水下焊接范文

導語：如何才能寫好一篇水下焊接，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：水利工程；水下焊接；應用；方法

中圖分類號：TV文獻標識碼： A 文章編號：

近年來，水下焊接技術發展速度很快，在促進我國經濟發展中發揮了重要作用。水下焊接方法有很多種，其中應用較為廣泛的是水下濕法焊接水、下干法焊接、局部干法水下焊接等幾種，本文將作簡要分析。

一、常用水下焊接技術

1、水下濕法焊接

濕法焊接是指被焊部件和焊槍直接暴露在水下環境中，電弧的形成、燃燒是在水中完成的。水下焊接時電弧周圍能否形成一定大小、穩定的電弧氣泡是水下焊接成功的首要條件。電弧氣泡中的氣體主要是由水蒸氣高溫解離形成的氫和氧，以及焊條藥皮中燃燒分解的CO和CO2氣體組成，還有少量的N2和微量氣態金屬構成。由于電弧氣氛內氫的含量很大，所以氫脆敏感性成為特別關鍵的問題，極大地降低了焊縫強度。但由于濕法焊接具有設備簡單、成本低廉、操作靈活、適用性強等優點，現已廣泛用于海洋工程的建造安裝及維修，特別是近年來隨著海洋石油工業的發展、各種裝置服務年限的增加，以及船舶進入船塢修理成本的提高，濕法水下焊接將會得到進一步的發展和應用。目前采用的主要方法有水下焊條電弧焊和藥芯焊絲半自動焊兩種。

2、水下干法焊接

干法焊接是指將包括焊接部位在內的一個較大范圍內的水人為地排開，使潛水焊工能在一個干的氣相環境中進行焊接。根據工程結構的具體形狀、尺寸和位置的不同，通常需要設計相應的氣室，氣室中需備有一套生命維持、濕度調節、監控、照明、安全保障、通信聯絡的系統。輔助工作時間長，水面支持隊伍龐大，施工成本較高。例如，美國TDS公司的一套可焊接直徑φ813mm管線的焊接裝置(MOD-1)造價高達200萬美元。因此，這種方法多用于深水，且需要預熱或焊后熱處理的材料或質量要求很高的結構焊接。按水下氣室中氣體壓力的不同，干法焊接又分為高壓干法焊接和常壓干法焊接。

（1）高壓干法焊接

高壓干法焊接是當前最主要的優質水下焊接技術，目前最大實用水深約為300m。在該焊接方法中，氣室底部是開口的，通過通入氣壓略高于工作水深壓力的氣體把氣室內的水從底部開口處排出，從而保證焊接在干的氣室中進行。一般采用焊條電弧焊或惰性氣體保護電弧焊，其中GTAW具有電弧穩定、適于全位置焊接、易于實現自動化等特點，已成功應用于海底管道修復等水下鋼結構焊接，并基本上可以達到陸地焊縫的水平。但是高壓干法焊接同樣存在“壓力影響”問題。在深水下進行焊接時，隨著電弧周圍氣體壓力的增加，焊接電弧的特性和焊接工藝都會受到不同程度的影響。因此，研究高壓氣氛中電弧特性是了解高壓干法水下焊接過程，獲得良好焊接接頭的關鍵。

（2）常壓干法焊接

常壓干法焊接是指在深水下焊工仍然與在陸地一樣的氣壓環境中進行焊接，排出了水深的影響，完全保證了焊接質量，其示意如圖1所示。1977年，法國LPS公司首次采用常壓干法焊接技術在北海水深150m處成功地實現了直徑426mm海底管線的焊接。但其設備造價比高壓干法水下焊接還要昂貴，焊接輔助人員更多，所以一般只用于深水且非常重要的結構焊接。

1.浮箱；2.常壓倉；3.液壓測力計；4.裝配塞；5.新管子；6.調整短管；7.密封卡環

圖1常壓焊接原理示意

3、局部干法水下焊接

局部干法水下焊接是20世紀60年代末發展起來的，利用氣體把被焊部件周圍局部區域的水人為排開，形成一個較小的氣相區，使電弧在其中穩定燃燒。局部干法焊接綜合了濕法和干法兩者的優點，由于降低了水的有害影響，使得焊接接頭質量.

二、水下焊接技術在水利工程中的應用實例

隨著我國水電事業的發展，許多已建水利水電工程的改造和維護維修工作迫在眉睫，特別是在水庫大壩水下處理工程中混凝土裂縫的修復、地下管道裂縫的修復以及水下混凝土的加固等工程，都需要水下焊接這一前沿的工程技術。隨著水下焊接這一技術難題的突破，水下焊接技術將越來越多地應用于各類水工建筑物、水電站、泵站金屬結構的焊接加固，并可以與水下立模混凝土澆筑施工、水下沖坑修復、水下清淤、水下爆破等工藝結合來完成大壩和水下管道的維護和修理，使其能在較短時間內恢復正常運行。

1、水下混凝土的加固

漫灣水電站水墊塘底板及側壁約有3500m2沖坑內的混凝土需要補強加固，且水墊塘底板沖坑內有大量沖斷變形的鋼筋。通常，是在不需要開閘放水的情況下，可將下泄的水流導入溢洪道，使得水墊塘可以處于干燥的環境中進行地面作業。而在當時情況下，水庫需要給下游的城市提供生活生產用水，還需要給下游提供農業用水。所以，在不影響電站正常運行的情況下，就需要澆筑水下的混凝土進行加固：首先利用水下電-氧切割法將變形、高出底板面的鋼筋切斷，用水下濕法補焊成完整的鋼筋網，再進行水下立模、水下澆筑混凝土。該項目對施工質量要求高，而且只能在冬季夜間水下施工作業。由于采用了水下焊接技術，使得原來的鋼筋網和新澆筑混凝土鋼筋網的焊縫強度高，新舊混凝土的交合面結合緊密，強度達到了設計要求，取得了滿意的修補質量。從而使水電站能夠正常運行，直接減少了電站的運營損失，而且保證了下游的供水要求。這也進一步驗證了水下焊接技術的可靠性和實用性。

2、水下裂縫的修復

青銅峽水電站泄洪洞檢修門槽底板沖坑補強加固工程中，發現高速水流的沖刷侵蝕，使底板沖坑與進水口上游導墻側壁出現了裂縫。由于作業面靠近泄洪洞的檢修門槽，需要在底板沖坑與進水口上游導墻側壁的裂縫進行水下焊接作業。通過在裂縫處布置雙向的鋼筋網，再焊接鋼襯板立模，澆筑水下不分散混凝土進行水下修補，來解決澆筑水下混凝土時新老混凝土結合面的粘結強度不夠的問題。這樣既可改善混凝土的結構性能，又可提高鋼筋工程質量。補強加固后，經過一年多的泄水排沙運行試驗，在含大量泥沙的高速水流沖刷下，新澆筑的混凝土未見沖刷破壞，完全達到設計的強度要求，且工程量較傳統方法減少了30%，造價降低了35%，也大大縮短了工期，再次顯示出該技術的優勢。

3、水下涵閘與泵站的檢修

安徽省防汛機動搶險隊多次將水下焊接技術用于水下涵閘與泵站的檢修中，如水下鋼閘門邊柱、主橫梁和面板等損壞部位的水下焊接加固、閘門吊頭脫節的水下焊接及閘門支撐行走部位的水下檢修加固；還用于泵站水泵導水葉的水下焊接修補、進水口預埋件的水下焊接等項工作。特別是在抗洪搶險工作中，助該技術發揮了施工工期短、收效快的優勢，取得了很好的效果，保證了抗洪搶險工作的順利進行。

4結語

水下焊接對于水利工程建設來說，造價相對較低、工程量小、工期短，既不需要水庫為工程施工而降低水位，也不需要采用土石圍堰進行旱地施工，從而減小了輔助工程的施工周期，大大縮短了工程量和工期，為水庫大壩修理維護提供了更多的選擇。尤其在汛期，及時恢復水工建筑物的正常運行，對水工建筑物安全度汛有著重大的現實意義。

參考文獻：

[1]房曉明,周燦豐,焦向東譯.水下焊接修復技術[M].北京:石油工業出版社,2005.

[2]史強.水下焊接技術探究[J].產業與科技論壇，2012（24）.

