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水下焊接范文第1篇

關鍵詞：海洋工程； 水下焊接；自動化

中圖分類號： P755.1 文獻標識碼： A

前言

隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展、能源戰(zhàn)略的迫切需求，海洋工程不斷地向深海推進。水下焊接作為海洋工程領域的重要技術，正受到越來越多的關注。從海上油氣平臺的安裝建造到海底管線的鋪設維修，從海上打撈營救工作到大型船艦的應急修理，隨處可見水下焊接的身影。海洋結構件與陸地不同，除受到工作載荷之外，還要承受風暴、波浪、潮流所引起的附加載荷以及海水腐蝕、流沙磨蝕的作用。目前用于水下焊接的可用方法有20 多種，如水下焊條電弧焊、藥芯焊絲半自動焊、高壓干法 GTAW 焊、激光焊、鋁熱劑焊接、摩擦疊焊、水下爆炸焊等，但電弧焊由于具有操作性好、適用能力強等優(yōu)點被廣泛采用。

1 水下焊接方法

1.1 水下濕法焊接

濕法焊接是指被焊部件和焊槍直接暴露在水下環(huán)境中，電弧的形成、燃燒是在水中完成的。電弧氣泡中的氣體主要是由水蒸氣高溫解離形成的氫和氧，以及焊條藥皮中燃燒分解的 CO 和 CO2氣體組成，還有少量的 N2和微量氣態(tài)金屬構成。由于電弧氣氛內(nèi)氫的含量很大，所以氫脆敏感性成為特別關鍵的問題，極大地降低了焊縫強度。但由于濕法焊接具有設備簡單、成本低廉、操作靈活、適用性強等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛用于海洋工程的建造安裝及維修。目前采用的主要方法有水下焊條電弧焊和藥芯焊絲半自動焊兩種，一些先進水下焊接方法陸續(xù)被應用到工程中華,如激光焊、電阻焊、摩擦焊和爆炸焊等。

1.2 水下干法焊接

干法焊接的方法是指人為地將焊接部位及其周邊一個較大范圍內(nèi)的水排開，在一個干的氣相環(huán)境中讓潛水焊工進行焊接。根據(jù)工程結構的具體形狀、尺寸和位置的不同，通常需要設計相應的氣室，氣室中需備有一套生命維持、濕度調(diào)節(jié)、監(jiān)控、照明、安全保障、通信聯(lián)絡的系統(tǒng)。輔助工作時間長，水面支持隊伍龐大，施工成本較高。例如，美國 TDS公司的一套可焊接直徑 φ813 mm 管線的焊接裝置(MOD-1)造價高達 200 萬美元。因此，這種方法多用于深水，且需要預熱或焊后熱處理的材料或質(zhì)量要求很高的結構焊接。按水下氣室中氣體壓力的不同，干法焊接又分為高壓干法焊接和常壓干法焊接。

1.2.1 高壓干法焊接

高壓干法焊接是當前最主要的優(yōu)質(zhì)水下焊接技術，目前最大實用水深約為 300 m。在該焊接方法中，氣室底部是開口的，通過通入氣壓略高于工作水深壓力的氣體把氣室內(nèi)的水從底部開口處排出，從而保證焊接在干的氣室中進行。一般采用焊條電弧焊或惰性氣體保護電弧焊，其中 GTAW 具有電弧穩(wěn)定、適于全位置焊接、易于實現(xiàn)自動化等特點，已成功應用于海底管道修復等水下鋼結構焊接，并基本上可以達到陸地焊縫的水平。但是高壓干法焊接

同樣存在“壓力影響”問題。在深水下進行焊接時，隨著電弧周圍氣體壓力的增加，焊接電弧的特性和焊接工藝都會受到不同程度的影響。因此，研究高壓氣氛中電弧特性是了解高壓干法水下焊接過程，獲得良好焊接接頭的關鍵。北京石油化工學院蔣力培等人利用自制的高壓干法水下焊接模擬實驗平臺，首次系統(tǒng)研究了高壓空氣環(huán)境下 GTAW電弧特性，并在實驗數(shù)據(jù)的基礎上，建立了高壓環(huán)境下的GTAW電弧電壓數(shù)學模型，綜合分析了電弧長度、環(huán)境壓力和焊接電流對 GTAW 電弧電壓的影響。

1.2.2 常壓干法焊接

常壓干法焊接是指在深水下焊工仍然與在陸地一樣的氣壓環(huán)境中進行焊接，排出了水深的影響，完全保證了焊接質(zhì)量，其示意如圖 1 所示。1977 年，法國 LPS 公司首次采用常壓干法焊接技術在北海水深 150 m 處成功地實現(xiàn)了直徑 426 mm 海底管線的焊接。但其設備造價比高壓干法水下焊接還要昂貴，焊接輔助人員更多，所以一般只用于深水且非常重要的結構焊接。

1—浮箱；2—常壓倉；3—液壓測力計；4—裝配塞；5—新管

子；6—調(diào)整短管；7—密封卡環(huán)

