海洋工程制造中的關(guān)鍵焊接技術(shù)分析

韋菲

摘要：在海洋工程裝備材料中主要是以焊接為核心，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的海洋工程材料的焊接技術(shù)較為落后，存在著一定的差距，不能真正滿(mǎn)足海洋實(shí)際開(kāi)發(fā)的需要。在當(dāng)前形勢(shì)下，優(yōu)質(zhì)的焊接技術(shù)在海洋裝備制造中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，同時(shí)在海洋工程裝備中也是其重要的關(guān)鍵性因素。本文將針對(duì)海洋工程制造中的關(guān)鍵焊接技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)行針對(duì)性的探究。

關(guān)鍵詞：海洋；工程制造；焊接技術(shù)

海洋工程制造中的技術(shù)核心主要是焊接技術(shù)，雖然近幾年我國(guó)的焊接技術(shù)已經(jīng)得到了較快的發(fā)展，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在一定的差距，使得其無(wú)法滿(mǎn)足海洋開(kāi)發(fā)的需要。因此，需要對(duì)海洋工程制造中的關(guān)鍵焊接技術(shù)和其應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)研究探討。

1高強(qiáng)鋼焊接技術(shù)

海洋工程裝備的制造材料主要是低合金高強(qiáng)鋼，焊接接頭的質(zhì)量指標(biāo)主要是韌性。韌性是材料在載荷的作用下具有抵抗裂縫擴(kuò)展和開(kāi)裂的性能，也是材料開(kāi)裂之前彈塑性變形過(guò)程中能夠吸收能量的性能，是材料塑性和強(qiáng)度的結(jié)合。海洋工程裝備要想在焊接技術(shù)上有所提高，首先應(yīng)該保證焊接接頭的韌性要好。部分鋼材料經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)焊接冷裂縫的情況，主要是焊接時(shí)的加熱冷卻較快，使得熱影響區(qū)和焊縫的塑性和韌性較低，但是強(qiáng)度較高。如果焊接過(guò)程的冷卻速度較低，那么在進(jìn)行焊接時(shí)會(huì)使熱影響區(qū)和焊縫的塑性、韌性較高，但是強(qiáng)度比較低。所以，進(jìn)行焊接時(shí)應(yīng)該將冷卻速度控制在合理的范圍內(nèi)，找到熱影響區(qū)和焊縫的韌性、塑性以及強(qiáng)度的最優(yōu)平衡點(diǎn)。這就說(shuō)明，當(dāng)焊接材料一定時(shí)，焊縫的性能主要是由熱輸入決定的，要想保證焊縫的性能，就應(yīng)該保證熱輸入在合適的范圍內(nèi)。海洋工程裝備制造時(shí)應(yīng)該根據(jù)國(guó)際有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的熱輸入要求，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)選擇高效的焊接工藝。高強(qiáng)鋼焊接技術(shù)中還有一些試驗(yàn)和研究，包括設(shè)計(jì)焊接接頭，選擇合適的焊接設(shè)備、焊接材料以及焊接方法；焊接過(guò)程中層間溫度、預(yù)熱、后熱溫度控制；控制焊接接頭的頭冷裂縫；控制T型接頭焊接層狀撕裂以及大厚度十字接頭；焊接接頭斷裂韌性試驗(yàn)。

2大厚度鋼板的切割技術(shù)

在海洋工程裝備制造中常常會(huì)采用大厚度的低合金高強(qiáng)度鋼，比如，作為平臺(tái)升降齒條鋼，Dillimax690E鋼板經(jīng)切割后可直接應(yīng)用于升降齒條而不需要再加工。該齒條有C146、JU200E兩種規(guī)格，對(duì)切割技術(shù)提出了極高的要求。首先，切割的火焰必須要長(zhǎng)達(dá)2～3米，切割嘴的風(fēng)線(xiàn)要高速、高壓，這樣才能切割出光潔的斷面；在切割中還要防止鋼板的變形，可以采用雙頭對(duì)稱(chēng)的切割技術(shù)。大厚度鋼板切割時(shí)要預(yù)先考慮增大進(jìn)氣管直徑，選用專(zhuān)用減壓器割具，采用大罐的液氧作為助燃和切割氣體。在選用丙烷和氧氣切割時(shí)要適當(dāng)?shù)亟档颓懈钏俣?，最好在切割前?duì)大厚度鋼板進(jìn)行預(yù)熱以便清除鋼板表面水分，進(jìn)一步提高切割質(zhì)量。切割的中心焰要將切割氧的壓力調(diào)節(jié)在0.6兆帕，丙烷壓力取其1/10。

3復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的焊接技術(shù)

