南陽二機(jī)石油裝備（集團(tuán)）有限公司 榮曉玲 尹一曉 劉振義 涂學(xué)洋 程傳靜 尹 娜

D36船用鋼板在海洋鉆機(jī)中的應(yīng)用

南陽二機(jī)石油裝備（集團(tuán)）有限公司 榮曉玲 尹一曉 劉振義 涂學(xué)洋 程傳靜 尹 娜

隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類對資源的需求越來越大，尤其是對石油資源的需求。為此，人類的石油開采步伐不斷加大，同時(shí)也推動了鉆機(jī)行業(yè)的高速發(fā)展。但作為有限資源的石油在陸地的儲量越來越少，人們逐漸把目光瞄向海洋——這個(gè)占地表3/4的巨大聚寶盆。

20世紀(jì)60年代以來，世界海上石油開采行業(yè)迅速發(fā)展，近幾年發(fā)展尤為迅猛。但是，海洋開采環(huán)境也比陸地環(huán)境更加惡劣，高鹽霧、高霉菌環(huán)境對鉆機(jī)的要求更為嚴(yán)格。南陽二機(jī)石油裝備（集團(tuán)）有限公司在海洋石油281項(xiàng)目的鉆機(jī)設(shè)計(jì)中，嘗試對重要受力部件選用D36船用鋼板，通過材料性能分析、焊接評定、拉力試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)及應(yīng)用情況分析，對選用D36鋼板的可行性、優(yōu)越性進(jìn)行了論證。

一、D36鋼板分析

1.D36鋼板的化學(xué)成分及相關(guān)試驗(yàn)。

（1）D36鋼板的化學(xué)成分。D36鋼板的化學(xué)成分見表1。

表 1 D36鋼板的化學(xué)成分

（2）D36鋼板拉力試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表 2 D36鋼板的拉力試驗(yàn)

（3）D36鋼板沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表 3 D36鋼板沖擊試驗(yàn)結(jié)果

2.D36鋼板碳當(dāng)量計(jì)算。可按以下公式計(jì)算：

計(jì)算的碳當(dāng)量Ceq（%）結(jié)果為：批號A929960為0.3525，批號A93115為0.3941，批號A929653為0.3841，批號A902171為0.3963。通過對照標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算碳當(dāng)量，確定所采購各批次D36材料均符合國標(biāo)（GB712—2000）規(guī)定要求，即合格。

二、D36鋼板的焊接工藝評定

按照美國國家標(biāo)準(zhǔn)《AWS D1.1鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》，對D36鋼板進(jìn)行焊接工藝評定。該規(guī)范是一部被廣泛應(yīng)用的國際性經(jīng)典規(guī)范，并與美國ASME鍋爐壓力容器規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和API規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系極為密切，是互相引用和參照的標(biāo)準(zhǔn)。焊接工藝評定內(nèi)容主要包括：母材性質(zhì)、焊材性質(zhì)、評定條件、焊接工藝、焊后熱處理、焊接試件檢驗(yàn)結(jié)果、試驗(yàn)參加者、評定結(jié)論等8項(xiàng)。

1.母材。所選母材D36鋼板實(shí)際的各項(xiàng)性能均符合國標(biāo)要求。

2.焊接材料。焊絲采用ER50-G/Φ1.2和H10Mn2/Φ4，保護(hù)氣體為CO2純度99.8。焊接材料化學(xué)成分質(zhì)保書各項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)值要求。

3.評定條件。采用GMAW和SAW兩種焊接方法，對接接頭，雙面半V型坡口，無襯板，環(huán)境溫度15℃，相對濕度65%，層間溫度15～180℃，焊接位置1 G，設(shè)備型號為NBC-500和ZX5-1000，坡口及焊道布置如圖1、圖2所示。

4.焊接工藝。焊接工藝參數(shù)見表4。

5.焊接試件檢驗(yàn)結(jié)果。

（1）外觀檢測。成形良好，雙面焊縫寬22 mm，無咬邊、氣孔等缺陷，檢測結(jié)果為合格。

（2）無損檢測。采用RT檢測方法，按照AWSD1.1和D1.1M—2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，檢測結(jié)果為合格。

（3）機(jī)械性能測試。

①拉伸試驗(yàn)。σb為590，590 MPa，檢測結(jié)果為合格。

②彎曲試驗(yàn)。經(jīng)檢測，面、背彎（A=38.1mm）合格。

表4 焊接參數(shù)

③沖擊試驗(yàn)（Akv）。焊縫中心74，72，70 J，熔合線92，90，86 J，融合線122，120，122 J。檢測結(jié)果為合格。

6.評定結(jié)論。本評定按照AWSD1.1和D1.1M—2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對制備試件、焊接、檢驗(yàn)和理化性能進(jìn)行了測定。評定結(jié)論為合格。

三、焊接工藝控制

施焊人員、施焊環(huán)境、焊接材料、焊接準(zhǔn)備及焊接、定位焊、斷續(xù)焊、焊縫返無損檢測以及WPS編號規(guī)則說明等方面，應(yīng)滿足以下要求。

1.施焊人員。焊接工作應(yīng)由持有中國船級社頒發(fā)的《焊工合格證書》的焊工擔(dān)任。

2.施焊環(huán)境。

（1）焊接工作應(yīng)在具有防風(fēng)、雨、雪的遮蔽條件下進(jìn)行。

（2）焊時(shí)的環(huán)境溫度不低于5℃。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，應(yīng)將始焊處100 mm范圍內(nèi)預(yù)熱到15℃以上。

（3）露天施焊、焊接表面潮濕以及焊件表面溫度低于5℃時(shí)，都必須采取有效的防護(hù)措施。

3.焊接材料。

（1）埋弧焊所用焊劑使用前，應(yīng)按產(chǎn)品使用說明進(jìn)行烘焙，并應(yīng)保持干燥。如果受潮，則應(yīng)重新加熱焙干后方可使用。

（2）埋弧焊、氣體保護(hù)焊用焊絲使用前，應(yīng)將其表面的水分和污物清除干凈。

（3）CO2氣體保護(hù)焊所用CO2氣體，應(yīng)按照公司《焊接用液體二氧化碳使用管理規(guī)范》（編號JSZX-2008-08）的要求執(zhí)行。

四、檢驗(yàn)

南陽二機(jī)石油裝備（集團(tuán)）有限公司在海洋石油281的項(xiàng)目中，將D36船用鋼板運(yùn)用于海洋鉆機(jī)的主要受力部件，如各橇塊的主梁、連接裝置、井架安裝座以及主要受力部位的筋板、連接板等。對D36鋼板參與的各零件、部件及最后組裝的各項(xiàng)探傷報(bào)告、檢驗(yàn)報(bào)告均為合格，并且已交付用戶使用，運(yùn)行狀況良好。

五、結(jié)論

1.所選用D36船用鋼板的焊接性能、力學(xué)性能良好，可用于海洋鉆機(jī)的制造選材。

2.D36船用鋼板自身具有良好的抗腐蝕、耐低溫性能，用于海洋鉆機(jī)比其他材料更具優(yōu)勢。

3.D36船用鋼板在海洋鉆機(jī)的實(shí)際制造和使用中應(yīng)用效果良好。