張晉龍

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

海況和船舶穩(wěn)定性對(duì)焊接影響較大，能直接影響焊口的組隊(duì)質(zhì)量和焊接效果。目前，海油工程多采用舷外作業(yè)來(lái)進(jìn)行固定、焊接，對(duì)人員的技能水平提出較高要求。在舷外作業(yè)中，管線(xiàn)的2個(gè)端頭在船的一側(cè)分別從船頭和船尾出水，在船舷的中部合攏、交叉。在交叉的部位搭建一個(gè)臨時(shí)工作平臺(tái)，供作業(yè)人員使用。利用船頭和船尾的2個(gè)舷臂吊把管線(xiàn)提升到與船舷平齊的位置，然后進(jìn)行固定，讓管線(xiàn)盡可能地不隨海浪和潮水影響而左右上下晃動(dòng)。在管線(xiàn)交叉的部位用倒鏈盡可能地把管線(xiàn)的2個(gè)端頭下拉，使其形成一個(gè)理想化的5G焊口。由于條件的限制和海況的影響，最終的焊口形成一個(gè)大的“八”字口，管線(xiàn)隨著潮水的波動(dòng)而波動(dòng)，給作業(yè)人員的安全也帶來(lái)很大隱患。依照常規(guī)的焊接方法是無(wú)法進(jìn)行焊接的，因?yàn)榻M隊(duì)出來(lái)的焊口下面沒(méi)有間隙，上半部分還有很大的間隙，并且管線(xiàn)隨時(shí)在移動(dòng)，所以必須采取“剛性固定管線(xiàn)—調(diào)整間隙—焊接—?dú)馀佟蘅凇魏附印钡牧鞒踢M(jìn)行焊接。

1 焊接具體流程

1.1 固定管線(xiàn)

選擇一個(gè)相對(duì)較好的海況，首先調(diào)整好船位，把需要連接的2個(gè)管線(xiàn)的端頭利用船上的主吊分別從船頭和船尾吊出水面，管線(xiàn)形成大約45°角時(shí)離開(kāi)水面，移動(dòng)船位使其在船舷的一側(cè)的中部回合交叉[1]。然后利用船頭和船尾的2臺(tái)舷臂吊分別吊住管線(xiàn)的第二、第三節(jié)的位置，起吊至管線(xiàn)與甲板面平齊或略高。這時(shí)候主吊脫鉤，管線(xiàn)的端頭處于自然下垂的狀態(tài)，由于出離水面角度過(guò)大，在船舷一側(cè)管線(xiàn)交叉部位形成一個(gè)大的“八”字形。這時(shí)開(kāi)始在船舷外搭建臨時(shí)的作業(yè)平臺(tái)，搭建的臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)位于船舷外側(cè)管線(xiàn)交回處，略低于管線(xiàn)1 m左右，大約得需要5 m2，足以保障作業(yè)的活動(dòng)空間和工機(jī)具的臨時(shí)放置，并且臨海三面還要有防護(hù)欄，防護(hù)欄高度大約為80 mm，防止人員落水。臨時(shí)平臺(tái)搭建好后立即進(jìn)行管線(xiàn)的固定，根據(jù)管徑的大小用槽鋼或工字梁把管線(xiàn)的2個(gè)端頭固定在距離船舷外臨時(shí)平臺(tái)中間大約1 m左右的位置，不能完全固定死管線(xiàn)，因?yàn)榇w是隨著潮水起伏而隨時(shí)移動(dòng)的，假如完全固定后會(huì)對(duì)船體或管線(xiàn)造成撕裂破壞，所以必須保持管線(xiàn)能夠前后自由伸縮移動(dòng)，但不能左右移動(dòng)，因?yàn)槿藛T在管線(xiàn)的兩邊進(jìn)行作業(yè)，管線(xiàn)左右移動(dòng)會(huì)對(duì)作業(yè)人員造成傷害。并且要使2個(gè)端頭處在同一個(gè)平面上，以利于組隊(duì)。作業(yè)人員必須勞保齊全并穿戴救生衣、佩戴安全帶。

