自動焊設(shè)備國產(chǎn)化在海洋工程中的應(yīng)用

吳 勇，歷 超，周 敏

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

在海洋工程中，焊接是一項非常大型的施工工作和內(nèi)容，具有很高的特殊性及復(fù)雜性。因為海洋工程與水之間有著緊密關(guān)系，這就意味著焊接環(huán)境十分嚴(yán)峻，所以海洋工程對自動焊設(shè)備的要求非常高，并且還要在高標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上保持較高的工作效率。隨著海洋工程的不斷發(fā)展，自動焊設(shè)備國產(chǎn)化已經(jīng)成為必然趨勢，因此應(yīng)加強其在海洋工程應(yīng)用方面的探究。

1 自動焊設(shè)備國產(chǎn)化在海洋工程中的重要性

當(dāng)前我國海洋工程領(lǐng)域高度重視自動焊設(shè)備國產(chǎn)化工作，其重要性主要體現(xiàn)在以下3 個方面。

（1）降低海洋工程的建設(shè)費用。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的勞動價格、設(shè)備原材料等較低，自動焊設(shè)備國產(chǎn)化之后不僅能降低設(shè)備采購成本，還能減少運輸、檢修、保險等環(huán)節(jié)的費用。

（2）進一步降低操作費用。海洋工程中自動焊設(shè)備維修及配件更換等相關(guān)工作內(nèi)容都會產(chǎn)生一定的費用且在總費用中占有一定比例，減少這些費用支出是降低操作費用的重要途徑之一。如果實現(xiàn)了自動焊設(shè)備國產(chǎn)化，則所有的維修及配件更換工作均可在國內(nèi)進行，這會在一定程度上減少費用支出。

（3）自動焊設(shè)備國產(chǎn)化也是國家對海洋工程的一項重要要求，自動焊設(shè)備國產(chǎn)化能促使海洋工程得到更好的發(fā)展。

2 自動焊設(shè)備國產(chǎn)化在海洋工程中的應(yīng)用道路

在我國渤中26-3 項目施工過程中，焊接技術(shù)團隊自主研發(fā)全自動焊接機器人工藝并在該項目組塊立柱加強環(huán)結(jié)構(gòu)焊接施工環(huán)節(jié)有效運用，經(jīng)過無損檢驗之后施工的4 塊加強環(huán)板合格率高達(dá)100%。這是海洋工程第一次將全自動焊接機器人運用于大壁厚、全熔透結(jié)構(gòu)工件，其成功運用將有效轉(zhuǎn)變海洋工程以往手工焊接的工藝流程，為未來焊接自動化奠定良好的基礎(chǔ)。根據(jù)實際情況，以往的海洋工程項目施工過程中，超過30 mm 壁厚的環(huán)板通常采取手工電弧焊加二氧化碳?xì)怏w保護焊接工藝，在此過程中每一次開展焊道都需要進行一次清理焊渣工作，但仍存在焊接效率較差的現(xiàn)象，一個環(huán)板的焊接工作需要8～10 h。為了進一步提升焊接工作效率，焊接技術(shù)團隊較早就重視并開展在自動焊機器人上進行創(chuàng)新研究。本次全自動焊接機器人在大壁厚、全熔透結(jié)構(gòu)工件中的焊接施工過程中有效運用，充分體現(xiàn)出智能化設(shè)備高效、優(yōu)質(zhì)的特點，為智能化高效設(shè)備在海洋工程焊接領(lǐng)域的推廣運用起到示范性作用[1]。

3 自動焊設(shè)備國產(chǎn)化在海洋工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 局部干法水下焊接

隨著對焊接工藝提出的各項要求，海洋工程自動焊設(shè)備水下焊接已經(jīng)成為主要趨勢。局部干法水下焊接是水下焊接的主要技術(shù)之一，其應(yīng)用于海洋工程時需要對焊接部分區(qū)域開展排水處理工作，也不需要大型焊槍，這樣還能有效改善焊接接頭。近幾年來，我國有一部分單位在局部干法水下焊接技術(shù)方面已經(jīng)獲得突破性進展，例如：南昌大學(xué)構(gòu)建了局部干法水下焊接的機器人系統(tǒng)，此系統(tǒng)不僅具有精致的焊槍，更具有局部排氣罩的觀察系統(tǒng)、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及跟蹤系統(tǒng)，這使得水下焊接操作絕大部分已經(jīng)實現(xiàn)了完整的跟蹤過程[2]。同時，南昌大學(xué)還在該機器人中運用了矩形排氣罩以及水下送絲機盒，將焊接設(shè)備以及水下焊接工藝等因素對水下焊縫的影響進行了對比工作。