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我國的地下水資源的運用總量已經比較巨大，但都集中在北方和西北的干旱半干旱地區。漢中地區的水資源相比較全國而言已經很豐富了，生活用水完全可以由地表水資源解決，但豐富的地下水資源尚未得到妥善的利用。基于現狀的考慮我將研究方向定在地下水資源的運用上，但并不是簡單地通入普通住宅解決生活用水問題，在漢中區域就生活用水來說，利用地表水更加經濟便捷，因此需要得到一種更為有效實用且環保的利用方式。

2.已有地下水資源的應用實例

鋼管井式地源熱泵中央空調應用實例。四川某酒樓，三層建筑，空調總面積3400m2，安裝地源熱泵空調設備82臺，水量90m3/h，地下水取水方式為鋼管井，管徑DN50，異井回灌，取水井5口，四用一備，回灌井9口，取水井與回灌井距離60m。該項目已連續運行二年。

從上述的實例中我們注意到其運用方式并不是生活取水而是和空調系統結合。并且注意到了運用后的回灌問題，這樣就能在一定程度上解決地下水的運用對地下水本身的污染問題以及因為抽出過多導致的地面塌陷問題。并且漢中地區在區位上屬于冬冷夏熱區，秦嶺淮河以南，這樣造成了一個尷尬的局面是在建筑構造上注重隔熱，但事實上漢中冬季的最低溫度與西安地區相差無幾，但卻沒有暖氣供應。水源熱泵技術對漢中地區解決冬季采暖，兼顧夏季制冷不失為一個好的選擇。

3.水源熱泵系統原理簡介

通過輸入少量高品位能源（如電能），實現低溫位熱能向高溫位轉移。水體分別作為冬季熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源，即在夏季將建筑物中的熱量“取”出來，釋放到水體中去，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，以達到夏季給建筑物室內制冷的目的；而冬季，則是通過水源熱泵機組，從水源中“提取”熱能，送到建筑物中采暖。

4.水源熱泵系統優點與缺點

（1）高效節能

水源熱泵是目前空調系統中能效比（COP值）最高的制冷、制熱方，式理論計算可達到7，實際運行為4～6。

（2）可再生能源

水源熱泵是利用了地球水體所儲藏的太陽能資源作為熱源，利用地球水體自然散熱后的低溫水作為冷源，進行能量轉換的供暖空調系統。

（3）環保效益顯著

水源熱泵機組運行無任何污染，無燃燒、無排煙，不產生廢渣、廢水、廢氣和煙塵，不會產生熱島效應，對環境非常友好，是理想的綠色環保產品。

（4）政策支持

國家十分重視可再生能源開發利用工作，《中華人民共和國可再生能源法》已于2006年1月1日起實施，從國家立法和發展戰略的高度，對可再生能源的發展應用予以強力推動。

5.設計要點

基于以上的分析調研我們得出了在漢中地區設計水源熱泵的設計要點。

（1）熱源井數目應結合工程場地情況和水文地質試驗結果進行合理的布置，并應滿足持續出水量和完全回灌的要求。

（2）熱源井井管應嚴格封閉，井內裝置應使用對地下水無污染的材料，井口處應設檢查井。

（3）抽水井和回灌井宜能相互轉換，其間應設排氣裝置。抽水管與回灌管上均應設置水樣采集口及監測口。地下水供水管道宜

保溫。

（4）為預防和處理回灌井堵塞，設計中應考慮回揚措施，并應根據含水層的滲水性、回灌井的結構和回灌方法確定回揚次數和回揚持續時間。

（5）地下水源水質應滿足《采暖通風與空氣調節設計規范》（GB 50019-2003）要求，當水源水質不能滿足要求時，應相應采取有效的過濾、沉淀、滅藻、阻垢。除垢和防腐等措施。

（6）地下水系統宜采用變流量設計，根據空調負荷的變化，動態調節地下水用水量，既盡量減少地下用水量，又充分降低地下換熱系統的運行費用。

（7）地下水地源熱泵系統采用集中設置的機組時，應根據水源水質條件確定采用直接或間接式系統；采用分散小型單元式機組時，應設板式換熱器間接換熱。

（8）應根據建筑物的特點和使用功能經過技術經濟比較來確定地下水水源熱泵機組的型式，并應根據不同地區地下水的溫度參數來確定機組合理的運行工況提高地下水地源熱泵系統的整體運行性能。

（9）在水源熱泵機組外進行冷、熱轉換的地下水源熱泵系統應在水系統管路上設置冬、夏季節的功能轉換閥門，轉換閥門應性能可靠，嚴密不漏，并做出明顯標識。

（10）地下水直接進入地下水地源熱泵機組時，應在水系統管路上預留機組清洗用旁通閥。地下水通過板式熱交換器間接與地下水地源熱泵換熱時，在板式了交換器循環回路上應設置開式膨脹水箱或閉式穩壓補水裝置。

（11）地下水地源熱泵系統在供冷、供熱的同時，宜利用地下水地源熱泵系統的熱回收功能提供（或預熱）生活用水，不足部分由其他方式補充。生活熱水的制備可以采用制冷劑環路加熱或水路加熱的方式。生活熱水的供應，應當按照現行國家標準《建筑給水排水設計規范》（GB 50051-2003）的規定執行。

（12）建筑物內系統循環水泵的流量，應按照地下水地源熱泵機組額定流量的較大值確定，水泵揚程為管路、管件、末端設備、蒸發器和冷凝器（選取較大值）的阻力之和。

小結

經過調研我們得出部分能在漢中地區設計水源熱泵的要點。我們相信在國家大的政策環境下，在建筑師更加關注環境友好型建筑的情況下，水源熱泵技術會在建筑節能領域取得巨大的進展，為漢中地區乃至全國的建筑節能發展起到一個推動性的作用。

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[關鍵詞]傳統焊接；水下焊接

中圖分類號：T856 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）43-0266-01

隨著現代工業的發展，對結構和材料的要求越來越高，如造船和海洋工程要求解決大面積拼板、大型立體框架結構自動焊及各種低合金高強鋼的焊接問題；石油化學工業要求解決各種耐低溫及耐各種腐蝕性介質壓力容器的焊接問題；航空航天工業中要求解決鋁、鈦等輕合金結構的焊接問題；重型機械工業中要求解決大截面構件的拼接問題；電子及精密儀表制造工業要求解決微精密焊件的焊接問題。因此，優質、高效、節能的現代焊接技術正逐步取代能耗大、效率低和工作環境差的傳統焊條電弧焊焊接工藝，焊接技術結構性的轉變必將對裝備制造業技術水平與生產能力的提升發揮更加重要的作用。

1.傳統焊接工藝簡介

傳統上焊接更多地被認為是一種技藝而不是技術性很強的制造方法。很多傳統焊接方法嚴重依賴于操作人員的熟練程度，還有很多傳統焊接方法相對生產成本較高而且工藝重復性很差。但事實上，雖然焊接過程可能是一個多物理場耦合的復雜過程，國際上仍然開展了大量的高水平研究，人們對焊接過程中的很多基本物理現象有了更深入的了解，這些研究為焊接工藝技術的飛速發展提供了科學基礎。金屬焊接方法有40種以上，主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。

（1）熔焊熔焊是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動，冷卻后形成連續焊縫而將兩工件連接成為一體。為了提高焊接質量，人們研究出了各種保護方法。例如在鋼材焊接時，在焊條藥皮中加入對氧親和力大的鈦鐵粉進行脫氧，就可以保護焊條中有益元素錳、硅等免于氧化而進入熔池，冷卻后獲得優質焊縫。

（2）壓焊是在低于被焊金屬熔點的溫度下，不添加填充金屬，施加一定的壓力，使接頭產生必要的塑性變形，實現焊接的方法。各種壓焊方法的共同特點是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多數壓焊方法如擴散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有熔化過程，因而沒有象熔焊那樣的有益合金元素燒損，和有害元素侵入焊縫的問題，從而簡化了焊接過程，也改善了焊接安全衛生條件。同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間短，因而熱影響區小。許多難以用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強度的優質接頭。

（3）釬焊釬焊是使用比工件熔點低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于工件熔點的溫度，利用液態釬料潤濕工件，填充接口間隙并與工件實現原子間的相互擴散，從而實現焊接的方法。焊接時形成的連接兩個被連接體的接縫稱為焊縫。焊縫的兩側在焊接時會受到焊接熱作用，而發生組織和性能變化，這一區域被稱為熱影響區。焊接時因工件材料焊接材料、焊接電流等不同，焊后在焊縫和熱影響區可能產生過熱、脆化、淬硬或軟化現象，也使焊件性能下降，惡化焊接性。這就需要調整焊接條件，焊前對焊件接口處預熱、焊時保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質量。

2.新型焊接工藝――水下焊接

水下焊接由于水的存在，使焊接過程變得更加復雜，并且會出現各種各樣陸地焊接所未遇到的問題。由于水對光線的吸收、反射及折射作用，使光線在水中傳播的距離顯著縮短，水下電弧的能見度非常低，加上電弧周圍產生的氣泡影響，嚴重妨礙了潛水焊工技術的正常發揮。另外，水的熱傳導系數較高，約為空氣的20倍左右。在濕法焊接時，往往易出現高硬度的淬硬組織。因此，水下焊縫含氫量一般都較高，容易引起氫脆或諸如白點及冷裂紋等缺陷。

水下焊接有干法、濕法和局部干法三種。

（1）干法焊接

干法焊接是指把包括焊接部位在內的一個較大范圍內的水人為地排開，使潛水焊工能在一個干的氣相環境中進行焊接的方法，即焊工在水下一個大型干式氣室中焊接。這種方法多用于深水，需要預熱或焊后熱處理的材料，或質量要求很高的結構的焊接。與濕法和局部干法焊接相比，干法焊接安全性最好，但使用局限性很大，應用不普遍。

