海洋工程制造中關(guān)鍵焊接技術(shù)研究

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1、海洋工程制造中關(guān)鍵焊接技術(shù)研究　　摘要：海洋工程制造業(yè)是我國(guó)新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，因此，全面提升海洋工程制造能力及科技自主創(chuàng)新能力非常重要。文中筆者結(jié)合自身多年工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)海洋工程制造的關(guān)鍵焊接技術(shù)進(jìn)行了綜合性分析，并對(duì)未來(lái)海洋工程焊接技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：海洋工程制造業(yè)、關(guān)鍵焊接技術(shù)、焊接中圖分類(lèi)號(hào)：E271文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A一、前言隨著高新技術(shù)產(chǎn)品的焊接工藝、焊接材料及焊接設(shè)備不斷涌現(xiàn)，海洋工程制造業(yè)中的關(guān)鍵焊接技術(shù)也隨著有了很大的發(fā)展，文中主要對(duì)高強(qiáng)鋼的焊接技術(shù)、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的焊接技術(shù)、焊接變形及焊接殘余應(yīng)力的控制技術(shù)、海洋工程制造中的高壓管線(xiàn)焊接技術(shù)、大厚度鋼板的切割技術(shù)、

2、海洋工程焊工技能與素質(zhì)的培訓(xùn)等六個(gè)方面進(jìn)行了分析。二、海工裝備制造中關(guān)鍵焊接技術(shù)的分析與研究1、高強(qiáng)鋼的焊接技術(shù)7海洋工程裝備結(jié)構(gòu)材料大多采用低合金高強(qiáng)鋼，其焊接接頭有一個(gè)非常重要的質(zhì)量性能指標(biāo)，就是韌性。所謂韌性是指材料在外載荷作用下抵抗開(kāi)裂和裂縫擴(kuò)展的能力，也就是材料在斷裂前經(jīng)歷的彈塑性變形過(guò)程中吸收能量的能力，是強(qiáng)度和塑性的綜合體現(xiàn)。海洋工程裝備結(jié)構(gòu)和大型船舶的焊接創(chuàng)新，必須保證焊接接頭具有足夠的韌性，這是前提。有些材料如EQ70鋼等，其焊接往往容易出現(xiàn)焊接冷裂縫的問(wèn)題，這是由于焊接過(guò)程的快速加熱和快速冷卻導(dǎo)致焊縫金屬以及熱影響區(qū)(HAZ)具有較高的強(qiáng)度、較低的塑性以及較低的

3、韌性。當(dāng)焊接過(guò)程呈現(xiàn)低的冷卻速度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致焊縫金屬及HAZ具有較低強(qiáng)度、較大的塑性以及較高的韌性。因此，當(dāng)焊接過(guò)程呈現(xiàn)冷卻速度為兩種極端情況之間的某一合適狀態(tài)時(shí)，焊縫金屬及HAZ的強(qiáng)度、塑性和韌性將達(dá)到最佳平衡點(diǎn)。也就是說(shuō)，在材料已經(jīng)確定的情況下，熱輸入決定焊縫的性能，要得到性能優(yōu)異的焊縫，就要尋求最合適的熱輸入，即最佳平衡點(diǎn)?？梢?jiàn)，企業(yè)在制造海洋工程裝備時(shí)必須要按照國(guó)際有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)所提出的熱輸入評(píng)定，即焊接工藝規(guī)程(WPS)的途徑，通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定而獲得有效的焊接工藝。同時(shí)，在掌握高強(qiáng)鋼的焊接技術(shù)中還要開(kāi)展以下幾個(gè)方面的研究和試驗(yàn)：焊接接頭的設(shè)計(jì)，焊接方法、焊接材料和焊接設(shè)備的

