南通象屿海洋装备有限责任公司 江苏南通 226368
摘要：当前，劳动力成本不断上涨及紧缺现象已成为制约国内海洋工程在船市低迷时期正常发展的主要因素。因此，需大力发展高效焊接技术，提升焊接自动化水平，以减少人为因素对海洋工程发展制约的影响。此外，通过加大力度培养综合性焊接人才及与科研院所开展人才交流合作，以弥补企业焊接技术人才匮乏的窘况。
关键词：海洋工程；焊接技术；分析探讨
1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。
2海洋工程焊接技术分析
随着焊接技术的发展，焊接已和电子技术、自动控制及信息化等多学科紧密结合。对未来海洋工程领域焊接技术的发展，主要应集中在多学科协同合作的焊接智能化、自动化焊接系统、优质高效焊接工艺、高效焊接材料开发等方向。
2.1高强钢的焊接技术
海洋工程装备的制造材料主要是低合金高强钢，焊接接头的质量指标主要是韧性。韧性是材料在载荷的作用下具有抵抗裂缝扩展和开裂的性能，也是材料开裂之前弹塑性变形过程中能够吸收能量的性能，是材料塑性和强度的结合。海洋工程装备要想在焊接技术上有所提高，首先应该保证焊接接头的韧性要好。部分钢材料经常会出现焊接冷裂缝的情况，主要是焊接时的加热冷却较快，使得热影响区和焊缝的塑性和韧性较低，但是强度较高。如果焊接过程的冷却速度较低，那么在进行焊接时会使热影响区和焊缝的塑性、韧性较高，但是强度比较低。所以，进行焊接时应该将冷却速度控制在合理的范围内，找到热影响区和焊缝的韧性、塑性以及强度的最优平衡点。
这就说明，当焊接材料一定时，焊缝的性能主要是由热输入决定的，要想保证焊缝的性能，就应该保证热输入在合适的范围内。海洋工程装备制造时应该根据国际有关标准规范的热输入要求，通过试验来选择高效的焊接工艺。高强钢焊接技术中还有一些试验和研究，包括设计焊接接头，选择合适的焊接设备、焊接材料以及焊接方法；焊接过程中层间温度、预热、后热温度控制；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复杂节点的焊接技术
海洋工程装备的结构大都是采用绗架和管子及立柱结构，焊接接头较为复杂，尤其在一些主要受力构件，如水平横撑与立柱结构、立柱与上下船体结构、克令吊基座、推进器基座等复杂结构的焊接过程中，必须要严格控制好以下环节：结构的安装顺序，接头的坡口角度及加工方法，焊接方法的准确选用，焊前预热、焊时层间温度的控制、焊后热处理，焊接前的准备（包括持证的合格焊工、焊材的发放和储存、管理、焊接设备、焊接环境），焊接顺序的编制和实施。
2.3钛合金材料的焊接技术
钛合金在海洋工程中具有先天优势，因其本身的耐腐蚀性和强度方面都比较好，而且对海水以及海洋大气的腐蚀性有更好的抗性，所以非常适合使用在海洋工程中。在制造一些轻型海工装备中经常应用钛合金，对提高海洋装备的性能促进海上作业的能力和安全角度有很大的优势。对于海洋建设来说，钛合金材料可以良好的促进其发展，所以需要先进的钛合金焊接技术使其可以发挥更大作用。美国等国家将钛合金应用在了航母的制造上，因为这些国家在相关焊接工艺方面比较先进，我国在上世纪也开始研究钛合金的相关技术，现阶段已经获得了一定的成果，已经可以满足海洋工程的一些基本应用。但是在钛合金相关技术发展的过程中，我国还有很多方面出处在研究阶段，与一些相关技术先进的国家还有很大的差距，例如怎样在控制舰船钛合金焊接，怎样良好的控制氢与焊接应力等方面的研究中还没获得较好的成果。这一方面已经成为限制我国这一技术发展的最大难题，也是国内外技术差距的体现。现阶段我国在钛合金焊接技术应用上的研究比较落后，使得钛合金焊接的相关方面处在比较落后的位置。
2.4自动焊接技术
随着海底管道铺设工程量的增加，能提高铺设效率的双炬管道铺设焊接机器人得到了发展。在海管铺设施工作业时，每个焊接工作站配备两套双炬焊接机器人，以管道为轴心分左右舷对称放置，以“0”点位置开始起弧，按照顺时针及逆时针方向完成下向焊接。每个焊接机器人可独立控制也可协同操作，双头双炬焊接机器人系统能提高焊接效率，并且后焊炬对前焊炬的焊道有回火作用，能改善前焊炬焊道的韧性并降低接头硬度。
比如，对于铺设直径≥24 寸的近海油气管线，法国 Serimax 公司开发了四头双炬全自动焊接系统，该系统驱动四个焊头同时工作，全部焊头以管道顶点为起点分布在左右两侧，焊接时左侧与右侧的两个焊炬进行向下焊作业。四头焊炬同时焊接在程序控制上需要解决协同问题，工艺上则同一层之间要考虑各个机头之间的时间错开、不同层之间要考虑引弧位置错开。同时打底焊采用了带铜衬垫的内对口器背面强制成形技术，使整套设备具备很好的柔性。
3结语
焊接技术是海洋工程制造中的关键技术，由于材料及结构自身的特点，其焊接存在一定的难度，但只要结合结构特点及工厂实际状况合理地选择焊接方法、焊接材料及工艺参数，加强焊接施工管理和过程控制，完全能够制造出高质量的海洋工程。
参考文献：
[1]李风波.海洋工程焊接技术浅析[J].金属加工（热加工），2013（02）：27-28.
[2]张利.海洋工程制造中的关键焊接技术与应用[J].海峡科技与产业，2019（01）：99-101.