（2）濕法焊接

濕法焊接是焊工在水下直接施焊，而不是人為地將焊接區周圍的水排開的水下焊接方法。電弧在水下燃燒與埋弧焊相似，是在氣泡中燃燒的。焊條燃燒時焊條上的涂料形成套筒使氣泡穩定存在，因而使電弧穩定，如圖8-1所示。要使焊條在水下穩定燃燒，必須在焊條芯上涂一層一定厚度的涂藥，并用石蠟或其他防水物質浸漬的方法，使焊條具有防水性。氣泡由氫、氧、水蒸氣和由焊條藥皮燃燒產生的氣泡；渾濁的煙霧生的其他氧化物。為克服水的冷卻和壓力作用造成的引弧及穩弧困難，其引弧電壓要高于大氣中的引弧電壓，其電流較大氣中焊接電流大15%～20%。水下濕法焊接與干法和局部干法焊接相比，應用最多，但安全性最差。由于水具有導電性，因此防觸電成為濕法焊接的主要安全問題之一。

（3）局部干法焊接

局部干法焊接是用氣體把正在焊接的局部區域的水人為地排開，形成一個較小的氣相區，使電弧在其中穩定燃燒的焊接法。由于它降低了水的有害影響，使焊接接頭質量比濕法焊接得到明顯改善。與干法焊接相比，無需大型昂貴的排水氣室，適應性明顯增大。它綜合了濕法和干法兩者的優點，是一種較先進的水下焊接方法，也是當前水下焊接研究的重點與方向。

3.未來發展趨勢

未來水下焊接技術主要朝著智能化和自動化方面發展。自動化體現在軌道焊接系統和水下焊接機器人系統，焊接過程自動監控，焊接質量好，節省工時，而且減輕潛水員的工作強度是目前的發展方向。自動化的應用時遙控焊接，可以突破潛水焊工所能達到的水深限制。目前較為成熟的是軌道焊接系統。它采用模塊結構，維護簡單。但軌道焊接受安裝和維護的限制，水深不超過600 m。最近快速發展的水下焊接機器人系統具有更大的靈活性，在高壓干法焊接下，可進行GTWA、GMAW 及FCAW 焊接，在水深1100 m 仍能得到滿意的焊接質量。水下爬壁焊接機器人系統在激光裝置的引導下可更加靈活地實現焊縫和缺陷的檢測與控制，并有利于焊接質量的提高。由于水深的影響，送絲系統是水下焊接的一個難點，一種新型高可靠性的水下翻轉和送絲反饋系統已經得到應用。

4.總結

未來的焊接工藝，一方面要研制新的焊接方法、焊接設備和焊接材料，以進一步提高焊接質量和安全可靠性，如改進現有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能源；運用電子技術和控制技術，改善電弧的工藝性能，研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法。另一方面要提高焊接機械化和自動化水平，如焊機實現程序控制、數字控制；研制從準備工序、焊接到質量監控全部過程自動化的專用焊機；在自動焊接生產線上，推廣、擴大數控的焊接機械手和焊接機器人，可以提高焊接生產水平，改善焊接衛生安全條件。

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關鍵詞：帶水焊接排水阻隔法冷凍

中圖分類號： TK226 文獻標識碼： A

在建設工程中，管道的泄漏搶修往往具有時間緊迫性、不定性、勞動強度大等特點。要求搶修人員在最短的時間內安全、高效地完成搶修任務，保障暢通。但在搶修的過程中情況多變，有時看似簡單的過程往往會有意外情況發生。如對鋼制管的搶修，一般來說只要焊補即可，但有時會因某種原因管道內部的水不能排盡，而在現場由于一引些技術問題，管道無法進行帶水直接焊接，如果一定要進行強制焊接，則可能出現假焊或將出現一些焊接質量問題，如帶水焊接出現焊縫裂紋、未焊透、焊縫夾氫、未融合、未焊透、氣孔、咬邊、夾渣等問題，而使焊接工作徹底失敗，若要施焊，一般只能將管道中的積水全部排盡排空并使焊接部位干燥才能進行修補焊接，試壓工作或系統運行工作只能停滯，由此帶來的后果是施工人員只能等待，造成人員窩工損失；管道中的存水必須排盡，造成水資源學浪費；排水地點一般是地勢較低，排水困難；地下管道排水管道，必須設置定點排水坑，配備排水泵；特別是冬季，施工更是困難重重；系統停止運行造成的損失更大，不論用人工挖掘或用機械挖掘等。發生的直接費和間接費用都很高。為此，如果采用一種新型施工工藝，在不排水的情況下進行施工焊接或修補，就可達到省時、省工、省錢的目的。不排水焊接分為帶水修補焊接和阻隔修補焊接。帶水焊接是船舶工業中水下焊接的一種方法，在建設工程中是不排水焊接中的一種，帶水焊接不需要專用的水下焊接設備和工具，可以用普通的電焊鉗來替代，因為整個工作都是在陸地空氣中進行的，一般情況下帶水焊接對于焊接電源的要求及環境要求比水下焊接要求簡單得多，另一種焊接是阻隔焊接，簡單地說就是把管道中的液態水進行阻隔，使管道中的液態水停止流動，焊接部位處于無水狀態下的焊接，需要說明的是，本方法主要是針對鋼制管道焊接的一種方法。下面就這兩種焊接方法進行簡要的介紹。

鋼管道帶水焊接

鋼管道帶水焊接的實施，就是在焊接中采用一種新型的特殊焊條T202，此種焊條通過運用直流電焊機和一般的焊接工藝，在不排水甚至在系統正常運行的情況下，直接進行漏點焊接修復。能夠在短時間內處理好泄漏問題，達到繼續使用的目的，并在以后的停車檢修時進行管道更換或正常修復，此種焊接方法可以節約成本，提高效率，降低人工投入，達到事半功倍的目的。

TS202焊條是一種水下焊條，其主要應用于船舶工業，通常在船舶的底部由于漏水，在不能在船鎢中進行正常維修而采用的一種焊接方法，其價格較普通焊條要貴很多，大約為每公斤35~40元，但用量不大，焊機采用直流電焊機，總的施工費用并不大。

漏水管道施焊時由于是頂水焊接，因此又不同于水下濕式焊接，即便用T202水下焊條，正面溢水也會沖破電弧氣泡，而使焊接無法進行。對于常用焊條，水會急劇冷卻焊條藥皮,至使焊條藥皮凝結，無法再引弧。 焊接時為了抵消來自泄漏處的水壓以及補償水流冷卻的焊接熱損失，采用小直徑焊條（2.5―3.2）焊接電流較平時大1.5―2倍，短弧焊接。起焊時方向要準確，動作要快，引弧時不易采用劃擦法，易用點觸法。特別注意，切不可先在位置方便處施焊。這樣的話，當焊縫逐漸減少并集中在最低部仰焊位置，水流更急，施焊將更加困難（一般來說，管道的焊接應從仰焊位置開始。

主要施工機械材料：

序號 名稱 規格 型號 單位 數量

1 直流電焊機 400型 臺 2

2 漏電保護開關 個 2

3 焊接電纜 規格2/0 米 20

4 電纜連接器 25mm2 個 2

5 電焊鉗 個 2

6 接地夾子 個 2

7 鋼絲刷 個 2

8 水槽 500*300*200 個 1

主要材料：TS202焊條。TS202焊條是一種專供水下一般結構鋼用的電焊條，能在淡水中進行焊接，藥皮有抗水外層，具有優良的防水性能和絕緣性能，對焊接焊縫有保護作用。采用直流電源，可全位置焊接，能在淡水中進行一般結構的焊接。

TS202水下焊條特殊焊條用途： 用于碳鋼結構水下焊接。

TS202水下焊接特殊焊條規格及參考電流（DC）

TS202特殊焊條焊接注意事項：

1、在材料保管中要保護焊條的藥皮不受損壞；

2、施工中不可使用藥皮已經破損的焊條；

3、焊接前去除焊條引弧端的絕緣防水層；

4、焊前焊條不允許烘干。

5、電焊機處于斷電位置，將接地電纜和電力電纜連接到正確的端子，電焊把接負極，接地極接正極。

焊接方法：

1．焊接試件制備：

選用DN80的焊接鋼管做為試驗模型，做成倒門型試件，如下圖所示，將管道焊接口用磨光機打磨好，并打磨好V型坡口，打磨好后，將鋼管的對接口組對好并安裝過程中，選擇一個焊口預留30mm焊口不予焊接，留在試驗時焊接。