圖 1 常壓焊接原理示意

1.3 局部干法水下焊接

局部干法水下焊接是 20 世紀 60 年代末發(fā)展起來的，利用氣體把被焊部件周圍局部區(qū)域的水人為排開，形成一個較小的氣相區(qū)，使電弧在其中穩(wěn)定燃燒。局部干法焊接綜合了濕法和干法兩者的優(yōu)點，由于降低了水的有害影響，使得焊接接頭質(zhì)量與濕法焊接相比有了明顯的改善；與干法焊接相比，又無需大型昂貴的排水氣室，其適應性和靈活性大大提高。如日本提出的水簾式焊接，該方法焊槍結構分為內(nèi)外兩層，外層通過噴出高壓水所形成的水簾來阻擋外界水的進入，內(nèi)層通入保護氣體以在水簾內(nèi)側形成氣相區(qū)，讓電弧穩(wěn)定燃燒。這種方法的焊接接頭強度不低于母材，接頭面彎和背彎均可達到180°，但是可見度問題沒有解決。為克服水簾式的缺點，日本又相繼開發(fā)了鋼刷式，采用直徑 φ0.2 mm 的不銹鋼絲“裙”代替水簾的一種局部排水法，可進行自動焊和手工焊焊接，并已用于修補鋼樁被海水腐蝕掉的焊縫。除此之外，現(xiàn)有的局部干法水下焊接方法還包括干箱式焊接、旋罩式以及局部干法大型氣罩水下MIG/TIG 焊接等。

2 水下焊接設備

2.1 水下焊接機器人

水下焊接機器人作為一種專用的水下自動化焊接智能設備，不僅可以代替潛水焊工在危險水域進行焊接，保證人員生命安全，還能提高工作效率和保持焊接過程的穩(wěn)定性。近年來，隨著特定用途機器人的迅猛發(fā)展，水下焊接機器人被認為是未來水下焊接自動化的發(fā)展方向。目前，對水下焊接機器人的研究主要集中在結構密封、移動方式、遠程通信及遙控和力覺、觸覺傳感系統(tǒng)的設計上。蔣力培等人在設計全位置智能焊接機器人時采用四磁輪方式，底板與左右兩側磁輪間通過鉸鏈機構柔性連接，磁輪箱中的磁輪由交流伺服電動機通過減速器驅(qū)動，可自動保證四個磁輪同時接觸焊接表面，磁吸力達 1 960 N 以上，并實現(xiàn)左右轉(zhuǎn)彎，甚至原地轉(zhuǎn)動。英國 Cranfield 大學海洋技術研究中心為實現(xiàn)水下無人焊接，用 Workspace 軟件和 ASEA IRBL6/2機器人建立了水下焊接遙控仿真系統(tǒng)，并進行了水下環(huán)境模擬、遠程操作、避障等方面研究。但是由于水下環(huán)境的復雜性和不確定性，水下機器人在焊接領域的主要應用還是焊縫無損檢測和裂紋修復，這在英國北海的油井和天然氣生產(chǎn)平臺中得到了應用，目前世界上還沒有完全將水下焊接作業(yè)交由水下機器人完成的實例。

2.2 水下焊接艙

深水中許多重要結構件的焊接為了獲得質(zhì)量高、性能好的焊縫，高壓干法焊接仍是目前最主要的焊接方法。水下干式高壓艙系統(tǒng)為水下干式維修作業(yè)人員提供了工作的平臺，如圖 2 所示。其核心是一套 TIG 焊接機器人，如圖 3 所示，主要由焊接行走小車、鎢極高度和橫向自動調(diào)節(jié)器、鎢極二維精細調(diào)準器、焊接擺動控制器、遙控盒、送絲機構、導軌、TIG 焊接電源及焊炬、水冷系統(tǒng)、氣體保護系統(tǒng)、弧長控制器、角度檢測器、焊接監(jiān)視系統(tǒng)和控制箱等部分構成。目前，國際上比較知名的作業(yè)系統(tǒng)有巴西CENPES中心的水下高壓模擬實驗裝置，英國Aberdeen SubseaOffshore Ltd 開發(fā)的 OOTO 系統(tǒng)，挪威 Statoil 公司開發(fā)的 PRS 系統(tǒng)以及英、法合作的 Comex 公司開發(fā)的THOR21 系統(tǒng)等。近年來，北京石油化工學院海洋工程連接技術研究中心設計建造了壓力為1.5 MPa，即相當于 150 m 水深的高壓焊接實驗裝置，研制了鎢極氬弧自動焊機，并獲得了 0.1~0.7 MPa的16Mn 管道全位置自動焊接工藝。2006 年 11 月16日，該裝置已在中國渤海灣天津新港錨地附近12 m水深海域進行實驗，獲得了外觀良好的焊縫。

圖 2 水下干式高壓艙

圖 3 TIG 焊接機器人

結束語

電弧焊仍是目前水下焊接的主要方法，其中濕法焊接因其成本低廉、操作簡單等特點，在水下工程中的應用正在逐步擴大。水下焊接設備上正向自動化、智能化、高效化發(fā)展。隨著海洋工程進一步向深海挺進，應發(fā)展更加智能的水下焊接機器人。

參考文獻：

[1] 陳式亮.水下焊接技術的現(xiàn)狀和展望[J].海洋技術，1982(2)：37-47.

