海洋工程制造中的關(guān)鍵焊接技術(shù)與應(yīng)用

張 利

中海福陸重工有限公司，廣東 珠海 519050

焊接是海洋工程制造的重要組成部分，國內(nèi)的焊接技術(shù)并不先進，與國際焊接技術(shù)水平存在一定差距。海洋資源開發(fā)工程對于焊接技術(shù)的要求不斷提高。提升關(guān)鍵焊接技術(shù)水平對海洋工程制造的發(fā)展有著良好的促進作用，并且也能夠提高海洋裝備的整體水平。因此，應(yīng)加大對海洋工程制造中關(guān)鍵焊接技術(shù)的探究力度，促進海洋工程快速發(fā)展。

1 海洋工程技術(shù)簡介

1.1 自升式鉆井平臺

在海洋各平臺中，自升式鉆井平臺有著較多優(yōu)點，該平臺可進行移動，能夠基于海面完成升降動作。自升式鉆井平臺具有一定的穩(wěn)定性，造價成本并不高。該平臺也有不足之處，如樁腿長度受到限制，無法在較深的水域開展工作等。自升式鉆井平臺主要有三個構(gòu)成部分，包括樁腿、升降設(shè)備以及平臺主體。對于海洋工程制造來說，焊接技術(shù)可有效處理自升式鉆井平臺的高強鋼齒條下料，也可處理平臺升降裝置中的升降管等。

1.2 半潛式鉆井平臺

半潛式鉆井平臺由多個部分組成，比如立柱、浮體等，其中浮體可促使半潛式鉆井平臺具備浮力，立柱主要發(fā)揮支撐作用，將鉆井工作平臺與浮體進行結(jié)合，增強半潛式鉆井平臺的穩(wěn)定性。在海洋工程中，工作平臺具有不可忽視的重要作用，平臺中包括多種主要設(shè)備，比如鉆井設(shè)備、起吊設(shè)備等。半潛式鉆井平臺具有較多特點，如立柱露出海面，直接面對變化的海面環(huán)境，具有較強的穩(wěn)定性，能夠抵御惡劣環(huán)境等。其設(shè)備材料主要使用低合金高強鋼，避免半潛式鉆井平臺過重，提高其可變載荷，方便鉆井平臺的施工。關(guān)鍵焊接技術(shù)主要幫助半潛式鉆井平臺避免出現(xiàn)焊接問題，對焊接接頭進行強化，使其能夠抵抗疲勞。

1.3 張力腿平臺

張力腿平臺具有浮式特點，可實現(xiàn)垂直系泊。該平臺主要通過張緊纜繩、張力腿等發(fā)揮作用，使得半潛式鉆井平臺到達(dá)海洋底部，在較深海域得到較多應(yīng)用，海域深度不超過2 km，其中張力腿、浮體等是其主要組成部分。除此之外，張力腿平臺主要通過張力腿及錨樁發(fā)生作用，讓張力腿幫助平臺處在垂直狀態(tài)，不容易發(fā)生變化。關(guān)鍵焊接技術(shù)在張力腿平臺中，對高強度結(jié)構(gòu)用鋼等發(fā)揮效用。

1.4 立柱式平臺

立柱式平臺水線不大，在柱體底部有壓載，在水中有較深的深度。立柱式平臺重心與浮力并不處在同一水平線上，而是低于浮力，這就使得平臺穩(wěn)定性得到增強，不容易受到外界環(huán)境的影響。錨泊系統(tǒng)在立柱式平臺中占據(jù)重要部分，錨泊在海洋底部，可幫助平臺進行穩(wěn)固，避免縱搖問題的出現(xiàn)。立柱式平臺中的系泊系統(tǒng)是海洋工程制造的組成部分，主要包括頂部夾板模塊、立柱等。關(guān)鍵焊接技術(shù)能夠增強立柱式平臺的抗疲勞性能，使其具備較高的韌性。

