水下焊接技術(shù)研究

曾 檑,胡淋翔,蘇 迎（中國衛(wèi)星海上測控部,江蘇 江陰 214400）

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水下焊接技術(shù)研究

曾 檑,胡淋翔,蘇 迎
（中國衛(wèi)星海上測控部,江蘇 江陰 214400）

摘 要：水下焊接技術(shù)是一種可以提供及時(shí)修復(fù)能力的水下修復(fù)技術(shù)，本文首先分析了目前船舶水下修理過度依賴船塢的現(xiàn)狀，提出在船舶航行途中受損無法及時(shí)上排的情況使用水下焊接技術(shù)對(duì)船舶進(jìn)行搶修，通過對(duì)現(xiàn)有水下焊接技術(shù)的比較分析，選取了水下手工電弧焊法，并制定水下焊接方案對(duì)受損部位進(jìn)行焊接修復(fù)，最終證明了水下焊接技術(shù)在船舶搶修中的可行性。

關(guān)鍵詞：水下焊接；應(yīng)急維修；焊接方案設(shè)計(jì)

1 水下焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

水下焊接技術(shù)是一種能夠在水下特殊環(huán)境中實(shí)施的焊接方法，主要用于船舶打撈和水線以下船體的應(yīng)急維修，以及碼頭和其他水工建筑鋼材等金屬結(jié)構(gòu)的安裝和修理。

1.1 高壓干法水下焊接

高壓干法水下焊接在上世紀(jì)50年代初由美國開始進(jìn)行研究。在1966年應(yīng)用于生產(chǎn)，這種方法可以獲得較高的焊接質(zhì)量。由于進(jìn)行高壓干法水下焊接試驗(yàn)需要通過復(fù)雜的模擬試驗(yàn)裝置來進(jìn)行，因此，目前致力于海洋資源開發(fā)的公司一般都建有高壓模擬試驗(yàn)裝置。

1.2 局部干法水下焊接

20世紀(jì)70年代，局部干法水下焊接興起。近幾十年來，隨著局部干法水下焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，這種焊接方法開始應(yīng)用于生產(chǎn)，現(xiàn)在生產(chǎn)中可移動(dòng)氣室式水下焊接法、氣罩式水下焊接法和水簾式水下焊接法已經(jīng)得到應(yīng)用。

氣罩式水下焊接法是一種在焊件上安裝透明罩、再用氣體排除內(nèi)部的水的方法。這種方法多采用手工電弧焊和氣體保護(hù)焊，應(yīng)用的水深極限是42m。水簾式水下焊接法是一種排水范圍較小的局部干法焊接方法。水下激光焊是一種新興的局部干法水下焊接技術(shù)，目前還處于試驗(yàn)研究階段。2001年，日立公司研制了水簾式激光焊炬，可在水下創(chuàng)造穩(wěn)定的干式空間，并利用了5 kW激光和填充焊絲的方法進(jìn)行了0.4MPa壓力條件下的U形坡口水下激光水平橫焊試驗(yàn)。

1.3 濕法焊接

濕法焊接近年在焊條技術(shù)上有了較大突破。英國Hydroweld公司開發(fā)多種水下焊條中的Hydmweld水下焊條成為英國國防部唯一認(rèn)可的水下修補(bǔ)焊條，由美國開發(fā)的7018S水下焊條在藥皮上涂有一層鋁粉，因此在使用該焊條進(jìn)行水下焊接時(shí)能產(chǎn)生大量氣保護(hù)焊縫金屬。國內(nèi)方面，由華南理工大學(xué)發(fā)明的藥芯焊絲微型排水罩水下焊接方法，可以依靠水下焊接時(shí)水汽化產(chǎn)生的水蒸氣以及藥皮產(chǎn)生的氣體排開附近的水而形成一個(gè)小范圍無水區(qū)域，增加了焊接電弧的穩(wěn)定性，并且這種方法具有很大經(jīng)濟(jì)性。

2 水下焊接技術(shù)在船舶維修中的應(yīng)用方案研究

2.1 應(yīng)用環(huán)境設(shè)定

假定某船舶在某次航行中受損，其裂紋長度為10 cm，寬度為3 mm，該裂紋正在滲水，還沒有破裂進(jìn)水并且裂紋有擴(kuò)大可能，而且由于裂紋位置限制，人員無法在船內(nèi)進(jìn)行堵漏和焊接修復(fù)。下面將針對(duì)該情況使用水下焊接方法進(jìn)行應(yīng)急搶修。

