水下焊接

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水下焊接范文第1篇

关键词：海洋工程； 水下焊接；自动化

中图分类号： P755.1 文献标识码： A

前言

随着国民经济的高速发展、能源战略的迫切需求，海洋工程不断地向深海推进。水下焊接作为海洋工程领域的重要技术，正受到越来越多的关注。从海上油气平台的安装建造到海底管线的铺设维修，从海上打捞营救工作到大型船舰的应急修理，随处可见水下焊接的身影。海洋结构件与陆地不同，除受到工作载荷之外，还要承受风暴、波浪、潮流所引起的附加载荷以及海水腐蚀、流沙磨蚀的作用。目前用于水下焊接的可用方法有20 多种，如水下焊条电弧焊、药芯焊丝半自动焊、高压干法 GTAW 焊、激光焊、铝热剂焊接、摩擦叠焊、水下爆炸焊等，但电弧焊由于具有操作性好、适用能力强等优点被广泛采用。

1 水下焊接方法

1.1 水下湿法焊接

湿法焊接是指被焊部件和焊枪直接暴露在水下环境中，电弧的形成、燃烧是在水中完成的。电弧气泡中的气体主要是由水蒸气高温解离形成的氢和氧，以及焊条药皮中燃烧分解的 CO 和 CO2气体组成，还有少量的 N2和微量气态金属构成。由于电弧气氛内氢的含量很大，所以氢脆敏感性成为特别关键的问题，极大地降低了焊缝强度。但由于湿法焊接具有设备简单、成本低廉、操作灵活、适用性强等优点，现已广泛用于海洋工程的建造安装及维修。目前采用的主要方法有水下焊条电弧焊和药芯焊丝半自动焊两种，一些先进水下焊接方法陆续被应用到工程中华,如激光焊、电阻焊、摩擦焊和爆炸焊等。

1.2 水下干法焊接

干法焊接的方法是指人为地将焊接部位及其周边一个较大范围内的水排开，在一个干的气相环境中让潜水焊工进行焊接。根据工程结构的具体形状、尺寸和位置的不同，通常需要设计相应的气室，气室中需备有一套生命维持、湿度调节、监控、照明、安全保障、通信联络的系统。辅助工作时间长，水面支持队伍庞大，施工成本较高。例如，美国 TDS公司的一套可焊接直径 φ813 mm 管线的焊接装置(MOD-1)造价高达 200 万美元。因此，这种方法多用于深水，且需要预热或焊后热处理的材料或质量要求很高的结构焊接。按水下气室中气体压力的不同，干法焊接又分为高压干法焊接和常压干法焊接。

1.2.1 高压干法焊接

高压干法焊接是当前最主要的优质水下焊接技术，目前最大实用水深约为 300 m。在该焊接方法中，气室底部是开口的，通过通入气压略高于工作水深压力的气体把气室内的水从底部开口处排出，从而保证焊接在干的气室中进行。一般采用焊条电弧焊或惰性气体保护电弧焊，其中 GTAW 具有电弧稳定、适于全位置焊接、易于实现自动化等特点，已成功应用于海底管道修复等水下钢结构焊接，并基本上可以达到陆地焊缝的水平。但是高压干法焊接

同样存在“压力影响”问题。在深水下进行焊接时，随着电弧周围气体压力的增加，焊接电弧的特性和焊接工艺都会受到不同程度的影响。因此，研究高压气氛中电弧特性是了解高压干法水下焊接过程，获得良好焊接接头的关键。北京石油化工学院蒋力培等人利用自制的高压干法水下焊接模拟实验平台，首次系统研究了高压空气环境下 GTAW电弧特性，并在实验数据的基础上，建立了高压环境下的GTAW电弧电压数学模型，综合分析了电弧长度、环境压力和焊接电流对 GTAW 电弧电压的影响。

1.2.2 常压干法焊接

常压干法焊接是指在深水下焊工仍然与在陆地一样的气压环境中进行焊接，排出了水深的影响，完全保证了焊接质量，其示意如图 1 所示。1977 年，法国 LPS 公司首次采用常压干法焊接技术在北海水深 150 m 处成功地实现了直径 426 mm 海底管线的焊接。但其设备造价比高压干法水下焊接还要昂贵，焊接辅助人员更多，所以一般只用于深水且非常重要的结构焊接。

