海洋工程制造中的關鍵焊接技術與應用

張 利

中海福陸重工有限公司，廣東 珠海 519050

焊接是海洋工程制造的重要組成部分，國內的焊接技術并不先進，與國際焊接技術水平存在一定差距。海洋資源開發工程對于焊接技術的要求不斷提高。提升關鍵焊接技術水平對海洋工程制造的發展有著良好的促進作用，并且也能夠提高海洋裝備的整體水平。因此，應加大對海洋工程制造中關鍵焊接技術的探究力度，促進海洋工程快速發展。

1 海洋工程技術簡介

1.1 自升式鉆井平臺

在海洋各平臺中，自升式鉆井平臺有著較多優點，該平臺可進行移動，能夠基于海面完成升降動作。自升式鉆井平臺具有一定的穩定性，造價成本并不高。該平臺也有不足之處，如樁腿長度受到限制，無法在較深的水域開展工作等。自升式鉆井平臺主要有三個構成部分，包括樁腿、升降設備以及平臺主體。對于海洋工程制造來說，焊接技術可有效處理自升式鉆井平臺的高強鋼齒條下料，也可處理平臺升降裝置中的升降管等。

1.2 半潛式鉆井平臺

半潛式鉆井平臺由多個部分組成，比如立柱、浮體等，其中浮體可促使半潛式鉆井平臺具備浮力，立柱主要發揮支撐作用，將鉆井工作平臺與浮體進行結合，增強半潛式鉆井平臺的穩定性。在海洋工程中，工作平臺具有不可忽視的重要作用，平臺中包括多種主要設備，比如鉆井設備、起吊設備等。半潛式鉆井平臺具有較多特點，如立柱露出海面，直接面對變化的海面環境，具有較強的穩定性，能夠抵御惡劣環境等。其設備材料主要使用低合金高強鋼，避免半潛式鉆井平臺過重，提高其可變載荷，方便鉆井平臺的施工。關鍵焊接技術主要幫助半潛式鉆井平臺避免出現焊接問題，對焊接接頭進行強化，使其能夠抵抗疲勞。

1.3 張力腿平臺

張力腿平臺具有浮式特點，可實現垂直系泊。該平臺主要通過張緊纜繩、張力腿等發揮作用，使得半潛式鉆井平臺到達海洋底部，在較深海域得到較多應用，海域深度不超過2 km，其中張力腿、浮體等是其主要組成部分。除此之外，張力腿平臺主要通過張力腿及錨樁發生作用，讓張力腿幫助平臺處在垂直狀態，不容易發生變化。關鍵焊接技術在張力腿平臺中，對高強度結構用鋼等發揮效用。

1.4 立柱式平臺

立柱式平臺水線不大，在柱體底部有壓載，在水中有較深的深度。立柱式平臺重心與浮力并不處在同一水平線上，而是低于浮力，這就使得平臺穩定性得到增強，不容易受到外界環境的影響。錨泊系統在立柱式平臺中占據重要部分，錨泊在海洋底部，可幫助平臺進行穩固，避免縱搖問題的出現。立柱式平臺中的系泊系統是海洋工程制造的組成部分，主要包括頂部夾板模塊、立柱等。關鍵焊接技術能夠增強立柱式平臺的抗疲勞性能，使其具備較高的韌性。

1.5 浮式生產儲卸油船

浮式生產儲卸油船與海底油船、井口平臺等設備相互配合，促進了采油系統的完善。浮式生產儲卸油船有著較多特點，能夠對其進行循環使用，在移動方面也具有便利性，可應用到不同的水深環境中，并且存在風標效應，面對惡劣的海洋環境也不會受到較大影響。浮式生產儲卸油船與海洋工程制造發展相適應，符合海洋工程發展趨勢。關鍵性焊接技術在低溫焊接接頭中發生作用，可改善其斷裂韌性[1]。

2 海洋工程制造中的關鍵焊接技術探究

2.1 高強鋼焊接技術

低合金高強鋼強化海洋工程設備結構的性能，在具體應用中對于接頭性能需要依據相關指標來確定。焊接工程中包括大型船舶等，對此焊接接頭的韌性要進行加強。對于EQ70鋼等用焊接技術工作時容易發生焊接冷裂紋等問題，主要原因是在工作過程中加熱以及冷卻的速度缺乏相應控制，速度過快，焊縫金屬等部位強度較高，并且相應韌性得不到提高。若是冷卻速度不持續增加，反而有所下降，焊縫金屬等強度也會下降，同時韌性會增加。將冷卻速度控制在合理范圍內，強度、韌性等因素會變得穩定，趨向平衡。在實際工作中，需充分重視熱輸入的作用，由于其對焊縫效果有著重大影響，為了加強焊縫的性能，需要確定熱輸入點，即找到重要的平衡位置。

相關企業在對海洋工程進行施工時要嚴格遵守工程標準，確定熱輸入點，并對其進行科學評估，多次進行實踐，從整體的角度靈活運用焊接工藝。應積極開展相關研究活動，主要有以下四個方面：一是焊接設備的選擇、接頭設計等；二是預熱、后熱等溫度的科學調控；三是焊接接頭冷裂紋的控制；四是對接頭的斷裂韌性進行研究[2]。

