水下激光焊接技术研究和应用的进展

2008/3/20/10:27来源:中国焊接协会
    海洋工程结构因常年在海上工作,其工作环境极为恶劣,除受到结构的工作载荷外,还要承受风暴、波浪、潮流引起的附加载荷以及海水腐蚀、砂流的磨蚀、地震或寒冷地区冰流的侵袭。此外,石油天然气的易燃易爆性对结构也存在威胁。而且海洋结构的主要部分在水下,服役后焊接接头的检查和修补很困难,费用也高,一旦发生重大结构损伤或倾覆事故,将造成生命财产的严重损失。所以对海洋工程结构的设计制造、材料选择以及焊接施工等都有严格的质量要求。而随着海洋石油和天然气工业的发展,海洋管道工程日益向深海挺进,我国作为一个发展中的沿海大国,国民经济要持续发展,就必须把海洋的开发和保护作为一项长期的战略任务。大量的海底管道施工工程对水下焊接技术提出了新的要求。  

    水下焊接由于水的存在,使焊接过程变得更加复杂,并且会出现各种各样陆地焊接所未遇到的问题,目前,世界各国正在应用和研究的水下焊接方法种类繁多,应用较成熟的是电弧焊。随着水下焊接技术的发展,除了常用的湿法水下焊接、局部干法水下焊接和干法水下焊接以外,又出现了一些新的水下焊接方法。但是,从各国海洋开发的前景来看,水下焊接的研究远远不能适应形势发展的需要。因此,加强这方面的研究,无论是对现在或将来,都将是一项非常有意义的工作。   

1 水下焊接技术的最新进展  

1.1 湿法水下焊接     

    湿法焊接中,水下焊接的基本问题表现最为突出。因此采用这类方法难以得到质量好的焊接接头,尤其在重要的应用场合,湿法焊接的质量难以令人满意。但由于湿法水下焊接具有设备简单、成本低廉、操作灵活、适应性强等优点。所以,近年来各国对这种方法仍在继续进行研究,特别是涂药焊条和手工电弧焊,在今后一段时期还会得到进一步的应用。  

    在焊条方面,比较先进的有英国Hydroweld公司发展的Hydroweld FS水下焊条,美国的专利水下焊条7018’S 焊条,以及德国Hanover大学基于渣气联合保护对熔滴过渡的影响和保护机理所开发的双层自保护药芯焊条。美国的Stephen Liu等人在焊条药皮中加入锰、钛、硼和稀土元素,改善了焊接过程中的焊接性能,细化了焊缝微观组织[1]。  

    水下焊条的发展促进了湿法水下焊接技术的应用。目前,在国、内外都有采用水下湿法焊条电弧焊技术进行水下焊接施工的范例。  

    药芯焊丝的出现和发展适应了焊接生产向高效率、低成本、高质量、自动化和智能化方向发展的趋势。英国TWI与乌克兰巴顿研究所成功开发了一套水下湿法药芯焊丝焊接的送丝结构、控制系统及其焊接工艺[2]。华南理工大学机电工程系刘桑、钟继光等人开发了一种药芯焊丝微型排水罩水下焊接方法[3],从实用经济的角度出发,完全依靠焊接时自身所产生的气体以及水汽化产生的水蒸气排开水而形成一个稳定的局部无水区域,使得电弧能在其中稳定的燃烧。微型排水罩的尺寸和结构决定了焊接过程中无水区(局部排水区)的大小和稳定程度。除此之外,他们还通过复合滤光技术和水下CCD摄像系统,采集出了药芯焊丝水下焊接电弧区域图像,从而为水下湿法焊接电弧的机理分析及水下焊接过程控制奠定了基础。         

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