发布日期： 2018-11-22
水下摩擦叠焊试验
管型结构物摩擦叠焊
（1）水下摩擦叠焊
海洋平台钢结构损伤之后采用水下干式高压焊接进行维修存在干式舱结构复杂等诸多困难。摩擦叠焊（Friction Stitch Welding，FSW）将一系列柱塞塞入一系列预钻焊孔，叠合搭接（缝合Stitch）形成完整焊缝，完成裂纹修复，其显著优点是不需要干式舱、焊接参数对水深不敏感、容易实现自动化。进行海洋平台钢结构维修时，摩擦焊接机头安装在并联机器人上，由工作级ROV携带并将并联机器人安装在待修部位附近结构之上，然后进行摩擦叠焊维修。
北京石油化工学院在国家863计划项目“深水钢结构裂纹修复关键技术”、 国家自然科学基金项目“水下钢结构修复用摩擦叠焊的连接机理和特性研究”和北京市自然科学基金项目“水下摩擦叠焊的摩擦液柱填充机理研究”的支持下，率先在国内开展摩擦叠焊技术研究。
国家自然科学基金项目“海洋结构物摩擦叠焊单元成型过程研究”对摩擦叠焊单元成型过程（FHPP）中应力-应变场、温度场和塑性金属流动进行数值模拟，采用示踪技术在塞棒中心轴线位置嵌入镍作为示踪材料，观察焊接过程塞棒中材料的迁移，并且将声发射技术引入摩擦叠焊技术的研究，建立声发射信号与焊接过程以及摩擦状态间的相互关系。
北京石油化工学院与海洋石油工程股份有限公司合作，在国家863计划重大项目“基于摩擦叠焊的水下结构物修复系统关键技术研究”的支持下，研制了以液压驱动水下摩擦焊机为基础的水下摩擦叠焊设备，其最高工作转速9000rpm、焊接压力3t，可以在水下实现孔深30mm、塞棒直径25mm以内的单元焊接，叠焊焊缝长度可以达到200mm，此外，还研制了管型结构物焊接工装，可以实现管道纵缝、环缝和空间曲线焊缝的焊接。北京石油化工学院进行了10-30mm深度范围内的水下摩擦叠焊焊接工艺研究，焊接接头强度与母材强度相当。
水下摩擦叠焊 摩擦叠焊焊缝
（2）水下摩擦螺柱焊
海洋平台、海底管道牺牲阳极安装是一项富有挑战的任务，传统的管夹安装存在连接不可靠、安装效率低等缺点。工程研究中心采取的技术方案是：以水下机器人ROV作为载具搭载摩擦螺柱焊接机头，将牺牲阳极接线柱以冶金结合的方法与海底管道连接，连接可靠、安装高效。在实验室研究的基础上，工程研究中心开发了国内首套基于ROV的紧凑型水下摩擦焊系统，可实现深水、超深水焊接，于2016年完成了与ROV系统的联调测试并进行了两次海试作业，基本具备了商业作业能力。
水下摩擦螺柱焊海试 水深116m螺柱焊焊接接头
工程研究中心在中海油科研项目《基于ROV的水下摩擦螺柱焊海底管道牺牲阳极安装应用技术研究》支持下继续深入开展研究，设计制造了压力容器，摩擦螺柱焊接机头和焊接工装安装在该压力容器内，海底管道材料为X65，最高试验压力为3Mpa（相当于300m水深海水深度），并且通过添加冰块模拟海水低温、添加盐模拟海水盐度。通过焊接试验，确定了主轴压力、转速、进给速度等摩擦螺柱焊焊接工艺参数。焊接试验完成之后，课题组对不同水深条件下获得的摩擦螺柱焊焊接试件进行了拉伸、冲击、弯曲、扭转力学性能测试，并进行了金相分析与腐蚀性能测试，测试表明焊接接头力学性能合格、抗腐蚀性能优良。
水下摩擦螺柱焊接试验用压力容器 摩擦螺柱焊接机头