1—浮箱；2—常压仓；3—液压测力计；4—装配塞；5—新管

子；6—调整短管；7—密封卡环

图 1 常压焊接原理示意

1.3 局部干法水下焊接

局部干法水下焊接是 20 世纪 60 年代末发展起来的，利用气体把被焊部件周围局部区域的水人为排开，形成一个较小的气相区，使电弧在其中稳定燃烧。局部干法焊接综合了湿法和干法两者的优点，由于降低了水的有害影响，使得焊接接头质量与湿法焊接相比有了明显的改善；与干法焊接相比，又无需大型昂贵的排水气室，其适应性和灵活性大大提高。如日本提出的水帘式焊接，该方法焊枪结构分为内外两层，外层通过喷出高压水所形成的水帘来阻挡外界水的进入，内层通入保护气体以在水帘内侧形成气相区，让电弧稳定燃烧。这种方法的焊接接头强度不低于母材，接头面弯和背弯均可达到180°，但是可见度问题没有解决。为克服水帘式的缺点，日本又相继开发了钢刷式，采用直径 φ0.2 mm 的不锈钢丝“裙”代替水帘的一种局部排水法，可进行自动焊和手工焊焊接，并已用于修补钢桩被海水腐蚀掉的焊缝。除此之外，现有的局部干法水下焊接方法还包括干箱式焊接、旋罩式以及局部干法大型气罩水下MIG/TIG 焊接等。

2 水下焊接设备

2.1 水下焊接机器人

水下焊接机器人作为一种专用的水下自动化焊接智能设备，不仅可以代替潜水焊工在危险水域进行焊接，保证人员生命安全，还能提高工作效率和保持焊接过程的稳定性。近年来，随着特定用途机器人的迅猛发展，水下焊接机器人被认为是未来水下焊接自动化的发展方向。目前，对水下焊接机器人的研究主要集中在结构密封、移动方式、远程通信及遥控和力觉、触觉传感系统的设计上。蒋力培等人在设计全位置智能焊接机器人时采用四磁轮方式，底板与左右两侧磁轮间通过铰链机构柔性连接，磁轮箱中的磁轮由交流伺服电动机通过减速器驱动，可自动保证四个磁轮同时接触焊接表面，磁吸力达 1 960 N 以上，并实现左右转弯，甚至原地转动。英国 Cranfield 大学海洋技术研究中心为实现水下无人焊接，用 Workspace 软件和 ASEA IRBL6/2机器人建立了水下焊接遥控仿真系统，并进行了水下环境模拟、远程操作、避障等方面研究。但是由于水下环境的复杂性和不确定性，水下机器人在焊接领域的主要应用还是焊缝无损检测和裂纹修复，这在英国北海的油井和天然气生产平台中得到了应用，目前世界上还没有完全将水下焊接作业交由水下机器人完成的实例。

2.2 水下焊接舱

深水中许多重要结构件的焊接为了获得质量高、性能好的焊缝，高压干法焊接仍是目前最主要的焊接方法。水下干式高压舱系统为水下干式维修作业人员提供了工作的平台，如图 2 所示。其核心是一套 TIG 焊接机器人，如图 3 所示，主要由焊接行走小车、钨极高度和横向自动调节器、钨极二维精细调准器、焊接摆动控制器、遥控盒、送丝机构、导轨、TIG 焊接电源及焊炬、水冷系统、气体保护系统、弧长控制器、角度检测器、焊接监视系统和控制箱等部分构成。目前，国际上比较知名的作业系统有巴西CENPES中心的水下高压模拟实验装置，英国Aberdeen SubseaOffshore Ltd 开发的 OOTO 系统，挪威 Statoil 公司开发的 PRS 系统以及英、法合作的 Comex 公司开发的THOR21 系统等。近年来，北京石油化工学院海洋工程连接技术研究中心设计建造了压力为1.5 MPa，即相当于 150 m 水深的高压焊接实验装置，研制了钨极氩弧自动焊机，并获得了 0.1~0.7 MPa的16Mn 管道全位置自动焊接工艺。2006 年 11 月16日，该装置已在中国渤海湾天津新港锚地附近12 m水深海域进行实验，获得了外观良好的焊缝。

图 2 水下干式高压舱

图 3 TIG 焊接机器人

结束语

电弧焊仍是目前水下焊接的主要方法，其中湿法焊接因其成本低廉、操作简单等特点，在水下工程中的应用正在逐步扩大。水下焊接设备上正向自动化、智能化、高效化发展。随着海洋工程进一步向深海挺进，应发展更加智能的水下焊接机器人。

参考文献：

[1] 陈式亮.水下焊接技术的现状和展望[J].海洋技术，1982(2)：37-47.

