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制管单面坡口免打底焊接技术研究及应用

发表时间：2020/7/14 来源：《基层建设》2020年第6期作者：任会亮

[导读] 摘要：近年来，社会进步迅速，在海洋石油平台和导管架的制造过程中，钢管的卷制和接长占有重要的地位，粗略统计，它约占钢桩建造工作量的85％，约占导管架建造工作量的45％，约占组块建造工作量的20％，约占FPSO模块建造工作量的10％，因此钢管的卷制和接长工作对工程的整体建造进度有着极大的影响。

        身份证：13010219830906xxxx 河北省石家庄市 050000
        摘要：近年来，社会进步迅速，在海洋石油平台和导管架的制造过程中，钢管的卷制和接长占有重要的地位，粗略统计，它约占钢桩建造工作量的85％，约占导管架建造工作量的45％，约占组块建造工作量的20％，约占FPSO模块建造工作量的10％，因此钢管的卷制和接长工作对工程的整体建造进度有着极大的影响。如何提高制管效率显得尤为重要，而提高焊接效率和优化焊接工艺是提高制管效率最为直接有效的方法。
        关键词：制管单面坡口；免打底焊接技术研究；应用
        引言
        焊接技术是机械工程制造技术的主要组成部分，而以往机械工程制造期间普遍存在沿用手工焊接模式的情况，无法提高其制造效率保证制造质量。由于科学技术蓬勃发展，常规手工焊接技术手段早已无法满足现代化焊接的具体要求，并且机械工程内部构件日趋复杂化及大型化，说明焊接技术的应用要求也更为严格。如何于新形势下灵活运用工程机械焊接自动化技术手段，突出其应用优势弥补传统手工焊接模式的不足，大大提高焊接作业效率保证其作业质量，消除影响焊接精确度的风险因素，成为机械工程行业发展进程中所面临的主要挑战。
        1工程机械焊接自动化技术的发展现状分析
        自改革开放以来，我国机械工程产业规模持续扩大。有统计数据显示，我国每年钢铁产量呈300万吨持续增长速度，早已成为全球范围内机械工程制造大国。受社会经济及科学技术蓬勃发展的影响，我国机械工程制造领域取得令人满意的成果及成就，尤其是机械工程焊接自动化技术的日趋完善。同时，即便焊接技术于20世纪初期被广泛应用于我国机械工程制造领域，但是与西方发达国家相比，其钢结构技术起步晚，促使焊接技术理论研究及实践领域尚未成熟，停留于发展初期阶段。此外，除应用于机械工程制造领域外，焊接技术逐步应用于航空、建筑工程、运输制造及石油化工等行业。同时，由于社会对于焊接技术的应用要求日渐严格，促使焊接技术向自动化及专业化方向转变。焊接自动化技术作为现代科学技术与传统机械技术的结晶，应用期间严格控制其焊接加工质量、设备安装流程及工艺操作要点，方可保证其焊接效率及质量。受改革开发持续深化的影响，我国工程机械焊接自动化技术发展势头迅猛。无论是理论基础或技术实践均取得相应的进步，并且数字化技术趋向成熟，促使工程机械焊接自动化技术与数字化技术相结合，涌现出数字焊接及数字化控制技术手段。此外，先进的自动化焊接技术推广及应用极大程度上推动焊接行业长远发展，大幅度提高产品制造质量。
        2优化措施分析
        2.1焊接过程控制
        构建安全舒适的焊接环境，做到防风、防雨、防雪、防潮，密闭空间做到通风透气，光照充足。严格执行焊工资质准入制度，对于容易出现横向裂纹的焊接位置，选用相关经验丰富的焊工进行焊接。在组对环节，要调整合适的坡口角度和坡口间隙。焊前严格清理焊缝表面污渍，如油污、水渍、铁锈等，如果有气刨作业，应将表面碳化物处理干净。严格控制CO2气体的含水量以及气刨的压缩空气含水量。严格执行焊接工艺，焊前做好预热工作，焊接过程中严格控制电流、电压、焊接速度等要素，焊后要做好保温缓冷消氢工作(一般使用保温棉、电加热毯)。定期保养焊机、焊枪，定期校验焊机电流表和电压表。
        2.2海洋石油平台方面钢结构焊缝中的外观检验
        在对石油平台整体钢结构所实施的焊接工程得以完结之后，那么接下来的工作侧重点，就应当转换至焊缝方面的外观检测。这里所讲的外观检测，其主要是指，在对主体钢结构实施焊接工作的进程之中，所实施的一项具有整体化性质的质量检测以及检查工作。

