海洋工程焊接技術的現狀與分析

楊永松

太重(天津)濱海重型機械有限公司

海洋工程焊接技術的現狀與分析

楊永松

太重(天津)濱海重型機械有限公司

海洋工程裝備用材料的加工制造工藝主要以焊接為主，而我國新型海洋工程各種材料的焊接制造技術明顯落后于發達國家，差距較大，難以滿足國內海洋開發和參與國際競爭的需要，因此優質、高效的焊接技術已成為海洋平臺裝備制造的關鍵技術，也是海洋工程裝備產業長期戰略的關鍵因素。基于此，本文主要對海洋工程焊接技術的現狀進行分析探討。

海洋工程；焊接技術；現狀與分析

1、前言

海洋工程裝備制造業是國家“十二五”規劃中明確重點培育和發展的戰略性新興產業，也是高端裝備制造業的重要方向，是海洋工程裝備產業調整和振興的重要方向，尤其是海洋鉆井平臺業與船舶制造業。焊接技術是海洋工程中的重點技術，對焊接技術的探討對海洋工程而言意義重大。

2、鉆井平臺焊接技術分析

2.1 自升式鉆井平臺

自升式鉆井平臺是主體能自行在海面升降的平臺，屬于移動平臺。其優點是鉆井作業平穩、效率高、造價相對低；缺點是樁腿有限，工作水深受限制。其結構分為鉆井平臺主體、樁腿和升降裝置三部分。該鉆井平臺是近海石油勘探開發的主要海洋工程裝備，在制造中的主要關鍵焊接技術是：升降裝置中的厚板高強鋼齒條的下料切割加工，齒條和升降管的加工，K、T、Y節點焊接。

2.2 半潛式鉆井平臺

半潛式鉆井平臺主要由浮體、立柱和工作平臺三部分組成。浮體提供平臺的大部分浮力，立柱用于連接工作平臺和浮體支撐工作平臺。工作平臺是海上工作的主要結構，有鉆井設備、鉆井器材、起吊設備、安全救生、人員生話設施及動力、通信、導航等設備。半潛式鉆井平臺僅有立柱暴露在海浪環境中，抗風暴能力、穩定性等安全性能要求良好，所以通常選用優質的低合金高強鋼，一方面減輕了平臺的自重，同時又增加了可變載荷，鉆井可以更深。目前半潛式鉆井平臺是深海水域進行油氣勘探開發的主要鉆井平臺之一，該平臺的關鍵焊接技術是：減少焊接缺陷，提高焊接接頭的韌性，增強抗疲勞強度。

2.3 張力腿平臺

張力腿平臺(TLP)是一種垂直系泊浮式平臺，該平臺是通過張緊纜繩或張力腿將浮式半潛平臺結構系于海底，適用于150～2000m水深海域。其結構由平臺上體、浮體、張力腿、上部設施模塊、頂張力口立管、懸鏈式立管和錨樁基礎所構成。整個平臺是通過由鋼管組成的張力腿與固定于海底錨樁相連，船體浮力使得張力腿始終處于張緊狀態，從而使平臺保持垂直方向穩定。該平臺的關鍵焊接技術是選用優質的高強度結構用鋼和管子以及與之有關的焊接技術。

2.4 立柱式平臺(SPARPLATFORM)

其主要特點吃水很深，水線面相對較小柱體底部裝有壓載，使平臺重心低于浮力，保證了平臺穩定性和垂直方向穩定，減少縱搖。平臺中部側面布置錨泊系統以錨泊在海底，從而減少了平臺的縱蕩和垂蕩。由于立柱式平臺其頂部模塊與SPAR筒體間的連接以及桁架與硬舵/軟舵之間的連接，這些關鍵節點的焊接要求有抗疲勞強度的要求和高韌性的要求。