臨時(shí)平臺(tái)搭建完成、管線(xiàn)固定好后檢查安全措施是否到位，檢查合格后在距離管線(xiàn)2個(gè)端頭約1 m的地方，用吊帶固定管線(xiàn)的2個(gè)頭，在船舷側(cè)下方焊接臨時(shí)吊點(diǎn)，用倒鏈把管線(xiàn)的2個(gè)端頭盡可能地朝下拉，使其盡可能處于水平位置，但是船體和水深的影響再加上管線(xiàn)本身的因素很難達(dá)到水平位置，最終會(huì)出現(xiàn)一個(gè)角度。管線(xiàn)合攏前示意圖如圖1所示。

圖1 管線(xiàn)合攏前示意圖（單位：mm）

1.2 調(diào)整間隙

選擇在高水位的平潮期進(jìn)行管線(xiàn)切割。用磁力切割機(jī)切割掉2個(gè)端頭的封頭和富裕的管線(xiàn)，切割的破口角度在30°左右，用角磨機(jī)打磨出2～3 mm的鈍邊，并把坡口內(nèi)外25 mm內(nèi)的地方打磨干凈，出現(xiàn)金屬光澤。然后用外對(duì)口器開(kāi)始組隊(duì)坡口，使其形成一個(gè)焊縫，從而把2節(jié)管線(xiàn)連接起來(lái)[2]。組隊(duì)起來(lái)的坡口大約形成一個(gè)“八”字形的口，下面有小間隙或沒(méi)有間隙，而上面還是有很大的間隙，并隨著船體上下隨時(shí)移動(dòng)，這時(shí)在管線(xiàn)的下方快速進(jìn)行點(diǎn)焊并加固，以保障把2條管線(xiàn)先連接固定在一起，點(diǎn)焊加固的長(zhǎng)度大約在100～150 mm。

點(diǎn)焊加固完成后拆掉外對(duì)口器，在管線(xiàn)上部焊縫處1 m外緊貼著管線(xiàn)分別加裝1個(gè)擋頭，使管線(xiàn)不至于彈出來(lái)傷到作業(yè)人員，擋頭一定要牢固可靠。擋頭焊接完成后拆掉下拉的2個(gè)倒鏈，也防止力量過(guò)大繃斷傷人。然后在點(diǎn)焊的2個(gè)端點(diǎn)分別嵌入1個(gè)3 mm厚的薄楔子，嵌入深度不能過(guò)深，保障能拔出來(lái)而不至于由于擠壓而斷在管線(xiàn)里面。

1.3 焊接

船體隨著潮水的回落下降，使舷臂吊固定的管線(xiàn)產(chǎn)生上拱力，當(dāng)力量傳遞到已點(diǎn)焊固定的焊縫處時(shí)，由于管線(xiàn)的1個(gè)端頭上部是固定的，迫使“八”字形焊縫從下往上慢慢地合攏，由于焊縫處有2個(gè)3 mm厚的楔子插入，所以當(dāng)焊口立焊位置慢慢合攏到3 mm的理想間隙時(shí)，這時(shí)從插入楔子的上部開(kāi)始用手工焊條進(jìn)行打底焊接，分別從左右兩邊同時(shí)焊接保障打底的速度與合攏的速度一致。每根焊條焊接完成后都要打磨接頭，以保障內(nèi)部接頭成型沒(méi)有焊接缺陷。

當(dāng)平焊位置也合攏到理想的間隙時(shí)，進(jìn)行打底焊接。這時(shí)管線(xiàn)整個(gè)打底焊接完成，船體下沉結(jié)束進(jìn)入平潮期，管線(xiàn)產(chǎn)生巨大的上拱力也相對(duì)穩(wěn)定，這時(shí)要立即把打底焊表面的焊渣清理打磨干凈，預(yù)熱焊口預(yù)熱后進(jìn)行填充焊接，填充焊接結(jié)束后立即進(jìn)行蓋面。一次焊接如圖2所示。

蓋面結(jié)束后整個(gè)管線(xiàn)焊接完成了2/3部分，這時(shí)低平潮結(jié)束，潮水開(kāi)始上漲，船體升高，管線(xiàn)由于舷臂吊的固定，管線(xiàn)的上拱力變成由焊縫處向外的拉力，并且隨著潮水的升高而增加，管線(xiàn)的左右下45°到平焊已焊接完成，連接起來(lái)的管線(xiàn)將整體隨著船體移動(dòng)而移動(dòng)。

