电磁感应预热设备在船舶焊接的应用

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摘要：焊接是船舶工业领域最重要的工序之一，在大型集装箱船、散货船中由于高强钢及一些特种钢材的使用，使得各大船级社对于焊接工艺的要求更加严苛，很多厚板对焊接预热的需求更加急迫。现在国内造船自动化水平较低，大部分船厂还在采用传统的陶瓷片加热方式进行焊接预热。文章对电磁感应预热设备在船舶焊接的应用进行了探讨。

关键词：电磁感应预热设备；船舶焊接；船舶工业；集装箱；散货船；焊接工艺 文献标识码：A

中图分类号：TG445 文章编号：1009-2374（2017）06-0061-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.031

在船舶工业领域，由于高强钢及一些特种钢材的使用，使得各大船级社对于焊接工艺的要求更加苛刻。在大型集装箱船、散货船中，很多钢材的厚度达到50mm以上，这对焊接预热的需求更加急迫。据统计，我国造船完工量在2500万载重吨左右，大约占全球30%，对于焊接预热的服务需求相当大。现在国内由于造船自动化水平较低，大部分船厂还在采用传统的陶瓷片加热方式进行焊接预热。按照每万载重吨需要花费在焊接预热上的费用为200万元计算，焊接预热及焊后热处理的市场规模大约在50亿左右，而实际需求远远大于此。

近年来受国际金融危机的深层次影响，国际航运市场持续低迷，新增造船订单严重不足，新船成交价格不断走低，产能过剩矛盾加剧，我国船舶工业发展面临前所未有的严峻挑战。在中国船舶业加快产业升级、淘汰落后产能的政策背景下，各大船厂都在进行新技术的开发与应用。市场上出现的一款采用更先进的电磁感应加热方式，较之传统的电加热模式有了极大的改变，大大提升了工作效率。在产业升级的大背景下，电磁感应加热逐步取代传统陶瓷片的加热形式，符合当前节能增效的要求，对我国早日实现现代化造船有积极的贡献。

1 电磁感应加热原理

高速变化的高频高压电流流过线圈会产生高速变化的交变磁场，当用含铁质容器放置在上面时，容器表面即具切割交变磁力线而在容器底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使容器底部的铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，从而起到加热物品的效果。即是通过把电能转化为磁能，使被加热钢体表面产生感应涡流的一种加热方式。电磁感应加热相对于热辐射或热传递等传统的加热方式有热效率高、加热速度快、安全、节能等优势，在工业领域主要有管道焊接热处理、电磁造粒机、塑料封口机等，在民用领域中主要有电磁炉等。

2 可行性分析

20世纪80年代，陶瓷热电片作为取代火焰预热的新型加热技术被运用到船舶焊接领域。其主要特点是采用电流通过电阻丝发热原理使附着在电阻丝上的陶瓷片发热，通过热传递的方式使被加热钢板发热。与火焰加热相比，其加热区域更大，温度更加均匀。

但由于陶瓷加热片本身原理上的原因，它的缺点也较为明显：（1）陶瓷加热片采用热辐射原理进行传热，其大量热能耗散在空气中，能量利用率不高；（2）陶瓷加热片由于本身发热，在施工时其自身温度也非常高，例如要将30mm厚钢板加热到120℃，其自身温度一般会达到200℃以上，这对现场施工环境会造成比较恶劣的影响，并且对施工人员本身的安全造成了隐患；（3）陶瓷加热片主机体积和重量较大，搬运十分不便，在一些场地受限的施工位置，还是只能使用火焰加热；（4）陶瓷加热片由于采用陶瓷制造，其本身重量也相当大，一片重量大约在20公斤，在船舶建造中经常会遇到高空作业，携带如此重量的加热片进行工作时，会产生很大的安全隐患；（5）陶瓷片对场地用电要求较高，一般需要采用75平方电缆单独走线，不能充分利用场地本身的配电设施，造成成本浪费。