水下焊接范文第2篇

[关键词]海下采煤 水化学分析 同位素示踪 海水下渗界面

[中图分类号] P618.11 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-7-129-2

目前，对于滨海矿区海水下渗界面相关问题的研究，国内外学者已经积累了大量的经验。谢海峰[1]认为北皂煤矿陆地与海域扩大区内第三系、第四系及含煤地层基本相似。通过研究表明，随北皂煤矿开采范围的扩大，地表下沉塌陷坑的积水中有涨潮时渗入的海水成分，这表明冲积层的塌陷坑是导通的，但由于井下涌水量并没有增加，故一般情况下，海水仅与第四系松散层发生水力联系，与下伏煤系地层泥灰岩含水层无力联系。为了进一步确定海水下渗界面及水力联系，通过分析该区第四系含隔水层结构、地下水的水化学成份与海水的水质成份对比和环境同位素示踪在含水层的应用，得出矿区浅层地下水流场的演化规律，这将对北皂煤矿海域下煤炭资源的开发及水害防治的研究等具有重要意义。

1海域扩大区第四系含隔水层结构

1.1水文地质结构分析

区内煤系上覆地层，从煤1至第四系底界，除泥灰岩外，80%以上为粘土类岩石，易碎，具一定的可塑性和膨胀性，隔水性强。煤系中的泥岩、粘土岩与钙质泥岩，也具有吸水易碎，易膨胀，隔水性好等特点。

1.2主要含水层的富水性特征

该区第四系含砂、粘土质砂2～6层，相间排列，累厚6.60 m～27.92 m，多分布在第四系的顶部和底部，在水文地质上可分别归纳为“一含”和“二含”两个含水层。

“一含”为上部砂层，最厚处17.83 m，据北皂矿井陆上勘探资料[3]可知，抽水试验单位涌水量0.1186 L/s・m～3.713 L/s・m，受海域海水和陆地降雨补给，富水性中等至强。

“二含”为中下部砂层，该层粘土质含量较多，多为粘土质砂，局部夹薄层粘土，最厚处10.07 m。“二含”砂层进行简易抽水试验，单位涌水量约0.00019 L/s・m，说明第四系底部砂层富水性弱。分析“一隔”的隔水作用。即海水与“二含”无水力联系。

1.3含水层之间的水力联系

通过钻探取芯鉴定，“一隔”位于“一含”和“二含”之间，多为粘土或砂质粘土，局部含较多的砂或云母碎片，岩性为砂质粘土，层位稳定。 “一隔”全区分布，靠近海岸较厚，平均厚约20 m，厚度大于其上部和下部的砂层。该隔水层为相对隔水层，但厚度较大，在垂向上能阻断“一含”和“二含”之间的水力联系。

2北皂煤矿地下水水化学特征研究

2.1含水层水质分析

为进一步探究北皂煤矿浅部的第四系松散层“两含夹一隔”3层结构之间的水力联系性。采用水化学分析的研究方法通过分析研究矿区前期浅部含水层的水质资料，对北皂矿井上下能够取样的含水层和海水进行了水样采集，对其进行水质简分析和特殊离子的分析。得到个含水层矿化度与水化学类型如下表：

2.2北皂煤矿海域海水特殊离子分析

海水具有稳定的水化学组成，世界各大洋水的组分和含量变化不大。由北皂矿北部海水取样分析资料，现将取得的水质资料与大洋海水的平均值作对比，对比结果见下表：

2.3海水与第四系含水层的关系

以不同含水层水样的主要离子毫摩尔百分数含量绘制Piper图，可以看出不同含水层水质投影在菱形图的不同区域。“二含”分布在菱形图右上方且与海水水质在菱形图中的分布区域明显不同，“一含”分布在菱形图中部与海水水质在菱形图中的分布区域大致相平。这说明“一含”与海水存在着水力联系，而“二含”与海水无水力联系。

