淺談海洋工程焊接技術(shù)

孟繁彬 代志強(qiáng) 宋旭光 楊延成

摘要：近些年來，隨著航運(yùn)需求的提升，我國(guó)的海洋工程獲得了比較大的發(fā)展。海洋裝備加工制造主要以焊接為主，焊接技術(shù)的應(yīng)用水平直接影響海洋裝備的制造水平。在海洋事業(yè)不斷發(fā)展的背景下，需要不斷提升海洋工程焊接技術(shù)的水平，加強(qiáng)對(duì)海洋焊接技術(shù)的研究，保證相關(guān)的焊接技術(shù)能夠有效應(yīng)用于海洋工程中，從而提升海洋工程裝備的水平，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)海洋事業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：海洋工程;焊機(jī)技術(shù);材料;應(yīng)用

1海洋工程焊接技術(shù)的現(xiàn)狀與分析

海洋工程材料通過裝備制造工業(yè)轉(zhuǎn)化為在海洋工業(yè)使用的大型裝備，是開發(fā)海洋資源的物質(zhì)前提。由海洋工程材料到具體裝備的制造過程中，離不開重要的傳統(tǒng)制造方法——焊接，它占海工裝備制造工作量的 30～40%，不僅是海工裝備制造安裝的關(guān)鍵施工工藝，也是改造及維修的常用方法。焊接質(zhì)量是評(píng)價(jià)海洋工程裝備建造質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，合理的焊接方法能夠提高裝備制造效率，保證焊接產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性，提升裝備制造整體水平。

隨著海洋平臺(tái)用鋼材強(qiáng)度和厚度的增加，高強(qiáng)度鋼板在海洋工程裝備制造中的應(yīng)用比例逐漸升高。目前國(guó)內(nèi)大厚板高強(qiáng)鋼的焊接仍采用手工電弧焊或半自動(dòng)藥芯焊絲電弧焊方法，自升式平臺(tái)樁腿齒條板 Q690 鋼的焊接仍以手工電弧焊為主。因海工裝備制造用高強(qiáng)度鋼板均有一定厚度，手工電弧焊的工藝復(fù)雜，同時(shí)厚板的清根亦十分繁瑣，使得整體焊接效率不高。在勞動(dòng)力成本高企不下的情況下，促使企業(yè)尋求更為高效的焊接方法和工藝。窄間隙焊接技術(shù)因其能顯著提高焊接效率，節(jié)省焊接材料，近年來成為海洋工程裝備大厚板焊接技術(shù)的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。此外，復(fù)合焊接方法（激光電弧復(fù)合，等離子電弧復(fù)合等）因可集中利用各種焊接方法的優(yōu)點(diǎn)，提高海洋平臺(tái)用鋼的焊接效率，且隨著自動(dòng)化程度的提高，也日益受到海洋平臺(tái)用鋼鐵材料焊接制造的青睞。

2海洋工程焊接技術(shù)分析

隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，焊接已和電子技術(shù)、自動(dòng)控制及信息化等多學(xué)科緊密結(jié)合。對(duì)未來海洋工程領(lǐng)域焊接技術(shù)的發(fā)展，主要應(yīng)集中在多學(xué)科協(xié)同合作的焊接智能化、自動(dòng)化焊接系統(tǒng)、優(yōu)質(zhì)高效焊接工藝、高效焊接材料開發(fā)等方向。

2.1高強(qiáng)鋼的焊接技術(shù)

海洋工程裝備的制造材料主要是低合金高強(qiáng)鋼，焊接接頭的質(zhì)量指標(biāo)主要是韌性。韌性是材料在載荷的作用下具有抵抗裂縫擴(kuò)展和開裂的性能，也是材料開裂之前彈塑性變形過程中能夠吸收能量的性能，是材料塑性和強(qiáng)度的結(jié)合。海洋工程裝備要想在焊接技術(shù)上有所提高，首先應(yīng)該保證焊接接頭的韌性要好。部分鋼材料經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)焊接冷裂縫的情況，主要是焊接時(shí)的加熱冷卻較快，使得熱影響區(qū)和焊縫的塑性和韌性較低，但是強(qiáng)度較高。如果焊接過程的冷卻速度較低，那么在進(jìn)行焊接時(shí)會(huì)使熱影響區(qū)和焊縫的塑性、韌性較高，但是強(qiáng)度比較低。所以，進(jìn)行焊接時(shí)應(yīng)該將冷卻速度控制在合理的范圍內(nèi)，找到熱影響區(qū)和焊縫的韌性、塑性以及強(qiáng)度的最優(yōu)平衡點(diǎn)。

