水下管道的焊接技術研究

馬奔

摘要：水下管道焊接由于受到水下環境的限制，在技術手段、裝備、方法等方面受到很多限制。從水下焊接技術的分類和特點研究入手，對濕法水下焊接、局部干法水下焊接、干法水下焊接的研究入手，提出未來我國水下管道焊接技術的研究方向和趨勢，希望對此領域研究提供借鑒與參考。

關鍵詞：水下管道;焊接;干法;濕法

水下管道焊接技術是隨著海洋的開發和水下管道需求的增多而興起的一種技術。隨著我國把向海洋開發和保護作為一項重點工作，對水下管道焊接技術的要求越來越高。從目前的發展來看，我國已經掌握的比較成熟的是水下技術是電弧焊。隨著我國水下焊接技術的不斷研究深入，已經能夠熟練使用一些新的水下焊接方法。

一、水下焊接技術的分類和特點

（一）水下焊接方法的分類

我國已經在陸上焊接的基礎上，研制出20多種水下的焊接方法。但是，由于水下焊接的特殊條件，目前我國使用的水下焊接方法也是沿用陸地焊接的方法，運用不同的裝置和技術，研制并使用的已經比較成熟的是濕法、干法和局部干法。目前，我國還研制使用著一些新的方法，例如水下的電子束焊接、激光焊接、螺柱焊接、爆炸焊接、鋁熱劑焊接等，這些新技術的發展也成為了水下焊接的重要補充。

（二）水下焊接技術的特點

水下焊接由于環境的復雜性，相較于陸上焊接存在著很多困難，這也是水下焊接技術的特點。

1.可見度低。在水下，水壓、氣泡、光等因素的影響，為水下焊接的實施帶來很大難度。首先是光的影響。水下本身能見度低，光在水下又產生了折射、反射等情況，同時在焊接時產生的水中氣泡和煙霧等，這都會影響水建水下焊接的能見度。以上因素直接導致水下焊接就是盲焊，盲焊就會導致成品會有質量問題。

2.焊縫含氫高。水下焊接時，電弧會將水分解產生氫。焊接時，焊縫中的氫相比于陸地上會高很多。如果氫的含量在成品中超出了一定范圍，就會使水下管道發生破裂，進而影響整個水下管道的結構，同時也是影響水下焊條電弧焊的焊接接頭質量差的重要原因。

3.冷卻速度太快。為了提高管道的堅硬程度，陸上焊接會運用淬火技術。但是水下焊接時，海水本身會進行熱傳導，在焊接成功后無法進行淬火技術的使用，所以會導致焊接成品的都存在一些問題。

4.水壓問題。隨著海水深度的加深，使壓力也不斷的增大。所以水下焊接的話會發生電弧柱變細焊道變窄問題。這也會導致焊縫高度增大而發生的穩定性降低的問題，同時也會產生更多的飛濺和煙塵。

5.不能實現連續工作。由于水下環境的復雜性，以及上文提到的諸多問題，為水下連續作業帶來一定難度。所以在水下工作時很多時候都是焊接一段時間，就要暫停一段時間，這是有很多因素來決定的，但是也會導致焊接的焊縫出現不連接的問題。

二、濕法水下焊接的研究

濕法水下焊接是直接在水下環境中運用焊條電弧焊和藥芯焊絲電弧焊進行焊接的一種造價較低、設備使用簡單的常用焊接技術。濕法水下焊接具有操作靈活簡便的特點。但是由于在水下環境中直接進行，就存在著成品的質量不高的問題。所以濕法水下焊接也不能應用于結構較復雜的焊接成品使用。

三、局部干法水下焊接研究

局部干法水下焊接是運用小型圓簡型氣室，將焊接局部區域的水利用氣體的循環來排開后完成的焊接過程。由于在焊接過程當中是處于相對干燥的環境，所以產品質量比較高。例如近海工工程鋼結構的焊接，就是運用局部干法是完成的。另外一些大型的氣罩水下焊接也可以使用局部干法。水下焊接的裝置變成了一個可拆卸的大型透明氣罩，運用局部干法水下焊接技術，完成較為復雜的水下焊接工程。

四、干法水下焊接研究

干法水下焊接是在壓力倉和工作室中，利用氣體將焊接部分的水吹開，使焊接過程完全處于水下干燥或者半干燥的環境下完成，包括高壓和常壓干法水下焊接兩大類。五、水下焊接技術的發展趨勢

（一）三種方法并存使用

上文中提到的水下濕法、局部干法、干法焊接是我國目前研究的比較成熟的焊接方法，而且也運用了許多年，對其優缺點也有一定研究基礎，所以在未來一段時間內，三種主要的水下焊接方法還是會被廣泛應用。同時，隨著水下焊接技術的不斷研究與發展，還會探索出更多的創新性方法應對與更為復雜和嚴峻的水下管道焊接使用。

（二）高質量水下焊條研發勢在必行

由于技術受限，我國水下焊接的技術仍不處在國內領先的水平，對于使用的工具與裝備也處于起步階段。例如水下焊條和水下藥芯焊絲只能應用于100米深的水下，在向深度延伸則需要更高質量的焊條和藥芯焊絲，所以從100米向200米突破技術是目前需要繼續研究的內容。

（三）焊接過程的監控技術需要繼續推進水下焊接的實現由于受到水下環境的限制呈現出很大的困難，這就需要對焊接過程給予高度的重視，實現焊接過程的全程監控，確保焊接質量，避免浪費重復修復的時間。目前使用的是自動化的軌道焊接系統和水下焊接機器人系統。因此，應該不斷朝著減小人工水下操作為主要方向，研制水下自動焊接機器人，水上人工實現監控，這樣的話不僅可以實現在更深的水下進行焊接，同時也減少了潛水焊接的危險性和工作強度，是未來發展可以參考的方向。

（四）水下焊接技術研究任重道遠

隨著我國不斷進行海洋石油的開采和城市發展的水下管道需求增加，水下焊接技術還有很長的路要走。不斷拓展技術的深度，解決實際出現的新問題，這是我國水下技術自主研發迫在眉睫要解決的問題。因此，水下焊接將在我國水下管道安裝和維修作業方面還要繼續進行深入的研究和發展。

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