南陽二機石油裝備(集團)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中的應(yīng)用
南陽二機石油裝備(集團)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,同時也推動了鉆機行業(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)境對鉆機的要求更為嚴(yán)格。南陽二機石油裝備(集團)有限公司在海洋石油281項目的鉆機設(shè)計中,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、沖擊試驗及應(yīng)用情況分析,對選用D36鋼板的可行性、優(yōu)越性進行了論證。
1.D36鋼板的化學(xué)成分及相關(guān)試驗。
(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。試驗結(jié)果見表2。
表 2 D36鋼板的拉力試驗
(3)D36鋼板沖擊試驗。試驗結(jié)果見表3。
表 3 D36鋼板沖擊試驗結(jié)果
2.D36鋼板碳當(dāng)量計算??砂匆韵鹿接嬎悖?/p>
計算的碳當(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。
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、焊接試件檢驗結(jié)果、試驗參加者、評定結(jié)論等8項。
1.母材。所選母材D36鋼板實際的各項性能均符合國標(biāo)要求。
2.焊接材料。焊絲采用ER50-G/Φ1.2和H10Mn2/Φ4,保護氣體為CO2純度99.8。焊接材料化學(xué)成分質(zhì)保書各項指標(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)機械性能測試。
①拉伸試驗。σb為590,590 MPa,檢測結(jié)果為合格。
②彎曲試驗。經(jīng)檢測,面、背彎(A=38.1mm)合格。
表4 焊接參數(shù)
③沖擊試驗(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、檢驗和理化性能進行了測定。評定結(jié)論為合格。
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、雪的遮蔽條件下進行。
(2)焊時的環(huán)境溫度不低于5℃。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時,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,都必須采取有效的防護措施。
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。
南陽二機石油裝備(集團)有限公司在海洋石油281的項目中,將D36船用鋼板運用于海洋鉆機的主要受力部件,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探傷報告、檢驗報告均為合格,并且已交付用戶使用,運行狀況良好。
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,用于海洋鉆機比其他材料更具優(yōu)勢。
3.D36船用鋼板在海洋鉆機的實際制造和使用中應(yīng)用效果良好。