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海洋工程建造关键焊接技术探究

所属栏目:工业设计论文 发布日期:2021-12-22 09:59 热度:

   随着能源需求的日益增长,人们将目光逐渐转向了海洋资源的开发。焊接技术作为海洋工程建造的重要组成部分也受到了广泛关注。关键焊技术对提升海工建造整体质量有着积极的促进作用。基于此,研究关键焊接技术对自升式、半潜式、张力腿、立柱式钻井平台以及浮式生产储卸油船等海洋工程建造质量的提升具有重要意义,本文对高强钢、复杂节点、高压管线的焊接技术以及大厚度钢板切割技术进行了深入分析,以供参考。

	海洋工程建造关键焊接技术探究

  1 关键焊接技术对海工建造技术起到的作用

  1.1 对自升式钻井平台技术的作用

  自升式钻井平台主要由桩腿、平台结构以及升降机所组成,其中平台结构的主船体部分是一个封闭结构,由平台结构、桩腿及升降机构组成,其中自升式钻井平台的主船体部分是一个不透水的密闭结构,主船体部分一方面可以对机械设备起到承载作用,另一方面实现钻井采油的功能。自升式钻井平台可以根据海平面位置不同进行自动升降且具有良好的稳定性,而且该平台的造价相对较低[1].

  但是,其也有自身作业环境方面的缺陷,该平台无法在较深海域进行钻井采油工作,这主要是其桩腿长度限制所决定的。海工建造过程中,关键焊接技术可以行之有效的处理自升式钻井平台高强度下料方面的问题、也可以有效帮助解决自升式钻井平台控制升降装置的升降管抵抗机械疲劳等问题。

  1.2 对半潜式钻井平台技术的作用

  半潜式钻井平台由起支撑和连接作用的立柱、让平台具备浮力的浮体等多个部分组成。半潜式钻井平台的立柱露在海面以上,直接面对海面环境的变化,而浮体大部分浸没在水下,这样使得半潜式钻井平台可以抵御恶劣的作业环境。基于半潜式钻井平台的特点,其设备材料多选用低合金高强度钢,目的是降低平台自重的同时提升平台载荷能力,继而为平台施工作业提供便利。关键焊接技术对抑制半潜式钻井平台焊接质量缺陷的产生有较好的促进作用,特别是对强化焊接接头和提高焊接位置抵抗疲劳能力等方面有较大促进作用。

  1.3 对张力腿平台技术的作用

  张力腿平台可以在较深海中使用,可以垂直系泊。张力腿平台原理是利用半顺应、半刚性的平台产生远大于结构自重的浮力来抵消预张力,为平台提供一个相对稳定的作业环境。此外,张力腿平台因特殊的直立浮筒结构也为其增加了良好的运动性能。高强度钢在张力腿平台结构中充分发挥其强度的前提是关键焊接技术的正确应用。

  1.4 对深吃水立柱式平台的作用

  深吃水立柱式平台由上部组块、柱式浮体、系泊缆、顶部浮筒式井口立管、悬链式立管和桩基础构成,因该平台的重心水平线比浮力水平线要低,所以该平台具有较强的稳定性,外界环境不容易干扰到平台作业。深吃水立柱式平台的锚泊系统位置处于海洋底部,可以很好的稳定平台,避免因平台设备重力振动或者作业外部环境的影响而产生纵摇现象。关键焊接技术可以有效增强深吃水立柱式平台结构的抗疲劳能力。

  1.5 对浮式生产储卸油船的作用

  海洋石油的采油系统在井口平台和浮式生产储卸油船的相互配合下得到了进一步的完善,浮式生产储卸油船具有移动便捷、循环使用以及可深水作业的优势,且具有抵抗恶劣作业环节的能力。关键焊接技术在低温焊接接头中所起到的作用可明显改善浮式生产储卸油船焊接接头的断裂韧性,对浮式生产储卸油船焊接质量起到了至关重要作用。

