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中国造船业的挑战与激光加工的机遇
日期:2017-01-17 来源:本站 点击:1023

在全球化贸易快速发展的时代,海运的重要性越来越突出,尤其在跨国、跨洲之间的进出口贸易,海运占据主导地位。海运的工具就是船舶,船舶工业是劳动、资金、技术密集型产业,对机电、钢铁、化工、航运、海洋资源勘采等上、下游产业发展具有较强带动作用。

在过去一些年里,韩国、日本一直排在世界造船前两强的国家,近年我国造船快速上升,已超越日韩,按吨位数已排名世界第一,预计产值超过2000亿元。

一、全球造船业齐“过冬”

今年上半年全球经济增速放缓,集装箱航运市场需求整体延续了2015年下半年以来的疲弱态势,并且运价下跌,中国多家海洋运输企业出现亏损,上半年13家航运业上市公司实现净利润-39亿元,中国远洋上半年巨亏72亿元。海运市场严重低迷,导致造船业陷入困境。

8月31日,韩国最大航运公司韩进集团的申请破产;而中国最大的民营船厂扬子江船业去年至今年将完成裁员8000人,员工总数已由28000人降至20000人。中国船舶工业行业协会数据显示:1-7月份,全国造船完工1920万载重吨,同比下降15.4%。承接新船订单1768万载重吨,同比增长26.2%。7月底,手持船舶订单11728万载重吨,同比下降14.2%。造船是典型的资金密集型企业,目前国内造船业订单减少以及经常遇到退单,导致资金链非常紧张,尤其营企业问题更加突出。去年以来,已经有二十几家造船企业因为资金断流走向破产,多位业内人士分析认为,接下来,这种情况很可能继续发酵,未来三年内难以好转。

二、为什么造船业较少用激光加工?

船舶制造涉及到大量钢铁、合金的切割、焊接、钻孔等工艺。激光加工被视为未来制造业技术革新的工艺,不管在民用还是军用领域,激光技术已成为各国抢夺的战略高地和实力竞争的重要目标,在电子制造、金属薄板、皮革布匹、3D打印、汽车制造、航空航天、塑料加工等行业都应用非常广泛。但是在造船领域,激光加工的推广并不像其它领域发展迅猛,反而遭遇了瓶颈,近年很少听闻有起色。为什么造船业很少用激光加工?今天笔者将从激光技术在造船行业的主要应用领域发展,来探讨造船行业中激光技术发展缓慢的原因。

1、激光切割

在世界造船史上,采用激光切割机要追溯到1995年,由于需要切割更厚的钢板,造船业最终采用了6千瓦的CO2激光切割机。1997年激光坡口切割机研发成功,并被意大利的一家造船厂所采用。而我国造船业船用钢板切割一般采用的是传统的火焰切割、等离子切割。但对于一些铜、铝等特别的材料或者工艺要求比较高的材料,由于传统的切割技术精度有限,特别是对特殊材料的甲板和船体材料,因此激光切割技术将很好的满足这方面的需求。

激光切割技术在造船生产中已经应用超过20年,但是目前技术却不是很成熟,现今在欧洲、韩国、日本的造船厂使用较多,几年前曾传出日本的造船厂使用了IPG的万瓦光纤激光器用于厚板切割。激光加工在我国造船业应用率较低,据了解仅在上海、武汉等几个为数不多的造船厂使用了激光设备,总体上并不是很理想。

2、激光焊接

大型豪华邮轮、高速滚装渡轮和先进军用舰艇的船舱和甲板等上层建筑结构复杂,大量采用薄板及各种合金材料,焊接作业量巨大。随着激光器功率的提高和光束品质的改善,激光技术越来越得到造船工业的青睐。欧洲造船业已率先将激光焊接用于船舶建造和修理,发挥其在焊接作业要求高的环境下的良好适用性能,提高生产效率、降低制造成本、增强企业竞争力。欧盟曾经研究开发的适用于造船焊接专用的激光焊接系统,采用光纤传输和机器人操作,用起重机移动激光器和冷却装置,使焊接得以在船舱中各个工作层面进行,使其能够胜任船厂中厚板材的焊接,节省6%~8%的船体制造成本。

目前我国造船业的焊接工艺仍然比较传统,主要采用埋弧焊、CO₂气体保护焊、焊条电弧焊、氩弧焊、钎焊等方式。近年也有提倡推广激光-电弧复合焊的技术。总体而言,我国造船业使用激光焊接较少,一方面大部件焊接工艺门槛较高、难度较大、技术不够成熟,另一方面船舶金属多用中厚板,功率不够的激光设备,难以焊透,即便焊透,背面焊缝、连接效果也不足,采购超高功率的激光焊接设备非常昂贵。

尽管如此,不可否认激光焊接的优势,在目前为船舶“瘦身”的趋势下,激光焊接作用也较为突出。德国meyer船厂已将激光焊接技术用于豪华邮轮的甲板、船舱隔壁、客舱墙壁和楼梯基座的加工制造。与传统蜂窝状焊接加混筋板的结构相比,平板夹心构件减重50%,占据的空间节省50%,减振能力大大增强,噪声下降20%,抗碰撞,耐腐蚀,防火性能好,能够在车间预先制作完成,比传统加工方法节省现场装配工时30%。

特别值得指出的是,焊接变形是船舶制造业中需要解决的主要问题之一。在船体制造过程中,焊接工时和焊接成本占船体建造总工时和总成本的很大一部分,其中焊接变形导致的成本增长占有相当比例。激光-电弧复合焊接变形量非常小,焊后的修整工作量大为减少,进一步降低的船舶制造的成本,节约了时间,提高了效率。德国的Meyer造船厂已经全部采用激光-电弧复合焊接方法进行轮船的焊接。研究证实,厚度≤15毫米、长度≤20米钢板的焊接速度能够达到每分钟3米。

三、激光加工在中国造船业仍有机遇

激光加工在中国造船业应用率处于相对较低水平,造成这一现象的主要原因有几个方面:

1)许多大型船舶船身大量使用金属厚板,比如造一艘大型货轮,船身厚度可达20mm以上,而大型军舰如航母船身厚度可达150mm以上,船用大幅面、大厚度的板材对激光切割是个很大的挑战,在以往对比中,激光切割速度比等离子切割来要慢上许多,因此无法满足当速度与效率必须优先的大前提。

2)另外,超高功率的激光切割/焊接设备价格仍然昂贵,在巨大的采购成本,维持设备运行和维护的费用过高,投资周期长,让造船企业不敢轻易采购,尤其近年造船业低迷,许多企业缺乏资金周转,更难以抽出大笔资金采购激光设备。激光加工在与其它加工比较起来,目前竞争优势不明显,因此,不少造船厂因为企业利润的关系对使用激光设备“有心无力”。

然而,笔者认为,造船业目前的困境只是阵痛,行业洗牌过程。随着经济发展回暖,国家大力推进“智能制造”,未来的5-10年内,激光加工在其它行业应用越来越广泛,造船业也不会例外。未来高功率激光设备价格仍有下降空间,若性价比更显优势,必然吸引造船厂的关注。并且现时国内造船的切割/焊接工艺都不同程度产生污染,激光加工在这方面优势突出,在造船行业的应用需求将会大大增加。(文章来源:星之球产业研究院)

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