浅谈海洋工程焊接技术

浅谈海洋工程焊接技术

孙超 ,率鹏 ,于国杰 ,李勇

海洋石油工程股份有限公司  天津市  300461

摘要:近年来,由于船舶运输的需要,海洋工程得到了很大的发展。海洋设备的加工和制造以焊接为主,其应用的程度对船舶设备的生产水平有很大的影响。随着海洋经济的快速发展,我国必须要加大海洋焊接技术的研发力度,确保有关焊接技术在海洋工程中得到广泛的应用,提高海洋工程设备的技术水平,推动我国海洋工程事业的发展。

关键词:海洋工程;焊接技术;应用

引言

海洋工程事业的发展对推动海洋设备的发展起到了很好的推动作用,同时也可以提升整个海洋设备的技术水平。其中,在海洋工程之中,焊接技术也扮演着重要的角色。为此,必须加强对关键焊接技术的研究,以推动我国海洋工程的迅速发展。

一、海洋工程技术概述

（一）自升式钻井平台

自升式钻井平台是一种可以在水面上进行自由升降的平台,其具有稳定性好、效率高、成本低等优点,但其缺点也比较明显,比如桩脚的局限性或是工作深度不足的问题等。自升式钻井平台主要包括3个部分,分别是钻井平台主体、桩腿和起重设备。一般而言，在海洋油气的勘探和开发工程之中，都会用到自升式钻井平台。在生产的过程中，重点的工序主要包括齿条加工、提升管加工等。

（二）半潜式钻井平台

关于半潜式钻井平台，可以从如下三个主体结构进行分解：一是浮体，该结构的功能主要是提供浮力，从而对平台予以支持；二是支柱，该结构属于浮体和平台的连接部分，是保证二者整体性的关键部件；三就是作业平台，这也是半潜式钻井平台的核心部位，其包括钻井设备、起重设备、动力设备以及导航设备等。半潜式钻井平台只有在海水中才会露出立柱,通过这样的结构形式,来强化其抗风暴的能力,实现稳定性的提高。因此在半潜式钻井平台的生产加工中,一般都会选择高强度钢,这样可以降低平台的重量,增加可变负载,增加工作深度。因此,半潜式钻井平台也是当前深海海洋石油勘探和开发的重要平台类型之一。

（三）张力腿平台

张力腿平台是一种能够实现垂直系泊的浮动结构,其工作原理主要是基于张力腿和张紧缆绳，进而让平台深入海底。一般而言,平台在深海作业的深度都会控制在2千米指捏,张力腿、浮体等是它的重要组成部分。另外,张力腿和锚杆都具有各自的功能,张力腿可以使平台保持垂直,而不会产生任何的改变。在张力腿平台的焊接技术使用过程中,也需要应用到高强度钢材。

（四）立柱式平台

立柱式平台的主要特点是吃水比较深,水线比较小,柱子底部有一定的压力,这样可以确保平台的重心低于浮力,从而保持平台的稳定。在平台的中部,它的作用是锚定,并将其固定在水下,这样可以有效地降低平台的垂直摆动和垂荡。SPAR平台在当今世界海洋工程领域中得到了广泛应用,其与其它深海平台相比较,具有更高的地位和作用,其核心部分是柱子、顶板组件和主体结构。立柱式平台上的模块和SPAR之间的连接性能很好,而且关键节点的焊接也要经过特殊的技术处理,进而实现高强度的焊接。

二、海洋工程焊接技术分析

随着焊接技术的不断发展,焊接技术与电子、自动控制、信息技术等领域的融合越来越密切。今后海洋工程焊接技术的发展,也呈现出智能化、自动化、高质量材料技术的研发趋势,从而实现海洋工程焊接技术的进一步升级。本文重点围绕如下几种现代化的海洋工程焊接技术进行探讨:

（一）高强钢的焊接技术

海洋工程设备的主要原材料为低合金、高强度钢材,而其焊接接头的主要性能指标为韧性。韧性是指在承受荷载时,材料对裂纹的扩展和断裂的抗剪能力,以及在断裂前的弹塑性变形中所能吸收的能力,是材料的塑性与强度的综合。为了提高海洋工程设备的韧性,必须保证焊缝具有良好的强度。在焊接过程中,由于温度过高,受到热影响的焊缝无论是韧性还是塑性，都相对较差。若冷却速率过低,热影响区之内的焊缝虽然韧性和塑性可以达到要求，但是强度则会受到严重的影响。所以在高强钢的焊接过程中，要严格控制温度和冷区速率，综合韧性、塑性和强度等要素的影响，实现多方面的平衡。

在相同的材料条件下,热源对焊缝的影响很大,为了确保焊缝的性能,必须确保输入的热量在适当的范围之内。在生产海洋设备时,应按照国际相关标准和规范对热源的要求进行有效的测试,以确定有效的焊接技术。在高强度钢焊接工艺中,也需要进行大量的实验和研究之后再进行实施,主要包括焊接接头的设计,焊接设备的选用,以及焊接技术的选择。同时,还要做好中间温度的预热,后热温度的控制,焊接头冷裂纹的控制,以及T形接头的焊接分层撕裂和大厚度交叉连接的控制。最后,还要对焊接接头的断裂韧度进行测试。

（二）复杂节点的焊接技术

海洋工程设备结构多为绗框、管柱和立柱结构,焊接工艺比较复杂,特别是对于某些重要的受力部件而言,例如横向横梁、立柱、上下船体、克令吊、推进器底座等,焊接工艺要严格控制。其中包括结构的安装质量,坡口的角度控制,所选择的加工和焊接方式,焊接前的预热,焊接时的层间温度控制,以及焊接后的热处理等等。在复杂节点的焊接过程中,必须要保证焊接流程的规范性和科学性。

（三）钛合金材料的焊接技术

在海洋工程的焊接中,钛合金是一种很好的材料,它的防腐蚀性能和强度都很高,对海水的抗腐蚀能力也很强,所以在海洋过程中也得到了非常广泛的使用。钛合金在某些轻型海工设备生产中的应用,对于改善海洋设备的综合性能,提高海上作业的安全性具有重要意义。在海上施工中,钛合金能很好地推动它的发展,因此必须采用先进的焊接技术,才能更好地发挥它的功能。美国等发达国家在航母上使用钛合金,是因为他们的焊接技术相对较高,而国内早在上个世纪就开始研发钛合金,目前已经取得了一定的成绩,可以满足某些基础的海洋工程应用。但在钛合金技术的发展上,国内还处于起步阶段,与国外相比,还存在着巨大的差距,比如如何控制钛合金的焊接,如何有效地控制氢气和焊接的应力。这一问题已成为制约我国这项技术发展的最大障碍,同时也反映国际和国内技术的差距。目前,国内对钛合金焊接技术的研究仍然相对滞后,具有很大的研发空间。

（四）大厚度钢板的切割技术

在海洋工程生产中,经常使用厚达177.8毫米的低合金高强度钢,例如:Dillimax690E等,这种钢材经过切割后,可以直接用于提升机架,无需再进行任何加工。首先,切割的火焰要达到2~3米,切割口的气流要保持高速和高压的状态,这样才能切出光滑的切口,同时,为了避免板材的变形,可以采取双面对称的切削技术来实现。其中，在进行大厚度钢板的切割之时，也要关注进气管的直径，结合直径的大小合理选择减压器割炬。而且还要注意控制好切削速度，不能过快，需要对大厚度钢板进行预热之后再进行切割。这样可以去除钢板的表面湿气,从而进一步改善切削品质,切割中心焰火要把切割氧的压力调整到0.6 MPa,丙烷的压力是1/10。

结束语

海洋工程对焊接技术质量的要求很高,在焊接工作实践中也要进行严格的质量控制。首先要对焊接环境进行检测,确保焊接环境与焊接规范相符,且环境温度、湿度均可达到要求。其次,就是焊接的检测和控制,在焊接的时候,要严格的按照焊接操作规程来进行,还要有专门的人员进行监督,特别是焊接技术的使用是否符合要求。最后还要对焊缝进行外观检验、无损检测等操作,以确保各项检验措施得到切实执行,最终保证焊缝质量。

参考文献

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