而电磁感应加热设备，克服陶瓷加热片的这些缺点，采用一种新的加热模式，且加热片采取了柔性设计，其具有相当明显的优势：（1）电磁加热装置拥有传统加热设备几乎所有的功能：温度设定，时间设定。进行焊前预热，焊后消氢，焊后热处理等，并能有效地控制加热、缓冷速率；（2）电磁加热装置加热速率更快，更高效，陶瓷加热是将电能转化为热能，再通过热传导给钢板，能量的损耗相当大，而电磁加热方式是直接产生电磁感应并作用于钢板，能量损耗极小，使得加热速度更快，用电消耗更小。电磁加热装置的功率是30kW，传统温控箱为240kW。相同条件下，50mm钢板预热至120℃，传统陶瓷加热需约40min，电磁加热仅需4min，而在预热更厚的板材时，传统加热的预热时间往往在4h左右，电磁预热时间在1h左右，大大减少了现场“等工”的现象，提高了“净工作时间”比例；（3）设备更小，更轻盈。传统温控箱的搬运往往需要叉车或吊机的配合，而电磁加热装置只需1～2人即可，携带方便，节省工时；（4）加热模块。传统温控箱使用的是陶瓷加热片（带），电磁加热装置为加热模块（类似电热毯）。加热模块以柔性模块为主，可根据加热部位的不同选择适合的模块进行处理，模块贴合性更好，可以适用于船厂任何位置任何工况的加热。且模块轻便易拿，不易损坏，模块本身不发热，不会发生由于操作工人疏忽导致的烫伤事故，其适用性和安全性比傳统加热要高出很多；（5）电磁加热对焊接并无影响（如磁偏吹），目前也并未检测到电磁加热对母材本体或焊接质量的不良

影响。

3 使用情况

电磁感应加热设备，以其极大的优势，广泛应用于船舶制造过程中厚板焊接的预热。其广泛适用于各种厚板焊接的加热：厚板埋弧对接焊、复杂结构的加热、铸钢件焊接加热、船台合拢加热、海洋平台桩腿结构加热。电磁感应加热器采用了柔性加热片的设计，适用于各种焊接位置的加热。其加热效率和加热的均匀性都是传统电加热无法比拟的。电磁感应加热设备从本身体积重量、操作难易程度、布线环境、加热效率、能源消耗等方面，相比较传统的电加热设备都有极大的改善，对工人来讲有其推广的优势，使其能顺利地在生产现场推广。

以某万箱集装箱船为例，全船需要加热的焊缝长度约为25000米，采用传统的电加热时，需要专门组织加热班组，加热过程中还存在等工、误工的情况，加热效率低、能耗大，工人操作和施工环境都比较差，还经常存在加热不均匀和不便加热的情况。而采用电磁感应加热以后，提高了加热效率，降低了能耗，改善了工人的操作和施工环境，相应地提高了船舶制造的效率。据初步统计，每船节约15000工时以上，节约电能50万元以上，极大地降低了管理成本，提高了造船效率。

4 结语

电磁感应焊接热处理器经过了不断改进，目前在几家船厂和其他海工制造企业、钢结构制造企业得到了实用验证，推广力度不断增强。而且随着未来船舶市场对钢材的要求越来越高，止裂钢等对温度要求严格的品种会日益发展，传统的电加热模式将制约行业的发展，电磁感应焊接热处理器必将占领未来市场。电磁感应加热设备对于船舶建造的焊接作业带来了极大的便利，而随着其应用范围的不断扩大和技术的飞速发展，电磁加热技术必将辐射其他行业，开拓一个厚板焊接预热的新

时代。

参考文献

[1] 王生德.MOSFET高频感应电加热电源的研究[J].郑州大学学报，2001，33（3）.

[2] 斯重遥，等.焊接手册（第二卷）[M].北京：机械工业出版社，1992.

[3] 陈家本.船舶焊接技术现状与展望[J].电焊机，2004，（2）.

作者简介：冯朝闻（1985-），男，金海重工股份有限公司工程师，研究方向：船舶与海洋工程类焊接工艺；於嘉栋（1992-），男，金海重工股份有限公司助理工程师，研究方向：船舶与海洋工程类焊接工艺；贾华平（1959-），男，金海重工股份有限公司高级焊接专家，高级工程师；庄利忠（1962-），男，金海重工股份有限公司高级焊接专家，高级工程师。

（责任编辑：黄银芳）