水下焊接范文第2篇

[關鍵詞]海下采煤 水化學分析 同位素示蹤 海水下滲界面

[中圖分類號] P618.11 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-7-129-2

目前，對于濱海礦區(qū)海水下滲界面相關問題的研究，國內(nèi)外學者已經(jīng)積累了大量的經(jīng)驗。謝海峰[1]認為北皂煤礦陸地與海域擴大區(qū)內(nèi)第三系、第四系及含煤地層基本相似。通過研究表明，隨北皂煤礦開采范圍的擴大，地表下沉塌陷坑的積水中有漲潮時滲入的海水成分，這表明沖積層的塌陷坑是導通的，但由于井下涌水量并沒有增加，故一般情況下，海水僅與第四系松散層發(fā)生水力聯(lián)系，與下伏煤系地層泥灰?guī)r含水層無力聯(lián)系。為了進一步確定海水下滲界面及水力聯(lián)系，通過分析該區(qū)第四系含隔水層結構、地下水的水化學成份與海水的水質(zhì)成份對比和環(huán)境同位素示蹤在含水層的應用，得出礦區(qū)淺層地下水流場的演化規(guī)律，這將對北皂煤礦海域下煤炭資源的開發(fā)及水害防治的研究等具有重要意義。

1海域擴大區(qū)第四系含隔水層結構

1.1水文地質(zhì)結構分析

區(qū)內(nèi)煤系上覆地層，從煤1至第四系底界，除泥灰?guī)r外，80%以上為粘土類巖石，易碎，具一定的可塑性和膨脹性，隔水性強。煤系中的泥巖、粘土巖與鈣質(zhì)泥巖，也具有吸水易碎，易膨脹，隔水性好等特點。

1.2主要含水層的富水性特征

該區(qū)第四系含砂、粘土質(zhì)砂2～6層，相間排列，累厚6.60 m～27.92 m，多分布在第四系的頂部和底部，在水文地質(zhì)上可分別歸納為“一含”和“二含”兩個含水層。

“一含”為上部砂層，最厚處17.83 m，據(jù)北皂礦井陸上勘探資料[3]可知，抽水試驗單位涌水量0.1186 L/s?m～3.713 L/s?m，受海域海水和陸地降雨補給，富水性中等至強。

“二含”為中下部砂層，該層粘土質(zhì)含量較多，多為粘土質(zhì)砂，局部夾薄層粘土，最厚處10.07 m。“二含”砂層進行簡易抽水試驗，單位涌水量約0.00019 L/s?m，說明第四系底部砂層富水性弱。分析“一隔”的隔水作用。即海水與“二含”無水力聯(lián)系。

1.3含水層之間的水力聯(lián)系

通過鉆探取芯鑒定，“一隔”位于“一含”和“二含”之間，多為粘土或砂質(zhì)粘土，局部含較多的砂或云母碎片，巖性為砂質(zhì)粘土，層位穩(wěn)定。 “一隔”全區(qū)分布，靠近海岸較厚，平均厚約20 m，厚度大于其上部和下部的砂層。該隔水層為相對隔水層，但厚度較大，在垂向上能阻斷“一含”和“二含”之間的水力聯(lián)系。

2北皂煤礦地下水水化學特征研究

2.1含水層水質(zhì)分析

為進一步探究北皂煤礦淺部的第四系松散層“兩含夾一隔”3層結構之間的水力聯(lián)系性。采用水化學分析的研究方法通過分析研究礦區(qū)前期淺部含水層的水質(zhì)資料，對北皂礦井上下能夠取樣的含水層和海水進行了水樣采集，對其進行水質(zhì)簡分析和特殊離子的分析。得到個含水層礦化度與水化學類型如下表：

2.2北皂煤礦海域海水特殊離子分析

海水具有穩(wěn)定的水化學組成，世界各大洋水的組分和含量變化不大。由北皂礦北部海水取樣分析資料，現(xiàn)將取得的水質(zhì)資料與大洋海水的平均值作對比，對比結果見下表：

2.3海水與第四系含水層的關系

以不同含水層水樣的主要離子毫摩爾百分數(shù)含量繪制Piper圖，可以看出不同含水層水質(zhì)投影在菱形圖的不同區(qū)域?！岸狈植荚诹庑螆D右上方且與海水水質(zhì)在菱形圖中的分布區(qū)域明顯不同，“一含”分布在菱形圖中部與海水水質(zhì)在菱形圖中的分布區(qū)域大致相平。這說明“一含”與海水存在著水力聯(lián)系，而“二含”與海水無水力聯(lián)系。

3應用環(huán)境同位素研究淺部含水層的水力聯(lián)系

3.1H、D同位素標準及應用方法原理

在穩(wěn)定同位素研究中，把某一元素兩種同位素的豐度比用R表示。如D/H、18O/16O，在分析時只測定它的豐度比值而不測量單項同位素的絕對含量，通常用δ值表示，δ值定義如下：

