海洋工程焊接技術(shù)的現(xiàn)狀與分析

楊永松

太重(天津)濱海重型機(jī)械有限公司

海洋工程焊接技術(shù)的現(xiàn)狀與分析

楊永松

太重(天津)濱海重型機(jī)械有限公司

海洋工程裝備用材料的加工制造工藝主要以焊接為主，而我國新型海洋工程各種材料的焊接制造技術(shù)明顯落后于發(fā)達(dá)國家，差距較大，難以滿足國內(nèi)海洋開發(fā)和參與國際競爭的需要，因此優(yōu)質(zhì)、高效的焊接技術(shù)已成為海洋平臺(tái)裝備制造的關(guān)鍵技術(shù)，也是海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)長期戰(zhàn)略的關(guān)鍵因素?；诖耍疚闹饕獙?duì)海洋工程焊接技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析探討。

海洋工程；焊接技術(shù)；現(xiàn)狀與分析

1、前言

海洋工程裝備制造業(yè)是國家“十二五”規(guī)劃中明確重點(diǎn)培育和發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，也是高端裝備制造業(yè)的重要方向，是海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興的重要方向，尤其是海洋鉆井平臺(tái)業(yè)與船舶制造業(yè)。焊接技術(shù)是海洋工程中的重點(diǎn)技術(shù)，對(duì)焊接技術(shù)的探討對(duì)海洋工程而言意義重大。

2、鉆井平臺(tái)焊接技術(shù)分析

2.1 自升式鉆井平臺(tái)

自升式鉆井平臺(tái)是主體能自行在海面升降的平臺(tái)，屬于移動(dòng)平臺(tái)。其優(yōu)點(diǎn)是鉆井作業(yè)平穩(wěn)、效率高、造價(jià)相對(duì)低；缺點(diǎn)是樁腿有限，工作水深受限制。其結(jié)構(gòu)分為鉆井平臺(tái)主體、樁腿和升降裝置三部分。該鉆井平臺(tái)是近海石油勘探開發(fā)的主要海洋工程裝備，在制造中的主要關(guān)鍵焊接技術(shù)是：升降裝置中的厚板高強(qiáng)鋼齒條的下料切割加工，齒條和升降管的加工，K、T、Y節(jié)點(diǎn)焊接。

2.2 半潛式鉆井平臺(tái)

半潛式鉆井平臺(tái)主要由浮體、立柱和工作平臺(tái)三部分組成。浮體提供平臺(tái)的大部分浮力，立柱用于連接工作平臺(tái)和浮體支撐工作平臺(tái)。工作平臺(tái)是海上工作的主要結(jié)構(gòu)，有鉆井設(shè)備、鉆井器材、起吊設(shè)備、安全救生、人員生話設(shè)施及動(dòng)力、通信、導(dǎo)航等設(shè)備。半潛式鉆井平臺(tái)僅有立柱暴露在海浪環(huán)境中，抗風(fēng)暴能力、穩(wěn)定性等安全性能要求良好，所以通常選用優(yōu)質(zhì)的低合金高強(qiáng)鋼，一方面減輕了平臺(tái)的自重，同時(shí)又增加了可變載荷，鉆井可以更深。目前半潛式鉆井平臺(tái)是深海水域進(jìn)行油氣勘探開發(fā)的主要鉆井平臺(tái)之一，該平臺(tái)的關(guān)鍵焊接技術(shù)是：減少焊接缺陷，提高焊接接頭的韌性，增強(qiáng)抗疲勞強(qiáng)度。

2.3 張力腿平臺(tái)

張力腿平臺(tái)(TLP)是一種垂直系泊浮式平臺(tái)，該平臺(tái)是通過張緊纜繩或張力腿將浮式半潛平臺(tái)結(jié)構(gòu)系于海底，適用于150～2000m水深海域。其結(jié)構(gòu)由平臺(tái)上體、浮體、張力腿、上部設(shè)施模塊、頂張力口立管、懸鏈?zhǔn)搅⒐芎湾^樁基礎(chǔ)所構(gòu)成。整個(gè)平臺(tái)是通過由鋼管組成的張力腿與固定于海底錨樁相連，船體浮力使得張力腿始終處于張緊狀態(tài)，從而使平臺(tái)保持垂直方向穩(wěn)定。該平臺(tái)的關(guān)鍵焊接技術(shù)是選用優(yōu)質(zhì)的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼和管子以及與之有關(guān)的焊接技術(shù)。

2.4 立柱式平臺(tái)(SPARPLATFORM)

其主要特點(diǎn)吃水很深，水線面相對(duì)較小柱體底部裝有壓載，使平臺(tái)重心低于浮力，保證了平臺(tái)穩(wěn)定性和垂直方向穩(wěn)定，減少縱搖。平臺(tái)中部側(cè)面布置錨泊系統(tǒng)以錨泊在海底，從而減少了平臺(tái)的縱蕩和垂蕩。由于立柱式平臺(tái)其頂部模塊與SPAR筒體間的連接以及桁架與硬舵/軟舵之間的連接，這些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的焊接要求有抗疲勞強(qiáng)度的要求和高韌性的要求。

