制好质量，会给船舶的完整性带来严重的影响。
2管系焊接机器人应用现状
焊接技能是造船的重要工艺技能之一，各造船企业都在推广应用焊接新技能、新工艺、新设备，对于焊接机器人来说也得到了广泛的应用。船舶管系焊接机器人主要指在直管-法兰（套管）工艺中运用的焊接机器人。应用管系焊接机器人时，有必要考虑以下几方面因素：①管子的管径、壁厚、管长等标准；②管子外表公差：椭圆度、壁厚、长度；管子与法兰安装空隙和定位偏差；③作为管系流水线的组成部分，要有衔接上道工序数据的通信技术；④设备的稳定性、操作简易性等。
3管系焊接机器人系统的管径范围
管系焊接机器人，能够用于不同管径的直管-法兰（套管）焊接。但遭到夹紧体系的卡盘张合的制约，最好分成小径管、中径管、大径管等标准。其中，适用性最好的是中径管焊接机器人。
中径管管系焊接机器人，其焊接体系程序预设了5种管径：Φ114、Φ140、Φ168、Φ219、Φ273 mm，管壁厚为：4.5～13 mm，共19种组合；管子长度在0.8～6 m的直管法兰焊接和直管套管焊接。造船企业也可按照自己的管系生产情况，预判出适合自己的详细标准。
4管系焊接机器人系统的组成
焊接机器人体系主要包含：机器人、焊接电源、辅佐设备等。焊接机器人体系选用两头双机器人结构、主动上下料、主动定位和夹紧、管子两头同步焊接的自动化生产方法。体系结构由焊接机器人体系、传感体系、操控与通讯体系、工件夹紧与定长体系构成。机器人的挑选侧重考虑稳定性、功能性、性价比等，还要考虑售后服务有保障、操作便利、中文示教界面等。
焊接电源是体系中的关键设备，因为选用管子两头同步焊接，对电源的引弧成功率要求很高，要防止断弧引起焊接质量问题，并装备相应的机器人专用焊枪；辅佐设备包含：焊枪主动整理、喷油、剪丝体系。
机器人焊接对被焊工件的尺度和安装精度要求较高：①被焊工件的尺度和安装误差形成的定位误差应≤0.5 mm；②管子与法兰（套管）的安装空隙：壁厚5～8 mm，安装空隙≤1 mm；壁厚8～13 mm，安装空隙≤1.5 mm；③长度误差：下料长度误差≈±1 mm，安装长度误差≈±1 mm；④主动上料方位误差≈±5 mm。
所以，焊接机器人体系有必要有焊缝起弧点的主动发现和焊缝跟踪传感体系。可选用触摸式焊缝传感体系，经过焊丝与工件触摸方法让机器人获取焊缝误差数据后，自行调整焊缝起弧点方位。焊缝跟踪选用摇摆式电弧跟踪体系，经过收集焊缝电流电压，机器人计算焊枪高度和对中的误差，自行调整焊枪方位。至于管子椭圆度、管径误差、管子与法兰（套管）的安装空隙和同心度等问题，只能经过加强工序的质量操控，或选用法兰较装机安装管子，来对机器人管子安装精度的要求提高。
5提高船舶管系焊接质量的措施
为了加强焊接质量，需求做好以下措施：
5.1焊缝的焊前查验
焊接缝钉焊接缝空隙、槽和所谓的焊缝错边了，定位焊和焊接质量的清洁情况做好焊前查看。焊接前查看内容、精度规范、实验措施，触及多个项目，还应注意下面的问题：
（1）铲除焊缝坡口区域的铁锈，氧化皮，油污，杂物和车间底漆，并保持清洁以及干爽。
（2）焊接必须在湿润，多风或过冷的敞开空间进行，合理的屏蔽焊接作业区，一般强度船体结构钢，如焊接环境温度低于0，碳量大于0.41%，采纳焊前预热。
（3）高强度钢，铸钢和锻钢船体结构件的焊接，应咨询有关文件对船体进行查看，严格执行焊接电弧，定位焊，预热和焊后保温隔热或热处理等办法。
5.2焊缝的焊接标准和外表质量查验
焊接规范对接焊缝类型和规划的要求。焊接型对接焊缝、角焊缝、搭接焊缝和塞焊。角焊缝类型别离角焊缝的单面，双面全熔透角焊、缝交织断续角焊、接链断续角焊、缝挖孔焊接。焊接质量的查验应首先查看的项目，即便查验和通过后，也要进行其内部最终焊缝气密性的实验。
5.3焊缝内部查验质量
焊缝质量检查过程中发现的焊接标准尺度以及外表质量的查看和修复完成，并重新查看和通过。内部质量的焊接，可用于测验射线，超声波，浸透，磁粉探伤，或其它的办法。液压、气动、煤油（实际上浸透探伤实验）也能够被用作内部的焊缝质量检查设备。
5.4实行信息化管理
在信息技術的发展下，给人们的生产、工作等方式带来了巨大的变化，将其应用在船舶管系生产上，有利于实现自动化生产体系。例如，管子自动套料、负荷调整、自动化生产线、以及自动切割等。利用信息技术，可有效实行信息化管理模式，对生产工作中的各个环节进行控制，并对其数据信息进行收集、整理、分析，可及时发现生产过程中存在的问题，及时改正。另外，应用信息化管理模式，能摆脱人工管理的限制，防止人为因素对生产工作造成影响，从而保证生产质量和安全。
5.5保证材料质量
在进行管系系统建造时，需要使用成百上千种管材，每一个独立的单元对管子材料的要求都不同，包括种类、型号、规格、质量、性能等，给管材的采购、管理等工作带来了很大的难度。同时，由于船舶的使用需求不同，在材料的使用上还需要进行适当改变。而我国在造船业上，并未形成配套的产销流程，需要不断进行质量检测工作，会浪费大量的人力和物力，增加了生产周期，无法保证检测质量。为了解决这一问题，造船业应与材料生产商建立长效合作机制，建立经济联合体，使其形成“一荣俱荣，一损俱损”的合作理念，促使生产商不断提高材料质量，保证船舶管系系统的制造质量。另外，还可减少质检环节，降低人力投入，从而控制生产成本。
结语：
船舶管系焊接机器人系统，实现了管子-法兰（套管）自动化焊接生产，质量保证，焊缝美观，生产效率高，节约大量的焊接工时和打磨等后续处理工时，产生较大的经济效益。同时，减少了焊接中对焊工生产技能的依赖，只要有基本技能，凭借设备辅助，就能够达到管系焊接的工艺、质量要求。另外，船舶管系焊接机器人系统，能够为船企的节能减排作出贡献。
参考文献：
[1]陈恩.计算机在船舶管系放样中的应用[J].科技创新导报，2016，13（15）：70+73.
[2]张世超.基于CIMS船舶管系制造执行系统研究与应用[D].哈尔滨工程大学，2011.