3应用环境同位素研究浅部含水层的水力联系

3.1H、D同位素标准及应用方法原理

在稳定同位素研究中，把某一元素两种同位素的丰度比用R表示。如D/H、18O/16O，在分析时只测定它的丰度比值而不测量单项同位素的绝对含量，通常用δ值表示，δ值定义如下：

其意义是样品中一元素的两种同位素丰度相对于某一对应标准丰度的千分偏差。使用国际标准SMOW（平均大洋水）为标准，SMOW定义δD和δ18O值均为零作为其标准。

氢氧元素共有5个稳定同位素（1H、D、16O、 17O、18O），用于稳定同位素研究的是D和18O。一般在水分子中氢氧的不同稳定同位素可形成9种不同形式的水分子（H216O、HD16O、D216O、H218O、HD18O、D218O、H217O、HD17O、D217O）。这些同位素水分子，因质量不同而具有不同的饱和蒸气压，在蒸发和冷凝过程中，重同位素水分子（D2O、H218O）优先富集在液相中，而在气相中贫化，导致液相和气相之间氢氧同位素组成的差异，产生了同位素分馏。地下水受大气降水的补给，而大气中的水分主要来自海水蒸发，因此，地下水中轻同位素1H、16O偏大，而重同位素D、18O偏小，即降水中较之海水中的D和18O贫乏。

3.2北皂矿区地下水中D、18O和T特征

本次采用18O、D、T进行各含水层地下水的分析研究。由资料知[4]，北皂矿井上下环境同位素取样分析结果见表2。

一个地区大气降雨的δD和δ18O值应当收集该地区全年降水水样混合后测定，以代表该地区降雨输入值，但由于取样困难，故采用 1980 年北京大学根据我国北京等八个地区资料得出中国雨水线公式 ：

将取样的δD、δ18O值投到该中国雨水线图上。可以看出 “一含”水样基本落在雨水线上，它反映出不同时间大气降雨渗入“一含”含水层充分混合后的δD、δ18O值仍然符合雨水线的线性关系，充分说明该含水层与大气降雨关系密切，即 “一含”与地表水体存在着水力联系。而 “二含”的δ值偏离雨水线则是由于该含水层属于一个相对封闭的环境，地下水与含水层岩石中的18O发生同位素交换致使18O富集的结果。海水偏离雨水线是由于海水在蒸发和凝结过程改变其物态时，不断地发生同位素分馏作用的结果。

取样获得北皂矿各含水层氚（T）含量分析如下：

“一含”地下水和地表海水的氚含量分别为23.17 2.75、22.72 2.86TU，根据“一含”δD和δ18O的丰度以及在雨水线上位置，其成因与大气降水关系密切，因此“一含”和海水的氚含量也就代表了近期大气降雨和海水中的氚含量水平。

“二含”地下水的氚含量是水样中最高的，为26.31 2.89TU，如果该含水层地下水不是近期补给的，把地下水补给关系看作是活塞式补给，不考虑混合弥散作用的影响，则可能是66～71年大气降水中氚（290.66～161.05TU）经过多年的衰变达到该含水层现在的氚含量水平，其地下水居留年龄为近40年。

4结论

通过论文研究，取得如下结论：

（1）影响龙口北皂煤矿海下采煤的第四系含水层由砂岩与泥岩的互层组成，其中第四系“一含”和“二含”的主要成分均为砂岩、泥质砂岩，具备了导水的必要条件。

（2）经水化学分析和海水特殊离子分析， “一含”与海水的离子成分大致相同，与海水存在沟通。 “二含”与海水成分有很大差异，与海水无水力联系。

（3）氢氧环境同位素示踪实验论证了第四系“一含”为相对开放的环境，大气降雨参与了 “一含”的水循环。第四系“二含”为相对封闭的环境，近期的大气降水无法补给到“二含”，早期的大气降水在“二含”滞留了近40年。

（4）经多方面分析，北皂煤矿海域海水的下渗界面为第四系“一含”。因此，煤矿在开采过程中除对其他矿井充水因素给予重视的同时，应加强对第四系“一含”的裂隙、导水断层、钻孔封堵情况及开采破碎带范围的检查监测，预防因自然或人为因素造成海水溃入矿井内的恶性灾害事故。

