中海油能源发展装备技术有限公司 天津市 300452
摘要：自动焊技术以其高效、优质的特点，在海洋工程建设中越来越受到重视。随着海洋石油设备及管道厚度、管径的进一步增大以及高强度材料的应用，为获得施工过程的高效率和高质量，数字化、自动化、智能化的自动焊技术将是海洋石油设备及管道焊接的发展方向。因此文章简要探讨了海洋石油设备及管道自动焊技术现状及发展前景，仅供参考。
关键词：海洋石油设备；管道自动焊技术；发展前景
随着我国海洋油气资源开发逐步向深水发展，自动焊技术以其高效、优质的特点在海洋工程中的应用得到了工程建设者的高度重视，高效率的结构、容器焊接技术、高效海底管道铺设焊接新技术、水下焊接修复焊接新技术和海洋油气管道焊接自动化的应用提高了海洋工程的建设效率，缩短建设周期，降低开发成本，海洋工程的焊接质量得到了较大的提高，从而降低了海洋工程设施在海上施工及运行期间的风险。
一、海洋石油工程自动焊技术的现状
海洋工程焊接施工经历了手工焊、半自动手工焊和自动焊三个阶段，目前高效的自动焊接技术在海洋工程压力容器、管道的焊接以及水下焊接技术已经得到了全面发展和广泛应用，使得海洋工程的焊接效率和质量得到了大幅提高，自动焊接技术的应用水平和国外海洋工程项目比较相差不大，不足之处是高效节能的自动焊接设备及特殊专用的海底管道、水下焊接成套设备需要进口，水下焊接的应用起步较晚。
（一）压力容器自动焊接技术
从 20 世纪 50 年代起，我国开始自动焊接技术的研制和发展；20 世纪 80 年代国内的大型压力容器制造企业从国外引进了一大批先进的焊接设备如窄间隙焊机、多功能氩弧焊机、小口径管内壁堆焊机等等，先进的自动化、机械化焊接工艺在压力容器行业得到了广泛的推广应用，在消化国外先进技术的同时，国内开发、研制的成套焊接设备基本满足了国内压力容器生产的需要，2000 年以后，国内压力容器厂家以大型厚壁容器为目标开发新的焊接工艺设备、焊接材料技术（如厚壁壳体窄间隙埋弧焊技术、壳体内壁带极堆焊技术、小直径管内壁氩弧堆焊技术、管子-管板全位置焊接技术、接管马鞍型管座自动焊接技术），特别是一些新材料（双相不锈钢、超级双相不锈钢、镍基耐蚀合金、高强度耐热抗氢钢等）的焊接技术以及焊前焊后的热处理技术的进一步研发，国内压力容器制造行业的焊接技术得到了高速发展，大直径、大壁厚、大吨位的压力容器已基本实现国产化，如第一重型机械集团公司制造的锻焊式热壁加氢反应器最大壁厚达到281 mm，单台容器重量达到 1000 t。
（二）海洋石油平台结构件自动焊
海洋石油平台除一部分具有一般船舶的结构形式外，主要结构为各种弦杆和斜杆等组成的钢管析架结构。通常根据结构件的应力状态和一旦破坏所造成后果的严重情况，可以分为关键构件、重要构件和一般构件。关键构件是对结构整体最重要的构件，例如导管架管节点、甲板构架和立柱的连接等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆重要构件对结构整体是比较重要的构件，以及对作业安全是很重要的其它构件，例如导管架反齿条、腿柱、桩管等。
1.TYK节点焊接
导管架中连接多个管件的接头称为管节点。TYK是管与管相交而成的析架结构，圆管接头位置固定，焊缝为空间曲线焊缝，焊接时需要采用全位置焊接工艺，焊接过程复杂，目前国内外采用的均是焊条电弧焊或COZ气体保护焊进行焊接，尚未实现全自动焊。海洋石油工程股份有限公司通过Motoman UP20弧焊机器人进行模拟试验，与现行半自动COZ气体保护焊进行对比研究，对TYK节点自动焊接方案、可行性、效率等进行了评估和分析，其结论是在现有的空间接头装配精度的前提条件下，采用普通的智能程度低的弧焊机器人难以实现复杂的TYK节点全自动焊接。
2.桩管焊接