2．選派有經驗的合格焊工進行施工焊接。

3．準備好TS202特殊焊條。

4．將直流焊機連接，將焊把接負極，地線接正極，調整焊接電流到200A~220A，接通電源。

5．將管道中充滿水，并用軟管接通水源不斷地向管道中補充水，以模擬焊口中不斷漏水的目的；

6．水流順著縫隙流出，開始焊接。

7．正式施焊，用專用焊條順著管道的縫隙施焊，開始施焊時比較困難，焊接人員也不熟練，到收口時最難收口，需要從一點一點地收口。

8．后經過改進，同時用兩臺焊機，兩名焊工同時施焊，效果更好，焊接速度快，成形面較好，焊接完成后，表面成型不好，需要用普通E4303進行蓋面。

焊后檢驗：

1.焊接完成后，其它管子和管件按照試壓要求進行試壓，能夠達到1.6MPa的壓力要求。

2.經過X光射線探傷，內部有缺陷，需要進行改進，焊工技術也有待提高。

總結：

1.這種焊接方法主要是解決鋼制管道試壓或運行過程中出現焊縫滲漏無法用普通焊接方法修復的難題，可以成功解決這個問題。

2.開始焊接是在沒入水中進行焊接，但由于水體混濁，無法進行，還有由于焊接過程中經常斷弧，再行施焊無法引弧或引弧后無法進行正常焊接，故采用上述焊接方法。

3.第一次焊接時用一臺焊機，后用兩臺焊機同時施焊，發現比一臺焊機焊接效果好，施工過程中不會產生斷弧現象，得到了意想不到的效果。

本方法已經在實際工程中應用，效果較好，不但節約了施工費用，而且提高了施工速度，達到了目標要求，但還有需要改進的地方，如焊接外觀質量問題有待提高。

鋼管道阻隔法焊接

本方法分為兩種，一種是采用氣囊進行阻隔，另一種是采用管道局部凍結，使管道中的水處于停滯狀態，達到施焊的目的。

第一種是用氣囊隔絕管道中的水，使充氣氣囊充氣，達到一定的壓力，管道封堵氣囊，是橡膠和纖維織物等高分子合成材料經高溫硫化工藝制成的一種多規格、多形狀的用于管道、涵洞輸水、排污、除淤維修的用橡膠產品，它可在不同管徑、不同平面和不同位置上快速阻斷水流，是地下管道進行輸排水和淤污治理的理想方法。使用方法是將堵塞器放入需要堵塞的管道口處，放入管道的長度為堵塞器的長度，然后通過進氣閥沖入壓縮空氣到規定壓力，即可進行施工，施工完畢后打開進氣閥放出空氣，取出堵塞器。其應用主要在城市排水管道中，承受的壓力較小。

不同規格堵塞器的充氣壓力：

規格(mm) 充氣壓力(MPa) 承受壓力(MPa)

Φ200 × 1000 0.050 0.1

φ300 × 1000 0.045 0.05

φ400× 1000 0.040 0.05

第二種是鋼管道局部凍結，使管道中的水形成固體冰，達到堵塞管道，使焊縫處于無水狀態下施焊的目的。主要操作要領是控制冷凍液的量和管道的冷凍程度，媽既要將管道中的水封住，又要防止將管道冷凍過度，將管道凍裂。

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【關鍵詞】海洋工程；設備管理；常規維修；海底管線；策略

海洋工程中常規維修質量控制，需要以海洋工程建造標準作為基礎，在質量控制中，需要利用科學的管理方法與先進的技術手段，最大限度保證維修質量，提高維修過程的工作效率，降低維修的成本，保證被維修機器的質量，這是海洋工程常規維修的根本。其中常規維修包括：海洋工程設備的管理、海洋管道常規維修的質量控制和一些管道的維修方式。

1、海洋工程設備管理

要加強海洋工程設備管理，應需要首先了解維修工程項目的施工方案。其次，海洋工程中用到的機械設備，在使用之前需要對設備進行檢查、調試。最后，如果設備需要重新購買，購買的時候還要詢價、比價、議價。

海底管道維修是海洋工程維修的重點項目，這個部分在維修中，會出現很普遍、危害很大，不容易排除的特點，影響海洋工程的正常實施。

2、關于管道焊接的質量控制

關于焊接的質量控制，主要分為四種焊接修復方式，第一種，進行水上焊接修復的時候，需要把水下的管道切斷或者切除破損的部位，先把兩個管道的兩端調出水面，焊接好破損的部分，進行NDT檢驗之后，在焊接部位涂上保護膜之后把管道放回海底。

第二種，采用了水下干式高壓焊接修復的方式，這種修復的方式需要先切除管道的破損部位，然后再水下進行安裝，焊接，在實施焊接的工作倉中注入和海水同樣壓力的高壓氣體形成干式的環境，進行管道修復，安裝短節部分之后，進行有效的水下焊接，這種方式應用的比較廣泛。

第三種，采用水下機械連接器修復的方式，這種方式在應用中包含了很多機械設備，對于設備的管道固定和機械密封的構建，需要調節水下的設備進行管道修復，進行修復的時候需要先切斷破損的部位，然后砸管道的管端安裝有效的A字形狀的吊架，采用固定卡子的方式，調節管道部分的對齊面，去掉各種圖層以后，將機械的管道部分放在短節上，對設備進行安裝緊固機械連接，完成以上項目之后要進行外部試壓測試，達到合格以后，進行機械修復連接，這種焊接方式和水下的焊接方式基本上相同。

第四種，采用水下機械式三通修復的方式。采用這種方式的時候，要求將水下的干式艙安裝好之后，對管線的破損部位進行清理，在甲板上對破損管線進行測量，把機械式三通、三明治閥門和開孔機安裝在一起，想內部干式倉中注入一定的清水，拆除設備臨時卡子，把機械三通安裝在管線固定好之后，進行壓力測試。

3、海洋石油設備維修常用的修復方法

3.1機械設備的損耗以及注意方法

海洋石油設備大部分都屬于機械設備，這些設備在運轉的時候，機械設備會互相摩擦，造成機械設備的損耗，影響設備的正常運轉，所以要從根本上預防這種現象，盡量減少機械與零部件的磨損，主要有以下幾種方式。

（1）定期對這些設備進行處理，機械設備磨損的故障主要原因在于沒有進行良好的，機械設備在運作中需要保證設備的精密性和準確性，所以需要工作人員進行，保證零部件之間的距離正常。

（2）采用規范操作，定期對操作人員進行培訓與考核，在設備操作這方面，正確的操作方式，能夠保養設備，錯誤的操作方式會造成設備出現機械損耗，所以在實際操作中，需要不斷加強設備操作規范的學習。

（3）對機械設備進行有效的管理。首先，需要做好機械設備的保養，因為造成機械設備故障的原因有超負荷運轉引起的。對這些設備及逆行那個故障分析之后，需要對設備進行有效保養，充分地運用預防維修保養制度，對這些設備進行強制的保養。

其次，打造專業的技術隊伍，對于石油鉆井行業，需要培養一支專業的技術隊伍，需要定期安排一些技術人員參加培訓，培訓結束以后，把先進的知識傳授給同行，另外需要抓好機械設備人員的教育訓練，采用分散教學的方式，進行分層分級別的訓練，提高機械設備的運用能力。

最后加強設備的監督工作，石油鉆采機械設備的維修配件逐漸進入市場，受利益的驅使，會出現一些不合理的設備進入市場，所以要對采購的設備進行監督管理，從設備根源杜絕設備故障的發生。另外要進行有效的安全管理。

（4）安全管理石油鉆井機械設備，對這些設備的管理需要嚴格執行相關制度，只有做好了機械設備管理，才能保證各個環節順利進行，在企業內部采用安全責任制，明確各個部門職工的責任，強化操作人員的安全操作方式，只有保證做好這些內容，才能實現機械設備的安全管理和安全生產。

4、海底管道修復方式案例分析

4.1資料。在某地的外輸天然氣管道是12″單層配重管道，在2012年的1月由于船舶在起錨的時候造成管道的破損，破損比較嚴重，管道暫停運行，對管道進行勘察，最后再用水下濕式更換管段修復方案進行修復。

4.2修復焊接方式的應用。在修復的過程中，采用了提升焊接法是將破損管段水下切除，利用專門的水下作業工具把管道切割后，提升到水面，濟寧法蘭的焊接，這種方式是最佳的海底管道焊接方式。

4.3在操作中的質量控制方式。在修復的時候，需要進行質量控制，利用計算機進行模擬計算，用挖溝機沿管道路開挖，以滿足起管作業所需管道暴露長度要求。對海管進行切割作業。采用水下冷切割的方式將損傷管道切除，在維修中，提升管道的焊接法蘭，將浮袋和舷吊分別布置到位，按照提升程序交替提升3個吊點，將管端提升至作業線，檢核焊接合格以后，采用同樣的方式，進行法蘭焊接。

另外需要對海管法蘭之間相對空間位置進行測量，預測出需要換管道的距離，工作順利完成，對于其中的頁數管道需要進行起管道作業，如果出現機械連接器資源不能夠用的狀態下，可以利用常壓干式艙或高壓干式艙建立干式焊接環境在海底進行焊接，完成以后更換水下的管道。

結束語

海洋工程非常復雜，需要不斷的承受臺風、波浪、潮汐、海流等惡劣海況、氣象條件的強烈作用，海洋工程設施經常出現這樣或那樣的損壞，因此必須加強海洋工程設備常規維修，這是進行有效質量控制的重要方式。

參考文獻

[1]付陽洋，倪繼志，李青川等.淺談海洋工程常規維修中的質量控制[J].城市建設理論研究（電子版），2013，（9）.

[2]李玉成.海洋工程技術進展與對發展我國海洋經濟的思考[J].大連理工大學學報，2002，42（1）：1-5.