在海洋工程結(jié)構(gòu)中，一般情況下都是采用了管子、桁架以及立柱的結(jié)構(gòu)模式，所以呈現(xiàn)出來(lái)的焊接接頭就會(huì)相對(duì)較多，特別在一些主要的受力構(gòu)件上，比如立柱與上下船體結(jié)構(gòu)、推進(jìn)器基座、水平橫撐與立柱結(jié)構(gòu)以及克令吊基座等，由于這些結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，所以對(duì)于焊接技術(shù)也提出了更高地要求，在具體焊接過(guò)程中應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：（1）嚴(yán)格按照相關(guān)的安裝順序來(lái)對(duì)工程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝。（2）對(duì)接頭的加工方法和坡口角度引起足夠的重視。（3）選用最為科學(xué)合理的焊接方法。（4）對(duì)焊前預(yù)熱、層間溫度以及焊后的熱處理進(jìn)行嚴(yán)格的控制。（5）焊前的準(zhǔn)備工作主要包括焊材的發(fā)放和儲(chǔ)存、持證的合格焊工、焊接設(shè)備以及焊接環(huán)境的有效控制。（6）對(duì)具體的焊接順序進(jìn)行詳細(xì)的編制。

4焊接變形及焊接殘余應(yīng)力的控制技術(shù)

在海洋工程制造過(guò)程中經(jīng)常將高壓管低合金高強(qiáng)度鋼進(jìn)行全面的利用，在實(shí)際焊接過(guò)程中應(yīng)按照相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行綜合性的工藝評(píng)定，進(jìn)而能夠有效保證焊接工藝措施，在實(shí)船平臺(tái)高壓管線(xiàn)進(jìn)行全面性的焊接。另外，對(duì)于數(shù)值模擬計(jì)算來(lái)講應(yīng)該將試驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行局部性的控制，積極利用超聲波沖擊以及焊后焊趾打磨等方式，進(jìn)而能夠?qū)⒑附託堄鄳?yīng)力不斷減小。

5自動(dòng)焊接技術(shù)

隨著海底管道鋪設(shè)工程量的增加，能提高鋪設(shè)效率的雙炬管道鋪設(shè)焊接機(jī)器人得到了發(fā)展。在海管鋪設(shè)施工作業(yè)時(shí)，每個(gè)焊接工作站配備兩套雙炬焊接機(jī)器人，以管道為軸心分左右舷對(duì)稱(chēng)放置，以“0”點(diǎn)位置開(kāi)始起弧，按照順時(shí)針及逆時(shí)針?lè)较蛲瓿上孪蚝附印Ｃ總€(gè)焊接機(jī)器人可獨(dú)立控制也可協(xié)同操作，雙頭雙炬焊接機(jī)器人系統(tǒng)能提高焊接效率，并且后焊炬對(duì)前焊炬的焊道有回火作用，能改善前焊炬焊道的韌性并降低接頭硬度。對(duì)于鋪設(shè)直徑≥24寸的近海油氣管線(xiàn)，法國(guó)Serimax公司開(kāi)發(fā)了四頭雙炬全自動(dòng)焊接系統(tǒng)，該系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)四個(gè)焊頭同時(shí)工作，全部焊頭以管道頂點(diǎn)為起點(diǎn)分布在左右兩側(cè)，焊接時(shí)左側(cè)與右側(cè)的兩個(gè)焊炬進(jìn)行向下焊作業(yè)。四頭焊炬同時(shí)焊接在程序控制上需要解決協(xié)同問(wèn)題，工藝上則同一層之間要考慮各個(gè)機(jī)頭之間的時(shí)間錯(cuò)開(kāi)、不同層之間要考慮引弧位置錯(cuò)開(kāi)。同時(shí)打底焊采用了帶銅襯墊的內(nèi)對(duì)口器背面強(qiáng)制成形技術(shù)，使整套設(shè)備具備很好的柔性。

6高壓管線(xiàn)焊接技術(shù)

海洋工程裝備制造中高壓管一般使用的材料是低合金高強(qiáng)度鋼，所以在焊接過(guò)程中要根據(jù)高強(qiáng)鋼焊接技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行工藝評(píng)定，選擇好正確的焊接方式之后，就可以在鉆井平臺(tái)的高壓管線(xiàn)上開(kāi)始焊接工作。

7結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在當(dāng)前海洋工程裝備設(shè)計(jì)過(guò)程中存在著自主研發(fā)創(chuàng)新能力較低以及缺少零部件生產(chǎn)能力這樣的問(wèn)題，針對(duì)這樣的情況國(guó)家應(yīng)全面性的發(fā)展海洋工程裝備制造業(yè)。另外，還應(yīng)積極會(huì)推進(jìn)發(fā)展方式，進(jìn)而促進(jìn)船舶工業(yè)的良好發(fā)展，重視科技的驅(qū)動(dòng)力，重點(diǎn)將科技創(chuàng)新能力有效提升。在海洋工程中針對(duì)焊接質(zhì)量具有嚴(yán)格的要求，因而應(yīng)將焊接自動(dòng)化以及智能化運(yùn)用其中。在一定程度上講運(yùn)用科學(xué)合理的焊接方式，進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)化，還能促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高最終獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

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（作者單位：中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司）