這就說明，當(dāng)焊接材料一定時(shí)，焊縫的性能主要是由熱輸入決定的，要想保證焊縫的性能，就應(yīng)該保證熱輸入在合適的范圍內(nèi)。海洋工程裝備制造時(shí)應(yīng)該根據(jù)國(guó)際有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的熱輸入要求，通過試驗(yàn)來選擇高效的焊接工藝。高強(qiáng)鋼焊接技術(shù)中還有一些試驗(yàn)和研究，包括設(shè)計(jì)焊接接頭，選擇合適的焊接設(shè)備、焊接材料以及焊接方法;焊接過程中層間溫度、預(yù)熱、后熱溫度控制;控制焊接接頭的頭冷裂縫;控制 T 型接頭焊接層狀撕裂以及大厚度十字接頭;焊接接頭斷裂韌性試驗(yàn)。

2.2復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的焊接技術(shù)

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。

2.3鈦合金材料的焊接技術(shù)

鈦合金在海洋工程中具有先天優(yōu)勢(shì)，因其本身的耐腐蝕性和強(qiáng)度方面都比較好，而且對(duì)海水以及海洋大氣的腐蝕性有更好的抗性，所以非常適合使用在海洋工程中。在制造一些輕型海工裝備中經(jīng)常應(yīng)用鈦合金，對(duì)提高海洋裝備的性能促進(jìn)海上作業(yè)的能力和安全角度有很大的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于海洋建設(shè)來說，鈦合金材料可以良好的促進(jìn)其發(fā)展，所以需要先進(jìn)的鈦合金焊接技術(shù)使其可以發(fā)揮更大作用。美國(guó)等國(guó)家將鈦合金應(yīng)用在了航母的制造上，因?yàn)檫@些國(guó)家在相關(guān)焊接工藝方面比較先進(jìn)，我國(guó)在上世紀(jì)也開始研究鈦合金的相關(guān)技術(shù)，現(xiàn)階段已經(jīng)獲得了一定的成果，已經(jīng)可以滿足海洋工程的一些基本應(yīng)用。但是在鈦合金相關(guān)技術(shù)發(fā)展的過程中，我國(guó)還有很多方面出處在研究階段，與一些相關(guān)技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家還有很大的差距，例如怎樣在控制艦船鈦合金焊接，怎樣良好的控制氫與焊接應(yīng)力等方面的研究中還沒獲得較好的成果。這一方面已經(jīng)成為限制我國(guó)這一技術(shù)發(fā)展的最大難題，也是國(guó)內(nèi)外技術(shù)差距的體現(xiàn)。現(xiàn)階段我國(guó)在鈦合金焊接技術(shù)應(yīng)用上的研究比較落后，使得鈦合金焊接的相關(guān)方面處在比較落后的位置。

3結(jié)語(yǔ)

在海洋工程中對(duì)焊接的質(zhì)量具有比較高的要求，因此相關(guān)的焊接作業(yè)需要經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量。首先需要進(jìn)行焊接環(huán)境檢查，保證焊接的環(huán)境符合焊接標(biāo)準(zhǔn)，以及環(huán)境的溫度濕度條件能夠滿足焊接的要求;其次是焊接過程檢查及控制，在焊接的過程中需要嚴(yán)格的按照工藝標(biāo)準(zhǔn)以及焊接指導(dǎo)書進(jìn)行焊接，同時(shí)安排專人監(jiān)督檢查，需要重點(diǎn)檢查焊接工藝應(yīng)用是否規(guī)范等;最后需要進(jìn)行焊接后檢查，包括外觀檢查，無損探傷檢查等，保證相關(guān)檢查措施的有效落實(shí)，從而確保焊接的質(zhì)量。

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