殷世兵 戴雯 李松 陳錫龍 王楊

摘 要：樁腿總組是鉆井船總體建造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而樁腿總組中的焊接更是重中之重；樁腿總組接長(zhǎng)的關(guān)鍵是尺寸控制和焊接質(zhì)量；文章根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，首先對(duì)樁腿總組接長(zhǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，然后對(duì)樁腿總組接長(zhǎng)過(guò)程控制進(jìn)行分析，為今后的焊接過(guò)程控制積累經(jīng)驗(yàn)和提供參考。

關(guān)鍵詞：樁腿；焊接質(zhì)量；過(guò)程控制

1 前言

自升式鉆井平臺(tái)屬于海上移動(dòng)式平臺(tái)，由于其定位能力強(qiáng)和作業(yè)穩(wěn)定性好，在大陸架海域的油氣勘探開(kāi)發(fā)中居于主力軍的地位。我公司建造的200英尺自升式平臺(tái)是由一個(gè)上層平臺(tái)和三個(gè)能夠升降的桁架式樁腿（Spud Leg）所組成的海上平臺(tái)。鉆井船由主船體、樁靴、懸臂梁、樁腿等部分組成。

其中，樁腿是自升式鉆井船的關(guān)鍵支撐部件，其建造質(zhì)量直接影響到鉆井船的使用壽命。公司建造的200英尺自升式鉆井船采用三個(gè)正三角形桁架式樁腿。樁腿的長(zhǎng)度為93.36m，每一條樁腿的建造分四段進(jìn)行車(chē)間接長(zhǎng)，最后進(jìn)行場(chǎng)地總組接長(zhǎng)工作。

2 樁靴與齒條板焊接工藝

2.1 母材

樁靴材質(zhì)為E500高強(qiáng)度鋼板，齒條為S690高強(qiáng)度鋼材；齒條需進(jìn)行A級(jí)超聲波探傷檢查。

2.2 焊前預(yù)熱，焊接過(guò)程溫度控制及焊后熱處理

為避免產(chǎn)生裂紋，所有涉及到S690高強(qiáng)度鋼的焊接，采用電阻加熱進(jìn)行最低150°C的預(yù)熱， 預(yù)熱范圍為焊縫周?chē)辽?50mm，層間溫度最高為200°C且必須保持在整個(gè)焊接過(guò)程中不低于150°C。焊接完成后馬上對(duì)焊道進(jìn)行焊后保溫工作，250°C±50°C保溫2-3小時(shí)。

2.3 焊接使用焊材

齒條與樁靴的連接采用手工電弧焊（SMAW），用FOX EV60 PIPE焊條打底，與母材屬于低強(qiáng)匹配；用FOX EV65的3.2mm或4.0mm焊材填充，用FOX EV65的3.2mm焊材蓋面，與母材屬于等強(qiáng)匹配。

2.4 坡口形式

齒條板與樁靴E500板采用K型坡口，一邊三分之一，另一邊三分之二，在三分之一邊清根，避免了對(duì)開(kāi)坡口清根后坡口變大，變形變大。

2.5 焊接變形控制措施

在焊接過(guò)程中對(duì)焊件進(jìn)行了局部的、不均勻的加熱是產(chǎn)生焊接應(yīng)力及變形的基本原因。

現(xiàn)場(chǎng)焊接的焊工均為較有經(jīng)驗(yàn)的焊工，在領(lǐng)用焊條時(shí)，一次領(lǐng)取四小時(shí)用量，不允許焊條重復(fù)烘干使用，取完焊條及時(shí)蓋好焊條保溫筒蓋?，F(xiàn)場(chǎng)采用了合理的焊接順序，樁靴的E500板和齒條連接為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，K型坡口，為了防止焊接變形，現(xiàn)場(chǎng)采取了分3段焊接方法，先焊E500板中間段，再焊兩端；焊接采用立向上焊，先由一名焊工在一面打底，另一名焊工在對(duì)面清根填充一遍，然后每段由兩名焊工同時(shí)施焊。

2.6 焊后檢驗(yàn)

在樁靴與齒條焊接完成之后需要進(jìn)行焊后檢驗(yàn)，焊后檢驗(yàn)包括尺寸檢驗(yàn)和焊接質(zhì)量檢驗(yàn)。

（1）外觀(guān)檢驗(yàn)：焊縫表面不允許出現(xiàn)裂紋、未熔合、氣孔、夾渣、焊瘤等缺陷，單條焊道寬度不超過(guò)2.5倍的焊條直徑，飛濺與焊瘤應(yīng)打磨干凈，邊角過(guò)渡圓滑光順美觀(guān)。（2）NDT檢測(cè)。齒條接長(zhǎng)的每個(gè)焊接接頭均要求進(jìn)行100%MT+100%UT探傷。

3 分段接長(zhǎng)焊接的過(guò)程控制

分段樁腿所有的焊接工作結(jié)束并驗(yàn)收合格之后，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分段的吊裝接長(zhǎng)工作，當(dāng)分段吊裝到位時(shí)，利用接頭處的特制卡子提高組對(duì)精度；當(dāng)組對(duì)完成后，并通過(guò)尺寸檢驗(yàn)后，分段連接焊接工作開(kāi)始：分段連接焊接工作包括齒條對(duì)接焊接和半圓板焊接。