1.4 氣刨

需要拿掉插在焊縫的2個(gè)楔子，把水分排干凈，準(zhǔn)備6 mm的碳棒、1 000 A左右的直流電源，然后檢查氣刨工具的功能是否完善、風(fēng)線(xiàn)是否正、有沒(méi)偏吹的現(xiàn)象[3]。一切檢查無(wú)誤后開(kāi)始刨掉焊口仰焊到下45°處最先點(diǎn)焊加固處，氣刨的時(shí)候每一次用小的參數(shù)薄薄的刨掉焊肉，邊刨邊修坡口，坡口角度修成原始角度，當(dāng)刨到距離管線(xiàn)內(nèi)壁4 mm左右時(shí)，停止氣刨，改用砂輪機(jī)進(jìn)行打磨坡口、間隙，砂輪機(jī)選用Φ150 mm、厚度3 mm的砂輪片修理坡口，用Φ100 mm、厚度2 mm的直磨片修理間隙。打磨掉坡口上的滲碳層、氧化物，然后用砂輪機(jī)修出一個(gè)3 mm的間隙，鈍邊也大概保持在3 mm左右。這時(shí)一定要注意鈍邊和間隙的變化，間隙過(guò)大不利于焊接，甚至無(wú)法焊接；間隙過(guò)小焊不透造成背部成型不好。鈍邊過(guò)小造成燒穿，過(guò)大造成未融合，影響焊接質(zhì)量。所以要求在打磨修理焊口的時(shí)候邊觀(guān)察鈍邊和間隙的變化。修理出來(lái)的間隙一定要與原來(lái)組隊(duì)的間隙保持在同一個(gè)水平面上，間隙修理好以后用小鋸片把坡口間隙處內(nèi)壁上的毛刺、鐵皮等雜物清理干凈。再把兩邊下45°焊縫接頭處打磨掉起弧氣孔并打磨成一個(gè)馬蹄形，原來(lái)插楔子的地方坡口鈍邊有損傷的也用砂輪機(jī)進(jìn)行修理。

圖2 一次焊接

1.5 二次焊接

坡口修理好并檢查無(wú)誤后，進(jìn)行MT檢驗(yàn)是否有裂紋，有裂紋進(jìn)行修理，無(wú)裂紋就打磨掉磁粉進(jìn)行焊預(yù)熱，預(yù)熱溫度比原始預(yù)熱溫度高30℃左右，預(yù)熱范圍是坡口兩側(cè)25 mm內(nèi)，用測(cè)溫槍進(jìn)行測(cè)量。預(yù)熱的同時(shí)焊工檢查焊條是否經(jīng)過(guò)烘干并用保溫桶承裝，保溫桶是否能保溫在75℃左右，焊機(jī)功能是否齊全，是否需要進(jìn)行擋風(fēng)措施，用試板測(cè)試焊接參數(shù)是否合適，當(dāng)一切檢查無(wú)誤后2個(gè)焊工找好自己的位置等待。二次焊接如圖3所示。

預(yù)熱合格后2個(gè)焊工從6點(diǎn)位置分別向左右2個(gè)方向進(jìn)行打底焊接，打磨接頭直到打底焊接結(jié)束。起弧和收弧都在坡口內(nèi)，嚴(yán)禁在坡口外的地方起弧、收弧和電弧察傷。打底結(jié)束后將表面打磨干凈進(jìn)行填充焊接，填充結(jié)束后進(jìn)行蓋面焊接，蓋面結(jié)束打磨整個(gè)焊道的外觀(guān)。焊道完全冷卻到自然溫度后進(jìn)行UT檢驗(yàn)，UT檢驗(yàn)合格后進(jìn)行進(jìn)行除銹打磨、防腐、保溫處理。

