1盛雷 2杓斌 1周兴政 1纪理鹏 2王引
1三峡能源福清海峡发电有限公司 福建省 350300
2中国水电四局（福清）装备工程有限公司 福建省 350300
摘要：的研究还非常少。由于海上施工环境的特殊性以及海上风电项目施工周期的特殊性，许多关于海上接桩的科研项目无法顺利进行，尤其是在海上焊接施工中，难度更加大。
关键词 自动焊接技术 工艺 解决方案
1.全自动焊接技术研究
1.1 全自动焊接技术发展趋势
目前海上风电钢管桩现场接桩对接施工记录不多。海上风电钢管桩接桩主要难以解决的是焊接难题，海上钢管桩接桩焊接属于横焊位焊接。由于受海上环境的影响，海上接桩工作大部分采用手工焊，但是手工焊效率低，对焊工的技能水平要求较高，不适用于批量焊接。
埋弧焊横焊位自动焊在大型储罐焊接中具备一定的优点，其优点是焊接质量好、焊接效率比较高、焊接时基本不受风力影响，但是也有一些明显缺陷。福建地区海上风电开发处于初步阶段，海上风电塔筒桩基基础的接桩目前还没有成熟的经验可以借鉴。同时，海上接桩涉及到海上现场切割、安装、焊接、测量等诸多工序，现场焊接量大、质量要求高、施工环境恶劣。目前，海上接桩焊接采用的焊条手工电弧焊方式存在焊接效率低、作业时间长、工人劳动强度大等不足，成为影响工程进度的瓶颈之一，因此研究适合海上风力发电机组管桩接桩焊接的全自动焊接技术十分有必要。
2.钢管桩接桩施工工艺
2.1 焊接工艺
2.1.1实验性焊接
本课题研究，尚没有成熟应用的先例，焊接工艺需要进行焊接工艺评定，通过评定验证焊接工艺指导书的正确性，对焊接的方法，焊接材料，焊接工艺参数的评定做出规定，有效的控制焊接过程质量确保焊接质量符合标准的要求。由于没有成熟的经验可以借鉴，先根据原有焊接工艺在海边同类环境下进行施工焊接，积累一定的焊接经验，根据经验进一步研究全自动横位焊接技术。
为了确保焊接工艺参数等，在半自动焊接技术的基础上，现场正式接桩施焊之前，在场内制作试板，模拟现场施工焊接，采取全自动横焊位方式进行试板焊接，焊接完成以后，将焊接试板送交第三方实验室进行力学性能检测。
焊接完成以后，将焊接试板送交至有资质的第三方实验室进行检测，相关力学性能指标均符合NB/T47014-2011《承压设备产品焊接工艺评定》、NB/T47016-2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》、GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》相关标准规定。
2.1.2切割及坡口制备
现场割桩及坡口加工可采用改造后的设备现场进行切割，切割完成以后采用角磨机打磨坡口周边30mm范围内的铁锈、油污、氧化皮及硬化层，坡口表面不得有凹陷、夹渣、分层、熔渣、裂纹等缺陷存在。
2.1.3焊接工艺参数
根据焊接工艺评定试板制作以后送检检验的结果，说明预焊接工艺参数能够满足焊接要求，从而确定在实际焊接过程中的焊接参数。
3.技术、经济、社会效益
海上钢管桩全自动焊接技术由公司自主成立课题研究小组，设备设计研发、生产制造等经费均由公司独立承担，公司自成立课题研究小组到前期工艺试验再到现场成功施工，共历时约18个月，累计投入研发经费约90多万元。
同时，在兴化湾项目施工过程中，其中有15根桩采用传统气体保护焊进行焊接，有15根钢管桩采用全自动焊接设备进行焊接，通过对人员焊接时间、焊接焊缝一次合格率、焊缝外观、耗材损耗等方面进行比较，得出以下结论：焊接工人按照75元/小时计算，打磨工按照40元/小时计算，单段所需成本相差约1232.5元。综合上述，如果整个附件区域一年装机2000台，预计约12000根钢管桩，如果6000根需要接桩，那么一年节省费用约为740万。
