中石化勝利油建工程有限公司 （山東東營 257073） 遲艷芬 李 震

1.工程概況

勝利902為非自航鋪管船，主體為箱型結(jié)構(gòu)，船體總長118.8m，型寬30.4m，型深8.4m，吃水5.0m，總噸位為14500t（見圖1）。在主甲板右舷設(shè)有鋪管作業(yè)線，設(shè)置有焊接設(shè)備、NDT設(shè)備、涂敷設(shè)備和其他輔助設(shè)備；主甲板左舷設(shè)有能存放約2000t管線的管線儲(chǔ)存區(qū)。管子的裝卸和移動(dòng)由1臺35t全旋轉(zhuǎn)吊車、滾輪和傳送裝置完成。船艏主甲板設(shè)有6層生活樓，滿員200人時(shí)能保持60天自持作業(yè)能力，頂部設(shè)有直升機(jī)登機(jī)坪。船艉設(shè)置一臺起重能力400t（固定式）/350t（全旋轉(zhuǎn)式）海洋工程大型起重機(jī)。鋪管作業(yè)最大水深為100m。

圖1 勝利902鋪管工程船竣工

2.焊接難點(diǎn)

勝利902鋪管工程船的建造過程中存在以下焊接難點(diǎn)：①吊機(jī)立柱（見圖2）至下而上貫通，所有艙壁、甲板及底板均有密集的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，多處空間狹小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工困難，且尺寸精度要求高。②勝利902鋪管工程船的艏部、艉部、兩舷均為線型結(jié)構(gòu)，尤其是艏艉的兩舷為雙曲線結(jié)構(gòu)，對焊接變形控制要求較高。③右舷鋪管作業(yè)線艉段主甲板設(shè)計(jì)為凹陷甲板，有不規(guī)則坡度，受力強(qiáng)度大，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。④右舷鋪管作業(yè)線艉部設(shè)有A字架結(jié)構(gòu)，主要采用高強(qiáng)度船用鋼板，鋼板較厚且板厚差變化大，板厚差最大為80mm，與A字架箱體連接加強(qiáng)結(jié)構(gòu)較多，作業(yè)空間狹小施工難度大。⑤托管架鉸軸座（見圖3）是連接托管架與船體的重要結(jié)構(gòu)，載荷強(qiáng)度大，尺寸精度要求高，使用了大量的厚板材，最厚達(dá)150mm，是船體結(jié)構(gòu)的常規(guī)板材厚度的10倍。這大大增加了焊接收縮量，將嚴(yán)重影響鉸軸座的安裝精度以及托管架的受力情況。

圖2 正在施工的吊機(jī)立柱

圖3 托管架鉸軸座

3.關(guān)鍵焊接工藝

（1）采用新的施工軟件配合施工 引進(jìn)Tribon M3船舶三維生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件，以分段為單元，采用托盤管理系統(tǒng)，提高“殼、舾、涂”一體化的施工效果；對于托管架、A字架等桁架結(jié)構(gòu)，利用三維軟件進(jìn)行放樣，將數(shù)據(jù)輸入數(shù)控切割機(jī)內(nèi)，自動(dòng)切割出相貫線的坡口，提高切割精度，保證組對均勻一致，能有效控制焊接質(zhì)量和焊接變形；對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的結(jié)構(gòu)，結(jié)合熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)理論知識，采用ANSYS軟件進(jìn)行焊接應(yīng)力分析，預(yù)估每個(gè)焊縫的焊接收縮量及方向，根據(jù)施工順序，在下料過程中增加焊接收縮余料，以減少焊接變形及焊接應(yīng)力。

（2）超厚度鋼板大型結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù) 厚鋼板結(jié)構(gòu)主要集中在托管架、A字架、箱梁結(jié)構(gòu)，提高厚鋼板焊接質(zhì)量最有效的方式是加大預(yù)制力度，將預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行焊后整體熱處理，這樣既方便于焊接操作，又能保證結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。

（3）船體焊接防變形控制 船體在分段預(yù)制、合攏過程中，焊接質(zhì)量的控制關(guān)鍵在于通過合理的焊接順序控制船體的焊接變形。焊縫變形示意如圖4所示。

圖4 焊縫變形示意

防止焊接變形采取的主要措施為：①拼板。按“先焊橫縫、后焊縱縫”的順序，能有效控制焊接變形。②型材預(yù)制。采用兩名焊工對稱同步施焊。③分段組裝。按“先焊立焊縫、后焊平焊縫”，“先焊艙壁結(jié)構(gòu)、再焊主結(jié)構(gòu)、后焊小結(jié)構(gòu)”的順序進(jìn)行施焊。④雙層底結(jié)構(gòu)。安排4名焊工，按同一個(gè)方向同步對稱施焊。⑤船體合攏組對。先用激光經(jīng)緯儀校核胎架的水平度，然后按“從艉到艏、從下到上、先中間后兩側(cè)”的順序進(jìn)行合攏組對。⑥分段合攏焊接。按“先焊構(gòu)件、后焊板材” 、“先焊縱向合攏縫、后焊橫向合攏縫” 的順序?qū)ΨQ施焊。焊接設(shè)備如圖5所示。