  2 海洋工程制造中的关键焊接技术分析

  2.1 高强钢焊接技术

  低合金高强刚在海工建造过程中使用的频率较高,而韧性指标是低合金高强刚焊接接头质量控制的一个关键指标,所以韧性的控制是低合金高强刚焊接的一个关键技术。低合金高强钢在焊接过程中容易出现焊接冷裂缝的缺陷,究其原因是焊接过程中的快速加热和快速冷却所造成的,再加上热影响区强度高、塑性和韧性都较差。焊接过程的加热速度或者冷却速度要给予科学合理的控制,如果加热速度控制的过快,会导致焊缝金属强度高韧性低;如果冷却速度控制的过快,会导致焊缝金属强度低韧性高。所以,只有将加热速度或者冷却速度控制在合理范围内,才会使得焊缝金属强度和韧性趋向平衡,使得其质量都符合设计规范要求。在海工建造焊接过程中,要对热输入作用给予足够的重视,因热输入作用对焊缝效果的影响较大,所以,在焊接过程中要科学确定热输入点来加强焊缝性能。此外,海工建造焊接过程要遵循质量标准,反复实践并灵活运用焊接工艺。

  2.2 复杂节点的焊接技术

  海工装备结构主要有各类型的立柱和管子等组成,特别是像立柱、横撑等受力构件的焊接接头复杂程度极高,再对此类焊接难度极高的构件进行焊接作业时,要对焊接各个环节进行有序把控,特别是不同结构的先后顺序一定不能错,要明确接头的切割方式和坡口角度,根据构件结构特点,选择相匹配的焊接技术。此外,要将焊接作业的前期预热的温控工作把握好,为全面焊接作业打好夯实基础。

  2.3 焊接变形残余应力的控制技术

  在控制焊接变形和焊接残余应力控制方面需要用可靠数据来说话,需要用实际数据来解决问题,需要三维建模来模拟运算。所以,要经过一定量的试验来搜集主要结构的数值。在解决焊接变形和焊接残余应力所带来的问题时,要尽可能将超声波冲击效应充分发挥,通过超声波技术实现焊趾重熔,继而有效调控焊接线的能力分布,此外要做好焊趾打磨工作,焊接前与焊接后要对热处理环节给予足够的重视,尽量避免焊接残余应力的产生。

  2.4 大厚度钢板切割技术

  因低合金高强度钢在海工建造中使用较为频繁,但低合金高强度钢通常是具有一定厚度的,所以在使用过程中不需要对其进行深度加工,只需要按照规范要求进行切割即可使用。

  在进行大厚度钢板切割作业时,要严格控制火焰高度,将火焰高度控制在0.3 m以内为宜,在控制火焰高度的同时要把控好切割嘴的风向。为了保证大厚度钢板切割断面的光滑性和平整性,可以采用高压或者高速的方式来进行控制。此外,因大厚度钢板自重较大,如果从一头切割势必会因局部受力过大而产生钢板变形,所以,应采用双头对称切割工艺来进行切割作业,目的就是为了保持钢板固定的形状。与此同时,大厚度钢板切割过程中要合理确定减压器割具,必要时可以选择液氧助燃来协助切割作业的顺利进行。如果采用丙烷或者氧气来进行切割作业时,要注意调整切割速度,避免切割速度过快造成钢板断面不光滑平顺的现象发生。

  3 结语

  海工装备建造是海洋工程中重要的一环,海工装备建造的发展离不开核心技术的进步,所以海工企业要在研发方面投入大量的人力物力,对关键核心技术进行不断升级的同时,也要牢牢掌握住自己的核心技术,提升海工建造核心部件的性能,对海洋工程实践过程中遇到的难点和重点问题进行合理解决,并从解决问题的过程中探索核心技术升级改造的基本思路,掌握自主创新权利。鼓励企业焊接工程师和一线焊接作业人员对焊接关键技术进行深入研究,提出更加科学合理的焊接工艺,在保障焊接质量的前提下,降低海工建造焊接作业成本,促进海工装备建造行业蓬勃发展。

  参考文献

  [1]彭涛,林忠钦,杨建民海洋工程装备建造设备发展浅探[J]中国工程科学, 2016(04):109-112.

  [2]李晓东焊接自动化技术在石油钻采设备制造中的应用服[J]化工设计通讯, 2021(02):17- 18+64.

  [3]李风波,潘川,杨文华,等海洋工程用高强钢焊接技术研究现状及发展趋势[J].金属加工(热加工) , 2021(08):35-38.

  《海洋工程建造关键焊接技术探究》来源:《中国石油和化工标准与质量》,作者:宋家鑫,杨红升,宋洪波

文章标题:海洋工程建造关键焊接技术探究

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