[3]李娟.探討創建海洋工程領域產業技術創新聯盟[J].中國造船，2012，53（z1）

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招生人數：2

招生簡介：

北京石油化工學院機械工程領域-管道腐蝕與防護，表面工程課題組接收調劑生

調劑要求：

1. 總分及單科達到2018年A類地區國家線;

2. 本科為機械相關、材料相關專業;

3. 積極向上、勤奮努力,英語至少通過四級，通過六級者優先。

如感興趣，發送個人簡歷、本科成績單和考研成績到郵箱：QQ:41691181

學校網站 bipt.edu.cn，

獎助政策及復試等信息請參考 bipt.edu.cn/pub/graduate/

顧艷紅，工學博士，副教授，碩士生導師。2017年9月赴美國紐約哥倫比亞大學訪學，2012年美國阿拉斯加大學獲得機械工程博士學位，2007年選派到美國明尼蘇達大學雙語教學培訓;主要從事管道的腐蝕與防護、水下焊接接頭的腐蝕評價、鎂鋁鈦合金的降解與表面耐磨耐蝕防護研究.近5年以第一/通訊30余篇，其中17篇被SCI/EI收錄;一部分發表在Elsevier期刊JCR1區Journal of Alloys and Compounds、JCR2區Applied Surface Science、Materials & Design及 Surface and coatings technology上。指導碩士研究生獲得國家獎學金2人次;15級碩士研究生2人和16級碩士研究生1人分別選派到美國Villanova University和美國紐約Columbia University 進行短期訪學。研究生畢業1人考取清華大學博士研究生，1人赴美國路易斯安那州立大學攻讀博士學位,其他就業。

代表性論文:

[1]Yang, Y.H., Gu, Y.H.*, A Proposal for Modified Galvanic Corrosion Model Investigating Effects of Micro-Arc Oxidation on Al alloy Surface reviews and letters, 2018 online. (SCI/EI)

[2] Ma, H.J., Gu, Y.H.*, Microstructure, Chemical Composition and Local Corrosion Behavior of Friction Stud Welding Joint. Journal of Materials Engineering and Performance, 2018 online. (SCI/EI)

[3] Yang, Y.H., Gu, Y.H.*, Zhang, L., Jiao, X., Che, J., Influence of MAO Treatment on the Galvanic Corrosion Between Aluminum Alloy and 316L Steel. Journal of Materials Engineering and Performance, 2017 SCI. 26(12): p. 6099-6106. (SCI/EI)

[4] Ma, H.J., Gu, Y.H.*, Liu, S., Che, J., Yang, D., Local corrosion behavior and model of micro-arc oxidation HA coating on AZ31 magnesium alloy. Surface and coatings technology, 2017 SCI. 331: p. 179-188. (SCI/EI)

[5] Gu, Y.H., Ma, H.J., Yue, W., et. al., Microstructure and corrosion model of MAO coating on nano grained AA2024 pretreated by ultrasonic cold forging technology. Journal of alloys and compounds. 2016; 681:120-7. (SCI/EI)

[6] Gu, Y.H., Chen, L.L., Yue, W., et. al., Corrosion behavior and mechanism of MAO coated Ti6Al4V with a grain-fined surface layer. Journal of alloys and compounds. 2016; 664:770-6. (SCI/EI)

[7] Chen, L.L., Gu, Y.H.*, Influence of HA in the electrolyte on the properties and corrosion behavior of MAO Ca/P coating. Materials and corrosion. 2016; 67(7): 702-709. (SCI/EI)

[8] Chen, L.L., Gu, Y.H.*, Liu, L., Liu, S.J.. Effect of ultrasonic cold forging technology as the pretreatment on the corrosion resistance of MAO Ca/P coating on AZ31B Mg alloy [J]. Journal of alloys and compounds, 2015, 635: 278-288.(SCI/EI)

[9] Gu, Y.H., Ning, C.Y., Yu, Z.X. Effect of Pulse Frequency on the Corrosion Behavior of Microarc Oxidation Coating on Mg Alloys in SBF [J]. Rare Metal Mat Eng, 2014, 43(10): 2463-2468. (SCI/EI)

[10] Gu, Y.H., Cai, X.J., Guo, Y.J., Ning, C.Y. Effect of chloride ion level on the corrosion performance of MAO modified AZ31 alloy in NaCl solutions [J]. Materials & Design, 2013, 43: 542-548. (SCI/EI)

[11] Gu, Y.H., Bandopadhyay, S., Chen. Long-term corrosion inhibition mechanism of microarc oxidation coated AZ31 Mg alloys for biomedical applications [J]. Materials & Design, 2013, 46(0): 66-75. (SCI/EI)

[12] Gu, Y.H., Bandopadhyay, S., Chen, C.-F. Effect of oxidation time on the corrosion behavior of micro-arc oxidation produced AZ31 magnesium alloys in simulated body fluid [J]. Journal of Alloys and Compounds, 2012, 543(0): 109-117. (SCI/EI)

[13] Gu, Y.H., Chen, C.-F., Bandopadhyay, S., Ning, C.Y., Zhang, Y.J., Guo, Y.J. Corrosion mechanism and model of pulsed DC microarc oxidation treated AZ31 alloy in simulated body fluid [J]. Applied Surface Science, 2012, 258(16): 6116-6126. (SCI/EI)

[14] Gu, Y.H., Xiong, W.M., Ning, C.Y., Zhang, J. Residual Stresses in Microarc Oxidation Ceramic Coatings on Biocompatible AZ31 Magnesium Alloys [J]. Journal of Materials Engineering and Performance, 2012, 21(6): 1085-1090. (SCI/EI)

[15] Gu, Y.H., Chen, C.F., Bandopadhyay, S. Residual stress in pulsed dc microarc oxidation treated AZ31 alloy [J]. Surface Engineering, 2012, 28(7): 498-502. (SCI/EI)

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關鍵詞：節能環保；焊接；應用；

中圖分類號：TE08 文獻標識碼：A 文章編號：

近年來，很多國家都將節能、環保作為今后發展的方向，我們國家也不例外。在焊接技術的應用上，我國落后于國際先進水平，因此，在今后的發展過程中，我們應當通過技術創新，提高焊接質量，提高工作效率，堅持節能、環保的發展理念，使我國焊接技術跨上一個新的臺階，步入國際先進水平。

一、節能環保高效技術在焊接中的應用

1.逆變焊機

逆變焊機具有焊接性能好、動特性好、動態反應速度快、質量輕、體積小、焊接速度快、效率高、多功能等優點，因此易于實現焊接機械化和自動化；逆變電源功率因數達0.95以上，總體效率可以達到85%~92%，比傳統焊機平均節電25%~60%，空載時電耗只有30~50W，節能效果明顯。為了說明逆變焊機的節能效果和優越性，把逆變式弧焊整流器和幾種傳統的弧焊機主要技術性能指標列于表l，以便對比。

表1逆變式弧焊整流器與傳統弧焊機主要性能比較

2.熔化極氣體保護焊

熔化極氣體保護焊(GMAW)具有高效、節能和便于自動化的特點，是目前用得最多的一種焊接方法也是自動線上和焊接機器人的首選熔焊方法。據不完全統計，在汽車零部件、集裝箱和工程機械行業中，基本上全部采用氣體保護焊；而一般機械、鐵路車輛和重型機械行業的比例都超過50%；在造船、鍋爐和金屬結構行業由于埋弧自動焊的用量較大，CO2氣體保護焊的比例相對較低。隨著實踐的不斷深入，人們發現由不同氣體組成的混合氣體比用單一氣體更易得到好的焊接結果。現在，采用混合氣體的趨勢越來越強，混合氣體的種類也越來越多，探索其在GMAW中的影響規律有著極大的社會效益。

3.智能機器人焊接

近些年，隨著模糊控制理論和神經網絡控制技術及專家系統理論的發展，模擬焊工操作的智能控制方法已經在焊接過程中成功應用，對焊縫成形的質量取得了較好的控制結果。國內外對遙控技術的研究成果較多，遙控焊接正向著實用化的方向發展。美國發射到火星上的索杰納機器人就是這種系統成功應用的最著名實例。目前，關節式焊接機器人已在汽車制造、航空航天、工程機械、船舶等行業獲得廣泛應用，但對一些危險、惡劣及特殊環境下，例如航天空間、深海作業、管道內外焊接等，傳統的關節式焊接機器人難以完成，為此需要研究發展新型的特種焊接機器人，我國在管道焊接機器人、水下焊接機器人、爬壁焊接機器人、球罐焊接機器人等方面進行了研究，培養了隊伍，取得了一批研究成果，在某些技術方面達到了國際先進水平。

4.振動焊接技術

振動焊接技術是在金屬焊接的過程中，對被焊件施加振動處理的一項焊接工藝，它起到細化晶粒的作用，在熱狀態下通過熱塑性變形來調整應變而降低殘余應力，這樣可有效防止焊接裂紋的形成和工件的畸變，提高構件的疲勞壽命，增強焊縫的力學性能，達到提高焊接質量的目的。并且可以省去焊后消應力處理，縮短生產周期，降低生產成本。可以預言，振動焊接的推廣和應用必將給焊接生產行業帶來巨大的經濟效益。大連理工大學的陳源從振動焊接減少焊接變形方面，采用先進的有限元方法進行了計算，論證了振動焊接在控制變形方面的作用;劉峰研究了振動焊接對焊接裂紋的影響，通過理論分析和數值模擬指出振動焊接在防止和減少焊接裂紋方面具有明顯的效果。

國外也對振動焊接進行了研究。Tseng研究了焊弧擺動對焊接質量的影響，指出由于擺動的作用，使得焊接速度得以提高有利于焊接凝固，提高焊接區的力學性能。TewariSP詳細研究了軸向振動對焊接件拉伸特性的影響，其結論是：經過振動焊接的構件的屈服強度、極限拉伸強度和破壞強度有顯著提高。

