試論海洋工程水下連接新技術

馮萬里 李佳鑫

摘要：近年來，科學技術得到了全面發(fā)展，國家工程涉及的范圍不斷擴大，而海洋工作作為國家的重點工作之一，也在不斷研發(fā)新技術的過程中，基于此，本文針對海洋工程水下連接新技術進行全面的分析。首先，簡單了解海洋工程水下連接新技術的發(fā)展情況，對摩擦疊焊技術進行了具體分析，其次，從連接技術發(fā)展現(xiàn)狀入手對海洋工程連接技術的研究工作提出了幾點建議，希望能夠為國家能源發(fā)展做出貢獻。

關鍵詞：摩擦焊接設備；水下連接質(zhì)量；潛水作業(yè)

引言：

近年來，海洋工程得到了世界各國的重視，海洋石油及天然氣資源開發(fā)力度的不斷增加，水下油氣田開采的深度也在不斷加深，海洋深水鋼結構連接和修復技術得到了各國重視，中國也不例外。水下連接技術的研究對于海洋工程的發(fā)展具有十分重要的意義，因此要結合國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀，參考借鑒國外先進連接技術，研發(fā)創(chuàng)新出全新的水下連接裝置，推動國家水下開采工程不斷發(fā)展，為能源行業(yè)發(fā)展奠定基礎。

一、海洋工程水下連接新技術

二十一世紀是海洋世紀，想要實現(xiàn)海洋強國夢，強化國家的海洋油氣資源開發(fā)能力，提高中國在能源發(fā)展中的地位，就要不斷加強對海洋工程水下里阿杰技術的應用。隨著科學技術的不斷發(fā)展，新時期海洋工程中可以應用的技術不斷增加，出現(xiàn)了高壓深水電弧焊接技術、激光焊接技術，可以在30米的深水中進行應用，但是這些技術的復雜性較高，且條件較多，熔深有限，因此在實際應用的過程中存在一定的問題。近年來，信息技術的不斷發(fā)展，摩擦焊接技術得到了全面的應用，相比較下，這種焊接技術性能較優(yōu)，且具有著低耗能、清潔性、高精度、高效率等特點。此外，對于海洋工程和其他水下應用而言，摩擦焊接的質(zhì)量受到水的影響較小，在不同水深下焊接參數(shù)沒有發(fā)生較大的變化，因此摩擦焊接成為了新時期海洋工程水下連接的關鍵技術。很多發(fā)達國家都已經(jīng)研究出了不同的摩擦焊接設備，國家的摩擦焊接技術也得到廣泛的應用。其中這種摩擦焊接技術根據(jù)方法不同，可以分成三大類，分別為：攪拌摩擦焊接、摩擦疊焊、徑向摩擦焊接，不僅可以在深水油氣管道修復工作中使用，在石油天然氣管道上也能夠進行連接。比如，一個徑向焊接機中管道直徑為100mm，厚度為12.7mm，可以焊接150mm-300mm鈦合金立管。此外，在機器人技術發(fā)展的過程中，能夠進一步加深潛水深度，以此提高水下連接質(zhì)量，比如，水下遙控機器人Triton_XLS150，這種機器人攪拌摩擦焊接項目就可以代替潛水員，進行潛水作業(yè)。

二、海洋工程連接技術研究建議

（一）提高水下連接修復能力

對于海洋工程而言，新時期水下連接需要面對的作業(yè)環(huán)境較為特殊，且不同地區(qū)之間的作業(yè)對象不同，還需要保證較高的連接質(zhì)量，但是國內(nèi)關于連接技術的研究起步較晚，應用基礎較差，技術水平較低，想要完成國家海洋石油的戰(zhàn)略目標，就必須提高水下連接修復能力[1]。截至2017年，摩擦疊焊最深可以適應1000m，并且完成高質(zhì)量的修復工作，但是這些該技術和工作都是國外發(fā)達國家已經(jīng)取得的成就，因此國內(nèi)應該以全新的思維和角度，去解決問題，加強對摩擦疊焊技術的研究，以此降低水下連接成本，提高水下連接修復效率。國內(nèi)的摩擦疊焊裝置還存在一定的缺點和不足，還需要相關人員根據(jù)具體的管道情況，展開具體的設計，采用新的通訊控制方式，比如，可以采用交流伺服電機作為運動驅(qū)動，以此提高了設備的控制精度和響應速度，設備的性能也會得到全面的改善。