参考文献

[1]谢海峰.《对龙口矿区海下采煤安全性的认识B》[J].煤炭工程 2003 vol.12 38-40

[2]贾艳琨.《环境同位素在水文地质和环境地质研究中的应用》[J]. 地球学报 2005.26（z1）

水下焊接范文第3篇

山特维克Sanicro 镍基焊丝系列通过平衡微量元素成分和极低的杂质含量，降低热裂纹风险。这一设计也确保了良好的电弧稳定性和液态金属流动性，减少飞溅的可能性，保证良好的润湿性，从而获得优异的焊缝性能。超级双相钢焊带 Sandvik 25.10.4.L 焊带则具有真实的超级双相钢化学成分，配合中性焊剂可以堆焊得到最稳定一致的表面化学成分，微观组织和耐蚀性能，应用于需要堆焊超高耐蚀层的场合，可大大提高堆焊效率及并降低成本。药芯焊丝在美国市场推出已有20 年历史。该产品自去年进入中国市场，成功成为同类产品中的领导者之一。

值得一提的是，由于通常在海洋工程结构中有大量需在水下完成的作业，焊接面临着非常恶劣的自然环境，对此，山特维克专为湿法焊接和水下焊接研发了安全焊条AquaSan Ni50，成为此次展会的一大亮点。AquaSan Ni50 的焊接碳当量（CE）大于0.4，专用于湿法焊接和水下焊接的碳钢或低合金钢以及普通不锈钢母材，可有效解决高强度低合金钢水下焊接的氢脆问题，其优异的耐腐蚀性、高强度和良好的韧性还提供了结构设计的优势，已经在全球一些最艰苦的工作环境下得到广泛测试。

山特维克拥有业内雄厚的研发实力，并利用领先的冶金、夹杂物和微量元素控制技术，不断开发和推出先进的耐蚀焊材料解决方案。山特维克的焊材不仅在冶炼、轧制、拉拔中采用世界上最为严格的工艺标准，对产品也执行世界一流的质量管控标准。这些焊材广泛应用于油气工业、化工工业和核电工业等领域，满足不同工况中的严苛标准。

“严苛工况的应用行业对产品技术品质及效率要求很高，作为一站式耐蚀焊材解决方案专家，我们生产的焊接材料品质卓越、外观质量和工艺性能良好, 无论从化学成分、力学性能、持久强度、金相组织、耐氧化、耐腐蚀等方面都呈现出优越的性能优势，这不仅满足了市场需求，提高了焊接操作的安全性与便利性，还为优化结构设计降低材料总成本做出了贡献。” 山特维克材料科技钢丝钢带产品总经理江凌女士表示。

水下焊接范文第4篇

关键词：海洋工程制造业、关键焊接技术、焊接

中图分类号：E271文献标识码： A

一、前言

随着高新技术产品的焊接工艺、焊接材料及焊接设备不断涌现，海洋工程制造业中的关键焊接技术也随着有了很大的发展，文中主要对高强钢的焊接技术、复杂节点的焊接技术、焊接变形及焊接残余应力的控制技术、海洋工程制造中的高压管线焊接技术、大厚度钢板的切割技术、海洋工程焊工技能与素质的培训等六个方面进行了分析。

