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1、北京石油化工学院学报第14卷第3期Vol.14No.3JournalofBeijingInstituteof2006年9月Sep12006Petro-chemicalTechnology海洋工程水下连接新技术周灿丰焦向东陈家庆薛龙吕涛蒋力培(北京石油化工学院光机电装备技术北京市重点实验室,北京102617)摘要介绍了高压TIG焊接技术以及北京石油化工学院水下连接研究小组在该领域取得的成果,特别针对深水应用的要求,介绍了几种具备较好应用前景的新技术,即高压MIG焊接、搅拌摩擦焊接、摩擦叠焊和径向摩擦焊接,最后提出了发展我国海洋工程连接技术
2、的若干建议。关键词高压TIG焊接;高压MIG焊接;搅拌摩擦焊接;摩擦叠焊;径向摩擦焊接中图法分类号TG45615一种是将结构物主要是管道提升出水面,在水1海洋工程水下连接技术分类上焊接,焊接完毕再下放到海底;另一种是修筑海洋工程水下连接技术主要用于海洋平台围绕结构物待修部位,连接到水面的围堰,在干水下部分、海底管道等的修复,因为水深、结构式围堰内焊接。这2种方法的突出优点是,可物形式、业主要求等多种因素影响,所以可供采以采用与结构物初始建造时相同的耗材、焊接用的水下连接方法多种多样,如图1所示。不程序和人员来完成作业,但是,水深增加、管
3、道同连接方法的具体研究内容有很大的不同,但提升过程之中屈曲的可能性增加,围堰则要能是基本的技术发展方向均是:适应更深的水深,够适应波浪、潮汐带来的较大水深变化,所以,提供更高的连接质量,更大程度地提高自动化提升修复和围堰焊接只能应用于某些特殊场[1]作业水平甚至发展到无潜水员支持的全自动化合,而且通常只能应用于浅水区域。作业。机械连接器结构简单、价格相对便宜,应用于水下焊接不受水深影响,但是,另一方面因为大多数海洋结构与全焊接结构一样需要接受认证机构的设计评估,所以对于有时会损害结构性能的机械连接器的水下应用的长期可靠性问题的担心一直没
4、有消除。2高压TIG焊接研究与应用电弧焊接按照电弧燃烧环境的不同,分为湿式焊接、半干式焊接和干式焊接。湿式焊接、半干式焊接因为焊接质量较差,不能应用于重要结构物修复,实际应用水深通常为40m以浅。海洋结构物的水下修复有2种特殊情况:干式高压焊接的焊接舱底部开口,舱内海水由水面供应的高压气体排出,舱内气压与舱收稿日期:2006-02-27外水压基本平衡,密封比较容易实现而且舱体*国家高技术研究发展计划项目,项目号2002AA602012;北京市自然基金暨北京市教委科技发展计划项目,项目重量较轻,焊接在高压气氛之中进行。TIG焊号KZ200
5、410017008。接因为电弧稳定性好,成形好,易于控制,特别第3期周灿丰等.海洋工程水下连接新技术21适合于封底焊等特点,是高压环境首选的、研究深度极限大致是500m。最为充分的焊接方法。现有的海底管道高压焊接修复作业系统一般均采用轨道式高压TIG焊接,如AberdeenSubseaOffshoreLtd1的[2]OOTO系统、CoMex公司的THOR-1系[3][4]统、STATOIL公司的PRS系统。该类系统技术研发重点是提高作业的自动化水平,例如,Comex公司新一代的THOR-2系统在实时控制、焊接机头和焊接轨道的安装、专家系
6、统和焊接速度等方面取得了重要进展。/十五0863计划重大专项/渤海大油田勘图3016MPa压力、仰焊位置试件探开发关键技术0设置了由海洋石油工程股份有限公司牵头的/水下干式管道维修系统0课3深水电弧焊接技术与存在的题,北京石油化工学院水下连接研究小组承担问题了其中的/水下干式高压焊接0子课题,并于对于500m甚至1000m以上水深的连2004年设计建造了目前国内唯一的高压焊接[5-6]接,英国CranfieldUniversity等的研究表明试验装置,如图2所示,该装置设计压力MIG焊接、等离子焊接是可以选择的方法。等115MPa,20
7、05年采用自主研制的高压TIG焊离子弧束的稳定性强且对外部磁场的抗干扰性接试验样机完成了平板高压焊接实验,计划[7]强,可以适应1000m以上水深水下焊接的要2006年进行海底管道高压焊接修复海试。求,但是,其电效率非常低,弧柱能量损失大,穿试件材料16Mn,60bV型坡口,试验舱加压气体孔焊接时要求提供非常高的电压,对安全系统为压缩空气而不是国外其他研究单位通常采用的要求很高。MIG焊具备低氢、高熔敷率,非的Ar或者He/O2混合气体,焊接保护气体为常适合自动化等优点,20世纪末以来,随着焊Ar,实验获得的8个位置、4个压力级别总计接
8、电源控制技术的发展而成为最具深水应用前32种工况的焊件机械性能试验全部达到AWS景的电弧焊接方法。CranfieldUniversity的研D316M:1999中A类接头要求。图3所示为究人员利用高压焊接试