其意義是樣品中一元素的兩種同位素豐度相對于某一對應標準豐度的千分偏差。使用國際標準SMOW（平均大洋水）為標準，SMOW定義δD和δ18O值均為零作為其標準。

氫氧元素共有5個穩(wěn)定同位素（1H、D、16O、 17O、18O），用于穩(wěn)定同位素研究的是D和18O。一般在水分子中氫氧的不同穩(wěn)定同位素可形成9種不同形式的水分子（H216O、HD16O、D216O、H218O、HD18O、D218O、H217O、HD17O、D217O）。這些同位素水分子，因質(zhì)量不同而具有不同的飽和蒸氣壓，在蒸發(fā)和冷凝過程中，重同位素水分子（D2O、H218O）優(yōu)先富集在液相中，而在氣相中貧化，導致液相和氣相之間氫氧同位素組成的差異，產(chǎn)生了同位素分餾。地下水受大氣降水的補給，而大氣中的水分主要來自海水蒸發(fā)，因此，地下水中輕同位素1H、16O偏大，而重同位素D、18O偏小，即降水中較之海水中的D和18O貧乏。

3.2北皂礦區(qū)地下水中D、18O和T特征

本次采用18O、D、T進行各含水層地下水的分析研究。由資料知[4]，北皂礦井上下環(huán)境同位素取樣分析結果見表2。

一個地區(qū)大氣降雨的δD和δ18O值應當收集該地區(qū)全年降水水樣混合后測定，以代表該地區(qū)降雨輸入值，但由于取樣困難，故采用 1980 年北京大學根據(jù)我國北京等八個地區(qū)資料得出中國雨水線公式 ：

將取樣的δD、δ18O值投到該中國雨水線圖上。可以看出 “一含”水樣基本落在雨水線上，它反映出不同時間大氣降雨滲入“一含”含水層充分混合后的δD、δ18O值仍然符合雨水線的線性關系，充分說明該含水層與大氣降雨關系密切，即 “一含”與地表水體存在著水力聯(lián)系。而 “二含”的δ值偏離雨水線則是由于該含水層屬于一個相對封閉的環(huán)境，地下水與含水層巖石中的18O發(fā)生同位素交換致使18O富集的結果。海水偏離雨水線是由于海水在蒸發(fā)和凝結過程改變其物態(tài)時，不斷地發(fā)生同位素分餾作用的結果。

取樣獲得北皂礦各含水層氚（T）含量分析如下：

“一含”地下水和地表海水的氚含量分別為23.17 2.75、22.72 2.86TU，根據(jù)“一含”δD和δ18O的豐度以及在雨水線上位置，其成因與大氣降水關系密切，因此“一含”和海水的氚含量也就代表了近期大氣降雨和海水中的氚含量水平。

“二含”地下水的氚含量是水樣中最高的，為26.31 2.89TU，如果該含水層地下水不是近期補給的，把地下水補給關系看作是活塞式補給，不考慮混合彌散作用的影響，則可能是66～71年大氣降水中氚（290.66～161.05TU）經(jīng)過多年的衰變達到該含水層現(xiàn)在的氚含量水平，其地下水居留年齡為近40年。

4結論

通過論文研究，取得如下結論：

（1）影響龍口北皂煤礦海下采煤的第四系含水層由砂巖與泥巖的互層組成，其中第四系“一含”和“二含”的主要成分均為砂巖、泥質(zhì)砂巖，具備了導水的必要條件。

（2）經(jīng)水化學分析和海水特殊離子分析， “一含”與海水的離子成分大致相同，與海水存在溝通。 “二含”與海水成分有很大差異，與海水無水力聯(lián)系。

（3）氫氧環(huán)境同位素示蹤實驗論證了第四系“一含”為相對開放的環(huán)境，大氣降雨參與了 “一含”的水循環(huán)。第四系“二含”為相對封閉的環(huán)境，近期的大氣降水無法補給到“二含”，早期的大氣降水在“二含”滯留了近40年。

（4）經(jīng)多方面分析，北皂煤礦海域海水的下滲界面為第四系“一含”。因此，煤礦在開采過程中除對其他礦井充水因素給予重視的同時，應加強對第四系“一含”的裂隙、導水斷層、鉆孔封堵情況及開采破碎帶范圍的檢查監(jiān)測，預防因自然或人為因素造成海水潰入礦井內(nèi)的惡性災害事故。

參考文獻

[1]謝海峰.《對龍口礦區(qū)海下采煤安全性的認識B》[J].煤炭工程 2003 vol.12 38-40

[2]賈艷琨.《環(huán)境同位素在水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)研究中的應用》[J]. 地球?qū)W報 2005.26（z1）

