海洋工程制造中的关键焊接技术分析

技术改造
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海洋工程制造中的关键焊接技术分析
张 亮
（中海油能源发展股份有限公司清洁能源分公司，天津 300452）
引言
在我国的经济社会快速发展的时候，焊接技术已经得到了迅速提高和发展，但是还是和发达国家存在差距，为了满足海洋开发的需要，必须要发展焊接技术，因为焊接技术是海洋工程制造中的核心技术，所以要对焊接技术的实际应用进行研究和讨论。

1海洋工程用钢特点
1.1强度高 在海洋工程进行的时候，气象和海洋的条件都比较严酷和艰难，要在这样的情况下进行工作比较艰难，所以人们为了加强海洋工程的安全性，同时也减少一些工程结构的重量，经常会应用到很多的高性能钢材料，比如说在半潜式的钻井平台可以使用500MPa 的超高强钢。

500MPa 的超强钢具有非常厉害的抗拉强度，这样一来就可以减少浸水部分容积起亚沉箱，但是在一些的桩腿结构方面还是要采用690MPa 的超强钢，这种超强钢的特点是屈服轻度小，比如说在风车安装船和自升式钻井平台就非常适合应用这样的超强钢。

除此之外，还有屈服强度更小的超强钢，980MPa 或者是1100MPa 的超高强钢。

这两种超强钢被部分应用于一些比较特殊的结构中。

1.2良好的低温韧性 随着人们不断的使用和开发各种资源，这些资源都变得短缺了，一时之间人们都开始想对近海的石油进行开发和利用，这些人不仅在气候温和的地区进行开发和开采，还在北阿拉斯加海域和北极海域等寒冷的地方进行扩展。

而在这些地方进行开发和工作，对海洋工程所使用的钢材都是非常严格要求的，只有使用低温韧性的的钢材才能很好的进行工作，一般情况下，钢厂会添加一定量的微量原色和细化晶粒来提高钢的低温耐性，顺利的完成开发和开采的工作。

1.3优良的焊接性能 在海洋工程的施工过程中需要大量的进行焊接操作，想要更好的确保整个结构的安全性能，就要使用焊接性能比较好的钢结构，但是一般来说，有很好强度的钢材焊接的强度都会比较差，所以必须要对海洋工程中钢结构的焊接性能不断的提高。

1.4高耐腐蚀性能 在进行海洋工程的时候，一定要选择腐蚀性能好且耐用的材料。

在海水中进行工作，工作的环境是非常潮湿和盐雾浓的，所以要经常要受到海生物和海水的腐蚀，漆膜发生老化和腐蚀的皂化现象后，会大大的削弱钢结构的力学性能，减少钢结构的使用寿命。

而且海洋工程一般是在海洋中，距离海岸还有一定的距离，不能进行经常的维修和保养。

2海洋工程制造中的关键焊接技术
2.1高强钢焊接技术 因为在海洋工程结构和大型的船舶焊接中，焊接的接头都一定要有较强的韧性，否则可能会出现安全问题。

在海洋工程内部结构材料的选择中，一般是选择低合金高强钢，但是在实际焊接的时候最重要的指标还是韧性，使用EQ70钢等就可以满足这个条件。

由于在焊接过程中焊缝金属和热影响区是高强度，但是韧性却比较低，所以在实际的焊接过程中，不管是快速加热还是快速冷都会造成焊接裂纹的出现。

当冷却的速度逐渐降低，焊缝金属和HAZ 自身的强度就会低，同时韧性高。

这就是说，在一个合适的冷却速度中，相关的强度和韧性就会达到一个平衡的状态。

在实际的应用和选择材料的过程中，热输入对焊缝的性能影响非常大，要是想获得性能优良的焊缝，就要从中找到最佳的热输入，也就是找到那个最佳的平衡点。

在进行海洋工程的时候，要按照相关的规定去对热输入进行全面的研究和评判，还要进行试验，对焊接工艺进行全面的学习。

除此之外，还要积极的开展研究和试验，首先就是要在相关的接头设计和焊接设备上下功夫，对预热的温度和后热温度在相关层间温度进行实际控制，对于焊接接头冷裂纹还要有全面的控制，同时进行焊接接头的断裂韧性的试验。