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进而有利于实时地发觉一些焊接细节当中所具有的相对细微的问题以及不足，进而对其予以实时有效的调节、整改以及优化，从而来进一步增强其整体钢结构方面的焊接质量以及焊接品质。在对其具体实施检验以及检测的进程之中，对相应的技术人员以及工作人员而言，首要的任务就是对钢结构焊缝方面的余高实施切实以及详尽的测量。就其测量工具来讲，主要是以焊缝检测尺工具为主。一般状况来讲，其余高应当适度的掌控于3.2mm之内，不过对此方面需要予以注意的是，不可令其高度低于母材；然后，应当严格遵循焊接施工方面的设计图纸来对其焊角所具有的真实性尺寸予以更加精准、确切的测量以及核对，从而在一定程度上可以更为有效地避免角度偏差现象的产生，进而有助于提升其施工方面的整体成效以及整体质量；最后，还应当对实施整体打磨操作之后的焊接道方面实施全面以及细致的检查。对此方面的检查范畴主要涵盖有：其焊道表面是否存有细小、微小的气孔、是否留有焊接作业后所遗留的残渣乃至其焊道表面是否产生细小裂纹等方面的问题以及不足之处。一旦检测出上述问题，负责实施焊接工作的相关技术工作人员，就应当对其存有的细节性问题实施修整、优化以及改进，从而促使其完全符合焊接方面的标准、规范以及既定需求等。只有如此，方可保障石油平台方面整体钢结构所具有的安全性以及稳定性。
        2.3减少焊接工序及设备投入
        传统焊接工艺需要5道工序，预热、STT封底焊、吊运、二次预热、埋弧焊，而单面坡口免清根免打底制管焊接只需预热、埋弧焊2道工序，减少焊接设备投入及吊车使用。据粗略统计，制管单面坡口免清根免打底工艺应用近1年来总计节省设备投入约50.2万元。
        2.4降低材料、人工和电力成本
        制管单面坡口免清根免打底工艺减少了STT打底焊工序，节约了相应的焊接材料和保护气体，同时坡口面积减少，节约了SAW焊接材料用量，可节约焊接材料30％。本工艺应用1年来，节省STT打底焊材约3.7t，保护气体152万L，埋弧焊焊丝27t，埋弧焊焊剂35.1t，共计节约材料费约65.1万元。同时节省了大量的人工投入，节省人工成本约27.2万元。此外，还可节省设备用电约9.8万kW•h，节省电费约9.8万元。
        结语
        单面坡口免清根免打底焊接技术是本公司降本增效的亮点之一，笔者通过优化焊接接头设计、把控焊接操作要点以及多达16组焊接工艺参数摸索试验，确定了合理的焊接工艺参数，并在多个在建项目中得到了推广应用。单面坡口免清根免打底焊接技术的焊接过程中无需打磨清根、无需吊装运输、无需打底和二次预热节省施工工序，较传统工艺的焊接生产效率和整体施工效率都有大幅提升，同时可大大降低设备、材料、人工和电力成本，应用前景广阔。通过对海洋工程钢结构焊接横向裂纹产生原因及控制措施的分析，我们能够更加清楚地认识到横向裂纹的特点及危害性，也希望能够引起广大海洋工程从业者的重视和关注，在实际施工过程中，我们要逐条排查其各项可能的诱发因素，并严格控制每一项步骤和措施，将横向裂纹扼杀在摇篮中，保证我们的海洋工程钢结构高质量完成，平稳安全地在海上运行，为我国海洋油气资源开发奠定坚实基础。
        参考文献
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        [2]纪浩然.大型复杂结构焊接变形热弹塑性有限元分析[J].中国金属通报，2019（03）：136+138.
        [3]郇学东.海工高强钢激光-电弧复合焊数值模拟研究[D].东南大学，2017.
        [4]芦晓辉，高珊，张才毅.我国船舶与海工用特种钢材的发展[J].金属加工（热加工），2015（06）：8-11