二、海工装备制造中关键焊接技术的分析与研究

1、高强钢的焊接技术

海洋工程装备结构材料大多采用低合金高强钢，其焊接接头有一个非常重要的质量性能指标，就是韧性。所谓韧性是指材料在外载荷作用下抵抗开裂和裂缝扩展的能力，也就是材料在断裂前经历的弹塑性变形过程中吸收能量的能力，是强度和塑性的综合体现。海洋工程装备结构和大型船舶的焊接创新，必须保证焊接接头具有足够的韧性，这是前提。有些材料如EQ70钢等，其焊接往往容易出现焊接冷裂缝的问题，这是由于焊接过程的快速加热和快速冷却导致焊缝金属以及热影响区(HAZ)具有较高的强度、较低的塑性以及较低的韧性。当焊接过程呈现低的冷却速度时，会导致焊缝金属及HAZ具有较低强度、较大的塑性以及较高的韧性。因此，当焊接过程呈现冷却速度为两种极端情况之间的某一合适状态时，焊缝金属及HAZ的强度、塑性和韧性将达到最佳平衡点。也就是说，在材料已经确定的情况下，热输入决定焊缝的性能，要得到性能优异的焊缝，就要寻求最合适的热输入，即最佳平衡点。可见，企业在制造海洋工程装备时必须要按照国际有关规范和标准所提出的热输入评定，即焊接工艺规程(WPS)的途径，通过试验进行评定而获得有效的焊接工艺。同时，在掌握高强钢的焊接技术中还要开展以下几个方面的研究和试验：焊接接头的设计，焊接方法、焊接材料和焊接设备的选用；焊接时的预热、后热、层间温度的控制；焊接接头冷裂纹的控制；大厚度十字接头和T型接头焊接层状撕裂的控制；焊接接头的断裂韧性(CTOD)研究和试验。

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。

3、焊接变形及焊接残余应力的控制技术

目前可以通过数值模拟计算并结合试验验证的方法，较好地控制局部重要结构的焊接残余应力，还可以采用超声波冲击、焊趾重熔、控制焊接线能量、焊后焊趾打磨、焊前预热和焊后热处理等方法来降低焊接残余应力。

4、高压管线的焊接技术

在海洋工程装备制造中通常采用的高压管材料均为低合金高强度钢，因此在焊接中必须要严格按照高强度钢的焊接技术要求进行工艺评定，从而确定焊接工艺措施并在实船平台高压管线上进行焊接。

5、大厚度钢板的切割技术

在海洋工程装备制造中常常会采用大厚度的低合金高强度钢，比如，作为平台升降齿条钢，Dillimax690E钢板经切割后可直接应用于升降齿条而不需要再加工。该齿条有C146、JU200E两种规格，对切割技术提出了极高的要求。首先，切割的火焰必须要长达2～3米，切割嘴的风线要高速、高压，这样才能切割出光洁的断面；在切割中还要防止钢板的变形，可以采用双头对称的切割技术。大厚度钢板切割时要预先考虑增大进气管直径，选用专用减压器割具，采用大罐的液氧作为助燃和切割气体。在选用丙烷和氧气切割时要适当地降低切割速度，最好在切割前对大厚度钢板进行预热以便清除钢板表面水分，进一步提高切割质量。切割的中心焰要将切割氧的压力调节在0.6兆帕，丙烷压力取其1/10。

6、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。

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。

7、海洋工程装备焊工技能与素质的培养

在海洋工程装备制造中经常采用导管架平台，即用钢管相贯焊接而成的空间构架，其主要焊接结构是大型管子相交的节点(K、T、Y节点)，由于管壁较厚，焊接工作量大，而且该部位极容易产生疲劳破坏，因而对焊接质量要求特别严格。依据设计计算出的K、T、Y节点应承载受力，其焊接又分为全焊透、部分焊透和角焊缝三类。美国焊接协会钢结构焊接规范标准AWSD1.1(2008)第四章对K、T、Y节点施焊的焊工和焊接操作者的资格有明确规定，施焊人员必须具备6GR资质的焊工证书。当主管与支管斜交角度小于30度时，根部区更是难以施焊，因此，焊工还必须要具有小角度焊工资质证书才能施焊。6GR是指焊工焊接的位置包含了空间的平、横、立、仰的全位置，以及管斜45度带限制圈的固定焊。在焊工资格评定中，6GR是焊接级别最高、难度最大的科目。6GR焊接操作的难点主要有三个方面：

（1）焊缝坡口面位置随着管的弧度而发生变化，在焊接过程中熔化的铁水受到重力影响向下流动，难以控制熔池形状，容易出现未熔合、夹渣等缺陷。

（2）由于有限制圈的阻碍作用，在焊接过程中，焊工必须要时刻注意观察焊接熔池的变化，注意熔孔尺寸，每个焊点与前一个焊点重合面积的大小，熔池中液态金属与熔渣的分离等，同时运条的手也不能被限制，这对于焊工而言，是极其不适应的状态。

