自動焊設備國產化在海洋工程中的應用

吳 勇，歷 超，周 敏

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

在海洋工程中，焊接是一項非常大型的施工工作和內容，具有很高的特殊性及復雜性。因為海洋工程與水之間有著緊密關系，這就意味著焊接環境十分嚴峻，所以海洋工程對自動焊設備的要求非常高，并且還要在高標準的基礎上保持較高的工作效率。隨著海洋工程的不斷發展，自動焊設備國產化已經成為必然趨勢，因此應加強其在海洋工程應用方面的探究。

1 自動焊設備國產化在海洋工程中的重要性

當前我國海洋工程領域高度重視自動焊設備國產化工作，其重要性主要體現在以下3 個方面。

（1）降低海洋工程的建設費用。與發達國家相比，我國的勞動價格、設備原材料等較低，自動焊設備國產化之后不僅能降低設備采購成本，還能減少運輸、檢修、保險等環節的費用。

（2）進一步降低操作費用。海洋工程中自動焊設備維修及配件更換等相關工作內容都會產生一定的費用且在總費用中占有一定比例，減少這些費用支出是降低操作費用的重要途徑之一。如果實現了自動焊設備國產化，則所有的維修及配件更換工作均可在國內進行，這會在一定程度上減少費用支出。

（3）自動焊設備國產化也是國家對海洋工程的一項重要要求，自動焊設備國產化能促使海洋工程得到更好的發展。

2 自動焊設備國產化在海洋工程中的應用道路

在我國渤中26-3 項目施工過程中，焊接技術團隊自主研發全自動焊接機器人工藝并在該項目組塊立柱加強環結構焊接施工環節有效運用，經過無損檢驗之后施工的4 塊加強環板合格率高達100%。這是海洋工程第一次將全自動焊接機器人運用于大壁厚、全熔透結構工件，其成功運用將有效轉變海洋工程以往手工焊接的工藝流程，為未來焊接自動化奠定良好的基礎。根據實際情況，以往的海洋工程項目施工過程中，超過30 mm 壁厚的環板通常采取手工電弧焊加二氧化碳氣體保護焊接工藝，在此過程中每一次開展焊道都需要進行一次清理焊渣工作，但仍存在焊接效率較差的現象，一個環板的焊接工作需要8～10 h。為了進一步提升焊接工作效率，焊接技術團隊較早就重視并開展在自動焊機器人上進行創新研究。本次全自動焊接機器人在大壁厚、全熔透結構工件中的焊接施工過程中有效運用，充分體現出智能化設備高效、優質的特點，為智能化高效設備在海洋工程焊接領域的推廣運用起到示范性作用[1]。

3 自動焊設備國產化在海洋工程中的應用現狀

3.1 局部干法水下焊接

隨著對焊接工藝提出的各項要求，海洋工程自動焊設備水下焊接已經成為主要趨勢。局部干法水下焊接是水下焊接的主要技術之一，其應用于海洋工程時需要對焊接部分區域開展排水處理工作，也不需要大型焊槍，這樣還能有效改善焊接接頭。近幾年來，我國有一部分單位在局部干法水下焊接技術方面已經獲得突破性進展，例如：南昌大學構建了局部干法水下焊接的機器人系統，此系統不僅具有精致的焊槍，更具有局部排氣罩的觀察系統、自動調節系統以及跟蹤系統，這使得水下焊接操作絕大部分已經實現了完整的跟蹤過程[2]。同時，南昌大學還在該機器人中運用了矩形排氣罩以及水下送絲機盒，將焊接設備以及水下焊接工藝等因素對水下焊縫的影響進行了對比工作。

3.2 常壓干法水下焊接

在海洋工程開展過程中，局部干法水下焊接工藝的焊接施工既不會受到水深度的影響，也不會受到來自水各個方面所產生的影響作用，焊接過程以及焊接工作之后所得到的質量都與在陸地當中開展焊接工作方式存在基本相同的特征，因此，局部干法水下焊接技術被認為是海洋工程開展過程中質量最能夠獲得保障的水下焊接技術[3]。但是在運用該技術的過程中，因為很難保障管道及結構物焊接倉的密封性，焊接倉內部的壓力也很難保證，所以極少出現在海洋工程焊接施工過程。該技術還有一種特殊情況，就是在淺海水領域運用圍堰的方式。如果在淺水區開展焊接工作，會由于波浪及潮汐的影響而導致水的深度出現多種明顯變化，這使得焊接工作環境極其不穩定，這時工作人員可以將焊接倉連接在水面之上，進而形成一個常壓的焊接工作環境。

4 海洋工程水下焊接機器人

隨著海洋工程以及自動焊設備的不斷發展，現在海洋工程焊接設備逐漸實現了自動化、智能化，在潛水人員的幫助下還能實現對整個焊接過程的自動化監控，具備較高的焊接效率及焊接效果，但是也有兩個明顯缺點：一是焊接的水深不能超過650 m，二是對人事焊接工作人員的專業能力及技術水平要求較高。因此，為了讓自動焊設備國產化在海洋工程領域真正發展起來、能運用于海洋的更深處，有效提升質量以及效率等，那么就要重視發展無人水下焊接機械設備。實際上無人水下焊接機械設備屬于一種非常復雜的系統建設，是當前水下自動焊接設備國產化的發展方向[4]。但是，目前還沒有充分了解水下的復雜環境，還存在著非常多的不確定因素以及不了解，水下遙控焊接技術的發展以及研究還停留在初級起步階段，并不存在真正從事海洋工程焊接工作的水下焊接機器人設備。海洋工程水下焊接機器人設備要求有著非常高的穩定性、高效率、高精準度，在實際運用過程中能進一步減少物質消耗，有效提升焊接工作質量、改善工作環境，減少對于焊接工作人員的依賴，進一步降低整體成本，同時還能為海洋工程的自動化、智能化、國產化、大型化以及專業化發展奠定基礎。

5 對自動焊設備國產化在海洋工程中應用的展望

近幾年來，我國自動焊設備國產化工作呈現出迅速發展的局面，但是因為由于各種因素、原因，自動焊設備國產化并未完全高效地運用于實際海洋工程，其在海洋工程中的應用主要體現在以下兩個方面。

（1）深海焊接工作以及海底焊接工作。在開展深海焊接工作以及海底焊接工作的過程中，自動焊設備（也就是水下焊接機器人）是必須具備的，為了使陸地的自動焊設備能盡快適應并高效地運用于海洋工程的水下焊接工作，那么需要進一步加強研究自動焊設備的精準定位技術、跟蹤技術、手臂運動控制技術以及焊縫空間位置檢測技術等內容，以快速地研究出更加具備智能化的水下焊接機器人[5]。

（2）自動焊設備以及無人淺水技術兩者之間的相互結合，能夠進一步促進自動焊設備國產化的研究進程及發展。現在我國可以有效統一無人淺水相關技術及自動焊設備的相關材料、技術、設備等方面內容，這能促進自動焊設備國產化在海洋工程中運用的更深層的分析探究。

6 總結

近幾年來自動焊設備國產化工作發展得越來越好，但是相關設備在海洋工程的實際應用還處在于初級階段，多個方面的應用水平都有待提升，因此應充分重視對于自動焊設備國產化在海洋工程的應用探究，進而在保證自動焊設備國產化應用效果的同時，使自動焊設備國產化以及海洋工程獲得更好的發展。