3.2 常壓干法水下焊接

在海洋工程開展過程中，局部干法水下焊接工藝的焊接施工既不會受到水深度的影響，也不會受到來自水各個方面所產(chǎn)生的影響作用，焊接過程以及焊接工作之后所得到的質(zhì)量都與在陸地當(dāng)中開展焊接工作方式存在基本相同的特征，因此，局部干法水下焊接技術(shù)被認(rèn)為是海洋工程開展過程中質(zhì)量最能夠獲得保障的水下焊接技術(shù)[3]。但是在運用該技術(shù)的過程中，因為很難保障管道及結(jié)構(gòu)物焊接倉的密封性，焊接倉內(nèi)部的壓力也很難保證，所以極少出現(xiàn)在海洋工程焊接施工過程。該技術(shù)還有一種特殊情況，就是在淺海水領(lǐng)域運用圍堰的方式。如果在淺水區(qū)開展焊接工作，會由于波浪及潮汐的影響而導(dǎo)致水的深度出現(xiàn)多種明顯變化，這使得焊接工作環(huán)境極其不穩(wěn)定，這時工作人員可以將焊接倉連接在水面之上，進而形成一個常壓的焊接工作環(huán)境。

4 海洋工程水下焊接機器人

隨著海洋工程以及自動焊設(shè)備的不斷發(fā)展，現(xiàn)在海洋工程焊接設(shè)備逐漸實現(xiàn)了自動化、智能化，在潛水人員的幫助下還能實現(xiàn)對整個焊接過程的自動化監(jiān)控，具備較高的焊接效率及焊接效果，但是也有兩個明顯缺點：一是焊接的水深不能超過650 m，二是對人事焊接工作人員的專業(yè)能力及技術(shù)水平要求較高。因此，為了讓自動焊設(shè)備國產(chǎn)化在海洋工程領(lǐng)域真正發(fā)展起來、能運用于海洋的更深處，有效提升質(zhì)量以及效率等，那么就要重視發(fā)展無人水下焊接機械設(shè)備。實際上無人水下焊接機械設(shè)備屬于一種非常復(fù)雜的系統(tǒng)建設(shè)，是當(dāng)前水下自動焊接設(shè)備國產(chǎn)化的發(fā)展方向[4]。但是，目前還沒有充分了解水下的復(fù)雜環(huán)境，還存在著非常多的不確定因素以及不了解，水下遙控焊接技術(shù)的發(fā)展以及研究還停留在初級起步階段，并不存在真正從事海洋工程焊接工作的水下焊接機器人設(shè)備。海洋工程水下焊接機器人設(shè)備要求有著非常高的穩(wěn)定性、高效率、高精準(zhǔn)度，在實際運用過程中能進一步減少物質(zhì)消耗，有效提升焊接工作質(zhì)量、改善工作環(huán)境，減少對于焊接工作人員的依賴，進一步降低整體成本，同時還能為海洋工程的自動化、智能化、國產(chǎn)化、大型化以及專業(yè)化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

5 對自動焊設(shè)備國產(chǎn)化在海洋工程中應(yīng)用的展望

近幾年來，我國自動焊設(shè)備國產(chǎn)化工作呈現(xiàn)出迅速發(fā)展的局面，但是因為由于各種因素、原因，自動焊設(shè)備國產(chǎn)化并未完全高效地運用于實際海洋工程，其在海洋工程中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

（1）深海焊接工作以及海底焊接工作。在開展深海焊接工作以及海底焊接工作的過程中，自動焊設(shè)備（也就是水下焊接機器人）是必須具備的，為了使陸地的自動焊設(shè)備能盡快適應(yīng)并高效地運用于海洋工程的水下焊接工作，那么需要進一步加強研究自動焊設(shè)備的精準(zhǔn)定位技術(shù)、跟蹤技術(shù)、手臂運動控制技術(shù)以及焊縫空間位置檢測技術(shù)等內(nèi)容，以快速地研究出更加具備智能化的水下焊接機器人[5]。

（2）自動焊設(shè)備以及無人淺水技術(shù)兩者之間的相互結(jié)合，能夠進一步促進自動焊設(shè)備國產(chǎn)化的研究進程及發(fā)展?，F(xiàn)在我國可以有效統(tǒng)一無人淺水相關(guān)技術(shù)及自動焊設(shè)備的相關(guān)材料、技術(shù)、設(shè)備等方面內(nèi)容，這能促進自動焊設(shè)備國產(chǎn)化在海洋工程中運用的更深層的分析探究。

6 總結(jié)

近幾年來自動焊設(shè)備國產(chǎn)化工作發(fā)展得越來越好，但是相關(guān)設(shè)備在海洋工程的實際應(yīng)用還處在于初級階段，多個方面的應(yīng)用水平都有待提升，因此應(yīng)充分重視對于自動焊設(shè)備國產(chǎn)化在海洋工程的應(yīng)用探究，進而在保證自動焊設(shè)備國產(chǎn)化應(yīng)用效果的同時，使自動焊設(shè)備國產(chǎn)化以及海洋工程獲得更好的發(fā)展。