（3）层间清理有难度，清理不顺畅容易造成清理失误而形成夹渣。

总之，要培养一名熟练的6GR焊工必须要按照逐级的培训方法，先练习板对接的3G位置，再培训管对接水平固定5度位置，直至管对接斜45度固定6GR位置。掌握这些不同位置的操作方法和技巧大约需要70天。

三、海洋工程钢结构焊接的发展策略

深海油气资源丰富，在未来的一段时间内，开发深海油气资源的前景还会不断的扩大。我国在海洋工程和平台的建造技术逐年有所提高，而海洋工程钢结构的焊接技术也会得到快速的发展。焊条电弧焊工艺技术和应用能力，都可以达到海洋平台钢的焊接要求。但焊条电弧焊的生产效率低，而且工作环境恶劣，对环境污染严重，不能够保证海洋平台的建造周期。药芯焊丝气体保护焊的焊接原理是将气体保护焊热输入集中，不但效率高，而且很容易取得实现。这是目前是船厂主要使用的焊接方法。而随着时代的变化，海洋平台用钢也需要不断的增加厚度。新型的埋弧焊技术和气电立焊技术不但可以提高生产率，而且能够有效的改变海洋平台用钢目前的焊接现状。海洋平台用钢多为大厚度钢板的焊接方式，而窄间隙的焊接办法可以集中能量，减少处理钢坡口的程序，这是海洋平台未来的主要钢焊接发展方向。复合焊接技术能够组合集中于所有各类的焊接办法的独特优点，有效的提高海洋工程钢结构的焊接效率。而船厂不断的普及自动化设备，一些新技术也可以利用于海洋工程钢结构的焊接，例如机器人焊接、激光焊接等。

四、结语

综上所述，海洋工程装备的设计及制造中仍旧存在很多不足：一些高端制造水平不高、自主创新意识不够等问题。因此，作为海洋工程制造中关键技术之一的焊接技术一定要紧紧抓住国家大力发展海洋工程制造业的这个契机，重视科技创新能力，可科技为动力推动着船舶工业的转型升级。

参考文献：

[1] 陈式亮.水下焊接技术的现状和展望[J].海洋技术，1982(2)：37-47.

水下焊接范文第5篇

【关键词】：大直径排污管水下铺设

中图分类号：P756.2 文献标识码：A 文章编号：

修建过河管，江心取水头部与岸井连接管，污水向水导排放干管，长距离河底或海底输水管等都会遇到水下铺设的施工问题，如何选用合适的施工方法，应根据水下管道长度、水系深度、水系流速、水底土质、航运要求、管道使用年限、潮汐和风浪情况等因素来确定。

1、工程概述

重庆南岸区鸡冠石污水处理厂排放管土建工程，是重庆主城排水系统工程的重要组成部分，也是重庆市排水公司投资兴建功在千秋的环保工程。尾水排放管总长约250余米，主管为2孔DN2500钢管，扩散段采用1600-3400异形钢管，上升段采用1600钢管。所有钢管均在现场水域沿岸进行制作，水上浮运至施工现场沉放。

2、钢管制作

2.1钢管的制作质量要求

2.1.1管节的材料、规格、强度等级、加工质量应符合设计要求和规范规定；

2.1.2管节表面应无斑疤、裂纹、严重锈蚀等缺陷；

2.1.3焊缝的外观质量、直焊缝卷管管节几何尺寸允许偏差应符合设计和规范要求。

2.2钢管的制作要求

2.2.1管线制作按：划线下料卷管焊接接长防腐的程序进行；

2.2.2为保证弯头处的圆度，必须先进行压头，达到要求的曲率后再卷管，卷管前计算和调节好辊距进行试卷，一般要3-4次。

2.2.3管道焊接后，有特殊要求应作无损探伤检验时，其取样数量与要求等级按设计规定的要求执行。

2.3管道防腐

钢管内外防腐采用机械喷涂，其防腐材料、干膜厚度、涂层厚度都应符合设计要求。

防腐涂层质量要求：防腐涂层表面应平整光滑，无邹折和鼓包；防腐层养护固化后（35天）用铁锤敲击涂层，破口周围不应出现龟裂脱壳，沿破口周围涂层仍与管壁紧密粘附。

2.4管道拼装

在厂方加工的管道第节长度为8-9米，管道陆上运输至施工现场，在岸边拼装台座上对接成每段约长40的管节，两端用封堵钢板封堵钢板封死，保证在水上浮运过程中不漏水。对于弯头或截面尺寸过度段管线，制作后则要在岸上进行（有条件也可在水上）进行预拼装，以免制作误差影响水下安装时拼装成型。

对接好的长管段由机动船牵引沿拼装台座钢轨滑道下滑，机动船水上托运至施工现场附近水域待安装。拼装台座设4组滑移托架，两个位一组，第组支承一节管节，拼装台座及滑道示意图如图2所示.