水下焊接范文第3篇

山特維克Sanicro 鎳基焊絲系列通過平衡微量元素成分和極低的雜質(zhì)含量，降低熱裂紋風險。這一設計也確保了良好的電弧穩(wěn)定性和液態(tài)金屬流動性，減少飛濺的可能性，保證良好的潤濕性，從而獲得優(yōu)異的焊縫性能。超級雙相鋼焊帶 Sandvik 25.10.4.L 焊帶則具有真實的超級雙相鋼化學成分，配合中性焊劑可以堆焊得到最穩(wěn)定一致的表面化學成分，微觀組織和耐蝕性能，應用于需要堆焊超高耐蝕層的場合，可大大提高堆焊效率及并降低成本。藥芯焊絲在美國市場推出已有20 年歷史。該產(chǎn)品自去年進入中國市場，成功成為同類產(chǎn)品中的領導者之一。

值得一提的是，由于通常在海洋工程結構中有大量需在水下完成的作業(yè)，焊接面臨著非常惡劣的自然環(huán)境，對此，山特維克專為濕法焊接和水下焊接研發(fā)了安全焊條AquaSan Ni50，成為此次展會的一大亮點。AquaSan Ni50 的焊接碳當量（CE）大于0.4，專用于濕法焊接和水下焊接的碳鋼或低合金鋼以及普通不銹鋼母材，可有效解決高強度低合金鋼水下焊接的氫脆問題，其優(yōu)異的耐腐蝕性、高強度和良好的韌性還提供了結構設計的優(yōu)勢，已經(jīng)在全球一些最艱苦的工作環(huán)境下得到廣泛測試。

山特維克擁有業(yè)內(nèi)雄厚的研發(fā)實力，并利用領先的冶金、夾雜物和微量元素控制技術，不斷開發(fā)和推出先進的耐蝕焊材料解決方案。山特維克的焊材不僅在冶煉、軋制、拉拔中采用世界上最為嚴格的工藝標準，對產(chǎn)品也執(zhí)行世界一流的質(zhì)量管控標準。這些焊材廣泛應用于油氣工業(yè)、化工工業(yè)和核電工業(yè)等領域，滿足不同工況中的嚴苛標準。

“嚴苛工況的應用行業(yè)對產(chǎn)品技術品質(zhì)及效率要求很高，作為一站式耐蝕焊材解決方案專家，我們生產(chǎn)的焊接材料品質(zhì)卓越、外觀質(zhì)量和工藝性能良好, 無論從化學成分、力學性能、持久強度、金相組織、耐氧化、耐腐蝕等方面都呈現(xiàn)出優(yōu)越的性能優(yōu)勢，這不僅滿足了市場需求，提高了焊接操作的安全性與便利性，還為優(yōu)化結構設計降低材料總成本做出了貢獻?！?山特維克材料科技鋼絲鋼帶產(chǎn)品總經(jīng)理江凌女士表示。

水下焊接范文第4篇

關鍵詞：海洋工程制造業(yè)、關鍵焊接技術、焊接

中圖分類號：E271文獻標識碼： A

一、前言

隨著高新技術產(chǎn)品的焊接工藝、焊接材料及焊接設備不斷涌現(xiàn)，海洋工程制造業(yè)中的關鍵焊接技術也隨著有了很大的發(fā)展，文中主要對高強鋼的焊接技術、復雜節(jié)點的焊接技術、焊接變形及焊接殘余應力的控制技術、海洋工程制造中的高壓管線焊接技術、大厚度鋼板的切割技術、海洋工程焊工技能與素質(zhì)的培訓等六個方面進行了分析。

二、海工裝備制造中關鍵焊接技術的分析與研究

1、高強鋼的焊接技術

海洋工程裝備結構材料大多采用低合金高強鋼，其焊接接頭有一個非常重要的質(zhì)量性能指標，就是韌性。所謂韌性是指材料在外載荷作用下抵抗開裂和裂縫擴展的能力，也就是材料在斷裂前經(jīng)歷的彈塑性變形過程中吸收能量的能力，是強度和塑性的綜合體現(xiàn)。海洋工程裝備結構和大型船舶的焊接創(chuàng)新，必須保證焊接接頭具有足夠的韌性，這是前提。有些材料如EQ70鋼等，其焊接往往容易出現(xiàn)焊接冷裂縫的問題，這是由于焊接過程的快速加熱和快速冷卻導致焊縫金屬以及熱影響區(qū)(HAZ)具有較高的強度、較低的塑性以及較低的韌性。當焊接過程呈現(xiàn)低的冷卻速度時，會導致焊縫金屬及HAZ具有較低強度、較大的塑性以及較高的韌性。因此，當焊接過程呈現(xiàn)冷卻速度為兩種極端情況之間的某一合適狀態(tài)時，焊縫金屬及HAZ的強度、塑性和韌性將達到最佳平衡點。也就是說，在材料已經(jīng)確定的情況下，熱輸入決定焊縫的性能，要得到性能優(yōu)異的焊縫，就要尋求最合適的熱輸入，即最佳平衡點?？梢姡髽I(yè)在制造海洋工程裝備時必須要按照國際有關規(guī)范和標準所提出的熱輸入評定，即焊接工藝規(guī)程(WPS)的途徑，通過試驗進行評定而獲得有效的焊接工藝。同時，在掌握高強鋼的焊接技術中還要開展以下幾個方面的研究和試驗：焊接接頭的設計，焊接方法、焊接材料和焊接設備的選用；焊接時的預熱、后熱、層間溫度的控制；焊接接頭冷裂紋的控制；大厚度十字接頭和T型接頭焊接層狀撕裂的控制；焊接接頭的斷裂韌性(CTOD)研究和試驗。

