水下焊接技术的研究与应用现状[1].pdf

4·专题综述·焊接技术第38卷第8期2009年8月

文章编号：1002－025X(2009)08-0004-04
水下焊接技术的研究与应用现状

朱加雷1，2，焦向东1，蒋力培1，周灿丰1
（1．北京石油化工学院光机电装备技术北京市重点实验室，北京102600；2．北京化工大学机电工程学院，北京100029）

摘要：随着海洋工程不断向深海推进以及核电站内部构件修复等新问题的提出，对水下焊接技术提出了更高的要求。本文简要介绍了

高压干法、局部干法以及深水结构摩擦叠焊等水下焊接技术研究与应用的最新进展，综述了水下机器人在水下焊接领域的研究现状，

并对水下焊接技术的发展趋势提出了一些看法。

关键词：高压干法水下焊接；局部干法水下焊接；摩擦叠焊；水下焊接机器人；核电

中图分类号：TG456．5；TP242．3文献标志码：A

讨高压干法水下焊接和局部干法水下焊接，随着水下
0前言焊接技术的发展，又出现了一些新的水下焊接方法，
海洋拥有富饶的资源，21世纪人类正面临着开如深水结构的摩擦叠焊技术。
发海洋的新纪元。海洋工程结构的主要部件是由大厚
度管件相交焊接而成，由于这些结构部件必须能够承1干法水下焊接
受动载、低温、腐蚀等严酷的工作环境，因此从结构1．1高压干法水下焊接
的设计制造到服役维修等都提出了越来越高的要求。国外自上世纪50年代初开始对该方法进行研
核电是世界电力发展的趋势，在核电站内部，核究，并于1966年正式用于生产，是目前水下焊接质
反应堆压力容器（RPV）因为长期在水中工作，容易量最好的方法之一。高压干法水下焊接试验一般都
受到应力腐蚀裂纹的破坏。核电结构修复时，会遇到需要建造复杂的模拟试验装置，同时，模拟试验装
很多挑战。为了减少工作人员所受的核辐射，经常会置中还可进行焊接工艺评定试验。目前，致力于海
采用水下焊接方法。洋开发的国家或大公司都建有高压模拟试验装置。
水下焊接方法种类繁多，应用较成熟的是电弧例如巴西CENPES中心的水下高压焊接舱，挪威
焊［1］。从工作环境上区分，水下焊接方法可以分为SINTEF建立在挪威科技大学的舱内无人高压干法水
两大主要类型：湿法焊接和干法焊接。前者是不采取下焊接模拟试验装置以及英国Cranfield大学海洋工
特殊的排水措施，焊件的接缝在水湿状态下进行焊接程中心于1990年初研制的一套能模拟2500m水深
的方法。湿法水下焊接中，水下焊接的基本问题表现的舱内无人高压干法水下焊接模拟试验装置Hyper-
最为突出，采用这类方法难以得到质量好的焊接接we1d250Simulator［2］。
头。干法水下焊接包括局部干法水下焊接、高压干法在国内，哈尔滨焊接研究所从上世纪80年代开
水下焊接和常压干法水下焊接。常压干法焊接既不受始研究高压干法水下焊接，先后研制了HSC－1和
水深的影响，也不受水的作用，焊接过程和焊接质量HSC－2两套高压干法水下焊接模拟试验装置。HSC－1
与陆上焊接时一样。因此对于水下电弧焊，本文只探的容积为1m3，最大工作压力为1．6MPa，可进行熔
化极气体保护焊；HSC－2的容积为0．055m3，最大工
收稿日期
：2009－01－21作压力为3MPa，介质为氢气、氦气或混合气体，可
基金项目：国家自然科学基金项目（50675022）；核电厂检修水下
进行TIG焊和MMA焊接试验［1］。
焊接实验系统与原理样机（5k201）；北京石油化工学
十五期间北京石油化工学院海洋工程连接
院青年科研基金项目———局部干法不锈钢水下焊接工“”，
艺的研究技术研究中心设计建造了压力为1．5MPa，即相当于
WeldingTechnologyVol．38No．8Aug．2009·专题综述·5

150m水深的高压焊接试验装置，研制了钨极氩弧自发了配套的NBS－500型水下半自动焊机，在国内进
动焊机，获得了0．1～0．7MPa范围内的16Mn管道全行了多次成功施焊，焊接接头的质量可以满足国际上
位置自动焊接工艺，形成的管道焊接接头全部达到了常用的API1104规程的要求。
美国焊接学会AWSD3．6M：1999中A类接头，即相水下Nd：YAG激光焊接由于热输入小、能量易
当于陆上接头的要求，并且于2006年11月16日在于传输和控制等优点，被考虑首先用于核设备的维修
中国渤海湾天津新港锚地附近12m水深海域与水下和维护。已经商业化的Nd：YAG激光器能够提供6
干式舱及其他作业系统一并进行了海上试验，获得了kW的功率，该激光能够进行10mm厚的钢板焊接。
外观良好的焊缝［3-6］。水下激光焊接必须在局部干燥区域内进行。水帘屏蔽
虽然目前的高压干法水下焊接通过采用自动化和是形成局部干燥空间的一种好的方法，但由于水帘喷
智能化的技术，实现了焊接过程的自动监控，焊