2.5 浮式生產儲卸油船

浮式生產儲卸油船簡稱FPSO，是由錨系到海底的大型油船型駁船結構所組成，其通常與井口平臺或海底采油系統組成一個完整的采油、原油處理、儲油和卸油系統。FPSO具有投資省、建造周期短、遷移方便、可連續生產、重復使用等優點，適應水深條件范圍廣泛，具有風標效應，被廣泛應用于環境惡劣的海域。FPSO船主要由系泊系統、船體部分、油生產設備、艉卸載系統等部分所構成。隨著海洋工程裝備的不斷發展，新型的FPSO船不斷地涌現，而且是朝著深水和超大型化FPSO船的方向發展。其在建造中的關鍵焊接技術要掌握厚板高強鋼的焊接技術以及低溫焊接接頭的斷裂韌性。

3、海洋工程焊接技術的現狀與分析

海洋工程材料通過裝備制造工業轉化為在海洋工業使用的大型裝備，是開發海洋資源的物質前提。由海洋工程材料到具體裝備的制造過程中，離不開重要的傳統制造方法——焊接，它占海工裝備制造工作量的30～40%，不僅是海工裝備制造安裝的關鍵施工工藝，也是改造及維修的常用方法。焊接質量是評價海洋工程裝備建造質量優劣的重要指標，合理的焊接方法能夠提高裝備制造效率，保證焊接產品的質量可靠性，提升裝備制造整體水平。

海洋工程用鋼鐵主要分為：海洋平臺、海底油氣管線、艦船制造、海洋風力發電用鋼鐵材料等，如海洋平臺樁腿齒條鋼使用的Q690、海底油氣管線使用的X65/70鋼、艦船制造使用的EQ56/70鋼、LNG船使用的殷瓦鋼等?，F階段，歐美、韓國、新加坡等海洋工程裝備制造強國已經掌握鋼鐵材料的先進焊接制造技術，也是世界范圍內相關技術的引領者。國內海洋工程裝備制造中的普通鋼結構件焊接工藝已較為成熟，但重要結構件的特殊鋼材的焊接工藝整體水平還有待提升。

國內針對海洋工程裝備用鋼鐵材料的焊接方法依然以傳統焊接方法為主，包括手工電弧焊(SMAW)、藥芯焊絲電弧焊(FCW)、鎢極氬弧焊(GTAW)、埋弧自動焊(SAW)、氣電立焊(EGW)、焊劑銅襯墊單面焊(FCB)等，其中手工電弧焊、埋弧自動焊、藥芯焊絲電弧焊是現階段海工裝備制造企業廣泛使用的焊接方法。

隨著海洋平臺用鋼材強度和厚度的增加，高強度鋼板在海洋工程裝備制造中的應用比例逐漸升高。目前國內大厚板高強鋼的焊接仍采用手工電弧焊或半自動藥芯焊絲電弧焊方法，自升式平臺樁腿齒條板Q690鋼的焊接仍以手工電弧焊為主。因海工裝備制造用高強度鋼板均有一定厚度，手工電弧焊的工藝復雜，同時厚板的清根亦十分繁瑣，使得整體焊接效率不高。在勞動力成本高企不下的情況下，促使企業尋求更為高效的焊接方法和工藝。窄間隙焊接技術因其能顯著提高焊接效率，節省焊接材料，近年來成為海洋工程裝備大厚板焊接技術的熱點和發展趨勢。此外，復合焊接方法(激光電弧復合，等離子電弧復合等)因可集中利用各種焊接方法的優點，提高海洋平臺用鋼的焊接效率，且隨著自動化程度的提高，也日益受到海洋平臺用鋼鐵材料焊接制造的青睞。

4、結語

總之，焊接技術是海洋工程制造中的關鍵技術之一，合理的焊接方法能夠保證焊接產品的質量優良、可靠，生產效率高，焊接成本費用低，能獲得較好的經濟效益。由于海洋工程對焊接質量要求嚴格，而且勞動條件和環境又很惡劣，因此焊接的自動化、智能化和數字化將受到青睞。

[1](陳家本).海洋工程制造中的關鍵焊接技術分析[J].(電焊機)，2012，42(11)：11－14.

[2](唐連元).海洋工程中焊接材料應用分析[J].(金屬加工－熱加工)，2012(8)：9－10.