海洋工程焊接技术的现状与分析

2017-03-10杨永松

环球市场 2017年10期

关键词：电弧焊海洋工程钻井

杨永松

太重(天津)滨海重型机械有限公司

海洋工程焊接技术的现状与分析

杨永松

太重(天津)滨海重型机械有限公司

海洋工程装备用材料的加工制造工艺主要以焊接为主，而我国新型海洋工程各种材料的焊接制造技术明显落后于发达国家，差距较大，难以满足国内海洋开发和参与国际竞争的需要，因此优质、高效的焊接技术已成为海洋平台装备制造的关键技术，也是海洋工程装备产业长期战略的关键因素。基于此，本文主要对海洋工程焊接技术的现状进行分析探讨。

海洋工程；焊接技术；现状与分析

1、前言

海洋工程装备制造业是国家“十二五”规划中明确重点培育和发展的战略性新兴产业，也是高端装备制造业的重要方向，是海洋工程装备产业调整和振兴的重要方向，尤其是海洋钻井平台业与船舶制造业。焊接技术是海洋工程中的重点技术，对焊接技术的探讨对海洋工程而言意义重大。

2、钻井平台焊接技术分析

2.1 自升式钻井平台

自升式钻井平台是主体能自行在海面升降的平台，属于移动平台。其优点是钻井作业平稳、效率高、造价相对低；缺点是桩腿有限，工作水深受限制。其结构分为钻井平台主体、桩腿和升降装置三部分。该钻井平台是近海石油勘探开发的主要海洋工程装备，在制造中的主要关键焊接技术是：升降装置中的厚板高强钢齿条的下料切割加工，齿条和升降管的加工，K、T、Y节点焊接。

2.2 半潜式钻井平台

半潜式钻井平台主要由浮体、立柱和工作平台三部分组成。浮体提供平台的大部分浮力，立柱用于连接工作平台和浮体支撑工作平台。工作平台是海上工作的主要结构，有钻井设备、钻井器材、起吊设备、安全救生、人员生话设施及动力、通信、导航等设备。半潜式钻井平台仅有立柱暴露在海浪环境中，抗风暴能力、稳定性等安全性能要求良好，所以通常选用优质的低合金高强钢，一方面减轻了平台的自重，同时又增加了可变载荷，钻井可以更深。目前半潜式钻井平台是深海水域进行油气勘探开发的主要钻井平台之一，该平台的关键焊接技术是：减少焊接缺陷，提高焊接接头的韧性，增强抗疲劳强度。

2.3 张力腿平台

张力腿平台(TLP)是一种垂直系泊浮式平台，该平台是通过张紧缆绳或张力腿将浮式半潜平台结构系于海底，适用于150～2000m水深海域。其结构由平台上体、浮体、张力腿、上部设施模块、顶张力口立管、悬链式立管和锚桩基础所构成。整个平台是通过由钢管组成的张力腿与固定于海底锚桩相连，船体浮力使得张力腿始终处于张紧状态，从而使平台保持垂直方向稳定。该平台的关键焊接技术是选用优质的高强度结构用钢和管子以及与之有关的焊接技术。

2.4 立柱式平台(SPARPLATFORM)

其主要特点吃水很深，水线面相对较小柱体底部装有压载，使平台重心低于浮力，保证了平台稳定性和垂直方向稳定，减少纵摇。平台中部侧面布置锚泊系统以锚泊在海底，从而减少了平台的纵荡和垂荡。由于立柱式平台其顶部模块与SPAR筒体间的连接以及桁架与硬舵/软舵之间的连接，这些关键节点的焊接要求有抗疲劳强度的要求和高韧性的要求。

2.5 浮式生产储卸油船

浮式生产储卸油船简称FPSO，是由锚系到海底的大型油船型驳船结构所组成，其通常与井口平台或海底采油系统组成一个完整的采油、原油处理、储油和卸油系统。FPSO具有投资省、建造周期短、迁移方便、可连续生产、重复使用等优点，适应水深条件范围广泛，具有风标效应，被广泛应用于环境恶劣的海域。FPSO船主要由系泊系统、船体部分、油生产设备、艉卸载系统等部分所构成。随着海洋工程装备的不断发展，新型的FPSO船不断地涌现，而且是朝着深水和超大型化FPSO船的方向发展。其在建造中的关键焊接技术要掌握厚板高强钢的焊接技术以及低温焊接接头的断裂韧性。

3、海洋工程焊接技术的现状与分析

海洋工程材料通过装备制造工业转化为在海洋工业使用的大型装备，是开发海洋资源的物质前提。由海洋工程材料到具体装备的制造过程中，离不开重要的传统制造方法——焊接，它占海工装备制造工作量的30～40%，不仅是海工装备制造安装的关键施工工艺，也是改造及维修的常用方法。焊接质量是评价海洋工程装备建造质量优劣的重要指标，合理的焊接方法能够提高装备制造效率，保证焊接产品的质量可靠性，提升装备制造整体水平。

海洋工程用钢铁主要分为：海洋平台、海底油气管线、舰船制造、海洋风力发电用钢铁材料等，如海洋平台桩腿齿条钢使用的Q690、海底油气管线使用的X65/70钢、舰船制造使用的EQ56/70钢、LNG船使用的殷瓦钢等。现阶段，欧美、韩国、新加坡等海洋工程装备制造强国已经掌握钢铁材料的先进焊接制造技术，也是世界范围内相关技术的引领者。国内海洋工程装备制造中的普通钢结构件焊接工艺已较为成熟，但重要结构件的特殊钢材的焊接工艺整体水平还有待提升。

国内针对海洋工程装备用钢铁材料的焊接方法依然以传统焊接方法为主，包括手工电弧焊(SMAW)、药芯焊丝电弧焊(FCW)、钨极氩弧焊(GTAW)、埋弧自动焊(SAW)、气电立焊(EGW)、焊剂铜衬垫单面焊(FCB)等，其中手工电弧焊、埋弧自动焊、药芯焊丝电弧焊是现阶段海工装备制造企业广泛使用的焊接方法。

随着海洋平台用钢材强度和厚度的增加，高强度钢板在海洋工程装备制造中的应用比例逐渐升高。目前国内大厚板高强钢的焊接仍采用手工电弧焊或半自动药芯焊丝电弧焊方法，自升式平台桩腿齿条板Q690钢的焊接仍以手工电弧焊为主。因海工装备制造用高强度钢板均有一定厚度，手工电弧焊的工艺复杂，同时厚板的清根亦十分繁琐，使得整体焊接效率不高。在劳动力成本高企不下的情况下，促使企业寻求更为高效的焊接方法和工艺。窄间隙焊接技术因其能显著提高焊接效率，节省焊接材料，近年来成为海洋工程装备大厚板焊接技术的热点和发展趋势。此外，复合焊接方法(激光电弧复合，等离子电弧复合等)因可集中利用各种焊接方法的优点，提高海洋平台用钢的焊接效率，且随着自动化程度的提高，也日益受到海洋平台用钢铁材料焊接制造的青睐。