二、節能環保高效技術在焊接輔助工藝中的應用

1.振動時效

振動時效(VSR)是利用一受控振動能量對金屬工件進行處理，以消除工件殘余應力。振動時效的顯著優點是節能環保、降低成本、縮短周期。與熱時效相比，節約成本90%以上，節能95%以上，節約投資90%以上。振動時效快，一般僅需30min,最長不超過1h，而且設備輕便，工藝簡單，適應性強，優點很突出。VSR在我國從無到有，現已有幾千臺VSR設備在我國機床、模具、鍛壓、航空、發電等行業生產中運行[7]。節能減排效果明顯的頻譜諧波振動時效技術與傳統的熱時效相比，振動時效技術節能95%以上，完全克服了以煤為燃料的熱時效爐存在的嚴重污染問題，實現零排放。與傳統亞共振相比，頻譜諧波振動時效技術的應用覆蓋而從原有的23%提高到了100%，并徹底解決了傳統亞共振技術噪音大、應用而窄、工藝操作復雜、長期無法納入企業正式生產工藝問題。推廣應用頻譜諧波振動時效技術具有很好的經濟效益和社會效益。

2.隨焊錘擊

隨焊錘擊是在焊接過程中通過實時錘擊焊縫及近縫區金屬材料從而消除或減小焊后金屬塑性影響的一種加工工藝。利用隨焊錘擊技術能夠有效地控制焊接橫向及縱向收縮變形，實時調整焊接接頭的殘余應力分布狀態，從而真正實現動態低應力、無熱裂、小變形焊接。因此，能節約大量的能源和資金，給國家和企業將帶來前景廣闊的經濟效益和社會效益。

對于不同的試件和焊接條件，應采用不同的焊接錘擊參數，但現有的隨焊錘擊裝置存在參數調節困難，個別參數調節不可實現等缺點，所以提出了參數可調的隨焊錘擊方式。可調隨焊錘擊方式采用錘擊頻率控制，保證被處理金屬在每次錘擊間隔中有充分的時間進行塑性反彈，使之在而內產生兩維塑性伸長，釋放焊接過程中的殘余拉應變，大幅度提高了焊接接頭的疲勞強度。錘擊力、錘擊距離的控制均采用按鈕控制，電機調節，使其參數的調整方便可靠，從而保證焊接過程中當焊接材料和焊接條件變化時可隨時調整錘擊參數，進一步提高焊機的工作效率。

三、結束語

雖然我國在節能環保高效焊接技術應用方而做了大量工作，并取得了可喜的成績，但與先進國家相比，還有相當大的差距。因此要繼續大力推廣節能環保高效焊接技術.加強消化吸收引進的高效節能焊接技術，并創新提高，克服總是依賴進口的思想。

參考文獻:

【1】盧薇，李之中，馬新國.逆變焊機的研究與探討[J].山西機械，2001

【2】林尚揚，關橋.我國制造業焊接生產現狀與發展戰略研究[J].熱加工,2004

【3】許燕玲，林濤，陳善本.焊接機器人應用現狀與研究發展趨勢[J].金屬加工，2010.

【4】朱政強，陳立功，倪純珍.振動焊接}_藝的研究現狀及發展方向[J].焊接,2003

【5】馬曉麗，華學明，吳毅雄.高效焊接技術研究現狀及進展[J].焊接,2007

【6】關橋.動態控制焊接應力與變形技術基礎研究[Z].國家自然科學基金巾請書，1990.3

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【關鍵詞】核電站；不銹鋼覆面；脈沖渦流熱成像技術；無損檢測、

0 前言

不銹鋼覆面廣泛應用于核電站各種高放射性水池、高放射性工具存放間、核燃料轉運通道，例如反應堆堆腔水池、反應堆換料水池、乏燃料水池、核燃料轉運艙、容器裝載井、容器準備井、RPE系統集水坑等，是隔離和阻擋放射性的第一道重要屏障。水池一旦泄漏，放射性物質泄漏引發的核安全風險巨大；鋼覆面泄漏定位檢測技術及水下焊接技術尚不成熟，水池修復代價極高。據統計幾乎國內每個核電廠在不同階段都發生過水池泄露的問題或事故，例如秦山一期、二期核電廠水池泄漏[1-2]，嶺澳核電站1號機組乏燃料貯存水池在投入運行前夕出現泄漏，同樣的問題在美國的佐治亞電廠哈奇1號機組、巴基斯坦的恰希瑪核電廠以及日本某些電廠的鋼覆面泄漏失效問題報告中也多次提到[3-4]。眾多水池失效案例表明泄漏事故大多直接或間接與建造期間焊接原始缺陷相關，因此在建安階段加強對焊縫焊接缺陷的控制對保證鋼覆面運行質量意義重大。

不銹鋼覆面施工采用手工鎢極氬弧焊工藝將3～6mm厚度的不銹鋼薄板焊接在混凝土側的埋件上，焊接組裝而成。受不銹鋼覆面結構的限制，大量對接焊縫只能進行滲透、目視、真空罩氣泡法檢測。受檢測方法的限制，焊縫內部缺陷無法有效檢出，成為覆面泄漏失效的敏感部位。如何有效檢測出不銹鋼薄板對接焊縫的內部缺陷成為保證鋼覆面建造質量的關鍵。下面將介紹基于脈沖渦流熱成像檢測技術開展不銹鋼覆面焊縫無損檢測技術的相關研究，包括技術原理，仿真模擬，系統構建，試樣測試，結論等。

1 檢測原理

脈沖渦流熱成像技術（Eddy Current Pulsed Thermography， ECPT）是一種新型紅外熱成像無損檢測技術，其原理是基于電磁學中的渦流現象與焦耳熱現象，運用高速高分辨率紅外熱像儀，獲取導電試件在渦流激勵下由焦耳熱產生的溫度場分布，并通過對紅外熱圖像序列的分析處理來檢測結構缺陷及材料電磁熱特性變化。由于具有不受提離及邊緣效應影響，檢測結果為圖像，直觀易懂，單次檢測面積大，效率高檢測時無需接觸被測件表面，可利用渦流效應檢測表面及近表面缺陷，利用熱效應檢測更深層缺陷等優勢，該方法一經提出，便被作為復雜構件缺陷的一種潛在的可視化綠色無污染無損檢測手段，受到了廣泛關注，目前已被成功應用于碳纖維復合材料、發動機葉片、鐵軌等無損檢測。

脈沖渦流熱成像檢測過程主要涉及以下物理過程，

①脈沖電磁感應產生渦流；

②渦流受到表面和近表面缺陷的擾動分布發生變化，并通過焦耳熱在金屬導體上產生熱量；

③熱量在導體中由高到低傳遞，其傳遞過程同樣受到缺陷的影響；

④熱成像儀采集熱量分布的變化過程，并揭示缺陷的存在。

2 仿真模擬

采用COMSOL Multiphysics軟件以有限元法為基礎，通過求解偏微分方程（單場）或偏微分方程組（多場）來實現真實物理現象的仿真，可評估檢測技術的可行性，優化檢測工藝。在脈沖渦流熱成像仿真模擬中涉及如下物理公式（1），（2）。

感應電流：

σ―電導率，μ―磁導率，ρ―密度，CP―比熱容，K―導熱率。

2.1 不同深度矩形槽脈沖渦流熱成像仿真

熱成像儀可以連續動態的采集試件溫度場分布變化的圖像，將圖像缺陷點與參考點的溫度變化信息采集出來，進行對比可以用于判斷是否存在缺陷。此外，在同條件激勵熱源下若能將同尺寸不同深度的缺陷的溫度變化信息采集出來矩形對比分析，則可能對缺陷深度位置進行評估。模擬仿真主要模擬缺陷點與參考點的溫度場信息，以及同尺寸不同深度缺陷的溫度變化信息。

2.2 仿真分析及結論

從圖1可以直觀看出由于缺陷的存在，感應電流繞過缺陷流動，感應電流密度在缺陷邊界出現了變化，導致溫度分布發生變化，通過熱成像技術獲取的溫度分布圖可以用于判斷缺陷的形狀和測量缺陷尺寸。從圖2可以看出不同深度的缺陷缺陷點與參考點溫度變化缺陷存在差異該差異可用與評估缺陷的深度。從仿真結果來看，脈沖渦流熱成像檢測技術用于鋼覆面焊縫無損檢測是可行的。

3 檢測系統構建

在實驗室條件下搭建了鋼覆面焊縫脈沖渦流熱成像檢測系統，系統構成圖見圖3，系統實物圖見圖4，各部件主要功能如下：①紅外熱成像儀采集渦流熱成像數據；②高頻波電感應加熱器產生高頻激勵電流；③脈沖計數時間控制器精確控制加熱時間；④變壓器連接渦流探頭，調節激勵電壓；⑤渦流探頭激發渦流場；⑥水泵控制水循環防止渦流探頭溫度過高；⑦熱成像圖像二次分析軟件解決了焊縫表面氧化色干擾，將視頻信號實現自動快速缺陷信息識別分析，實現缺陷尺寸及深度評估等功能。