2、復雜節(jié)點的焊接技術

海洋工程裝備的結構大都是采用絎架和管子及立柱結構，焊接接頭較為復雜，尤其在一些主要受力構件，如水平橫撐與立柱結構、立柱與上下船體結構、克令吊基座、推進器基座等復雜結構的焊接過程中，必須要嚴格控制好以下環(huán)節(jié)：結構的安裝順序，接頭的坡口角度及加工方法，焊接方法的準確選用，焊前預熱、焊時層間溫度的控制、焊后熱處理，焊接前的準備(包括持證的合格焊工、焊材的發(fā)放和儲存、管理、焊接設備、焊接環(huán)境)，焊接順序的編制和實施。

3、焊接變形及焊接殘余應力的控制技術

目前可以通過數(shù)值模擬計算并結合試驗驗證的方法，較好地控制局部重要結構的焊接殘余應力，還可以采用超聲波沖擊、焊趾重熔、控制焊接線能量、焊后焊趾打磨、焊前預熱和焊后熱處理等方法來降低焊接殘余應力。

4、高壓管線的焊接技術

在海洋工程裝備制造中通常采用的高壓管材料均為低合金高強度鋼，因此在焊接中必須要嚴格按照高強度鋼的焊接技術要求進行工藝評定，從而確定焊接工藝措施并在實船平臺高壓管線上進行焊接。

5、大厚度鋼板的切割技術

在海洋工程裝備制造中常常會采用大厚度的低合金高強度鋼，比如，作為平臺升降齒條鋼，Dillimax690E鋼板經(jīng)切割后可直接應用于升降齒條而不需要再加工。該齒條有C146、JU200E兩種規(guī)格，對切割技術提出了極高的要求。首先，切割的火焰必須要長達2～3米，切割嘴的風線要高速、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，可以采用雙頭對稱的切割技術。大厚度鋼板切割時要預先考慮增大進氣管直徑，選用專用減壓器割具，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要適當?shù)亟档颓懈钏俣?，最好在切割前對大厚度鋼板進行預熱以便清除鋼板表面水分，進一步提高切割質(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。

6、自動焊接技術

隨著海底管道鋪設工程量的增加，能提高鋪設效率的雙炬管道鋪設焊接機器人得到了發(fā)展。在海管鋪設施工作業(yè)時，每個焊接工作站配備兩套雙炬焊接機器人，以管道為軸心分左右舷對稱放置，以“0”點位置開始起弧，按照順時針及逆時針方向完成下向焊接。每個焊接機器人可獨立控制也可協(xié)同操作，雙頭雙炬焊接機器人系統(tǒng)能提高焊接效率，并且后焊炬對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。

對于鋪設直徑≥24寸的近海油氣管線，法國Serimax公司開發(fā)了四頭雙炬全自動焊接系統(tǒng),該系統(tǒng)驅(qū)動四個焊頭同時工作，全部焊頭以管道頂點為起點分布在左右兩側，焊接時左側與右側的兩個焊炬進行向下焊作業(yè)。四頭焊炬同時焊接在程序控制上需要解決協(xié)同問題，工藝上則同一層之間要考慮各個機頭之間的時間錯開、不同層之間要考慮引弧位置錯開。同時打底焊采用了帶銅襯墊的內(nèi)對口器背面強制成形技術，使整套設備具備很好的柔性。

7、海洋工程裝備焊工技能與素質(zhì)的培養(yǎng)

在海洋工程裝備制造中經(jīng)常采用導管架平臺，即用鋼管相貫焊接而成的空間構架，其主要焊接結構是大型管子相交的節(jié)點(K、T、Y節(jié)點)，由于管壁較厚，焊接工作量大，而且該部位極容易產(chǎn)生疲勞破壞，因而對焊接質(zhì)量要求特別嚴格。依據(jù)設計計算出的K、T、Y節(jié)點應承載受力，其焊接又分為全焊透、部分焊透和角焊縫三類。美國焊接協(xié)會鋼結構焊接規(guī)范標準AWSD1.1(2008)第四章對K、T、Y節(jié)點施焊的焊工和焊接操作者的資格有明確規(guī)定，施焊人員必須具備6GR資質(zhì)的焊工證書。當主管與支管斜交角度小于30度時，根部區(qū)更是難以施焊，因此，焊工還必須要具有小角度焊工資質(zhì)證書才能施焊。6GR是指焊工焊接的位置包含了空間的平、橫、立、仰的全位置，以及管斜45度帶限制圈的固定焊。在焊工資格評定中，6GR是焊接級別最高、難度最大的科目。6GR焊接操作的難點主要有三個方面：

