水下焊接技术的应用及其发展.doc

14水下焊接技术的应用及其发展摘要：随着海洋石油的开发利用和潜水技术的发展海底输油输气管线以及海洋工程结构的日益增多水下焊接技术已成为海洋工程和水下管道组装和维修的关键性技术。本文综述了水下焊接技术特点及在工程中的应用并就水下焊接技术在工程应用中的发展趋势提出了一些看法。关键词：海洋工程；湿法水下焊接；局部干法水下焊接；干法水下焊接1序言海洋工程结构因常年在海上工作工作环境极为恶劣除受到结构的工作载荷外还要承受风暴、波浪、潮流引起的附加载荷以及海水腐蚀、砂流磨蚀、地震或寒冷地区冰流的侵袭。此外石油天然气的易燃易爆性对结构也存在威胁。而且海洋工程结构的主要部分在水下服役后焊接接头的检查和修补很困难费用也高一旦发生重大结构损伤或倾覆事故将造成生命财产的严重损失。所以对海洋工程结构的设计制造、材料选择以及焊接施工等都有严格的质量要求。而随着海洋、石油和天然气工业的发展．海洋管道工程日益向深海挺进。因此开展水下焊接技术的研究加强对其应用对于开发海洋事业开采海底油田、使丰富的海洋资源为人类服务具有重要的现实意义。目前水下焊接技术已广泛用于海洋工程结构、海底管线、船舶、船坞港口设施、江河工程及核电厂维修。水下焊接已成为组装维修诸如采油平台、输油管线等大型海洋结构的关键技术之一。2水下焊接方法分类及其特点2.1水下焊接方法分类目前世界各国正在应用和研究的水下焊接方法种类繁多可以说陆上生产应用的焊接技术几乎都在水下尝试过但比较成熟、应用较多的还是几种电弧焊。水下焊接一般依据焊接所处的环境大体上分为三类：湿法水下焊接、干法水下焊接和局部干法水下焊接。但随着水下焊接技术的发展：又出现了一些新的水下焊接方法：水下螺柱焊接、水下爆炸焊接、水下电子束焊接和水下铝热剂焊接等。2.2水下焊接的特点水下环境使得水下焊接过程比陆上焊接过程复杂得多除焊接技术外还涉及到潜水作业技术等诸多因素水下焊接的特点是(1)可见度差水对光的吸收、反射和折射等作用比空气强得多因此光在水中传播时减弱得很快。另外焊接时电弧周围产生大量气泡和烟雾使水下电弧的可见度非常低。在淤泥的海底和夹带泥沙的海域中进行水下焊水中可见度就更差了。长期以来这种水下焊接基本属于盲焊严重地影响了潜水焊工操作技术的发挥这是造成水下焊接容易出现缺陷焊接接头质量不高的重要原因之一。(2)焊缝含氢量高氢是焊接的大敌如果焊接中氢含量超过允许值很容易引起裂纹甚至导致结构的破坏。水下电弧会使其周围水产生热分解导致溶解到焊缝中的氢增加一般焊接中扩散氢含量27～36Lgög为陆地酸性焊条焊接时的好几倍。水下焊条电弧焊的焊接接头质量差与氢含量高是分不开的。(3)冷却速度快水下焊接时海水的热传导系数较高是空气的20倍左右。即使是淡水其热传导系数也为空气的十几倍。若采用湿法或局部干法水下焊接时被焊工件直接处于水中水对焊缝的急冷效果明显容易产生高硬度的淬硬组织。因此只有采用干法焊接时才能避免冷效应。(4)压力的影响随着压力增加(水深每增加10m压力增加0.1MPa)。电弧弧柱变细吗焊道宽度变窄焊缝高度增加同时导电介质密度增加从而增加了电离难度电弧电压随之升高电弧稳定性降低飞溅和烟尘也增多。(5)连续作业难以实现由于受水下环境的影响与限制许多情况下不得不采用焊一段吗停一段的方法进行因而产生焊缝不连续的现象。3湿法水下焊接的应用、冶金特点及水下焊条设计3.1湿法水下焊接在海洋工程中的应用湿法水下焊接是潜水员在水环境中进行的焊接如图2所示。水下能见度差潜水焊工看不清焊接情况会出现“盲焊”的现象难以保证水下焊接质量尤其水密性更难以保证。因此采用这类方法难以获得质量良好的焊接接头尤其是焊接结构应用在较为重要的情况下焊接的质量难以令人满意。但由于湿法水下焊接具有设备简单、成本低廉、操作灵活、适应性较强等优点所以近年来各国对这种方法仍在继续进行研究特别是涂药焊条和手工电焊在今后的一段时期还会得到进一步的应用。图1湿法水下焊接示意图湿法水下焊接在美国已得到广泛应用对湿法水下焊接设计最有指导作用的文件是美国焊接学会的AWS标准（AWSD3.6）。现在湿法水下焊接中最常用的方法为焊条电弧焊和药芯焊丝电弧焊。在焊接时潜水焊工要使用带防水涂料的焊条和为水下焊接专门设计或改制的焊钳。尽管湿法水下焊接已经取得了较大的进展但到目前为止应该说水深超过100m的湿法水下焊接仍难得到较好的焊接接头因此还不能用于焊接重要的海洋工程结构。但是随着湿法水下焊接技术的发展很多湿法水下焊接的问题在一定程度上正得到克服如采用设计优良的焊条药皮及防水涂料等加上严格的焊接工艺管理及认证1991年首次在北海对一个非主要结构杆件进行了湿法