4 試樣測試

試樣測試主要分對比試樣測試和模擬試樣測試。對比試樣通過人工加工的方式焊縫背面加工了不同深度，不同尺寸的矩形槽，用于測試檢測工藝的檢測靈敏度及穩定性，校核檢驗系統。模擬試樣是帶各種原始焊接缺陷的焊縫試樣，缺陷的類型、尺寸、位置均通過射線檢測確定，用于驗證檢測工藝的可行性及準確性。

4.1 對比試樣測試

在兩件對比試樣上加工了8個人工矩形槽，加工尺寸及對應的測試結果見表1，典型的矩形槽人工傷脈沖渦流熱成像圖見圖5。

4.2 模擬試樣測試

模擬試樣共制作了16件。經過射線檢測確認，缺陷類型包括氣孔、裂紋、未熔合、未焊透等缺陷。在模擬試樣上進行測試，除了小于0.8的氣孔未能發現以外，其他較大氣孔、裂紋、未熔合、未焊透等缺陷均能有效發現，典型氣孔缺陷檢測圖見圖6，裂紋缺陷見圖7，未熔合缺陷見圖8。

5 結論

通過對不銹鋼焊縫脈沖渦流熱成像物理過程仿真模擬，溫度場圖像能有效顯示焊縫內部缺陷，溫度場溫度曲線的變化可用于評估缺陷深度，論證了該技術的可行性。搭建了不銹鋼覆面焊縫脈沖渦流檢測系統，在對比試樣測試及模擬試樣上進行了測試，測試表明該檢測能有效發現焊縫背面的人工矩形槽以及焊縫內部各種焊接缺陷。脈沖渦流熱成像檢測技術解決了核電站不銹鋼覆面焊縫內部缺陷無法有效檢出的問題，該檢測工藝可以用于建安階段不銹鋼覆面焊縫焊接質量控制。

此外脈沖渦流熱成像檢測技術與傳統的渦流檢測方法相比，具有不受提離及邊緣效應影響，實現了缺陷圖像化，直觀易懂，檢測結果受個人因影響較小，檢測可靠性進一步提高，缺陷的大小和深度可以量化測量，缺陷信息更加全面等優勢。本研究成果可推廣用于金屬材料內部缺陷，如裂紋、腐蝕、分層等缺陷的檢測，具有較好的應用前景。

【參考文獻】

[1]趙志德，何宏龍，李建春.秦山核電廠乏燃料廠房水池泄漏的原因分析和修復方案[J].核電信息專刊，2003，12.

[2]操豐，王建軍，丁有元.核電站水池不銹鋼覆面泄漏檢測及其焊接修復技術[J].機械制造文摘，2010（5）：5-9.

篇9

關鍵詞： 管理控制;自動化;機械設備

Abstract: this paper mainly artificial intelligence technology around this covers the automation and control mechanical no technical of vision and its prospects.

Keywords: management control; Automation; Mechanical equipment

中圖分類號：F407.4文獻標識碼：A 文章編號：

隨著科技日趨現代化，自動化發展。使得工程施工機械也向著專門化、自動化甚而無人化作業方向轉變。因而多種控制技術在現代工程施工機械中得到了更為廣泛的應用與發展。

1施工機械的自動化、無人化作業

1.1自動化控制技術應用于土木工程

目前，具有不同機能的自動化控制技術在工程施工機械中得到了廣泛的應用。如攤鋪機上安裝的自動調平裝置可實現攤鋪作業的縱向、橫向自動找平；有一些攤鋪機還安裝有混合料自動供料裝置，對鋪層厚度進行自動控制與管理；有的還實現了攤鋪機轉向自動化。在推土機上安裝電子監測監控系統（PIC）、工作裝置參數自尋優PID控制系統，實現了推土機的自動監控和工作裝置的微機自動控制。德國帕紹（A.F.pasau）的EST17微處理機控制裝置使裝載機傳動系統自動化。液壓挖掘機的電子載荷傳感系統、故障監控系統、自動怠速裝置和工作模式電控系統等，實現了挖掘機局部功能自動化控制。

近年已出現了無線遙控挖掘機和全自動液壓挖掘機，壓實機械的壓實控制系統（BTM）、隨車監測系統等，平地機鏟刀實現自動調平控制，清掃車上采用可編程序控制器以實現其智能化等。

1.2自動化作業在大型機械設備控制中的功能開發

地面大型機械包括推土機、挖掘機等土方機械作業的自動化，將會大大提高作業質量和作業生產效率。最早實現推土機鏟刀和挖掘機鏟斗位置控制的是一種以開關系統為基礎的反饋控制系統。利用激光實現推土自動化系統的研究是從70年代中期開始的。1976年開發研制了推土機鏟刀的激光控制裝置—激光測平裝置，它由投光器、感光器、控制裝置等組成，由于控制系統存在著速度響應問題，當時并未用于實際施工作業。隨后，由于電子技術的發展促進了自動控制系統的開發研究。1993年，日本學者北郁夫開發了KOMATSULASER LEVELING SYSTEM，使推土機車速在5km/h作業時，平整精度達到了±3cm。激光自動掘削系統也已用于液壓挖掘機的作業中。1992年，日本菊池雄一等開發研制的激光自動掘削系統，如圖1所示。

圖1液壓挖掘機自動掘削控制系統

該系統由自動直線加工系統和激光系統組成。激光感光器測出加工面的激光位置，激光系統測得挖掘機車體高度，將信號傳送到自動掘削系統，系統根據這些情報及各傳感元件的信息，將處理后的信號傳給控制挖掘軌跡的各電磁比例控制閥，實現動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸的自動控制。這種控制比一般的施工作業提高加工精度3倍，提高施工能力1.6倍。

1.3多功能組合的自動化整合在水下作業中運用

近期，水下施工作業在建設中的需求也越來越多，尤其多功能、高功效自動化整合型的設備也覆蓋了更多的專業市場。集深淺作業、水下焊接、水下切割、水下測量、水下埋設等多種功能于一體的鉆探機、管線埋設機、機器人等，滿足了大型水下作業無人化施工的需要。

同時，單臺施工機械無人化開發研究的同時，多臺設備、測控裝置聯動組合的無人化水下施工（機群控制）的研究也在日益智能化，全天候發展。

2自動化控制技術在工程施工機械作業時應具備的機能

施工機械作業主要從事施工現場土、石方面的作業。此類作業對象絕大部分較為復雜，環境比較惡劣，因此，為了實現自動化作業，就要求施工機械在作業現場內要具有確認自已位置的能力并同時具有不與現場其它設備、車輛等發生接觸的能力，按照既定的路線嚴格作業。在這方面要求機械設備能對作業對象土、砂、巖石等的位置、大小，形狀以及它們的特性進行正確的認識和判斷，從而選擇最佳作業方式。在多臺機械、車輛聯合作業時，各機械、車輛的作業指令是由中央控制室發出的，控制各機械車輛的相互配合以及有序進行各自的作業。此外，各作業機械、車輛還應具有自身獨立的判斷能力等。當然，理論上的探討終歸是紙上談兵，所有的機能技術的實現都要以科技的發展為依托。

2.1機械車輛的位置判斷和信號采集

機械本身安裝有自動體識別系統。它可以使機械或車輛自行辨認各自所處位置。現代多采用外部和內部兩種位置識別法。外部位置識別法是在施工現場的幾處設定絕對位置基準點，借助于電磁波或超聲波測定機械或車輛絕對位置的方法；內部位置識別法則不需依賴現場設定的基準點，而是用回轉式角度傳感器和車載速度測定傳感器等測定的車輛行走數據來確認自身運動和方位變化。

2.2自動復位控制機能的輸入和輸出

如果在自動化施工作業中位置識別機能確認機械或車輛在作業中已偏離既定路線，沒有嚴格按照自動化施工中的既定路線，那么機械或車輛應該具有自動復位的控制機能，也稱位置誘導控制技術，它是種操縱控制技術。使機械、車輛的方向位置、速度、始終嚴格按設定路線進行作業。例如，在工廠和狹窄作業場地采用的磁力式路徑誘導以及車體偏位、車體姿勢角測定的一些傳感技術等。

2.3關于施工機群及其控制方面的技術

施工過程中，不同種類的機械要相互配合作業，其形式和方法比較繁雜，在這種情形下要做到井然有序，要實現自動化、無人化，就應該有一個這樣的控制系統——把各種機械的位置和工作的實時狀況傳送到中央控制室，再由中央控制室把各機械作業方式的指令傳送到位。因此該系統具備以下功能：（1）隨時把握各機械位置、運轉狀況，并把它們傳送到中央控制裝置；（2）具有對各機械傳送數據的全作業狀況進行分析的解析系統；（3）能夠確定由于工程推后、不測狀況等變化而引起作業差別的處理方法，并將新的作業指令傳送到各作業車輛。

2.4關于物性及其評價方面的技術

無人化施工作業必須由機械自身來判斷地層狀況，選擇合適的作業方式，具有評價作業對象物性、品質以及相應變更、修正作業條件的機能。物性評價系統包括作業對象的特性計測機能和對應其特性的最佳作業方式選定機能兩部分。作業對象的特性指它們的種類、含水率、密度等物理性質以及強度、剛度等力學性質。在進行物性方面評價時，也應研究并說明機械與作業對象物的相互作業機理。

2.5關于智能化完全取代人工的技術

要實現施工自動化，不僅要有高效處理機能的機群中央控制系統，而且期望各個機械（車輛）具有判斷處理自身運轉狀況的機能，就相當于具有操作手的思維、判斷能力一樣。利用專家系統建立的推理和學習機能，可實現某種人工智能。