圖5 焊接設(shè)備

（4）托管架系統(tǒng)建造焊接質(zhì)量控制 托管架系統(tǒng)主要由托管架（兩段）、A字架、A支架箱梁結(jié)構(gòu)組成，采用“部件單獨(dú)預(yù)制、現(xiàn)場組裝”的施工方案，因此增加了每個(gè)部件的預(yù)制精度要求。

托管架、A字架及側(cè)拉桿單個(gè)整體預(yù)制，A字架箱梁結(jié)構(gòu)由11個(gè)箱體組成。其中箱梁結(jié)構(gòu)是工程船鋪管作業(yè)的主要受力區(qū)域，該區(qū)域采用高強(qiáng)度厚鋼板，并加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，使載荷合理地傳到主體各區(qū)域。

箱梁預(yù)制的焊接順序：①箱體壁板及內(nèi)部構(gòu)件整體組對完成后進(jìn)行焊接；②每間隔1m加設(shè)一道環(huán)形臨時(shí)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，最大程度控制焊接變形；③箱體腹板焊接順序如圖6所示，焊縫①完成后翻轉(zhuǎn)，焊接焊縫②、③，完成后再次翻轉(zhuǎn)進(jìn)行焊縫④的焊接。④由四名焊工采用分段退焊法，從箱體中心向兩端對稱同步施焊， 如圖7所示。⑤ 采用多層多道焊，每一道整體焊完后再進(jìn)行下一道焊接，禁止出現(xiàn)一個(gè)部位多道焊接完成之后再換位。

圖6 箱體腹板焊接順序

圖7 箱體兩端對稱同步施焊示意

結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)特點(diǎn)，托管架采用反造法，先將上層兩根主管及之間的斜撐組裝成分片，焊接完成后，按中心線進(jìn)行第三根主管的定位和組裝，最后安裝兩端構(gòu)件。

A字架由四根主管φ711mm×21mm和斜撐φ377mm×12mm組成桁架結(jié)構(gòu)，可分為上、下兩層，施工時(shí)按分片進(jìn)行預(yù)制，先預(yù)制下片，后預(yù)制上片?？傃b時(shí)先將下片在胎架上定位找平，然后立垂直面的斜撐，最后吊裝上片，進(jìn)行整體組裝，以便整體尺寸精度控制。

托管架及A字架兩端連接結(jié)構(gòu)均采用“單獨(dú)預(yù)制、整體組裝”的施工方案。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，預(yù)制的施工順序?yàn)椋簲?shù)控下料→單項(xiàng)預(yù)制→無損檢測→整體熱處理→機(jī)加工。

（5）焊接質(zhì)量控制 在船體焊接過程中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)，來提高整體的焊接質(zhì)量 ①焊絲和焊條要正確使用在適合的條件和位置上，并且要適量的分發(fā)。低氫型焊條暴露在空氣中的時(shí)間嚴(yán)禁超過規(guī)定值。暴露時(shí)間小于該規(guī)定值的焊條可以放回保溫烘箱中，在至少120℃下保溫儲(chǔ)存，焊條必須進(jìn)行再烘焙的次數(shù)嚴(yán)禁多于1次。②焊縫不能用淬火冷卻或者使用其他不同于空氣對流冷卻的方法來冷卻。在一些環(huán)境條件下，焊縫必須通過覆蓋一些保溫材料來減緩其空冷速度。根據(jù)具體的材質(zhì)和環(huán)境，采取相應(yīng)的預(yù)熱保溫措施。③所有的自由表面，包括甲板及其支撐結(jié)構(gòu)，當(dāng)它們沒有焊接強(qiáng)度的要求的時(shí)候必須進(jìn)行最小3mm角高的密封焊接。④管狀結(jié)構(gòu)的對接縫不能采用焊接襯墊，應(yīng)采用單面焊雙面成形的焊接方法，對接縫必須具有適當(dāng)?shù)钠驴谝员Ｕ虾缚p的完全熔透。⑤當(dāng)管型構(gòu)件存在縱縫時(shí)，相鄰兩條縱縫在環(huán)縫上的接點(diǎn)必須錯(cuò)開90°以上。相交兩個(gè)管型構(gòu)件縱縫之間的距離≥50mm。⑥在重要結(jié)構(gòu)上，包括樁管和主要支撐結(jié)構(gòu)，臨時(shí)焊縫被清除以后，如果母材表面存在任何損傷，則該部分區(qū)域必須作100%的磁粉探傷。⑦根部焊道焊接時(shí)，除了更換焊條和焊工改變姿勢的情況，否則不允許受到中斷。焊材烘干設(shè)備如圖9所示。

4.結(jié)語

勝利902鋪管工程船通過制定合理的“創(chuàng)優(yōu)工程”活動(dòng)計(jì)劃，以及建造施工過程中嚴(yán)格、細(xì)致、全面的控制每個(gè)工序，加上焊接新技術(shù)的應(yīng)用，不僅為公司提交了一艘質(zhì)量可靠、性能優(yōu)良的工程船舶，大幅提升了建造能力和水平，為中國石化集團(tuán)發(fā)展全球海洋石油工程奠定了基礎(chǔ)。