2.2大厚度钢板的切割技术 在进行装备的制造过程中，海洋工程一般都会使用到大厚度的低合金高强度钢。

作为平台升的降齿条钢，Dillimax690E 钢板是可以直接应用在升降齿条上，不需要另外加工的，除此之外，C146、JU200E 两种规格的钢板对切割技术有非常高的要求。

切割的火焰必须要有两三米长，切割嘴的风线必须要高速高压才可以切割出
光洁的断面，在这个时候，切割还需要防止钢板变形，这个时候使用的切割技术应该是双头对称的，这样才能完美的进行切割。

在进行切割之前，还要考虑气管直径和专用的减压器割具选择，在切割之前还要对大厚度的钢板进行预热操作，以便可以清除钢板表面的水分。

选择助燃和切割气体的时候也是有讲究的，要用大罐的液氧，在进行使用丙烷和氧气切割的时候要降低切割的速度，切割中心焰要把切割氧的压力控制在0.6兆帕，丙烷的压力为十分之一。

2.3复杂节点的焊接技术 立柱与上下船体结构、推进器基座、水平横撑与立柱结构以及克令吊基座等，这些的结构都非常的复杂，对焊接的技术也有很高的要求。

在海洋工程中使用了管子、桁架以及立柱的结构模式，这样就会出现很多的焊接接头，特别是一些主要受力的构件
中。

所以在进行焊接的时候要注意几个问题。

首先在焊接之前要把焊材的发放和储存弄好，对持证的焊工和焊接设备、环境进行一次检查，对焊前的预热和层间的温度也要进行严格的控制，然后对焊接的顺序进行严格的排序和编制，严格的按照安装顺序进行结构的安装，其次要注意到接头的加工方法和坡口角度，这个细节问题一定要重视，然后一定要选择一个科学合理的焊接方法。

2.4焊接变形及焊接残余应力的控制技术 在数值模拟计算中是对实验验证的局部控制，用超声波冲击和焊后焊趾积极打磨来将焊接残余应力不断的减小，高压管低合
金高强度钢在海洋工程制造中经常会被用到，全面的进行利用后在实际的焊接中按照相关的技术进行综合性的工艺评定，可以有效合理的保证焊接的质量和工艺，对实船平台高压管线进行全面性的焊接。

2.5自动焊接技术
在进行海洋工程管道铺设的时候，为了提高铺设的效率，开始在铺设管道的时候使用双炬管道铺设焊接机器人。

在进行海管铺设的时候，每个焊接的工作站都会有两套双炬管道铺设焊接机器人。

这个机器人会以管道轴心分左右舷对称的位置为起点，从这个位置开始起弧，按照顺时针或者是逆时针的方向往下进行焊接。

焊接的机器人不仅可以独立控制，也可以协同进行。

使用了这个机器人以后，可以提高焊接的效率，同时后焊炬对前焊炬的
焊道有回火作用，能改善前焊炬焊道的韧性，还可以降低接头硬度。

当近海油气管线的直径大于等于二十四寸的时候，法国的一个名叫Serimax 公司开发了四头双炬全自动焊接系统，打底焊应用了带铜衬垫的内对口器背面强制成形的技术，保证了整套装备良好的柔性。

这个系统和传统的双炬相比，它的四个焊炬可以同时在焊接的程序控制上协同解决问题，而且在工艺上的同一层可以考虑把各个机头之间的时间错开，不同的层之间还可以把引弧的位置错开。

结语 在海洋工程装备设计的工程中，要清楚的认识到自身创新能力低、缺少零部件生产的能力，但是国家非常支持海洋工程装备制造业的发展，积极的发展船舶工业，同时也重视科技的发展和驱动，重点就是要把科技创新的能力提升起来。

提高自动化和智能化在海洋工程中的应用，可以提高焊接的质量，促进产品的优
化，提高效率，这样可以收获较高的经济利益。

参考文献 [1]世界海洋工程与科技的发展趋势与启示[J].中国工程科学，2016，18（02）：126~130. [2]赵志勇.海洋工程制造中的关键焊接技术与应用研究[J].商品与
质量.2018（19）.。