在全球化貿(mào)易快速發(fā)展的時(shí)代，海運(yùn)的重要性越來越突出，尤其在跨國、跨洲之間的進(jìn)出口貿(mào)易，海運(yùn)占據(jù)主導(dǎo)地位。海運(yùn)的工具就是船舶，船舶工業(yè)是勞動(dòng)、資金、技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，對機(jī)電、鋼鐵、化工、航運(yùn)、海洋資源勘采等上、下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有較強(qiáng)帶動(dòng)作用。
在過去一些年里，韓國、日本一直排在世界造船前兩強(qiáng)的國家，近年我國造船快速上升，已超越日韓，按噸位數(shù)已排名世界第一，預(yù)計(jì)產(chǎn)值超過2000億元。
一、全球造船業(yè)齊“過冬”
今年上半年全球經(jīng)濟(jì)增速放緩，集裝箱航運(yùn)市場需求整體延續(xù)了2015年下半年以來的疲弱態(tài)勢，并且運(yùn)價(jià)下跌，中國多家海洋運(yùn)輸企業(yè)出現(xiàn)虧損，上半年13家航運(yùn)業(yè)上市公司實(shí)現(xiàn)凈利潤-39億元，中國遠(yuǎn)洋上半年巨虧72億元。海運(yùn)市場嚴(yán)重低迷，導(dǎo)致造船業(yè)陷入困境。
8月31日，韓國最大航運(yùn)公司韓進(jìn)集團(tuán)的申請破產(chǎn)；而中國最大的民營船廠揚(yáng)子江船業(yè)去年至今年將完成裁員8000人，員工總數(shù)已由28000人降至20000人。中國船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示：1-7月份，全國造船完工1920萬載重噸，同比下降15.4%。承接新船訂單1768萬載重噸，同比增長26.2%。7月底，手持船舶訂單11728萬載重噸，同比下降14.2%。造船是典型的資金密集型企業(yè)，目前國內(nèi)造船業(yè)訂單減少以及經(jīng)常遇到退單，導(dǎo)致資金鏈非常緊張，尤其營企業(yè)問題更加突出。去年以來，已經(jīng)有二十幾家造船企業(yè)因?yàn)橘Y金斷流走向破產(chǎn)，多位業(yè)內(nèi)人士分析認(rèn)為，接下來，這種情況很可能繼續(xù)發(fā)酵，未來三年內(nèi)難以好轉(zhuǎn)。
二、為什么造船業(yè)較少用激光加工？
船舶制造涉及到大量鋼鐵、合金的切割、焊接、鉆孔等工藝。激光加工被視為未來制造業(yè)技術(shù)革新的工藝，不管在民用還是軍用領(lǐng)域，激光技術(shù)已成為各國搶奪的戰(zhàn)略高地和實(shí)力競爭的重要目標(biāo)，在電子制造、金屬薄板、皮革布匹、3D打印、汽車制造、航空航天、塑料加工等行業(yè)都應(yīng)用非常廣泛。但是在造船領(lǐng)域，激光加工的推廣并不像其它領(lǐng)域發(fā)展迅猛，反而遭遇了瓶頸，近年很少聽聞?dòng)衅鹕?。為什么造船業(yè)很少用激光加工？今天筆者將從激光技術(shù)在造船行業(yè)的主要應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，來探討造船行業(yè)中激光技術(shù)發(fā)展緩慢的原因。
1、激光切割
在世界造船史上，采用激光切割機(jī)要追溯到1995年，由于需要切割更厚的鋼板，造船業(yè)最終采用了6千瓦的CO2激光切割機(jī)。1997年激光坡口切割機(jī)研發(fā)成功，并被意大利的一家造船廠所采用。而我國造船業(yè)船用鋼板切割一般采用的是傳統(tǒng)的火焰切割、等離子切割。但對于一些銅、鋁等特別的材料或者工藝要求比較高的材料，由于傳統(tǒng)的切割技術(shù)精度有限，特別是對特殊材料的甲板和船體材料，因此激光切割技術(shù)將很好的滿足這方面的需求。
激光切割技術(shù)在造船生產(chǎn)中已經(jīng)應(yīng)用超過20年，但是目前技術(shù)卻不是很成熟，現(xiàn)今在歐洲、韓國、日本的造船廠使用較多，幾年前曾傳出日本的造船廠使用了IPG的萬瓦光纖激光器用于厚板切割。激光加工在我國造船業(yè)應(yīng)用率較低，據(jù)了解僅在上海、武漢等幾個(gè)為數(shù)不多的造船廠使用了激光設(shè)備，總體上并不是很理想。
2、激光焊接
