水下管道的焊接技術(shù)研究

馬奔

摘要：水下管道焊接由于受到水下環(huán)境的限制，在技術(shù)手段、裝備、方法等方面受到很多限制。從水下焊接技術(shù)的分類和特點(diǎn)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(shù)的研究方向和趨勢，希望對此領(lǐng)域研究提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：水下管道;焊接;干法;濕法

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

一、水下焊接技術(shù)的分類和特點(diǎn)

（一）水下焊接方法的分類

我國已經(jīng)在陸上焊接的基礎(chǔ)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(yùn)用不同的裝置和技術(shù)，研制并使用的已經(jīng)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(shù)的發(fā)展也成為了水下焊接的重要補(bǔ)充。

（二）水下焊接技術(shù)的特點(diǎn)

水下焊接由于環(huán)境的復(fù)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(shù)的特點(diǎn)。

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(shí)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(chǎn)生了折射、反射等情況，同時(shí)在焊接時(shí)產(chǎn)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(dǎo)致水下焊接就是盲焊，盲焊就會導(dǎo)致成品會有質(zhì)量問題。

2.焊縫含氫高。水下焊接時(shí)，電弧會將水分解產(chǎn)生氫。焊接時(shí)，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(fā)生破裂，進(jìn)而影響整個(gè)水下管道的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是影響水下焊條電弧焊的焊接接頭質(zhì)量差的重要原因。

3.冷卻速度太快。為了提高管道的堅(jiān)硬程度，陸上焊接會運(yùn)用淬火技術(shù)。但是水下焊接時(shí)，海水本身會進(jìn)行熱傳導(dǎo)，在焊接成功后無法進(jìn)行淬火技術(shù)的使用，所以會導(dǎo)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(fā)生電弧柱變細(xì)焊道變窄問題。這也會導(dǎo)致焊縫高度增大而發(fā)生的穩(wěn)定性降低的問題，同時(shí)也會產(chǎn)生更多的飛濺和煙塵。

5.不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。由于水下環(huán)境的復(fù)雜性，以及上文提到的諸多問題，為水下連續(xù)作業(yè)帶來一定難度。所以在水下工作時(shí)很多時(shí)候都是焊接一段時(shí)間，就要暫停一段時(shí)間，這是有很多因素來決定的，但是也會導(dǎo)致焊接的焊縫出現(xiàn)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(huán)境中運(yùn)用焊條電弧焊和藥芯焊絲電弧焊進(jìn)行焊接的一種造價(jià)較低、設(shè)備使用簡單的常用焊接技術(shù)。濕法水下焊接具有操作靈活簡便的特點(diǎn)。但是由于在水下環(huán)境中直接進(jìn)行，就存在著成品的質(zhì)量不高的問題。所以濕法水下焊接也不能應(yīng)用于結(jié)構(gòu)較復(fù)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(yùn)用小型圓簡型氣室，將焊接局部區(qū)域的水利用氣體的循環(huán)來排開后完成的焊接過程。由于在焊接過程當(dāng)中是處于相對干燥的環(huán)境，所以產(chǎn)品質(zhì)量比較高。例如近海工工程鋼結(jié)構(gòu)的焊接，就是運(yùn)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(gè)可拆卸的大型透明氣罩，運(yùn)用局部干法水下焊接技術(shù)，完成較為復(fù)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(huán)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(shù)的發(fā)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(yùn)用了許多年，對其優(yōu)缺點(diǎn)也有一定研究基礎(chǔ)，所以在未來一段時(shí)間內(nèi)，三種主要的水下焊接方法還是會被廣泛應(yīng)用。同時(shí)，隨著水下焊接技術(shù)的不斷研究與發(fā)展，還會探索出更多的創(chuàng)新性方法應(yīng)對與更為復(fù)雜和嚴(yán)峻的水下管道焊接使用。

（二）高質(zhì)量水下焊條研發(fā)勢在必行

由于技術(shù)受限，我國水下焊接的技術(shù)仍不處在國內(nèi)領(lǐng)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(yīng)用于100米深的水下，在向深度延伸則需要更高質(zhì)量的焊條和藥芯焊絲，所以從100米向200米突破技術(shù)是目前需要繼續(xù)研究的內(nèi)容。

（三）焊接過程的監(jiān)控技術(shù)需要繼續(xù)推進(jìn)水下焊接的實(shí)現(xiàn)由于受到水下環(huán)境的限制呈現(xiàn)出很大的困難，這就需要對焊接過程給予高度的重視，實(shí)現(xiàn)焊接過程的全程監(jiān)控，確保焊接質(zhì)量，避免浪費(fèi)重復(fù)修復(fù)的時(shí)間。目前使用的是自動(dòng)化的軌道焊接系統(tǒng)和水下焊接機(jī)器人系統(tǒng)。因此，應(yīng)該不斷朝著減小人工水下操作為主要方向，研制水下自動(dòng)焊接機(jī)器人，水上人工實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，這樣的話不僅可以實(shí)現(xiàn)在更深的水下進(jìn)行焊接，同時(shí)也減少了潛水焊接的危險(xiǎn)性和工作強(qiáng)度，是未來發(fā)展可以參考的方向。

（四）水下焊接技術(shù)研究任重道遠(yuǎn)

隨著我國不斷進(jìn)行海洋石油的開采和城市發(fā)展的水下管道需求增加，水下焊接技術(shù)還有很長的路要走。不斷拓展技術(shù)的深度，解決實(shí)際出現(xiàn)的新問題，這是我國水下技術(shù)自主研發(fā)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(yè)方面還要繼續(xù)進(jìn)行深入的研究和發(fā)展。

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