4.质量控制
在正式现场施工焊接之前，需要通过严谨的工艺试验，确定好最终全自动横位焊接的工艺参数，参数必须通过第三方试验性能进行验证。焊接完成以后需要对焊缝进行无损检测，确保焊接质量，从而验证焊接工艺及焊接参数的准确性。施工焊接之前的坡口开设、组对等必须按照要求进行检测，各项性能指标符合要求以后才能进行正式焊接。
5.课题研究的主要技术难点及解决方案
5.1 技术难点
（1）全自动横位焊接技术难点
由于海上施工环境与工位的特殊性，海上风电钢管桩接桩需要采用横焊位进行焊接，横焊位焊接在几种焊接方式中焊接难度较大、不易成型。如果采用传统的人工焊接，对焊接人员的技能水平要求很高。人工操作十分灵活，但是如果要将横位焊接采用全自动的焊接，则会更加困难
（2）单面焊双面成型确保焊缝一次合格率技术难点
由于现场环境恶劣，而且管桩管径较小，内部已经完成了浇筑，如果采用传统的开设坡口，外部焊接以后再内部清根以后焊接，将无法实现；故而只能采用单面焊双面成型的方式进行焊接。但是改造后的新设备的相关焊接参数没有成熟经验可以借鉴，需要通过试验找到适合单面焊双面成型的焊接参数。
（3）消除海上风大影响以及确保操作人员的良好工作环境难点
由于海上风力较大，因此对防风的要求较高，需要研究出结实、耐用、性能良好的防风棚。在设置防风棚的过程中既要考虑安装方便、还要考虑工人长期处于防风棚内部的作业环境。所以研究出结实可靠、便于拆装、便于工人操作、焊接环境良好的防风棚也显得至关重要。
5.2 解决方案
（1）全自动横位焊接技术难点解决方案
通过寻找相关设备制造厂家、自动控制技术科研单位，最后采取无轨道吸附式的辅助设备加无线遥控控制技术相结合，形成了适用于海上施工焊接的全位置自动焊接设备，解决了横焊位焊接的难点；
（2）单面焊双面成型确保焊缝一次合格率技术难点解决方案
采取多方位、全方面的焊接试验，不断改进焊接参数、焊接材料等，最终形成比较成熟的适合海上焊接的焊接参数，确保能够单面焊双面成型，同时保证焊缝一次合格率；
（3）消除海上风大影响以及确保操作人员的良好工作环境难点解决方案
设计海上管桩焊接专用工作间，其结构稳固、耐用、严实，既能够防风遮雨，隔绝潮气，防风效果良好，采光充足，同时安装焊烟净化装置保证空气洁净，解决了海上焊接作业不利条件难题
6.结论
海上钢管桩全自动焊接技术的研究与顺利应用，成功探索了较为困难的横位焊接的全自动焊接设备、焊接方法、焊接工艺，在研究与应用过程中所有知识结论均已经成果化。研究过程中通过对现有设备进行改造，研究出了适用于海上接桩的全位置全自动无轨焊接装置，通过采用手柄控制即可实现全位置自动焊接，通过多方位的试验，研究总结出适用于自动焊兼具单面焊双面成型的焊接工艺及焊接参数，提高了海上接桩焊接焊缝一次合格率。结合海上施工环境，制作了简单、改善施工环境的防风棚工作空间。
此次“海上钢管桩全自动焊接技术”的研究过程中暴露出了不少问题。首先，科技人员的自主创新能力及技能水平很大程度上无法满足课题研究的需求，导致在课题的研究过程中，走了不少弯路。其次，由于对自动控制技术不了解、不熟悉，在对焊接控制系统的研究与应用中，对设备进行了多次改造并进行了反复试验。由于对横位焊接的焊接技术要求较高，在研究横位焊的工艺参数过程中，进行了反复实验性焊接及第三方焊接试板力学性能检验，最终得出了适应海上焊接的工艺参数。
参考文献
[1]王建平，霍立兴，张玉凤，等.EH36 钢埋弧焊接头CTOD实验中的突跃效应及评价[j].焊接学报，2004，25（5）；80-84