海洋工程制造中关键焊接技术研究

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1、海洋工程制造中关键焊接技术研究　　摘要：海洋工程制造业是我国新兴产业的重要组成部分，因此，全面提升海洋工程制造能力及科技自主创新能力非常重要。文中笔者结合自身多年工作经验对海洋工程制造的关键焊接技术进行了综合性分析，并对未来海洋工程焊接技术的发展进行了展望。关键词：海洋工程制造业、关键焊接技术、焊接中图分类号：E271文献标识码：A一、前言随着高新技术产品的焊接工艺、焊接材料及焊接设备不断涌现，海洋工程制造业中的关键焊接技术也随着有了很大的发展，文中主要对高强钢的焊接技术、复杂节点的焊接技术、焊接变形及焊接残余应力的控制技术、海洋工程制造中的高压管线焊接技术、大厚度钢板的切割技术、

2、海洋工程焊工技能与素质的培训等六个方面进行了分析。二、海工装备制造中关键焊接技术的分析与研究1、高强钢的焊接技术7海洋工程装备结构材料大多采用低合金高强钢，其焊接接头有一个非常重要的质量性能指标，就是韧性。所谓韧性是指材料在外载荷作用下抵抗开裂和裂缝扩展的能力，也就是材料在断裂前经历的弹塑性变形过程中吸收能量的能力，是强度和塑性的综合体现。海洋工程装备结构和大型船舶的焊接创新，必须保证焊接接头具有足够的韧性，这是前提。有些材料如EQ70钢等，其焊接往往容易出现焊接冷裂缝的问题，这是由于焊接过程的快速加热和快速冷却导致焊缝金属以及热影响区(HAZ)具有较高的强度、较低的塑性以及较低的

3、韧性。当焊接过程呈现低的冷却速度时，会导致焊缝金属及HAZ具有较低强度、较大的塑性以及较高的韧性。因此，当焊接过程呈现冷却速度为两种极端情况之间的某一合适状态时，焊缝金属及HAZ的强度、塑性和韧性将达到最佳平衡点。也就是说，在材料已经确定的情况下，热输入决定焊缝的性能，要得到性能优异的焊缝，就要寻求最合适的热输入，即最佳平衡点。可见，企业在制造海洋工程装备时必须要按照国际有关规范和标准所提出的热输入评定，即焊接工艺规程(WPS)的途径，通过试验进行评定而获得有效的焊接工艺。同时，在掌握高强钢的焊接技术中还要开展以下几个方面的研究和试验：焊接接头的设计，焊接方法、焊接材料和焊接设备的

4、选用；焊接时的预热、后热、层间温度的控制；焊接接头冷裂纹的控制；大厚度十字接头和T型接头焊接层状撕裂的控制；焊接接头的断裂韧性(CTOD)研究和试验。2、复杂节点的焊接技术7海洋工程装备的结构大都是采用绗架和管子及立柱结构，焊接接头较为复杂，尤其在一些主要受力构件，如水平横撑与立柱结构、立柱与上下船体结构、克令吊基座、推进器基座等复杂结构的焊接过程中，必须要严格控制好以下环节：结构的安装顺序，接头的坡口角度及加工方法，焊接方法的准确选用，焊前预热、焊时层间温度的控制、焊后热处理，焊接前的准备(包括持证的合格焊工、焊材的发放和储存、管理、焊接设备、焊接环境)，焊接顺序的编制和实施。3

5、、焊接变形及焊接残余应力的控制技术目前可以通过数值模拟计算并结合试验验证的方法，较好地控制局部重要结构的焊接残余应力，还可以采用超声波冲击、焊趾重熔、控制焊接线能量、焊后焊趾打磨、焊前预热和焊后热处理等方法来降低焊接残余应力。4、高压管线的焊接技术在海洋工程装备制造中通常采用的高压管材料均为低合金高强度钢，因此在焊接中必须要严格按照高强度钢的焊接技术要求进行工艺评定，从而确定焊接工艺措施并在实船平台高压管线上进行焊接。5、大厚度钢板的切割技术7在海洋工程装备制造中常常会采用大厚度的低合金高强度钢，比如，作为平台升降齿条钢，Dillimax690E钢板经切割后可直接应用于升降齿条而不

6、需要再加工。该齿条有C146、JU200E两种规格，对切割技术提出了极高的要求。首先，切割的火焰必须要长达2～3米，切割嘴的风线要高速、高压，这样才能切割出光洁的断面；在切割中还要防止钢板的变形，可以采用双头对称的切割技术。大厚度钢板切割时要预先考虑增大进气管直径，选用专用减压器割具，采用大罐的液氧作为助燃和切割气体。在选用丙烷和氧气切割时要适当地降低切割速度，最好在切割前对大厚度钢板进行预热以便清除钢板表面水分，进一步提高切割质量。切割的中心焰要将切割氧的压力调节在0.6兆帕，丙烷压力取其1/10。6、自动焊接技术随着海底管道铺设工程量的增加，能提高铺设效率的双炬管道铺设焊接机器

7、人得到了发展。在海管铺设施工作业时，每个焊接工作站配备两套双炬焊接机器人，以管道为轴心分左右舷对称放置，以“0”点位置开始起弧，按照顺时针及逆时针方向完成下向焊接。每个焊接机器人可独立控制也可协同操作，双头双炬焊接机器人系统能提高焊接效率，并且后焊炬对前焊炬的焊道有回火作用，能改善前焊炬焊道的韧性并降低接头硬度。对于铺设直径≥24寸的近海油气管线，法国Serimax公司开发了四头双炬全自动焊接系统,7如图1所示，该系统驱动四个焊头同时工作，全部焊头以管道顶点为起点分布