（1）焊縫坡口面位置隨著管的弧度而發(fā)生變化，在焊接過程中熔化的鐵水受到重力影響向下流動，難以控制熔池形狀，容易出現(xiàn)未熔合、夾渣等缺陷。

（2）由于有限制圈的阻礙作用，在焊接過程中，焊工必須要時刻注意觀察焊接熔池的變化，注意熔孔尺寸，每個焊點與前一個焊點重合面積的大小，熔池中液態(tài)金屬與熔渣的分離等，同時運條的手也不能被限制，這對于焊工而言，是極其不適應的狀態(tài)。

（3）層間清理有難度，清理不順暢容易造成清理失誤而形成夾渣。

總之，要培養(yǎng)一名熟練的6GR焊工必須要按照逐級的培訓方法，先練習板對接的3G位置，再培訓管對接水平固定5度位置，直至管對接斜45度固定6GR位置。掌握這些不同位置的操作方法和技巧大約需要70天。

三、海洋工程鋼結構焊接的發(fā)展策略

深海油氣資源豐富，在未來的一段時間內(nèi)，開發(fā)深海油氣資源的前景還會不斷的擴大。我國在海洋工程和平臺的建造技術逐年有所提高，而海洋工程鋼結構的焊接技術也會得到快速的發(fā)展。焊條電弧焊工藝技術和應用能力，都可以達到海洋平臺鋼的焊接要求。但焊條電弧焊的生產(chǎn)效率低，而且工作環(huán)境惡劣，對環(huán)境污染嚴重，不能夠保證海洋平臺的建造周期。藥芯焊絲氣體保護焊的焊接原理是將氣體保護焊熱輸入集中，不但效率高，而且很容易取得實現(xiàn)。這是目前是船廠主要使用的焊接方法。而隨著時代的變化，海洋平臺用鋼也需要不斷的增加厚度。新型的埋弧焊技術和氣電立焊技術不但可以提高生產(chǎn)率，而且能夠有效的改變海洋平臺用鋼目前的焊接現(xiàn)狀。海洋平臺用鋼多為大厚度鋼板的焊接方式，而窄間隙的焊接辦法可以集中能量，減少處理鋼坡口的程序，這是海洋平臺未來的主要鋼焊接發(fā)展方向。復合焊接技術能夠組合集中于所有各類的焊接辦法的獨特優(yōu)點，有效的提高海洋工程鋼結構的焊接效率。而船廠不斷的普及自動化設備，一些新技術也可以利用于海洋工程鋼結構的焊接，例如機器人焊接、激光焊接等。

四、結語

綜上所述，海洋工程裝備的設計及制造中仍舊存在很多不足：一些高端制造水平不高、自主創(chuàng)新意識不夠等問題。因此，作為海洋工程制造中關鍵技術之一的焊接技術一定要緊緊抓住國家大力發(fā)展海洋工程制造業(yè)的這個契機，重視科技創(chuàng)新能力，可科技為動力推動著船舶工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

參考文獻：

[1] 陳式亮.水下焊接技術的現(xiàn)狀和展望[J].海洋技術，1982(2)：37-47.

水下焊接范文第5篇

【關鍵詞】：大直徑排污管水下鋪設

中圖分類號：P756.2 文獻標識碼：A 文章編號：

修建過河管，江心取水頭部與岸井連接管，污水向水導排放干管，長距離河底或海底輸水管等都會遇到水下鋪設的施工問題，如何選用合適的施工方法，應根據(jù)水下管道長度、水系深度、水系流速、水底土質(zhì)、航運要求、管道使用年限、潮汐和風浪情況等因素來確定。

1、工程概述

重慶南岸區(qū)雞冠石污水處理廠排放管土建工程，是重慶主城排水系統(tǒng)工程的重要組成部分，也是重慶市排水公司投資興建功在千秋的環(huán)保工程。尾水排放管總長約250余米，主管為2孔DN2500鋼管，擴散段采用1600-3400異形鋼管，上升段采用1600鋼管。所有鋼管均在現(xiàn)場水域沿岸進行制作，水上浮運至施工現(xiàn)場沉放。

2、鋼管制作

2.1鋼管的制作質(zhì)量要求

2.1.1管節(jié)的材料、規(guī)格、強度等級、加工質(zhì)量應符合設計要求和規(guī)范規(guī)定；

2.1.2管節(jié)表面應無斑疤、裂紋、嚴重銹蝕等缺陷；

2.1.3焊縫的外觀質(zhì)量、直焊縫卷管管節(jié)幾何尺寸允許偏差應符合設計和規(guī)范要求。

2.2鋼管的制作要求

2.2.1管線制作按：劃線下料卷管焊接接長防腐的程序進行；

2.2.2為保證彎頭處的圓度，必須先進行壓頭，達到要求的曲率后再卷管，卷管前計算和調(diào)節(jié)好輥距進行試卷，一般要3-4次。

2.2.3管道焊接后，有特殊要求應作無損探傷檢驗時，其取樣數(shù)量與要求等級按設計規(guī)定的要求執(zhí)行。

2.3管道防腐

鋼管內(nèi)外防腐采用機械噴涂，其防腐材料、干膜厚度、涂層厚度都應符合設計要求。

防腐涂層質(zhì)量要求：防腐涂層表面應平整光滑，無鄒折和鼓包；防腐層養(yǎng)護固化后（35天）用鐵錘敲擊涂層，破口周圍不應出現(xiàn)龜裂脫殼，沿破口周圍涂層仍與管壁緊密粘附。

