海洋工程建造关键焊接技术研究

海洋工程建造关键焊接技术研究

徐澎，周岩，杭建伟

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东 青岛 266520）

摘要：随着人们对能源需求的日益增长，海洋资源的开发已成为人们关注的焦点。焊接技术已成为海上施工中不可或缺的一部分，并受到了广泛关注。焊接技术是提升海上施工质量的关键因素。因此，探索关键的焊接技术以提高海上结构的质量是很重要的，如直升机、半潜船、张力平台、钻井平台和浮式生产、储存和装卸船等。本文对高强度钢、复杂接头、高压管道的焊接技术和厚钢板的切割技术进行了深入分析。

关键词：海工建造；关键焊接技术；探究

引言

随着科技的进步，海洋工程行业的焊接技术也取得了长足的进展。本文将重点分析高强钢焊接、复杂接头焊接、焊接变形和残余应力控制、高压管道焊接、厚钢板切割、海洋工程焊工资格和培训质量等方面。

一、关键焊接技术对海工建造技术起到的作用

（一）对自升式钻井平台技术的作用

自升式钻井平台主要由桩腿、平台结构以及升降机所组成，而升降平台的主船体是不透水的封闭结构。升降平台可根据水位自动提升，具有良好的稳定性，平台成本相对较低。然而，它在操作环境方面有其缺点，因为它不能在较深的水域钻探和生产石油，主要是由于桩的长度有限。在海工设计中，关键的焊接技术可以有效地解决自升式的下沉问题，同时也有助于解决自升式导向管的机械疲劳问题。

（二）对半潜式钻井平台技术的作用

一个半潜式自升式平台由几个部分组成，如支撑和连接平台的柱子和提升平台的浮筒。半潜式平台的柱子在水面以上，直接暴露在水面环境的变化中，而浮子则基本浸没在水中，这使得半潜式平台可以抵抗恶劣的环境。由于半潜式筏子的特点，该设备由高强度低合金钢制成，减少了筏子的重量，提高了其承载能力，从而有利于施工作业。通过半直接电弧焊改善生产中焊缝质量缺陷的重要焊接技术起到了很好的促进作用，主要是加强了焊缝接头和提高了焊接位置的疲劳强度，其他方面起到了较大的促进作用。

（三）对张力腿平台技术的作用

张力腿平台具有出色的灵活性，能够在水中进行精确的垂直锚定，大大提高了使用效率。张力腿平台是一种特殊的设备，它由半柔性和半刚性材料制成，能够产生巨大的浮力来平衡预载，为使用者提供一个稳定的工作环境。这种设备的优势在于它能够承受更大的负荷，并且具有良好的稳定性。除此之外，张力腿平台的独特设计使其能够更有效地提升运动能力。使用合适的焊接技术是确保高强度钢能够承受张力腿片状结构的重要因素。

（四）对深吃水立柱式平台的作用

深压柱式钻机由顶部组块、浮动柱架、系泊缆绳、顶部浮动井口、悬链和桩基组成，由于钻机的水平重心低于浮动线，为钻机提供了强大的稳定性，防止了外界环境的影响。深海钻井平台的系泊系统位于海床上，以稳定钻井平台，避免在操作过程中因钻井设备的重量或外部环境的影响而产生纵向振动。一项重要的焊接技术可以有效地提高深水钻机结构的疲劳强度。

（五）对浮式生产储卸油船的作用

通过钻井船与浮式生产、储存和处理船的合作，海上采油系统将得到进一步加强。浮式生产、储存和卸载船的优点是在深水中易于移动、提升和处理，并能承受苛刻的操作条件。低温焊接接头技术的关键作用可以显著提高浮式生产储卸船焊接接头的抗断裂能力，浮式生产储卸船对焊接质量起着关键作用。