圖3 二次焊接

一切工序完成后經(jīng)相關(guān)的檢驗(yàn)人員檢查合格后，拆掉臨時(shí)平臺(tái)，切割掉固定管線(xiàn)的所有工裝，打磨平切割點(diǎn)并涂裝與船體一致顏色的油漆[4]。2個(gè)舷臂吊脫鉤，移動(dòng)船體管線(xiàn)下水。管線(xiàn)下水穩(wěn)定后潛水員下水檢查管線(xiàn)在海床上是否扭曲變形、焊口處是否撕裂、保溫層是否完好。當(dāng)一切檢查完成并合格后，2段管線(xiàn)的連接結(jié)束，可以進(jìn)行后續(xù)整條管線(xiàn)的清管、施壓作業(yè)。

2 焊接工藝注意事項(xiàng)

所有的焊接作業(yè)都要遵循海管的焊接工藝來(lái)執(zhí)行，焊接人員需要持有5G證書(shū)，并且需要是經(jīng)驗(yàn)豐富的熟練焊工，且經(jīng)過(guò)項(xiàng)目的認(rèn)證。所用的打底焊材和填充焊材都必須是焊接工藝要求的焊材，并經(jīng)過(guò)高溫烘焙2 h后進(jìn)行150℃保溫，承裝焊條的焊條桶也必須能持續(xù)保溫在75℃左右。所使用的工機(jī)具和設(shè)備也都是校驗(yàn)合格并在有效期內(nèi)且功能完好。由于海上濕度較大，每一次焊接之前都必須嚴(yán)格按照工藝來(lái)進(jìn)行預(yù)熱，焊接中斷的時(shí)間也不能太久，焊接中斷再次焊接也必須進(jìn)行預(yù)熱，嚴(yán)格控制熱輸入。此外還需要船方的密切配合，才能順利完成此項(xiàng)工作。

焊接工藝應(yīng)當(dāng)遵守經(jīng)過(guò)焊接工藝評(píng)定合格后，采用焊接工藝和返修工藝結(jié)合來(lái)進(jìn)行完成此項(xiàng)作業(yè)。海管材質(zhì)為X65，打底焊材選用LB-52U，也就是E6010，填充蓋面選用的是E7018。

2.1 焊接前的準(zhǔn)備工作

做好焊接工藝的準(zhǔn)備工作可以很好地保障石油天然氣的管道安全及質(zhì)量。焊接的技術(shù)人員不僅要詳細(xì)了解管道工程的施工狀況，還要依據(jù)這些數(shù)據(jù)制定科學(xué)的焊接方案及指導(dǎo)書(shū)。在焊接時(shí)需要選擇合適的焊接技術(shù)，除了這些之外還要謹(jǐn)慎分析焊接過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的一些其他問(wèn)題，從而進(jìn)行對(duì)應(yīng)的預(yù)警措施及解決方法。與此同時(shí)，還要嚴(yán)格檢查焊接方式、焊接材料及焊絲，檢查它們的質(zhì)量是否符合規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。此外，還要評(píng)定焊接工藝的科學(xué)性，依據(jù)評(píng)定出來(lái)的結(jié)果制定焊接的工藝卡。

2.2 焊接施工階段

焊接施工開(kāi)始時(shí)要嚴(yán)格遵守已定的焊接工藝，需要選擇經(jīng)過(guò)考試并取得合格證的焊工進(jìn)行焊接工作，保證焊接工作的質(zhì)量，嚴(yán)格根據(jù)規(guī)定做好每一步工作，只有這樣才能讓焊接工作正常進(jìn)行，讓管道鋪設(shè)工作更加順利[5]。

3 結(jié)束語(yǔ)

二次焊接在實(shí)際應(yīng)用中相對(duì)較為簡(jiǎn)便，可以進(jìn)行電焊參數(shù)的比較和分析，并從中找出二次焊接的相關(guān)要素，另外焊接也有一定的參數(shù)要求，不同的材料和焊接工藝對(duì)于焊接電流、溫度的需求不同，只有進(jìn)行全面的分析，才能提高二次焊接的成功率。二次焊接極大縮短了項(xiàng)目的工期，減少了項(xiàng)目的總投入，經(jīng)受了項(xiàng)目的驗(yàn)證，保證了項(xiàng)目的質(zhì)量。