熊月潮(中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣東深圳518000)
海洋石油設(shè)備及管道自動焊技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景
熊月潮(中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣東深圳518000)
自動焊技術(shù)以其高效、優(yōu)質(zhì)的特點,在海洋工程建設(shè)中越來越受到重視。隨著海洋石油設(shè)備及管道厚度、管徑的進(jìn)一步增大以及高強度材料的應(yīng)用,為獲得施工過程的高效率和高質(zhì)量,數(shù)字化、自動化、智能化的自動焊技術(shù)將是海洋石油設(shè)備及管道焊接的發(fā)展方向。文中系統(tǒng)介紹了國內(nèi)外海洋石油設(shè)備及管道自動焊技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,本文對目前國內(nèi)外正在研發(fā)的先進(jìn)海洋石油設(shè)備及管道自動焊技術(shù)逐一進(jìn)行了介紹,展望了海洋石油設(shè)備及管道自動焊技術(shù)的發(fā)展方向,為我國今后海洋石油設(shè)備及管道自動焊技術(shù)的發(fā)展提供了參考。
海洋石油設(shè)備及管道;自動焊;現(xiàn)狀;發(fā)展
隨著我國海洋油氣資源開發(fā)逐步向深水發(fā)展,自動焊技術(shù)以其高效、優(yōu)質(zhì)的特點在海洋工程中的應(yīng)用得到了工程建設(shè)者的高度重視,高效率的結(jié)構(gòu)、容器焊接技術(shù)、高效海底管道鋪設(shè)焊接新技術(shù)、水下焊接修復(fù)焊接新技術(shù)和海洋油氣管道焊接自動化的應(yīng)用提高了海洋工程的建設(shè)效率,縮短建設(shè)周期,降低開發(fā)成本,海洋工程的焊接質(zhì)量得到了較大的提高,從而降低了海洋工程設(shè)施在海上施工及運行期間的風(fēng)險。
海洋工程焊接施工經(jīng)歷了手工焊、半自動手工焊和自動焊三個階段,目前高效的自動焊接技術(shù)在海洋工程壓力容器、管道的焊接以及水下焊接技術(shù)已經(jīng)得到了全面發(fā)展和廣泛應(yīng)用,使得海洋工程的焊接效率和質(zhì)量得到了大幅提高,自動焊接技術(shù)的應(yīng)用水平和國外海洋工程項目比較相差不大,不足之處是高效節(jié)能的自動焊接設(shè)備及特殊專用的海底管道、水下焊接成套設(shè)備需要進(jìn)口,水下焊接的應(yīng)用起步較晚。
1.1 壓力容器自動焊接技術(shù)
從20世紀(jì)50年代起,我國開始自動焊接技術(shù)的研制和發(fā)展;20世紀(jì)80年代國內(nèi)的大型壓力容器制造企業(yè)從國外引進(jìn)了一大批先進(jìn)的焊接設(shè)備如窄間隙焊機、多功能氬弧焊機、小口徑管內(nèi)壁堆焊機等等,先進(jìn)的自動化、機械化焊接工藝在壓力容器行業(yè)得到了廣泛的推廣應(yīng)用,在消化國外先進(jìn)技術(shù)的同時,國內(nèi)開發(fā)、研制的成套焊接設(shè)備基本滿足了國內(nèi)壓力容器生產(chǎn)的需要,2000年以后,國內(nèi)壓力容器廠家以大型厚壁容器為目標(biāo)開發(fā)新的焊接工藝設(shè)備、焊接材料技術(shù)(如厚壁殼體窄間隙埋弧焊技術(shù)、殼體內(nèi)壁帶極堆焊技術(shù)、小直徑管內(nèi)壁氬弧堆焊技術(shù)、管子-管板全位置焊接技術(shù)、接管馬鞍型管座自動焊接技術(shù)),特別是一些新材料(雙相不銹鋼、超級雙相不銹鋼、鎳基耐蝕合金、高強度耐熱抗氫鋼等)的焊接技術(shù)以及焊前焊后的熱處理技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā),國內(nèi)壓力容器制造行業(yè)的焊接技術(shù)得到了高速發(fā)展,大直徑、大壁厚、大噸位的壓力容器已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化,如第一重型機械集團(tuán)公司制造的鍛焊式熱壁加氫反應(yīng)器最大壁厚達(dá)到281 mm,單臺容器重量達(dá)到1000 t。
1.2 海底管道鋪設(shè)自動焊
海底管道鋪設(shè)自動焊接已經(jīng)基本普及,通過Tandem雙絲焊技術(shù)能夠顯著提升焊接的效率,Tandem雙絲焊不但能夠用在海底管道的S型鋪設(shè),而且能夠用在深水海底管道J型鋪設(shè)。Tandem雙絲焊的2根焊絲互替處在峰值電流情況,以此在任意時間均僅具備1根焊絲加熱熔池,熔池規(guī)格被控制,并且2根焊絲均為PGMAW,熱輸入控制具有良好的效果,十分符合焊接熔池控制艱難的J型鋪設(shè)焊接。相較于傳統(tǒng)的單絲焊,Tandem雙絲焊用在J型鋪設(shè),進(jìn)行相同尺寸環(huán)焊縫需求的焊接時間減少到49%。
2.1 海洋石油平臺結(jié)構(gòu)件TYK節(jié)點自動焊
海洋石油平臺結(jié)構(gòu)件TYK節(jié)點自動焊目前因為坡口加工、組對等前期工序質(zhì)量難以保障而尚未應(yīng)用,隨著智能制造的推進(jìn),通過使用5軸聯(lián)動數(shù)控切割機保障相貫線軌跡精確度與坡口加工的精確度,以及使用智能型較高具備較強的焊縫跟蹤能力的中厚板弧焊機器人,是完全可能實現(xiàn)機器人焊接的。樁管焊接已經(jīng)采用自動焊替換手工焊,并且開發(fā)了多種焊接工藝,大幅度降低了勞動強度、提高了生產(chǎn)效率。
2.2 水下結(jié)構(gòu)物維修焊接
到目前為止,已研究和應(yīng)用的水下焊接方法達(dá)20多種,以電弧熔焊方法為主,一般將水下焊接方法分為三大類,即濕法、干法及局部干法。
對于水下結(jié)構(gòu)物維修而言,水下干式高壓焊是比較成熟的高質(zhì)量焊接工藝,其焊接質(zhì)量可達(dá)到陸地焊接的水平,裝備復(fù)雜,施工時間長,輔助人員多,施工成本高。未來重要的發(fā)展方向是采用無潛水員的全自動作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行深水作業(yè),透過水下機器人的合作進(jìn)行水下結(jié)構(gòu)物在維修中需求的所有工作工序。
總而言之,對于海洋石油工程建設(shè)而言,需要大量的焊接作業(yè),應(yīng)當(dāng)緊密融合實際所需,有目的地使用焊接技術(shù)方案,提高數(shù)字化、自動化、智能化的自動焊技術(shù)應(yīng)用的比例,在保障焊接質(zhì)量的同時提高施工的效率,從而加快海洋油氣工程的建設(shè)。
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