2.4管道拼裝

在廠方加工的管道第節(jié)長度為8-9米，管道陸上運輸至施工現(xiàn)場，在岸邊拼裝臺座上對接成每段約長40的管節(jié)，兩端用封堵鋼板封堵鋼板封死，保證在水上浮運過程中不漏水。對于彎頭或截面尺寸過度段管線，制作后則要在岸上進行（有條件也可在水上）進行預拼裝，以免制作誤差影響水下安裝時拼裝成型。

對接好的長管段由機動船牽引沿拼裝臺座鋼軌滑道下滑，機動船水上托運至施工現(xiàn)場附近水域待安裝。拼裝臺座設4組滑移托架，兩個位一組，第組支承一節(jié)管節(jié)，拼裝臺座及滑道示意圖如圖2所示.

3、溝槽開挖要求

3.1溝槽底寬應根據(jù)管道結構的寬度、開挖方法和水底泥土流動性確定。成槽后，管道中心線距邊坡下角處每側開挖寬度應符合下式規(guī)定：

B/2≥D1/2+b+500

式中B管道溝槽底部的開挖寬度（mm）；

D1管外徑（mm）

b管道保護層及沉管附加物等寬度（mm）。

3.2溝槽邊坡應根據(jù)土質(zhì)情況、方向、溝槽深度及開挖方法確定，并應滿足管道下沉就位時的要求。

3.3開挖溝槽的泥土應拋在與河流相交溝槽斷面的下游?；靥詈螅嘤嗟耐敛坏枚逊e在河道內(nèi)。

3.4溝槽挖好后，應測量槽底高程的溝槽橫斷面，其測量間距應根據(jù)溝槽開挖方法及地質(zhì)情況確定，在全管道溝槽范圍內(nèi)部得小于設計斷面。

3.5如果是巖石溝槽，則開挖前應進行試爆。爆破時，應有專人指揮，并制定操作安全及保護施工機械設備的措施。

4、浮拖鋪管施工

對于深水系，管道水下鋪設多采用：鋪管船水下鋪管或水底拖曳法兩種方法，本工程根據(jù)其特點采用鋪管船水下鋪管之：管線分節(jié)段沉放，水下接口的方法進行施工。

如果現(xiàn)場條件允許，管線均勻且較長，也可采用鋪管船水下鋪管之：管線水上接口，整體沉放的施工方法進行安裝。

4.1鋪管船水下鋪管方案比較

深水系水下鋪設鋼管

4.2水上浮拖

在岸邊拼裝臺座上把管子連接成一定長度和形狀的管段后，管段兩端采用法蘭或焊接堵板，爾后下水，機動船水上浮拖至施工現(xiàn)場。在堵板上有直徑施工氣孔和進水孔，浮運管段在拖運前要進行浮力計算，如果管段多承受的浮力不足以使管段漂浮，可在管段旁系結風性浮筒，柔性浮囊，或捆綁竹木等。

4.3管線定位

管線定位陸上由全站儀進行測量，縱向移動由500噸級平板駁控制，橫向移動由起重船控制。為提高定位的準確性，管線定位前，沿管線軸線方向可沉入一定數(shù)量的定位樁以供潛水員參考。

管段水下定位和接口由潛水工操作。潛水工用通訊工具與定位起重船聯(lián)系，調(diào)整定位船錨舶位置和船上起重臂操作，使下沉管段與已鋪鋪管段對口。

淺水中管道的鋪設可用尺測量。超過15米的深水中高程測量可用細鋼絲系在事先設置好的圓環(huán)上進行控制。

4.4管道鋪設

管段浮漂拖運到鋪管溝槽上方，一條或多條水上浮吊系捆，浮吊停泊在事先經(jīng)過校正的地點，并由若干船錨定位。自堵板上預留孔向管內(nèi)慢慢均勻注水后，管段下沉到溝槽或水底。隨后測量人員用全站儀進行精確定位，浮吊吊管調(diào)整至設計平面位置，定位正確后，潛水員墊好標高支墩，落管接扣，解脫堵板。

如果用分節(jié)段沉管，水下接口則按照事先制定好的接管順序，同樣的施工方法對稱或順次在水底進行水下法蘭接口或承插口接管于前已鋪好的管節(jié)，條件允許也可進行水下焊接。管道安裝及沉放示意圖如圖3所示

4.5管道覆蓋

管道安裝完成后按設計要求進行覆蓋。

5、幾點體會

5.1、采用拖運法鋪設沉管時，應根據(jù)河道和水位情況確定施工時間，不宜在洪水季節(jié)進行。

5.2鋼管在拖運和沉放前要進行浮力和吊點計算。

5.3沉管前基床平整度，直接影響水下接口的順利與否。

5.4水下排管鋪設時，施工船舶較多，受風浪、水流等無法預計的因素影響很大。尤其采用整體沉放時，稍有疏忽，就會造成鋼管接頭斷裂，為此在類似工程施工前，視風險因素，可參與工程保險。