2.5 浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油船

浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油船簡稱FPSO，是由錨系到海底的大型油船型駁船結(jié)構(gòu)所組成，其通常與井口平臺(tái)或海底采油系統(tǒng)組成一個(gè)完整的采油、原油處理、儲(chǔ)油和卸油系統(tǒng)。FPSO具有投資省、建造周期短、遷移方便、可連續(xù)生產(chǎn)、重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)水深條件范圍廣泛，具有風(fēng)標(biāo)效應(yīng)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境惡劣的海域。FPSO船主要由系泊系統(tǒng)、船體部分、油生產(chǎn)設(shè)備、艉卸載系統(tǒng)等部分所構(gòu)成。隨著海洋工程裝備的不斷發(fā)展，新型的FPSO船不斷地涌現(xiàn)，而且是朝著深水和超大型化FPSO船的方向發(fā)展。其在建造中的關(guān)鍵焊接技術(shù)要掌握厚板高強(qiáng)鋼的焊接技術(shù)以及低溫焊接接頭的斷裂韌性。

3、海洋工程焊接技術(shù)的現(xiàn)狀與分析

海洋工程材料通過裝備制造工業(yè)轉(zhuǎn)化為在海洋工業(yè)使用的大型裝備，是開發(fā)海洋資源的物質(zhì)前提。由海洋工程材料到具體裝備的制造過程中，離不開重要的傳統(tǒng)制造方法——焊接，它占海工裝備制造工作量的30～40%，不僅是海工裝備制造安裝的關(guān)鍵施工工藝，也是改造及維修的常用方法。焊接質(zhì)量是評(píng)價(jià)海洋工程裝備建造質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)，合理的焊接方法能夠提高裝備制造效率，保證焊接產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性，提升裝備制造整體水平。

海洋工程用鋼鐵主要分為：海洋平臺(tái)、海底油氣管線、艦船制造、海洋風(fēng)力發(fā)電用鋼鐵材料等，如海洋平臺(tái)樁腿齒條鋼使用的Q690、海底油氣管線使用的X65/70鋼、艦船制造使用的EQ56/70鋼、LNG船使用的殷瓦鋼等?，F(xiàn)階段，歐美、韓國、新加坡等海洋工程裝備制造強(qiáng)國已經(jīng)掌握鋼鐵材料的先進(jìn)焊接制造技術(shù)，也是世界范圍內(nèi)相關(guān)技術(shù)的引領(lǐng)者。國內(nèi)海洋工程裝備制造中的普通鋼結(jié)構(gòu)件焊接工藝已較為成熟，但重要結(jié)構(gòu)件的特殊鋼材的焊接工藝整體水平還有待提升。

國內(nèi)針對(duì)海洋工程裝備用鋼鐵材料的焊接方法依然以傳統(tǒng)焊接方法為主，包括手工電弧焊(SMAW)、藥芯焊絲電弧焊(FCW)、鎢極氬弧焊(GTAW)、埋弧自動(dòng)焊(SAW)、氣電立焊(EGW)、焊劑銅襯墊單面焊(FCB)等，其中手工電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、藥芯焊絲電弧焊是現(xiàn)階段海工裝備制造企業(yè)廣泛使用的焊接方法。

隨著海洋平臺(tái)用鋼材強(qiáng)度和厚度的增加，高強(qiáng)度鋼板在海洋工程裝備制造中的應(yīng)用比例逐漸升高。目前國內(nèi)大厚板高強(qiáng)鋼的焊接仍采用手工電弧焊或半自動(dòng)藥芯焊絲電弧焊方法，自升式平臺(tái)樁腿齒條板Q690鋼的焊接仍以手工電弧焊為主。因海工裝備制造用高強(qiáng)度鋼板均有一定厚度，手工電弧焊的工藝復(fù)雜，同時(shí)厚板的清根亦十分繁瑣，使得整體焊接效率不高。在勞動(dòng)力成本高企不下的情況下，促使企業(yè)尋求更為高效的焊接方法和工藝。窄間隙焊接技術(shù)因其能顯著提高焊接效率，節(jié)省焊接材料，近年來成為海洋工程裝備大厚板焊接技術(shù)的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢。此外，復(fù)合焊接方法(激光電弧復(fù)合，等離子電弧復(fù)合等)因可集中利用各種焊接方法的優(yōu)點(diǎn)，提高海洋平臺(tái)用鋼的焊接效率，且隨著自動(dòng)化程度的提高，也日益受到海洋平臺(tái)用鋼鐵材料焊接制造的青睞。

4、結(jié)語

總之，焊接技術(shù)是海洋工程制造中的關(guān)鍵技術(shù)之一，合理的焊接方法能夠保證焊接產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)良、可靠，生產(chǎn)效率高，焊接成本費(fèi)用低，能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。由于海洋工程對(duì)焊接質(zhì)量要求嚴(yán)格，而且勞動(dòng)條件和環(huán)境又很惡劣，因此焊接的自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化將受到青睞。

[1](陳家本).海洋工程制造中的關(guān)鍵焊接技術(shù)分析[J].(電焊機(jī))，2012，42(11)：11－14.

[2](唐連元).海洋工程中焊接材料應(yīng)用分析[J].(金屬加工－熱加工)，2012(8)：9－10.