大型豪華郵輪、高速滾裝渡輪和先進(jìn)軍用艦艇的船艙和甲板等上層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大量采用薄板及各種合金材料，焊接作業(yè)量巨大。隨著激光器功率的提高和光束品質(zhì)的改善，激光技術(shù)越來越得到造船工業(yè)的青睞。歐洲造船業(yè)已率先將激光焊接用于船舶建造和修理，發(fā)揮其在焊接作業(yè)要求高的環(huán)境下的良好適用性能，提高生產(chǎn)效率、降低制造成本、增強(qiáng)企業(yè)競爭力。歐盟曾經(jīng)研究開發(fā)的適用于造船焊接專用的激光焊接系統(tǒng)，采用光纖傳輸和機(jī)器人操作，用起重機(jī)移動(dòng)激光器和冷卻裝置，使焊接得以在船艙中各個(gè)工作層面進(jìn)行，使其能夠勝任船廠中厚板材的焊接，節(jié)省6%~8%的船體制造成本。
目前我國造船業(yè)的焊接工藝仍然比較傳統(tǒng)，主要采用埋弧焊、CO?氣體保護(hù)焊、焊條電弧焊、氬弧焊、釬焊等方式。近年也有提倡推廣激光-電弧復(fù)合焊的技術(shù)。總體而言，我國造船業(yè)使用激光焊接較少，一方面大部件焊接工藝門檻較高、難度較大、技術(shù)不夠成熟，另一方面船舶金屬多用中厚板，功率不夠的激光設(shè)備，難以焊透，即便焊透，背面焊縫、連接效果也不足，采購超高功率的激光焊接設(shè)備非常昂貴。
盡管如此，不可否認(rèn)激光焊接的優(yōu)勢，在目前為船舶“瘦身”的趨勢下，激光焊接作用也較為突出。德國meyer船廠已將激光焊接技術(shù)用于豪華郵輪的甲板、船艙隔壁、客艙墻壁和樓梯基座的加工制造。與傳統(tǒng)蜂窩狀焊接加混筋板的結(jié)構(gòu)相比，平板夾心構(gòu)件減重50%，占據(jù)的空間節(jié)省50%，減振能力大大增強(qiáng)，噪聲下降20%，抗碰撞，耐腐蝕，防火性能好，能夠在車間預(yù)先制作完成，比傳統(tǒng)加工方法節(jié)省現(xiàn)場裝配工時(shí)30%。
特別值得指出的是，焊接變形是船舶制造業(yè)中需要解決的主要問題之一。在船體制造過程中，焊接工時(shí)和焊接成本占船體建造總工時(shí)和總成本的很大一部分，其中焊接變形導(dǎo)致的成本增長占有相當(dāng)比例。激光-電弧復(fù)合焊接變形量非常小，焊后的修整工作量大為減少，進(jìn)一步降低的船舶制造的成本，節(jié)約了時(shí)間，提高了效率。德國的Meyer造船廠已經(jīng)全部采用激光-電弧復(fù)合焊接方法進(jìn)行輪船的焊接。研究證實(shí)，厚度≤15毫米、長度≤20米鋼板的焊接速度能夠達(dá)到每分鐘3米。
三、激光加工在中國造船業(yè)仍有機(jī)遇
激光加工在中國造船業(yè)應(yīng)用率處于相對較低水平，造成這一現(xiàn)象的主要原因有幾個(gè)方面：
1）許多大型船舶船身大量使用金屬厚板，比如造一艘大型貨輪，船身厚度可達(dá)20mm以上，而大型軍艦如航母船身厚度可達(dá)150mm以上，船用大幅面、大厚度的板材對激光切割是個(gè)很大的挑戰(zhàn)，在以往對比中，激光切割速度比等離子切割來要慢上許多，因此無法滿足當(dāng)速度與效率必須優(yōu)先的大前提。
2）另外，超高功率的激光切割/焊接設(shè)備價(jià)格仍然昂貴，在巨大的采購成本，維持設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)的費(fèi)用過高，投資周期長，讓造船企業(yè)不敢輕易采購，尤其近年造船業(yè)低迷，許多企業(yè)缺乏資金周轉(zhuǎn)，更難以抽出大筆資金采購激光設(shè)備。激光加工在與其它加工比較起來，目前競爭優(yōu)勢不明顯，因此，不少造船廠因?yàn)槠髽I(yè)利潤的關(guān)系對使用激光設(shè)備“有心無力”。
然而，筆者認(rèn)為，造船業(yè)目前的困境只是陣痛，行業(yè)洗牌過程。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展回暖，國家大力推進(jìn)“智能制造”，未來的5-10年內(nèi)，激光加工在其它行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，造船業(yè)也不會(huì)例外。未來高功率激光設(shè)備價(jià)格仍有下降空間，若性價(jià)比更顯優(yōu)勢，必然吸引造船廠的關(guān)注。并且現(xiàn)時(shí)國內(nèi)造船的切割/焊接工藝都不同程度產(chǎn)生污染，激光加工在這方面優(yōu)勢突出，在造船行業(yè)的應(yīng)用需求將會(huì)大大增加。（文章來源：星之球產(chǎn)業(yè)研究院）