2.2 復雜節點的焊接技術

管子、立柱等組成了裝備結構，焊接接頭復雜程度較高（特別是在受力構件如推進器基座、水平橫撐與立柱結構等）。在對這些焊接難度較高的結構進行施工時要全面把控具體的焊接環節。注意各個結構的先后順序，對接頭的切割方法以及坡口角度等進行明確，依據相關結構的情況，選擇合理的焊接技術。將焊接活動中的預熱等溫度控制在合理范圍內，做好全面的焊接準備。

2.3 焊接變形以及焊接殘余應力的控制技術

在焊接變形及焊接殘余應力控制方面可搜集主要結構的數值，運用模擬運算方法，開展一定的試驗活動。需要充分發揮超聲波沖擊的作用，進行焊趾重熔過程，加大力度對焊接線能量進行調控，并做好焊趾打磨環節，在焊接前階段與焊接后階段正確對待熱處理，從而減少焊接殘余應力[3]。

2.4 高壓管線的焊接技術

低合金高強度鋼通常是制造高壓管的材料，在海洋工程裝備制造活動中得到較多應用。在實際焊接活動中，應以低合金高強度鋼的焊接工藝為基礎，對具體實施的焊接技術進行評估，完善相關焊接步驟，采取合理焊接方法。焊接施工地點有著相關規定，需在船體平臺高壓管線位置進行焊接。

2.5 大厚度鋼板切割技術

由于低合金高強度鋼具有一定的厚度，通常對大厚度鋼板使用頻繁，例如在平臺升降齒條鋼中，Dillimax690E可直接投入使用，只需要進行切割，可避免深度加工。在實際切割過程中要注意對火焰高度進行控制，通常火焰會達到3 m左右。注意把控切割嘴的風線，其中可使用高壓、高速等方法，增強斷面的光滑平整性。同時為了保持鋼板的固定形狀，要使用雙頭對稱切割工藝。進氣管直徑也是需要考慮的因素之一，進行大厚度鋼板切割活動時對減壓器割具進行確定，選擇液氧氣體幫助切割活動有效開展，達到助燃的目的。在使用氧氣、丙烷等氣體時要合理調控切割速度，防止速度過快。在切割準備階段可去除大厚度鋼板上面存在的水分，并增加預熱環節，提高切割水平[4]。

2.6 自動焊接技術

在海洋工程裝備制造中海底管道工程數量不斷增多，面對這種情況，提高海底管道鋪設質量是主要目的。因此，雙炬焊接機器人在此方面得到較多運用。在對海底管道工程進行施工時需要較多雙炬焊接機器人，兩套設備共同在一個工作站點工作。在對雙炬焊接機器人進行放置時要明確軸心，可以管道為依據，并確定起弧位置，選用“0”點作為其位置。要注意焊接方向，采用順逆時針的方法對下向進行施工。一個雙炬焊接機器人能夠獨立完成焊接工作，也可以多個焊接機器人共同配合，將雙炬焊接機器人運用到焊接活動中能夠提升焊接質量。對于焊道來說，前焊炬的施工不是單獨的，后焊炬會對其發生作用（比如回火等，在較大程度上可以增強前焊道的韌度，避免焊接接頭硬度過高）。在近海油氣管線鋪設工程中，雙炬焊接系統發揮重要作用，由于其具有全自動特點，能夠促使4個焊頭進行工作，對起點進行合理確定，起點為管道頂點，焊頭呈現合理分布狀態，開展焊接活動時焊炬同時工作。施工過程中需要注重4個焊頭的整體協作問題，在同一層進行施工時，要合理安排焊頭之間的焊接時間，不可發生沖突。在不同層中要將引弧位置納入考慮范圍，避免使焊接位置產生沖突。另外，要對海洋工程設備的柔性進行調控，強化柔性性能，提升海洋工程裝備制造水平。

2.7 培養海洋工程裝備焊工技能與素養

導管架平臺是一種空間構架，主要由鋼管組成，采用焊接技術將鋼管進行連接，其中涉及的主要焊接活動為對大型管之間的交點進行焊接，鋼管的管壁具有一定的厚度。焊接工作并不簡單，需要投入較多的人力、物力等資源，并且交點容易出現焊接問題，因此對于該部位的焊接施工有著較嚴格的要求。因此，需要運用科學方法對鋼管之間節點上的承載受力進行確定，明確受力數值。焊接類型包括全部、部分、角等。進行焊接活動的工人人員要具備專業的焊工證書。在掌握一定基礎理論的基礎上保障焊接質量。

3 結語

在海洋工程裝備制造發展中，仍需要加大研發力度，不斷對關鍵技術進行升級，提升裝備核心部件的性能，解決在海洋資源開采中遇到的難題。要抓住時代發展機遇，推動海洋工程行業的發展，促使其完成轉型。重視現代化科學技術，深入研究焊接技術，選擇優秀焊工，對焊工資質進行合理評定，提升海洋工程裝備制造技術水平。科學的焊接工藝能夠保證焊接裝備的性能，提高裝備的安全性，適應海洋工程的發展趨勢，促使其朝更加智能的方向發展。