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海洋石油工程自动焊技术的现状与展望

北京石油化工学院能源工程先进连接技术研究中心(102617)焦向东周灿丰

摘要

摘要焊接在海洋石油工程中的应用涉及预制、安装、维修等方面。海洋石油平台结构件TYK节点自动焊应该采用关节型机器人，目前因为坡口加工、组对等前期工序质量难以保障而尚未应用，但是，随着智能制造的推进，是有可能实现机器人焊接的。桩管焊接已经采用自动焊替换手工焊，并且开发了多种焊接工艺，大幅度降低了劳动强度、提高了生产效率。海底管道铺设自动焊接已经基本普及，主要发展趋势是采用Tandem双丝焊接技术大幅度提高焊接效率。对于水下结构物维修而言，水下干式高压焊是比较成熟的高质量焊接工艺，未来重要的发展方向是采用无潜水员的全自动作业系统进行深水作业。

关键词：海洋石油工程TYK节点桩管海底管道铺设高压焊接中图分类号：TG457.1

0前言1海洋石油平台结构件自动焊

焊接在海洋石油工程中的应用涉及预制、安装、维修等方面，随着技术的发展，焊接自动化在其中发挥越来越重要的作用，文中对海洋石油平台结构件、海底管道等代表性结构物的焊接自动化进行了系统介绍，并且对其未来发展趋势进行了展望。

收稿日期：2015-06-14

基金项目：北京市属高校创新团队建设提升计划(IDH;北京市属高等学校长城学者培养计划(CITTC;北京市教育委员会科技计划资助项目KM201310017007)。

62015年第12期

海洋石油平台除一部分具有一般船舶的结构形式外，主要结构为各种弦杆和斜杆等组成的钢管桁架结构。

通常根据结构件的应力状态和一旦破坏所造成后果的严重情况，可以分为关键构件、重要构件和一般构件。关键构件是对结构整体最重要的构件，例如导管架管节点、甲板构架和立柱的连接等。重要构件对结构整体是比较重要的构件，以及对作业安全是很重要的其它构件，例如导管架反齿条、腿柱、桩管等。

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1.1TYK节点焊接

导管架中连接多个管件的接头称为管节点，如图1所示。TYK是管与管相交而成的桁架结构，圆管接头位置固定，焊缝为空间曲线焊缝，焊接时需要采用全位置焊接工艺，焊接过程复杂，目前国内外采用的均是焊条电弧焊或CO?气体保护焊进行焊接，尚未实现全自动焊。

图1导管架管节点

海洋石油工程股份有限公司通过MotomanUP20弧焊机器人进行模拟试验(图2),与现行半自动CO?气体保护焊进行对比研究，对TYK节点自动焊接方案、可行性、效率等进行了评估和分析，其结论是在现有的空间接头装配精度的前提条件下，采用普通的智能程度低的弧焊机器人难以实现复杂的TYK节点全自动焊接。

图2MotomanUP20弧焊机器人TYK节点焊接试验

1.2桩管焊接

桩管中的焊缝是标准的环焊缝，比较适合采用自动焊接小车进行焊接。中国石油集团采用熔化极气体保护焊进行了桩管预制焊接，桩管的材质为E36船用钢，规格为D1000mm×24mm和D914mmx40mm,其坡口型式为50°的V型坡口2。焊接时桩管水平固定，打底焊为手工焊，后续焊道为全位置自动焊，焊接小车沿桩管圆周焊完一遍，快速退回原起焊处再焊下一道，直至焊缝焊满，如图3所示。焊接过程在CCS验船师的

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监督下进行，整管环焊缝进行X射线探伤和超声波检查，无损检测结果全部合格。

图3桩管预制全位置自动焊

中国石化集团进行了海上桩管焊接自动化技术研究，采用CO?自动焊接装置进行桩管横焊缝焊接，焊缝成形质量好、X射线探伤一次合格率在95%以上，D1600mm桩管环缝焊接时间由焊条电弧焊的8~10h缩短为3h13。

中国石油集团同样开展了该研究工作，开发的海洋平台导管架桩管自动焊技术替代了手工焊成功应用于海洋平台现场焊接施工，如图4所示。桩管对接中自动横焊所需的小车行走及焊枪摆动的功能，采用以PLC为核心的控制系统的硬件设计原理和可靠性解决方法州。前期的工艺是采用STT气体保护焊进行根部焊道的横焊封底，用HOBART公司生产的FABSHIELD81N1自保护药芯焊丝填充盖面5-6。近期，为了提高焊接效率，开发了基于埋弧自动焊的导管架桩管自动焊技术。

图4海洋平台导管架桩管自动焊

2海底管道铺设自动焊

2.1海底管道S型铺设焊接

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