1.5 浮式生產(chǎn)儲卸油船

浮式生產(chǎn)儲卸油船與海底油船、井口平臺等設(shè)備相互配合，促進了采油系統(tǒng)的完善。浮式生產(chǎn)儲卸油船有著較多特點，能夠?qū)ζ溥M行循環(huán)使用，在移動方面也具有便利性，可應(yīng)用到不同的水深環(huán)境中，并且存在風(fēng)標(biāo)效應(yīng)，面對惡劣的海洋環(huán)境也不會受到較大影響。浮式生產(chǎn)儲卸油船與海洋工程制造發(fā)展相適應(yīng)，符合海洋工程發(fā)展趨勢。關(guān)鍵性焊接技術(shù)在低溫焊接接頭中發(fā)生作用，可改善其斷裂韌性[1]。

2 海洋工程制造中的關(guān)鍵焊接技術(shù)探究

2.1 高強鋼焊接技術(shù)

低合金高強鋼強化海洋工程設(shè)備結(jié)構(gòu)的性能，在具體應(yīng)用中對于接頭性能需要依據(jù)相關(guān)指標(biāo)來確定。焊接工程中包括大型船舶等，對此焊接接頭的韌性要進行加強。對于EQ70鋼等用焊接技術(shù)工作時容易發(fā)生焊接冷裂紋等問題，主要原因是在工作過程中加熱以及冷卻的速度缺乏相應(yīng)控制，速度過快，焊縫金屬等部位強度較高，并且相應(yīng)韌性得不到提高。若是冷卻速度不持續(xù)增加，反而有所下降，焊縫金屬等強度也會下降，同時韌性會增加。將冷卻速度控制在合理范圍內(nèi)，強度、韌性等因素會變得穩(wěn)定，趨向平衡。在實際工作中，需充分重視熱輸入的作用，由于其對焊縫效果有著重大影響，為了加強焊縫的性能，需要確定熱輸入點，即找到重要的平衡位置。

相關(guān)企業(yè)在對海洋工程進行施工時要嚴(yán)格遵守工程標(biāo)準(zhǔn)，確定熱輸入點，并對其進行科學(xué)評估，多次進行實踐，從整體的角度靈活運用焊接工藝。應(yīng)積極開展相關(guān)研究活動，主要有以下四個方面：一是焊接設(shè)備的選擇、接頭設(shè)計等；二是預(yù)熱、后熱等溫度的科學(xué)調(diào)控；三是焊接接頭冷裂紋的控制；四是對接頭的斷裂韌性進行研究[2]。

2.2 復(fù)雜節(jié)點的焊接技術(shù)

管子、立柱等組成了裝備結(jié)構(gòu)，焊接接頭復(fù)雜程度較高（特別是在受力構(gòu)件如推進器基座、水平橫撐與立柱結(jié)構(gòu)等）。在對這些焊接難度較高的結(jié)構(gòu)進行施工時要全面把控具體的焊接環(huán)節(jié)。注意各個結(jié)構(gòu)的先后順序，對接頭的切割方法以及坡口角度等進行明確，依據(jù)相關(guān)結(jié)構(gòu)的情況，選擇合理的焊接技術(shù)。將焊接活動中的預(yù)熱等溫度控制在合理范圍內(nèi)，做好全面的焊接準(zhǔn)備。

2.3 焊接變形以及焊接殘余應(yīng)力的控制技術(shù)

在焊接變形及焊接殘余應(yīng)力控制方面可搜集主要結(jié)構(gòu)的數(shù)值，運用模擬運算方法，開展一定的試驗活動。需要充分發(fā)揮超聲波沖擊的作用，進行焊趾重熔過程，加大力度對焊接線能量進行調(diào)控，并做好焊趾打磨環(huán)節(jié)，在焊接前階段與焊接后階段正確對待熱處理，從而減少焊接殘余應(yīng)力[3]。

2.4 高壓管線的焊接技術(shù)

低合金高強度鋼通常是制造高壓管的材料，在海洋工程裝備制造活動中得到較多應(yīng)用。在實際焊接活動中，應(yīng)以低合金高強度鋼的焊接工藝為基礎(chǔ)，對具體實施的焊接技術(shù)進行評估，完善相關(guān)焊接步驟，采取合理焊接方法。焊接施工地點有著相關(guān)規(guī)定，需在船體平臺高壓管線位置進行焊接。

2.5 大厚度鋼板切割技術(shù)