（二）加強鋼材連接技術研究

在加強摩擦疊焊研究的過程中，還要將重點放在鋼材連接應用上，在攪拌摩擦疊焊工藝中，攪拌頭的焊接厚度、壽命等都是鋼材攪拌摩擦焊接的重點研究內(nèi)容，提高摩擦焊接設備的性能，可以從根本上保證鋼材的質(zhì)量，并且推動焊接行業(yè)得到全面的發(fā)展。比如：海底管道的鋪設質(zhì)量和鋪設效率都會受到連接技術的影響，采用穩(wěn)定性較高、精確度較強的連接技術能夠真正的提高海底管道的質(zhì)量，保證海底管道得到全面的發(fā)展。比如，某研究機構針對傳熱學、摩擦學等方面的概念，利用MSC.Marc有限元計算分析軟件建立了摩擦疊焊單元焊接模型，并且針對不同型號的鋼材料進行仿真分析計算，判斷摩擦疊焊技術在實際的應用中對鋼材的影響，以此為鋼材焊接工藝的開展奠定基礎，保證摩擦疊焊技術可以在鋼材連接中得到良好的應用，提高連接質(zhì)量。

（三）加強配套技術研究開發(fā)

除了上述兩點內(nèi)容以外，還要加強對配套技術的研發(fā)，并且利用社會力量，展開研究工作。由上可知，摩擦焊接設計和機器人技術相結合，能夠提高連接技術的發(fā)展。其中并聯(lián)機器人和水下機器人是實現(xiàn)深入連接技術的關鍵，但是這種性能較優(yōu)、商業(yè)化的機器人的成本較高，還需要得到更進一步的發(fā)展。此外，國家可以積極調(diào)動企業(yè)、高校、研究單位等社會力量展開研究工作，并且推動促進社會力量合作，以此研發(fā)出核心技術，降低設備成本，很多重大項目的成功過中都充分能表現(xiàn)出了合作的重要性。海洋工程作為高科技、高投入的行業(yè)，其中也包含著較大的鞥想，因此必須要利用這種合作模式，讓創(chuàng)新技術迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，保證海洋工程的全面發(fā)展。比如，北京研究中心和北京賽福斯特技術有限公司進行合作，就制作出了國內(nèi)第一臺摩擦疊焊試驗裝置，裝置的最高轉(zhuǎn)速為5000r/min，最高軸向力為2t，最高扭矩為50N·m，不僅如此，設備采用了PLC作為主控單元，以此保證焊接工藝參數(shù)全面輸入和控制，這種摩擦疊焊實驗裝置還會得到更進一步的發(fā)展，繼而形成水下先進連接技術[2]。

總結：

綜上所述，近年來，國家不斷發(fā)展對于能源的需求也在不斷地擴大，但是在不斷地開發(fā)過程中，造成了嚴重的資源浪費和環(huán)境污染問題，面對新時期能源緊缺的情況，必須要科學的進行開采，保證資源得到合理的利用，而在海洋工程中水下連接技術尤為重要，必須要保證連接技術合理可靠，提高相關設備的穩(wěn)定性，才能夠真正的建設形成海洋強國。

參考文獻：

[1]張康，洪毅，段夢蘭，等.深水水下連接器國產(chǎn)化設計關鍵技術[J].石油科學通報，2017，2（1）.

[2]丁邦建，呂慶桃.海洋科考船用電纜絞車技術與設計[J].起重運輸機械，2017（8）：51-54.