水下管道的焊接技术研究

马奔

摘要：水下管道焊接由于受到水下环境的限制，在技术手段、装备、方法等方面受到很多限制。从水下焊接技术的分类和特点研究入手，对湿法水下焊接、局部干法水下焊接、干法水下焊接的研究入手，提出未来我国水下管道焊接技术的研究方向和趋势，希望对此领域研究提供借鉴与参考。

关键词：水下管道;焊接;干法;湿法

水下管道焊接技术是随着海洋的开发和水下管道需求的增多而兴起的一种技术。随着我国把向海洋开发和保护作为一项重点工作，对水下管道焊接技术的要求越来越高。从目前的发展来看，我国已经掌握的比较成熟的是水下技术是电弧焊。随着我国水下焊接技术的不断研究深入，已经能够熟练使用一些新的水下焊接方法。

一、水下焊接技术的分类和特点

（一）水下焊接方法的分類

我国已经在陆上焊接的基础上，研制出20多种水下的焊接方法。但是，由于水下焊接的特殊条件，目前我国使用的水下焊接方法也是沿用陆地焊接的方法，运用不同的装置和技术，研制并使用的已经比较成熟的是湿法、干法和局部干法。目前，我国还研制使用着一些新的方法，例如水下的电子束焊接、激光焊接、螺柱焊接、爆炸焊接、铝热剂焊接等，这些新技术的发展也成为了水下焊接的重要补充。

（二）水下焊接技术的特点

水下焊接由于环境的复杂性，相较于陆上焊接存在着很多困难，这也是水下焊接技术的特点。

1.可见度低。在水下，水压、气泡、光等因素的影响，为水下焊接的实施带来很大难度。首先是光的影响。水下本身能见度低，光在水下又产生了折射、反射等情况，同时在焊接时产生的水中气泡和烟雾等，这都会影响水建水下焊接的能见度。以上因素直接导致水下焊接就是盲焊，盲焊就会导致成品会有质量问题。

2.焊缝含氢高。水下焊接时，电弧会将水分解产生氢。焊接时，焊缝中的氢相比于陆地上会高很多。如果氢的含量在成品中超出了一定范围，就会使水下管道发生破裂，进而影响整个水下管道的结构，同时也是影响水下焊条电弧焊的焊接接头质量差的重要原因。

3.冷却速度太快。为了提高管道的坚硬程度，陆上焊接会运用淬火技术。但是水下焊接时，海水本身会进行热传导，在焊接成功后无法进行淬火技术的使用，所以会导致焊接成品的都存在一些问题。

4.水压问题。随着海水深度的加深，使压力也不断的增大。所以水下焊接的话会发生电弧柱变细焊道变窄问题。这也会导致焊缝高度增大而发生的稳定性降低的问题，同时也会产生更多的飞溅和烟尘。

5.不能实现连续工作。由于水下环境的复杂性，以及上文提到的诸多问题，为水下连续作业带来一定难度。所以在水下工作时很多时候都是焊接一段时间，就要暂停一段时间，这是有很多因素来决定的，但是也会导致焊接的焊缝出现不连接的问题。

二、湿法水下焊接的研究

湿法水下焊接是直接在水下环境中运用焊条电弧焊和药芯焊丝电弧焊进行焊接的一种造价较低、设备使用简单的常用焊接技术。湿法水下焊接具有操作灵活简便的特点。但是由于在水下环境中直接进行，就存在着成品的质量不高的问题。所以湿法水下焊接也不能应用于结构较复杂的焊接成品使用。

三、局部干法水下焊接研究

局部干法水下焊接是运用小型圆简型气室，将焊接局部区域的水利用气体的循环来排开后完成的焊接过程。由于在焊接过程当中是处于相对干燥的环境，所以产品质量比较高。例如近海工工程钢结构的焊接，就是运用局部干法是完成的。另外一些大型的气罩水下焊接也可以使用局部干法。水下焊接的装置变成了一个可拆卸的大型透明气罩，运用局部干法水下焊接技术，完成较为复杂的水下焊接工程。

四、干法水下焊接研究

干法水下焊接是在压力仓和工作室中，利用气体将焊接部分的水吹开，使焊接过程完全处于水下干燥或者半干燥的环境下完成，包括高压和常压干法水下焊接两大类。五、水下焊接技术的发展趋势

（一）三种方法并存使用

上文中提到的水下湿法、局部干法、干法焊接是我国目前研究的比较成熟的焊接方法，而且也运用了许多年，对其优缺点也有一定研究基础，所以在未来一段时间内，三种主要的水下焊接方法还是会被广泛应用。同时，随着水下焊接技术的不断研究与发展，还会探索出更多的创新性方法应对与更为复杂和严峻的水下管道焊接使用。

（二）高质量水下焊条研发势在必行

由于技术受限，我国水下焊接的技术仍不处在国内领先的水平，对于使用的工具与装备也处于起步阶段。例如水下焊条和水下药芯焊丝只能应用于100米深的水下，在向深度延伸则需要更高质量的焊条和药芯焊丝，所以从100米向200米突破技术是目前需要继续研究的内容。

（三）焊接过程的监控技术需要继续推进水下焊接的实现由于受到水下环境的限制呈现出很大的困难，这就需要对焊接过程给予高度的重视，实现焊接过程的全程监控，确保焊接质量，避免浪费重复修复的时间。目前使用的是自动化的轨道焊接系统和水下焊接机器人系统。因此，应该不断朝着减小人工水下操作为主要方向，研制水下自动焊接机器人，水上人工实现监控，这样的话不仅可以实现在更深的水下进行焊接，同时也减少了潜水焊接的危险性和工作强度，是未来发展可以参考的方向。

（四）水下焊接技术研究任重道远

随着我国不断进行海洋石油的开采和城市发展的水下管道需求增加，水下焊接技术还有很长的路要走。不断拓展技术的深度，解决实际出现的新问题，这是我国水下技术自主研发迫在眉睫要解决的问题。因此，水下焊接将在我国水下管道安装和维修作业方面还要继续进行深入的研究和发展。

参考文献：

[1]中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册（焊接方法与设备）M].北京：机械工业出版社，2001：257.

[2]俞建荣等.水下焊接技术及其进展[J].焊接技术，2001，30（4）：16-18.

[3]史耀武等.严酷条件下的焊接技术[M].北京：机械工业出版社，2000：49-50.