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海洋工程焊接技术与材料

摘要：近些年来，随着航运需求的提升，我国的海洋工程获得了比较大的发展。海洋装备加工制造主要以焊接为主，焊接技术的应用水平直接影响海洋装备的制造水平。在海洋事业不断发展的背景下，需要不断提升海洋工程焊接技术的水平，加强对海洋焊接技术的研究，保证相关的焊接技术能够有效应用于海洋工程中，从而提升海洋工程装备的水平，进一步促进我国海洋事业的发展。

关键词：海洋工程；焊机技术；材料；应用

海洋装备制造是海洋事业发展的重要保障，也是国家十二五战略中重点扶持的新兴产业，对于国家产业升级转型战略的实施具有重要的意义。海洋装备制造具有很高的复杂性以及技术性，在海洋装备制造中，焊接技术的应用对相关装备制造的质量具有重要的影响。从海洋装备制造实践上来看焊接工作约占总工作量的30%-40%，同时焊接技术所涉及的也不仅仅是海洋装备制造，焊接技术也是装备改造以及装备维修中的重要环节。目前来看，由于我国海洋工程起步较晚，因此在焊接技术上与一些海洋装备制造强国还有一定的差距。这种差距会在一定程度上制约我国海洋事业的发展。因此需要将海洋工程焊接技术的研究重视起来，一方面需要保证焊接技术的合理应用，另一方面需要充分考虑到材料因素，加强对海洋工程材料的了解，从而系统性的提升海洋装备制造水平。

1海洋工程焊接材料研究

在海洋工程中针对不同的装备类型需要选择不同的材料，从而满足不同条件对材料性能指标的要求。比如海洋平台桩腿齿条钢使用的就是Q690钢材，海底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。目前来看，一些欧美发达海洋国家以及亚洲的日本在海洋工程钢材的研发上以及焊接技术的掌握上走在世界前列。我国的海洋工程装备制造业近些年发展的也比较快，目前对于普通钢结构件的焊接技术已经能够成熟掌握。但是在一些特殊部位或者是性能要求比较高的结构部件的焊接上还有很大的提升空间，从我国海洋工程常用的焊接技术来看，主要包括手工电弧焊（SMAW）、药芯焊丝电弧焊（FCW）、钨极氩弧焊（GTAW）、埋弧自动焊（SAW）等。

随着远洋航行需求的提升，以及船舶性能提升的需求，在海洋工程对钢材的强度提出了比较高的要求，高性能的钢材需要更为可靠的焊接技术作为支撑。目前我国对高性能钢材的焊接还主要采取手工电弧焊或半自动药芯焊丝电弧焊的方式。由于在海洋工程高性能钢材的厚度比较大，因此在应用手工电弧焊的过程中，对厚板进行清根的流程是十分复杂，这在很大程度上影响了焊接的效率，也造成了焊接成本的增加，在海洋装备制造需求不断提升的背景下相关的企业不断寻求新型高效的焊接技术，以满足大厚板焊接的需求。目前来看，集成了了激光电弧复合，等离子电弧复合等焊机方法优点的复合焊接技术能够有效的提升焊接的效率，并保证焊接的质量，该焊接技术的应用对我国海洋工程的发展具有重要的意义。

2海洋工程焊接方法

2.1高强度钢焊接

目前低合金高强钢是海洋工程制造中的主要材料，在针对该材料的焊接中，检验焊接质量的指标主要就是焊接后的韧性保持。只有保证焊接部位有一定的韧性，才能通过弹塑性变形防止焊接部位开裂，保证相关设备的使用强度。目前海洋工程中应用了大量的高强度钢材，而想要保证高强度钢材的优势得到充分发挥，就需要提升焊接部位的韧性。在焊接工作中，由于部分钢材的性能比较特殊，因此在焊接后容易出现焊接冷裂缝的问题，这种问题产生的主要原因在于焊接冷却较快，使得热影响区和焊缝的塑性和韧性较低，但是强度较高。如果在焊接的过程中，冷却的过程比较慢就会导致焊接区域的塑性以及韧性比较强，但是这种焊接方式往往无法保证焊接的强度。因此在针对高强度钢进行焊接的过程中，需要对冷却的速度进行合理的控制，平衡好焊接强度与韧性之间的关系。在焊接的过程中，需要明确一个观点，那就在材料一致的情况下，热输入的强度直接影响焊接区域的性能表现。想要提升焊接的质量就需要对焊接过程中的热输入进行合理有效的控制。目前国际上对焊接热输入有一定的标准，在焊机高强度钢的过程中一定要按照相关标准的要求来进行热输入的控制。在这个过程中需要根据材料性能选择相应的焊接设备以及焊接方法，在焊接的过程中层间温度，预热以及后热温度都要有效的控制；控制焊接接头的头冷裂缝；控制 T 型接头焊接层状撕裂以及大厚度十字接头；焊接接头断裂韧性试验。

2.2复杂节点焊接技术

从海洋工程装备的结构特点上来看，主要以绗架和管子及立柱结构，这种结构决定了接头的焊接相对复杂。尤其在一些关键性的受力结构的焊接上。比如水平横撑与立柱结构、立柱与上下船体结构、克令吊基座、等部位的焊接上，不仅需要保证焊接技术应用的合理性，还需要把握好焊接的流程，以及各个结构的焊接顺序，在不同的结构下对接头以及坡口角度的加工方法也有一定的要求，在焊接的过程中根据结构的强度要求，合理的控制热输入，做好焊接前准备工作，从而提升关键节点焊接的质量以及焊接的效率。

2.3钛合金管道的焊接

钛合金材料被称为“未来材料”，本身具有优良的性能，在材料的强度，重量韧性以及耐腐蚀性上与钢材料相比具有比较大的优势。也正是这种优势能够让其在海洋工程中发挥巨大的作用。由于钛合金材料的重量轻，强度高，因此在船舶和海工装备制造中，经常会将钛合金作为关键部分管道的材料，能够有效的保证管道的耐腐蚀能力以及强度。在针对钛合金管道的焊接中首先需要选取合适的焊接技术，目前来看采取钨极惰性气体保护电弧焊在钛合金管道的焊接中能够起到很大的优势，在焊接的过程中由焊炬的喷嘴送进氩气或氦气能够有效防止钛金属与其他物质发生反应。由于钛金属在低温的情况下会吸氧影响焊接部位的强度，因此在焊接完成后也需要对焊接部位进行气体保护，一般来说可以采用环缝气体保护托罩来对焊接部位进行气体保护。另外在焊接之前需要做好对管道的清洁，防止杂质进入到管道，同时还需要保证焊接人员的技术水平，在过程中由于会产生一定的焊接气孔，因此需要注重焊接修补，保证焊接的质量。

2.4注重对焊接过程的监督检查

在海洋工程中对焊接的质量具有比较高的要求，因此相关的焊接作业需要经过严格的质量。首先需要进行焊接环境检查，保证焊接的环境符合焊接标准，以及环境的温度湿度条件能够满足焊接的要求；其次是焊接过程检查及控制，在焊接的过程中需要严格的按照工艺标准以及焊接指导书进行焊接，同时安排专人监督检查，需要重点检查焊接工艺应用是否规范等；最后需要进行焊接后检查，包括外观检查，无损探伤检查等，保证相关检查措施的有效落实，从而确保焊接的质量。

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