二、海洋工程制造中的关键焊接技术分析

（一）高强钢的焊接技术

在海洋工程中，低合金高强度钢是常用的结构材料之一，其焊缝的延展性是一个非常重要的质量指标。延展性是指材料在受到外力作用时能够承受的变形程度，包括裂纹扩展和断裂前的弹塑性变形。它反映了材料的强度和延展性。焊接技术在海上设备和大型船舶的发展中至关重要，其中一个基本原则就是确保焊缝具有足够的延展性。EQ70钢是一种常见的材料，在焊接过程中容易出现冷裂。焊接过程中的快速加热和冷却会导致金属材料的强度增加，但同时也会降低它们的延展性。如果焊接过程中冷却效果较差，焊接金属和材料的强度会下降，延展性和韧性也会降低。因此，当焊接过程中冷却速度达到一个适当的水平时，焊接金属的强度、韧性和延展性都会得到最大化。换句话说，一旦材料稳定下来，输入的热量决定了焊缝的性能，为了获得性能优良的焊缝，需要寻找最佳的输入热量平衡点是必要的。在海洋设备的生产过程中，企业必须严格遵守国际标准和规范，特别是焊接程序规范(WPS)。这些标准和规范旨在通过测试来评估和实现有效的焊接过程，以确保生产质量和安全性。高强度钢的焊接技术需要经过多个步骤的检测和检验，包括设计合理的焊接接头、精确的焊接工艺、优质的焊接材料和设备、适当的加热条件、良好的通孔温度控制、有效的冷裂纹控制、层状磨损控制、抗裂性测试等。这些步骤的完成都是为了保证高强度钢的焊接质量。

（二）复杂节点的焊接技术

海事技术结构通常采用复杂的焊接接头，以确保船体和管柱的稳定性和安全性。在焊接复杂结构时，特别是在水平横向构件与管柱式结构、管柱与上下船体结构、叶片吊车底座和螺旋桨底座等受力部件的焊接过程中，必须严格控制安装顺序、角斜接和加工方法以及焊接程序。为了确保焊接质量，我们需要选择合适的焊接材料并进行加热。在焊接之前，我们还需要控制层间温度，以确保焊接质量。焊接完成后，我们还需要进行热处理，以保证焊接质量。所有必要的工作都已准备好，包括获得合格证书的焊工，分配和储存填充金属，加工，使用焊接设备，并确定焊接环境。最后，我们按照规定的顺序进行焊接。

（三）焊接变形及焊接残余应力的控制技术

如今，数值模拟计算与试验验证方法相结合，更好地控制局部重要结构的焊接过程中的残余应力，还可以利用超声波效应、焊接金属的再熔化、焊接能量管理、焊接金属的研磨、焊前加热和焊后热处理来减少焊接过程中的残余应力。

（四）高压管线的焊接技术

在船舶制造中，通常使用低强度的高压管材料。为了确保高压管的焊接质量，必须严格按照高强度钢焊接技术的标准进行评估，并在实际生产中进行检验和控制。

（五）大厚度钢板的切割技术

大厚度的高强度、低合金钢经常用于船舶设备，例如作为船舶起重机钢。Dillimax 690E钢板可以直接切割并连接到起重机框架上，无需进一步加工。有C146和JU2O0E两种型号，它在切割技术方面设定了非常高的标准。首先，为了获得清晰干净的切割效果，切割火焰必须保持在2-3米的长度，并且切割喷嘴的压力和速度必须足够高。这样才能保证切割过程的顺利进行。为了避免钢板变形，采用两端对称的切割技术是一种有效的方法。在切割厚钢板时，应该首先考虑增大进气管的直径，并使用更高效的切割设备和工具来提高切割效率。为了确保安全，我们可以使用大型液氧储罐来储存燃料和切割气体。在使用丙烷或氧气进行切割时，应该注意控制切割速度，并在切割厚钢板之前进行预热，以保证切割质量。这样可以有效去除钢板表面的水分，提高切割效率。请将中心火焰的氧气压力调整为0.6兆帕，并将丙烷的压力提高到1/10，以确保它能够正常燃烧。

（六）高压管线焊接技术

大多数海洋工程，在整个施工周期中都使用高压管道材料，因此在焊接高压管道时应严格遵循相关的焊接工艺规程，在评估其是否科学合理、工艺评价的基础上，选择合适的焊接工艺进行焊接。同时，应特别注意高压管道的焊接，应将高压管道焊接在船体底板上。

结束语

海洋工程的核心技术是海工装备建设的基础，因此海工企业必须投入大量资源来R&D这些技术。同时，要不断完善主要核心技术，并确保自己掌握这些技术，以提高海洋工程的性能。在实践中，要恰当地解决难点和重要问题。通过解决问题并探索改进核技术的方法，我们可以获得自主创新的权利。为了提高焊接质量并降低海洋建设的成本，我们鼓励焊接工程技术人员深入研究基本的焊接技术，并提出更加科学合理的方法。我们将为海洋建筑业的成功做出巨大贡献。

参考文献

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