目前：單臺機械無人化已進入實用階段。今后此領域的研究將具有以下特點：（1）研究開發高精度、高性能，具有感知性能的傳感元件，如：載荷傳感器、紅外線傳感器、激光傳感器、超聲波傳感器、視覺傳感器、行程傳感器、車速傳感器（具有移動功能）以及車體傾斜計、滑移控制器、扭矩計、操縱控制器、回轉式編碼器、地基情報采集系統等；（2）開發具有最佳行走操縱的自動控制系統，以提高機械的作業能力、作業效率以及提高機械的操作簡便化、機動化、安全化等。

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促進海洋優勢產業的形成,使藍色經濟的布局更加合理化,將青島基本建設成為我國海洋經濟科學發展的先行區、山東半島藍色經濟區的核心區、海洋自主研發和高端產業的聚集區、海洋生態環境保護的示范區。

一、進一步強化港口功能

首先是實現港城結合。要加快實現港口與保稅區在政策、功能、區域等方面最大限度地融合、互補,積極推進向自由貿易區轉型,使青島港成為面向全國、全省的“境內關外”的自由貿易區和知名的國際中轉樞紐大港;同時要依托青島港口的優勢推動青島臨港產業的快速發展,大力發展外貿、國際物流等與港口業務相關的產業,并努力扶持一批重點企業,使之形成規模,帶動整個產業發展;要將港口的發展與城市的發展結合起來,推動城市的基礎設施水平總體提高,努力實現港城的結合。

其次是推動區域港口合作,建設世界性的深水港群。最近幾年來青島發展鰲山港的呼聲很高,應該抓住青島向東發展的趨勢,大力建設鰲山港,使之成為和大港、前灣港相補充的國內貨運碼頭和散貨碼頭;要抓住省政府發展董家港碼頭的有力時機,加快推動董家港和黃島之間鐵路連線的建設,帶動整個港區基礎設施建設水平的提高,爭取早日建成國內一流的散貨和煤碼頭。與此同時,還必須大力推進與日照的合作。

從產業上來看,日照與青島產業互補性非常強,從地理位置上看,日照和青島(特別是前灣港)距離最近。從發展上將日照作為一個新興的小城市其發展離不開青島,而對于青島來講,日照有建立國際深水大港的優勢,如果日照和青島實現一體化發展,所帶來的效應遠遠大于“1+1=2”的簡單累加,因而兩城市實現經濟一體化的時機正在成熟,從2007年開始日照就已經提出承接青島的發展戰略,如今兩城市一體化的進程不斷推進。青島與日照一體化的首要目標是形成“青島一日照”港群體系。

最后是提高港口的服務水平。當前世界港口發展速度很快,特別是第三代、第四代港口,已不是簡單的貨物裝卸或大宗貨物產品加工基地,而是商品和要素流動的樞紐,是在縱橫交錯、四通八達的網狀物流鏈中集物流、信息流、資金流的匯集、處理、發送等功能于一體的中心樞紐。

一是要按照世界航運發展的方向,進一步完善港口的基礎設施和集疏運網絡建設,改善港口技術裝備。今后一段時期,青島港仍要繼續加大在碼頭泊位、堆場和儲罐等基礎設施方面的投入,重點建設前灣港國際集裝箱碼頭工程,近期形成港口貨物吞吐能力3.5億噸,集裝箱吞吐能力1500萬標箱,遠期實施前灣港、大港、董家港和日照港統一規劃、統一開發管理,集裝箱吞吐能力達到2000萬標箱,形成中國規模最大的集裝箱主樞紐港之一。

此外,還要提高港口技術裝備和作業的現代化水平,增強港口整體運作效率,縮短與國際著名港口在集約經營上的差距。

二是堅持開放建港的思路,吸引國際航運企業參與青島港建設,培育航運市場,轉變港口經營方式,加快青島港的發展步伐。青島港的建設發展必須借助外力,要繼續采取有效措施吸引大型航運聯合體和船公司落戶青島,加強青島港與世界其他港口的合作,來增辟航線,擴大貨源,培育航運市場。同時積極探索青島港與國外船公司或港日經營管理商的經營合作,使青島港口的管理體制和運作機制能真正與國際慣例接軌。

三是以構筑港口現代物流中心為核心,大力發展港口關聯產業,拓展港口綜合服務功能。前灣港依托深水港優勢,充分利用緊鄰保稅區、開發區等國家級開發開放區域的便利條件,臨港工業和加工工業的發展已有一定的基礎,下一階段要按照建設第四代港口的要求,大力發展港口現代物流業。要抓住國家逐步放開對服務行業管制的政策趨勢,結合青島物流中心建設目標和現有產業基礎,采取相應對策,積極吸引國外港口相關企業來青島舉辦物流與相關的各類服務企業。

二、堅持海陸聯動,實現擁灣發展

與海洋經濟相比,藍色經濟更加注重海陸經濟一體化。海陸統籌主要體現在:海陸產業統籌規劃、基礎設施統籌建設、資源要素統籌配置和生態環境統籌治理,形成資源互補、相互促進、協調發展的格局。

為此,我們正在以膠州灣為依托,實施“環灣保護、擁灣發展”戰略,推進海陸資源、產業、空間、文化、生態的融合,把膠州灣沿岸打造成生態岸線、經濟岸線和生活岸線,將膠州灣地區建成高端產業核心區、親水生活休閑區、生態人文景觀區,構建宜商宜居、充滿活力、富有魅力的濱海城市組團。

三、堅持科技創新為本,提高藍色經濟競爭力

從歷史上看,每一個時代海洋開發的突破,都是運用當時最先進科學技術的結果。發展藍色經濟,需要建立強有力的海洋科技創新體系,形成海洋科技向現實生產力轉化的創新機制。我們將加快建設海洋科學與技術國家實驗室、深海基地等一批國家級創新平臺,著力對海洋前沿技術、海洋產業化關鍵技術、海洋基礎科學研究實施攻關,力爭在海洋腐蝕與防護、海洋生物活性物質提取與篩選、海水淡化、水下焊接等技術領域實現突破。

我們將集聚國內外海洋科技創新資源,推動地方政府、企業和高校、科研院所共建產學研創新基地,推進海洋科研資源開放式配置,建立科研成果與產業需求有效對接的快速通道,加快推進海洋科技產業化進程;我們將實施“人才、基地、項目”相結合,在海洋基礎研究、關鍵技術研發、科技成果轉化等領域打造領軍團隊,培養和引進一批學科帶頭人。我們將營造有利于藍色經濟區建設的政策環境,出臺支持海洋科技產業化優惠政策、海洋成果轉化獎勵政策和專利保護政策,對海洋科技成果產業化提供風險投資和貸款擔保。

四、堅持優勢產業,推動藍色經濟優化升級

發展藍色經濟,旨在調整海陸產業結構,建立以高端技術、高端產品、高端產業為引領,以園區、基地、企業為載體,培育一批有特色、有競爭力的優勢產業。

著眼于優化生產,大力發展高端種苗繁育和健康養殖產業,突破循環水健康養殖、海水魚品質改良等技術,促進深水網箱養殖、工廠化集約養殖,實現規模化、產業化和標準化發展,建成中國重要的海產品加工出口貿易中心。著眼于突破二產,重點發展海洋船舶、海洋工程裝備制造、海洋化工、海水利用、海洋生物醫藥“五大產業”。

著眼于提升三產,重點發展港口物流、濱海旅游和海洋科研教育與服務等特色產業,促進海洋服務業繁榮發展。充分發揮前灣保稅港區的作用,加快董家口新港區開發建設,再造一個國際億噸大港。

借助奧運效應的輻射帶動,構建以奧運旅游、郵輪旅游、休閑度假等為主體的高端濱海旅游產品體系,建成國際濱海旅游度假名城。充分利用青島海洋科研教育優勢,加強重點學科和實驗室建設,發展海洋科普教育,建設全國海洋教育與科普基地。建立面向海洋經濟、海洋開發管理和海洋決策支持的海洋信息數據處理中心,建成數據中心城市。

五、堅持開發與保護并舉,實現藍色經濟永續發展

海洋的流動性使其生態環境比陸地更脆弱,人類已飽嘗陸地生態環境惡化的苦果,維護海洋健康已成為沿海國家和地區的緊迫任務。我們在接受海洋賜福的同時,要精心呵護她的健康,實現人海和諧共處。青島將通過推動碧海行動計劃,綜合整治陸源污染,保護與修復海域生態環境,促進海洋資源開發利用與生態環境保護相統一,促進海洋經濟發展與資源環境承載力相適應,實現海洋資源利用集約化。

堅持“以海定陸”污染控制原則,建立完善海岸帶和近岸海域建設項目環境影響評價制度,加快建設海洋自然保護區和海洋特別保護區,維護海洋物種多樣性。圍繞建設海域空間基礎地理信息系統,健全赤潮、滸苔、風暴潮等海洋災害的預警機制和應急管理機制,提高防災減災能力。

參考文獻:

[1]王軍,劉金華,郭啟民.青島市發展循環經濟,建設循環型經濟社會的研究[J].城市管理與科技,2003,1,27-33