4、選用；焊接時(shí)的預(yù)熱、后熱、層間溫度的控制；焊接接頭冷裂紋的控制；大厚度十字接頭和T型接頭焊接層狀撕裂的控制；焊接接頭的斷裂韌性(CTOD)研究和試驗(yàn)。2、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的焊接技術(shù)7海洋工程裝備的結(jié)構(gòu)大都是采用絎架和管子及立柱結(jié)構(gòu)，焊接接頭較為復(fù)雜，尤其在一些主要受力構(gòu)件，如水平橫撐與立柱結(jié)構(gòu)、立柱與上下船體結(jié)構(gòu)、克令吊基座、推進(jìn)器基座等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接過(guò)程中，必須要嚴(yán)格控制好以下環(huán)節(jié)：結(jié)構(gòu)的安裝順序，接頭的坡口角度及加工方法，焊接方法的準(zhǔn)確選用，焊前預(yù)熱、焊時(shí)層間溫度的控制、焊后熱處理，焊接前的準(zhǔn)備(包括持證的合格焊工、焊材的發(fā)放和儲(chǔ)存、管理、焊接設(shè)備、焊接環(huán)境)，焊接順序的編制和實(shí)施。3

5、、焊接變形及焊接殘余應(yīng)力的控制技術(shù)目前可以通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算并結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證的方法，較好地控制局部重要結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力，還可以采用超聲波沖擊、焊趾重熔、控制焊接線(xiàn)能量、焊后焊趾打磨、焊前預(yù)熱和焊后熱處理等方法來(lái)降低焊接殘余應(yīng)力。4、高壓管線(xiàn)的焊接技術(shù)在海洋工程裝備制造中通常采用的高壓管材料均為低合金高強(qiáng)度鋼，因此在焊接中必須要嚴(yán)格按照高強(qiáng)度鋼的焊接技術(shù)要求進(jìn)行工藝評(píng)定，從而確定焊接工藝措施并在實(shí)船平臺(tái)高壓管線(xiàn)上進(jìn)行焊接。5、大厚度鋼板的切割技術(shù)7在海洋工程裝備制造中常常會(huì)采用大厚度的低合金高強(qiáng)度鋼，比如，作為平臺(tái)升降齒條鋼，Dillimax690E鋼板經(jīng)切割后可直接應(yīng)用于升降齒條而不

6、需要再加工。該齒條有C146、JU200E兩種規(guī)格，對(duì)切割技術(shù)提出了極高的要求。首先，切割的火焰必須要長(zhǎng)達(dá)2～3米，切割嘴的風(fēng)線(xiàn)要高速、高壓，這樣才能切割出光潔的斷面；在切割中還要防止鋼板的變形，可以采用雙頭對(duì)稱(chēng)的切割技術(shù)。大厚度鋼板切割時(shí)要預(yù)先考慮增大進(jìn)氣管直徑，選用專(zhuān)用減壓器割具，采用大罐的液氧作為助燃和切割氣體。在選用丙烷和氧氣切割時(shí)要適當(dāng)?shù)亟档颓懈钏俣龋詈迷谇懈钋皩?duì)大厚度鋼板進(jìn)行預(yù)熱以便清除鋼板表面水分，進(jìn)一步提高切割質(zhì)量。切割的中心焰要將切割氧的壓力調(diào)節(jié)在0.6兆帕，丙烷壓力取其1/10。6、自動(dòng)焊接技術(shù)隨著海底管道鋪設(shè)工程量的增加，能提高鋪設(shè)效率的雙炬管道鋪設(shè)焊接機(jī)器

7、人得到了發(fā)展。在海管鋪設(shè)施工作業(yè)時(shí)，每個(gè)焊接工作站配備兩套雙炬焊接機(jī)器人，以管道為軸心分左右舷對(duì)稱(chēng)放置，以“0”點(diǎn)位置開(kāi)始起弧，按照順時(shí)針及逆時(shí)針?lè)较蛲瓿上孪蚝附?。每個(gè)焊接機(jī)器人可獨(dú)立控制也可協(xié)同操作，雙頭雙炬焊接機(jī)器人系統(tǒng)能提高焊接效率，并且后焊炬對(duì)前焊炬的焊道有回火作用，能改善前焊炬焊道的韌性并降低接頭硬度。對(duì)于鋪設(shè)直徑≥24寸的近海油氣管線(xiàn)，法國(guó)Serimax公司開(kāi)發(fā)了四頭雙炬全自動(dòng)焊接系統(tǒng),7如圖1所示，該系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)四個(gè)焊頭同時(shí)工作，全部焊頭以管道頂點(diǎn)為起點(diǎn)分布