桩管中的焊缝是标准的环焊缝，比较适合采用自动焊接小车进行焊接。中国石油集团采用熔化极气体保护焊进行了桩管预制焊接，桩管的材质为E36船用钢，规格为D1 000 mmx24 mm和D914 mmx40 mm，其坡口型式为50°的V型坡口。焊接时桩管水平固定，打底焊为手工焊，后续焊道为全位置自动焊，焊接小车沿桩管圆周焊完一遍，快速退回原起焊处再焊下一道，直至焊缝焊满。焊接过程在CCS验船师的监督下进行，整管环焊缝进行X射线探伤和超声波检查，无损检测结果全部合格。
（三）海底管道铺设自动焊
1.海底管道S型铺设焊接
海底管道S型铺设时，管道位于水平位置，焊接小车进行全位置焊接。法国Serimax公司是海底铺设自动焊接设备的领先制造商，同时也是第一家在自动焊接小车上采用双焊炬的制造商，其SATURNAX机型得到了广泛的应用，海洋石油工程股份有限公司起重铺管船“蓝疆”号、海洋石油201、海洋石油202上均配备了该设备。SATURNAX的焊接工艺规范可以通过笔记本传输给焊接控制系统。
2.深水海底管道J型铺设焊接
当水深超过1 500 m时，J型铺设与S型铺设相比，具有突出的技术优势。海底管道J型铺设时，管道位于垂直或者近似位置，焊接小车进行横向焊接，原则上用于S型铺设的管道自动焊接设备均可以用于J型铺设。
（四）深水结构物摩擦叠焊维修
摩擦叠焊是一种固相连接技术，与高压焊接等传统的水下焊接方法相比，具有焊接参数受水深影响不大，可以在水中直接作业、易于实现自动化等突出的技术优点。德国GKSS研究中心对摩擦叠焊及其单元成形过程进行了一系列研究。
二、海洋石油工程自动焊技术的展望
（一）海洋石油平台结构件
TYK节点自动焊海洋石油平台结构件TYK节点自动焊目前因为坡口加工、组对等前期工序质量难以保障而尚未应用，随着智能制造的推进，通过使用5轴联动数控切割机保障相贯线轨迹精确度与坡口加工的精确度，以及使用智能型较高具备较强的焊缝跟踪能力的中厚板弧焊机器人，是完全可能实现机器人焊接的。桩管焊接已经采用自动焊替换手工焊，并且开发了多种焊接工艺，大幅度降低了劳动强度、提高了生产效率。
（二）海底管道铺设自动焊
采用Tandem双丝焊技术可以大幅度提高焊接效率，Tandem双丝焊不仅可以用于海底管道S型铺设，也可以用于深水海底管道J型铺设。Tandem双丝焊的2根焊丝交替处于峰值电流状态，从而在任意时刻均只有1根焊丝加热熔池，熔池尺寸得到了控制，而且2根焊丝都是PGMAW，热输入控制效果好，非常适合于焊接熔池控制困难的J型铺设焊接。有关对比试验表明，与传统的单丝焊相比，Tandem双丝焊用于J型铺设，完成相同规格环焊缝所需要的焊接时间缩短为49%。
（三）水下结构物维修焊接
到目前为止，已研究和应用的水下焊接方法达20多种，以电弧熔焊方法为主，一般将水下焊接方法分为三大类，即湿法、干法及局部干法。对于水下结构物维修而言，水下干式高压焊是比较成熟的高质量焊接工艺，其焊接质量可达到陆地焊接的水平，装备复杂，施工时间长，辅助人员多，施工成本高。未来重要的发展方向是采用无潜水员的全自动作业系统进行深水作业，透过水下机器人的合作进行水下结构物在维修中需求的所有工作工序。
总而言之，对于海洋石油工程建设而言，需要大量的焊接作业，应当紧密融合实际所需，有目的地使用焊接技术方案，提高数字化、自动化、智能化的自动焊技术应用的比例，在保障焊接质量的同时提高施工的效率，从而加快海洋油气工程的建设。
参考文献
[1]王振科.焊接技术在我国石油工程建设中的应用探析[J].工业.2014.（11）
[2]冯冲，虞明星.海洋平台TYK节点自动焊接技术可行性研究[J].焊接技术，2012，41（6）
论文作者:朱克龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/18
标签：管道论文; 海洋论文; 水下论文; 海洋工程论文; 技术论文; 焊接技术论文; 海底论文; 《建筑学研究前沿》2017年第24期论文;