自动焊设备国产化在海洋工程中的应用

吴 勇，历 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，焊接是一项非常大型的施工工作和内容，具有很高的特殊性及复杂性。因为海洋工程与水之间有着紧密关系，这就意味着焊接环境十分严峻，所以海洋工程对自动焊设备的要求非常高，并且还要在高标准的基础上保持较高的工作效率。随着海洋工程的不断发展，自动焊设备国产化已经成为必然趋势，因此应加强其在海洋工程应用方面的探究。

1 自动焊设备国产化在海洋工程中的重要性

当前我国海洋工程领域高度重视自动焊设备国产化工作，其重要性主要体现在以下3 个方面。

（1）降低海洋工程的建设费用。与发达国家相比，我国的劳动价格、设备原材料等较低，自动焊设备国产化之后不仅能降低设备采购成本，还能减少运输、检修、保险等环节的费用。

（2）进一步降低操作费用。海洋工程中自动焊设备维修及配件更换等相关工作内容都会产生一定的费用且在总费用中占有一定比例，减少这些费用支出是降低操作费用的重要途径之一。如果实现了自动焊设备国产化，则所有的维修及配件更换工作均可在国内进行，这会在一定程度上减少费用支出。

（3）自动焊设备国产化也是国家对海洋工程的一项重要要求，自动焊设备国产化能促使海洋工程得到更好的发展。

2 自动焊设备国产化在海洋工程中的应用道路

在我国渤中26-3 项目施工过程中，焊接技术团队自主研发全自动焊接机器人工艺并在该项目组块立柱加强环结构焊接施工环节有效运用，经过无损检验之后施工的4 块加强环板合格率高达100%。这是海洋工程第一次将全自动焊接机器人运用于大壁厚、全熔透结构工件，其成功运用将有效转变海洋工程以往手工焊接的工艺流程，为未来焊接自动化奠定良好的基础。根据实际情况，以往的海洋工程项目施工过程中，超过30 mm 壁厚的环板通常采取手工电弧焊加二氧化碳气体保护焊接工艺，在此过程中每一次开展焊道都需要进行一次清理焊渣工作，但仍存在焊接效率较差的现象，一个环板的焊接工作需要8～10 h。为了进一步提升焊接工作效率，焊接技术团队较早就重视并开展在自动焊机器人上进行创新研究。本次全自动焊接机器人在大壁厚、全熔透结构工件中的焊接施工过程中有效运用，充分体现出智能化设备高效、优质的特点，为智能化高效设备在海洋工程焊接领域的推广运用起到示范性作用[1]。

3 自动焊设备国产化在海洋工程中的应用现状

3.1 局部干法水下焊接

随着对焊接工艺提出的各项要求，海洋工程自动焊设备水下焊接已经成为主要趋势。局部干法水下焊接是水下焊接的主要技术之一，其应用于海洋工程时需要对焊接部分区域开展排水处理工作，也不需要大型焊枪，这样还能有效改善焊接接头。近几年来，我国有一部分单位在局部干法水下焊接技术方面已经获得突破性进展，例如：南昌大学构建了局部干法水下焊接的机器人系统，此系统不仅具有精致的焊枪，更具有局部排气罩的观察系统、自动调节系统以及跟踪系统，这使得水下焊接操作绝大部分已经实现了完整的跟踪过程[2]。同时，南昌大学还在该机器人中运用了矩形排气罩以及水下送丝机盒，将焊接设备以及水下焊接工艺等因素对水下焊缝的影响进行了对比工作。

3.2 常压干法水下焊接

在海洋工程开展过程中，局部干法水下焊接工艺的焊接施工既不会受到水深度的影响，也不会受到来自水各个方面所产生的影响作用，焊接过程以及焊接工作之后所得到的质量都与在陆地当中开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术被认为是海洋工程开展过程中质量最能够获得保障的水下焊接技术[3]。但是在运用该技术的过程中，因为很难保障管道及结构物焊接仓的密封性，焊接仓内部的压力也很难保证，所以极少出现在海洋工程焊接施工过程。该技术还有一种特殊情况，就是在浅海水领域运用围堰的方式。如果在浅水区开展焊接工作，会由于波浪及潮汐的影响而导致水的深度出现多种明显变化，这使得焊接工作环境极其不稳定，这时工作人员可以将焊接仓连接在水面之上，进而形成一个常压的焊接工作环境。

4 海洋工程水下焊接机器人

随着海洋工程以及自动焊设备的不断发展，现在海洋工程焊接设备逐渐实现了自动化、智能化，在潜水人员的帮助下还能实现对整个焊接过程的自动化监控，具备较高的焊接效率及焊接效果，但是也有两个明显缺点：一是焊接的水深不能超过650 m，二是对人事焊接工作人员的专业能力及技术水平要求较高。因此，为了让自动焊设备国产化在海洋工程领域真正发展起来、能运用于海洋的更深处，有效提升质量以及效率等，那么就要重视发展无人水下焊接机械设备。实际上无人水下焊接机械设备属于一种非常复杂的系统建设，是当前水下自动焊接设备国产化的发展方向[4]。但是，目前还没有充分了解水下的复杂环境，还存在着非常多的不确定因素以及不了解，水下遥控焊接技术的发展以及研究还停留在初级起步阶段，并不存在真正从事海洋工程焊接工作的水下焊接机器人设备。海洋工程水下焊接机器人设备要求有着非常高的稳定性、高效率、高精准度，在实际运用过程中能进一步减少物质消耗，有效提升焊接工作质量、改善工作环境，减少对于焊接工作人员的依赖，进一步降低整体成本，同时还能为海洋工程的自动化、智能化、国产化、大型化以及专业化发展奠定基础。

5 对自动焊设备国产化在海洋工程中应用的展望

近几年来，我国自动焊设备国产化工作呈现出迅速发展的局面，但是因为由于各种因素、原因，自动焊设备国产化并未完全高效地运用于实际海洋工程，其在海洋工程中的应用主要体现在以下两个方面。

（1）深海焊接工作以及海底焊接工作。在开展深海焊接工作以及海底焊接工作的过程中，自动焊设备（也就是水下焊接机器人）是必须具备的，为了使陆地的自动焊设备能尽快适应并高效地运用于海洋工程的水下焊接工作，那么需要进一步加强研究自动焊设备的精准定位技术、跟踪技术、手臂运动控制技术以及焊缝空间位置检测技术等内容，以快速地研究出更加具备智能化的水下焊接机器人[5]。

（2）自动焊设备以及无人浅水技术两者之间的相互结合，能够进一步促进自动焊设备国产化的研究进程及发展。现在我国可以有效统一无人浅水相关技术及自动焊设备的相关材料、技术、设备等方面内容，这能促进自动焊设备国产化在海洋工程中运用的更深层的分析探究。

6 总结

近几年来自动焊设备国产化工作发展得越来越好，但是相关设备在海洋工程的实际应用还处在于初级阶段，多个方面的应用水平都有待提升，因此应充分重视对于自动焊设备国产化在海洋工程的应用探究，进而在保证自动焊设备国产化应用效果的同时，使自动焊设备国产化以及海洋工程获得更好的发展。