在深海的黑暗與寂靜之中，每一次焊接，都是和極限環(huán)境的對抗。當(dāng)傳統(tǒng)焊接方法，在高壓水下束手無策的時(shí)候，摩擦焊接技術(shù)以其獨(dú)特的“無火花”工藝，正在重新定義深水焊接的可能性。
深海焊接的困境
想象一下：在那數(shù)千米深的海底，周圍一片漆黑，而且冰冷刺骨，溫度接近冰點(diǎn)，與此同時(shí)水壓更是高達(dá)數(shù)百個(gè)大氣壓。
在這樣的環(huán)境下，傳統(tǒng)的電弧焊接面臨著幾乎無法逾越的障礙。而熱效率卻從地表的約90%驟降至6巴壓力下的75%。更令人擔(dān)憂的是，海水中的氫元素會(huì)在電弧作用下分解，導(dǎo)致焊縫中氫含量升高，大幅增加了氫致裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。
北海海域的水下修復(fù)工作，長期依賴干式高壓焊接，濕式焊接或摩擦夾具等方法，但這些技術(shù)都需要潛水員來實(shí)施。其實(shí)隨著深海資源開發(fā)，向更深水域推進(jìn)，潛水員的工作深度已然成為限制因素，傳統(tǒng)焊接方法的局限性也在逐漸地凸顯出來。
摩擦焊接：深水焊接的革命性解決方案
摩擦焊接技術(shù)以其獨(dú)特的固相連接原理，為深水焊接難題，提供了革命性的解決方案。這種技術(shù)，利用高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的摩擦熱能，使金屬表面達(dá)到塑性流動(dòng)的溫度，在壓力的作用下形成固相連接。
無熔池工藝：摩擦焊接是固相連接過程，焊接部位從不達(dá)到熔點(diǎn)，大幅減少了氫氣吸收機(jī)會(huì)。
不受水深影響：作為固相焊接工藝，摩擦焊接不受水壓不利影響，理論上沒有水深限制。
更窄的熱影響區(qū)：摩擦焊接產(chǎn)生的熱影響區(qū)(HAZ）比熔融焊接工藝小得多，提供了更高質(zhì)量的焊接接頭。
更高的疲勞強(qiáng)度：研究表明，摩擦焊接接頭的疲勞耐久性優(yōu)于類似幾何形狀的電弧焊接接頭，這歸功于其有利的殘余應(yīng)力分布，在失效位置附近的表面存在壓縮應(yīng)力。
環(huán)境友好：摩擦焊接過程不產(chǎn)生電弧和火花，可在爆炸性環(huán)境中安全使用。
深水摩擦焊接的技術(shù)突破
"ROBHAZ"水下機(jī)器人焊接系統(tǒng)項(xiàng)目，是摩擦焊接技術(shù)在深水應(yīng)用的重要里程碑。該項(xiàng)目于1997年6月啟動(dòng)，旨在開發(fā)基于摩擦焊接技術(shù)的水下機(jī)器人焊接修復(fù)技術(shù)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開發(fā)了液壓動(dòng)力摩擦焊接頭，可安裝在水下電動(dòng)機(jī)器人臂上，通過遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)精確焊接。
摩擦焊接技術(shù)于深水應(yīng)用里，運(yùn)用了“摩擦釘焊”工藝。其原理為：在裂縫處鉆孔，接著借助旋轉(zhuǎn)消耗棒，在孔內(nèi)產(chǎn)生摩擦焊接，從而形成一系列重疊的焊點(diǎn)，用以修復(fù)裂縫。
摩擦焊接的經(jīng)濟(jì)效益
摩擦焊接技術(shù)不僅在技術(shù)上具有優(yōu)勢，在經(jīng)濟(jì)效益方面也表現(xiàn)突出。使用遠(yuǎn)程操作車輛(ROV）進(jìn)行水下摩擦焊接，與使用潛水員和電弧焊接相比，可大幅降低項(xiàng)目成本，因?yàn)檫@類操作的主要成本組成-支持船只可以更小。
未來展望與挑戰(zhàn)
隨著全球水下焊接消耗品市場，預(yù)計(jì)從2025年的24.15億美元開始顯著增長，摩擦焊接技術(shù)有望在深海資源開發(fā)中，發(fā)揮更重要作用。中國正積極開發(fā)深海鉆探設(shè)備，預(yù)計(jì)2026年完成新一代深海鉆探船，能夠在10,000米以上水深進(jìn)行鉆探。這些深海活動(dòng)，將為摩擦焊接技術(shù)，提供廣闊應(yīng)用空間。
然而，我們也必須面對現(xiàn)實(shí)：盡管摩擦焊接技術(shù)前景廣闊，中國在這一領(lǐng)域的研發(fā)與應(yīng)用仍有差距。我們需持續(xù)加強(qiáng)研發(fā)力度的，積極培養(yǎng)專業(yè)人才的。才不會(huì)在深海技術(shù)革命中被落下的。
希望有朝一日，中國自主研發(fā)的摩擦焊接技術(shù)，能在萬米深海充分展示其能力，為人類開發(fā)利用深海資源提供堅(jiān)實(shí)保障的。