由于低合金高強度鋼具有一定的厚度，通常對大厚度鋼板使用頻繁，例如在平臺升降齒條鋼中，Dillimax690E可直接投入使用，只需要進行切割，可避免深度加工。在實際切割過程中要注意對火焰高度進行控制，通?；鹧鏁_(dá)到3 m左右。注意把控切割嘴的風(fēng)線，其中可使用高壓、高速等方法，增強斷面的光滑平整性。同時為了保持鋼板的固定形狀，要使用雙頭對稱切割工藝。進氣管直徑也是需要考慮的因素之一，進行大厚度鋼板切割活動時對減壓器割具進行確定，選擇液氧氣體幫助切割活動有效開展，達(dá)到助燃的目的。在使用氧氣、丙烷等氣體時要合理調(diào)控切割速度，防止速度過快。在切割準(zhǔn)備階段可去除大厚度鋼板上面存在的水分，并增加預(yù)熱環(huán)節(jié)，提高切割水平[4]。

2.6 自動焊接技術(shù)

在海洋工程裝備制造中海底管道工程數(shù)量不斷增多，面對這種情況，提高海底管道鋪設(shè)質(zhì)量是主要目的。因此，雙炬焊接機器人在此方面得到較多運用。在對海底管道工程進行施工時需要較多雙炬焊接機器人，兩套設(shè)備共同在一個工作站點工作。在對雙炬焊接機器人進行放置時要明確軸心，可以管道為依據(jù)，并確定起弧位置，選用“0”點作為其位置。要注意焊接方向，采用順逆時針的方法對下向進行施工。一個雙炬焊接機器人能夠獨立完成焊接工作，也可以多個焊接機器人共同配合，將雙炬焊接機器人運用到焊接活動中能夠提升焊接質(zhì)量。對于焊道來說，前焊炬的施工不是單獨的，后焊炬會對其發(fā)生作用（比如回火等，在較大程度上可以增強前焊道的韌度，避免焊接接頭硬度過高）。在近海油氣管線鋪設(shè)工程中，雙炬焊接系統(tǒng)發(fā)揮重要作用，由于其具有全自動特點，能夠促使4個焊頭進行工作，對起點進行合理確定，起點為管道頂點，焊頭呈現(xiàn)合理分布狀態(tài)，開展焊接活動時焊炬同時工作。施工過程中需要注重4個焊頭的整體協(xié)作問題，在同一層進行施工時，要合理安排焊頭之間的焊接時間，不可發(fā)生沖突。在不同層中要將引弧位置納入考慮范圍，避免使焊接位置產(chǎn)生沖突。另外，要對海洋工程設(shè)備的柔性進行調(diào)控，強化柔性性能，提升海洋工程裝備制造水平。

2.7 培養(yǎng)海洋工程裝備焊工技能與素養(yǎng)

導(dǎo)管架平臺是一種空間構(gòu)架，主要由鋼管組成，采用焊接技術(shù)將鋼管進行連接，其中涉及的主要焊接活動為對大型管之間的交點進行焊接，鋼管的管壁具有一定的厚度。焊接工作并不簡單，需要投入較多的人力、物力等資源，并且交點容易出現(xiàn)焊接問題，因此對于該部位的焊接施工有著較嚴(yán)格的要求。因此，需要運用科學(xué)方法對鋼管之間節(jié)點上的承載受力進行確定，明確受力數(shù)值。焊接類型包括全部、部分、角等。進行焊接活動的工人人員要具備專業(yè)的焊工證書。在掌握一定基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上保障焊接質(zhì)量。

3 結(jié)語

在海洋工程裝備制造發(fā)展中，仍需要加大研發(fā)力度，不斷對關(guān)鍵技術(shù)進行升級，提升裝備核心部件的性能，解決在海洋資源開采中遇到的難題。要抓住時代發(fā)展機遇，推動海洋工程行業(yè)的發(fā)展，促使其完成轉(zhuǎn)型。重視現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，深入研究焊接技術(shù)，選擇優(yōu)秀焊工，對焊工資質(zhì)進行合理評定，提升海洋工程裝備制造技術(shù)水平。科學(xué)的焊接工藝能夠保證焊接裝備的性能，提高裝備的安全性，適應(yīng)海洋工程的發(fā)展趨勢，促使其朝更加智能的方向發(fā)展。