由于干法水下焊接施工條件不適用于船舶的應(yīng)急搶修，能應(yīng)用于應(yīng)急搶修的只有濕法水下焊接和局部干法水下焊接。根據(jù)實(shí)際條件，在本方案中分別采取的是水下手工電弧焊方法。

2.2 水下焊接方案設(shè)計(jì)

（1）焊前準(zhǔn)備。①潛水焊工需要熟悉船舶圖紙，了解水下作業(yè)區(qū)深度和溫度等環(huán)境情況；②水下施焊前水下作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)了解焊接區(qū)域的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并且需查明焊接作業(yè)區(qū)附近是否儲(chǔ)存有油料以及其他危險(xiǎn)物品；③下潛之前，潛水焊工應(yīng)認(rèn)真檢查試驗(yàn)焊接工具及設(shè)備、潛水裝具、供氣膠管、電纜、通信聯(lián)絡(luò)工具等的水密、絕緣和工藝性能；④下潛后潛水焊工應(yīng)將信號(hào)繩、電纜和供氣管等及時(shí)整理好，確保其處于安全位置，避免發(fā)生損壞；⑤水下焊接前，施焊人員應(yīng)對(duì)焊接地點(diǎn)采取安全措施并且潛水焊工在水下施焊時(shí)不得處于懸浮狀態(tài)；⑥水下作業(yè)人員與甲板指揮人員之間要配備通信裝置，并且確保通信暢通。當(dāng)完成準(zhǔn)備工作后，并且取得指揮人員同意后，水下作業(yè)人員方可進(jìn)行水下焊接；⑦只有經(jīng)過專門培訓(xùn)并持有相應(yīng)操作許可證的人員才能進(jìn)行水下焊接與切割作業(yè)。

（2）人員配備。實(shí)施水下焊接需要配備5名人員，其中至少2人持有潛水證，其中，1人在甲板上負(fù)責(zé)水下焊接作業(yè)現(xiàn)場指揮；1人應(yīng)持有水下焊接證書，并進(jìn)行水下施焊；1人在負(fù)責(zé)潛水焊工的安全監(jiān)護(hù)；1人在甲板上負(fù)責(zé)同水下施焊人員進(jìn)行通信聯(lián)系；1人在甲板上配合，做好記錄。

（3）水下焊接維修方案的實(shí)施。①檢查尋找裂紋。首先初步確定裂紋所在位置，讓潛水員及設(shè)備到達(dá)預(yù)定位置，記錄員開始記時(shí)。將施焊作業(yè)的潛水員從船上放下，潛入到船體水下部分的裂紋處（據(jù)初步觀測判斷確定）。到達(dá)指定水深后，甲板指揮人員通過潛水電話與潛水員對(duì)話，開始檢查尋找裂紋。當(dāng)確認(rèn)找到裂紋后，在漏點(diǎn)處做好標(biāo)記，進(jìn)行水下攝像、照相。裂紋確定后，水下作業(yè)人員通過潛水電話通知甲板配合人員，潛水員按原路線返回，記錄人員計(jì)時(shí)；②確定修補(bǔ)方案。根據(jù)裂紋狀況，確定焊補(bǔ)150mm×30 mm鋼板（厚度為4mm）堵住裂縫。由水下施焊潛水員攜帶材料、工具，按方案程序，再次潛入水下并進(jìn)行水下焊接；③焊接作業(yè)。首先進(jìn)行焊接平臺(tái)及檔流裝置的安裝，安裝完畢先在裂紋兩端鉆直徑6-8 mm的止裂孔，保證止裂孔要離裂紋可見端有一個(gè)距離，超出10-20 mm為宜。接著使用直接點(diǎn)焊法將補(bǔ)板進(jìn)行固定，定位焊縫長度不得小于20 mm，以防開裂滑落。再以較大的焊接電流，較大的焊接傾角，用電弧吹力將融化金屬除掉，形成U型坡口，最后用分段反焊法進(jìn)行補(bǔ)焊。完成水下焊接作業(yè)后，機(jī)艙停止進(jìn)水，船上人員通過排水措施排掉機(jī)艙內(nèi)的積水，船舶可以繼續(xù)航行。

3 結(jié)論

隨著水下焊接技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，水下焊接技術(shù)已經(jīng)成為水下修復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)。這種技術(shù)將廣泛應(yīng)用到船舶行業(yè)的各個(gè)方面，其能夠迅速恢復(fù)船舶的航海性能，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

參考文獻(xiàn)：

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DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.001

作者簡介：曾檑（1992-），男，江蘇靖江人，助理工程師，研究方向：船舶動(dòng)力研究。