3、沟槽开挖要求

3.1沟槽底宽应根据管道结构的宽度、开挖方法和水底泥土流动性确定。成槽后，管道中心线距边坡下角处每侧开挖宽度应符合下式规定：

B/2≥D1/2+b+500

式中B管道沟槽底部的开挖宽度（mm）；

D1管外径（mm）

b管道保护层及沉管附加物等宽度（mm）。

3.2沟槽边坡应根据土质情况、方向、沟槽深度及开挖方法确定，并应满足管道下沉就位时的要求。

3.3开挖沟槽的泥土应抛在与河流相交沟槽断面的下游。回填后，多余的土不得堆积在河道内。

3.4沟槽挖好后，应测量槽底高程的沟槽横断面，其测量间距应根据沟槽开挖方法及地质情况确定，在全管道沟槽范围内部得小于设计断面。

3.5如果是岩石沟槽，则开挖前应进行试爆。爆破时，应有专人指挥，并制定操作安全及保护施工机械设备的措施。

4、浮拖铺管施工

对于深水系，管道水下铺设多采用：铺管船水下铺管或水底拖曳法两种方法，本工程根据其特点采用铺管船水下铺管之：管线分节段沉放，水下接口的方法进行施工。

如果现场条件允许，管线均匀且较长，也可采用铺管船水下铺管之：管线水上接口，整体沉放的施工方法进行安装。

4.1铺管船水下铺管方案比较

深水系水下铺设钢管

4.2水上浮拖

在岸边拼装台座上把管子连接成一定长度和形状的管段后，管段两端采用法兰或焊接堵板，尔后下水，机动船水上浮拖至施工现场。在堵板上有直径施工气孔和进水孔，浮运管段在拖运前要进行浮力计算，如果管段多承受的浮力不足以使管段漂浮，可在管段旁系结风性浮筒，柔性浮囊，或捆绑竹木等。

4.3管线定位

管线定位陆上由全站仪进行测量，纵向移动由500吨级平板驳控制，横向移动由起重船控制。为提高定位的准确性，管线定位前，沿管线轴线方向可沉入一定数量的定位桩以供潜水员参考。

管段水下定位和接口由潜水工操作。潜水工用通讯工具与定位起重船联系，调整定位船锚舶位置和船上起重臂操作，使下沉管段与已铺铺管段对口。

浅水中管道的铺设可用尺测量。超过15米的深水中高程测量可用细钢丝系在事先设置好的圆环上进行控制。

4.4管道铺设

管段浮漂拖运到铺管沟槽上方，一条或多条水上浮吊系捆，浮吊停泊在事先经过校正的地点，并由若干船锚定位。自堵板上预留孔向管内慢慢均匀注水后，管段下沉到沟槽或水底。随后测量人员用全站仪进行精确定位，浮吊吊管调整至设计平面位置，定位正确后，潜水员垫好标高支墩，落管接扣，解脱堵板。

如果用分节段沉管，水下接口则按照事先制定好的接管顺序，同样的施工方法对称或顺次在水底进行水下法兰接口或承插口接管于前已铺好的管节，条件允许也可进行水下焊接。管道安装及沉放示意图如图3所示

4.5管道覆盖

管道安装完成后按设计要求进行覆盖。

5、几点体会

5.1、采用拖运法铺设沉管时，应根据河道和水位情况确定施工时间，不宜在洪水季节进行。

5.2钢管在拖运和沉放前要进行浮力和吊点计算。

5.3沉管前基床平整度，直接影响水下接口的顺利与否。

5.4水下排管铺设时，施工船舶较多，受风浪、水流等无法预计的因素影响很大。尤其采用整体沉放时，稍有疏忽，就会造成钢管接头断裂，为此在类似工程施工前，视风险因素，可参与工程保险。