3.1 焊接變形控制措施

在焊接過(guò)程中的焊接變形是影響齒條尺寸的主要因素；齒條板對(duì)接時(shí)，對(duì)接立縫主要會(huì)引起齒條板對(duì)接接頭的縱向收縮變形和角變形，體現(xiàn)在齒條板齒間距（焊接處）、平直度（上、下齒）。

為了較好的控制焊接變形，現(xiàn)場(chǎng)采取對(duì)稱(chēng)焊接方法：齒條板對(duì)接時(shí)，先由一名焊工對(duì)一側(cè)坡口進(jìn)行施焊2-3層，然后由另一名焊工在對(duì)背面進(jìn)行打磨處理后進(jìn)行背面填充焊接。當(dāng)兩側(cè)焊肉厚度基本相同后，兩人開(kāi)始同時(shí)施焊；半圓板環(huán)縫、縱縫焊接時(shí)，安排兩名焊工在齒條板兩側(cè)對(duì)稱(chēng)施焊；為了更好的平衡焊接變形，應(yīng)該保證坡口兩側(cè)的焊接熱輸入一致。

齒條板對(duì)接坡口為雙V坡口，采用雙數(shù)焊工對(duì)稱(chēng)施焊可以減小坡口兩側(cè)焊縫的引起的齒條板的角變形。半圓板焊接時(shí)，4條半圓環(huán)縫、4條縱縫均對(duì)稱(chēng)分布于齒條板兩側(cè)，采用對(duì)稱(chēng)焊接法可以抵消環(huán)縫焊接引起的齒條板角變形和縱縫焊接引起的齒條板撓曲變形。

3.2 焊接過(guò)程中的尺寸控制

在施工中，加強(qiáng)對(duì)齒條尺寸的測(cè)量；尺寸檢查時(shí)，對(duì)測(cè)量點(diǎn)處上/下齒條的平直度、上齒條的撓度和接口處焊接收縮量進(jìn)行測(cè)量。

齒條板厚度較大，齒條板對(duì)接每側(cè)所需的焊接層數(shù)在18-19層左右，焊接過(guò)程中的尺寸檢查安排在：第1層、第3層、5層、9層、12層、15層、蓋面、去除固定件時(shí)。半圓板厚度較小，半圓板焊接所需的焊接層數(shù)在7-8層，焊接過(guò)程的尺寸檢查安排在：第1層、第4層、蓋面、去除固定件時(shí)。在焊接過(guò)程中，如果測(cè)量結(jié)果顯示齒條變形超過(guò)公差要求，要通過(guò)焊工焊接配合來(lái)對(duì)變形進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且在隨后的每層都要進(jìn)行尺寸檢查，直到焊接變形得到控制。由于齒條的厚度很大，若在焊后發(fā)現(xiàn)焊接變形較大，則很難糾正。因此必須做到在焊接過(guò)程中時(shí)刻監(jiān)測(cè)齒條尺寸變化，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)糾正；此措施有利于保證尺寸變化在公差要求范圍內(nèi)。

3.3 分段接長(zhǎng)裂紋控制措施

由于樁腿的齒條材質(zhì)為低合金高強(qiáng)度鋼，冷裂紋在這類(lèi)焊材中最容易出現(xiàn)，也是最危險(xiǎn)的焊接缺陷。冷裂紋的形成與焊縫金屬中氫含量、氫的擴(kuò)散和富集有關(guān)。冷裂縫的延遲現(xiàn)象主要原因是氫的擴(kuò)散、富集， 誘發(fā)裂縫需要一定的時(shí)間造成。高強(qiáng)鋼焊接接頭的含氫量越高，則冷裂紋產(chǎn)生的可能性越大。生產(chǎn)中為了防止冷裂紋，必須盡量控制焊縫中的含氫量。

在焊接接頭復(fù)雜的應(yīng)力場(chǎng)中，應(yīng)力梯度越大，氫的擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力也越大，也就更容易使氫向應(yīng)變集中區(qū)擴(kuò)散和聚集，從而產(chǎn)生裂紋。因此，生產(chǎn)中能夠有效減小焊接應(yīng)力的措施都有利于防止冷裂紋的產(chǎn)生。

以上是可能產(chǎn)生冷裂紋的原因；現(xiàn)實(shí)中，青島場(chǎng)地空氣濕度較大，加之接長(zhǎng)為高空作業(yè)，受到風(fēng)速影響；另外，母材厚度較厚也比較容易出現(xiàn)焊后接頭應(yīng)力。為了防止冷裂紋的產(chǎn)生，現(xiàn)場(chǎng)采取以下措施：（1）坡口做打磨處理；（2）嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度；（3）使用烘干焊材，合理保管焊材；（4）預(yù)留收縮余量及合理的焊接順序。

4 結(jié)束語(yǔ)

鉆井船的樁腿總組接長(zhǎng)是鉆井船建造中的最重要的環(huán)節(jié)之一。總組過(guò)程中的焊接過(guò)程中的焊接變形及裂紋預(yù)防是接長(zhǎng)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)?？偟膩?lái)說(shuō)，坡口清理、預(yù)留焊接收縮余量、焊前預(yù)熱、合理的焊接順序，不間斷的尺寸監(jiān)控、嚴(yán)格的焊材使用及保管程序、焊后保溫等措施，保證了焊接合格率。