張歡歡

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

海洋鋼結(jié)構(gòu)T、Y、K型管節(jié)點(diǎn)焊縫尺寸控制

張歡歡

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

海洋石油平臺(tái)導(dǎo)管架T、Y、K型管節(jié)點(diǎn)焊接完成后，為了幫助焊工、焊接檢驗(yàn)員和UT技術(shù)人員確定焊道的有效焊喉tW及焊角尺寸L滿足規(guī)范、WPS（焊接工藝規(guī)程）或者書面程序的要求，在組對(duì)檢驗(yàn)時(shí)，通過測(cè)量T、Y、K型管節(jié)點(diǎn)的二面角、根部間隙和坡口角度，從而建立起一套參考標(biāo)記系統(tǒng)。實(shí)踐證明，在焊接和檢驗(yàn)過程中，借助這套參考標(biāo)記系統(tǒng)能夠有效避免T、Y、K型管節(jié)點(diǎn)焊縫尺寸不足的問題。

T、Y、K型管節(jié)點(diǎn)；導(dǎo)管架和平臺(tái)；二面角測(cè)量；參考標(biāo)記系統(tǒng)；組對(duì)外觀檢驗(yàn)

0 前言

在海洋工程鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，T、Y、K節(jié)點(diǎn)主要用于拉筋之間、拉筋和導(dǎo)管腿、拉筋和立柱的連接上。導(dǎo)管腿、立柱等鋼結(jié)構(gòu)屬于主結(jié)構(gòu)，除了要承受自身質(zhì)量外，在海面及海底還要常年承受大風(fēng)、浪涌、極冷極熱、機(jī)械振動(dòng)甚至海嘯和地震等外力作用[1]。由于T、Y、K節(jié)點(diǎn)坡口開在直徑較小的管材上，受管徑空間限制，焊工無法進(jìn)行背面焊接，因此坡口設(shè)計(jì)均為單面焊，焊接完成后無法從背面查看其焊接情況。因此，為了有效控制T、K、Y節(jié)點(diǎn)的焊縫尺寸，保證導(dǎo)管架的建造質(zhì)量，需要在組對(duì)階段測(cè)量和記錄各種必要參數(shù)，從而為后續(xù)階段的施工和檢驗(yàn)工作建立一套參考標(biāo)記系統(tǒng)。

AWS D1.1/D1.1M[2]-2010中的圖3給出了T、K、Y節(jié)點(diǎn)截面形狀的要求，涉及到有效焊喉tw和焊角尺寸L的要求?？梢钥吹?，對(duì)于節(jié)點(diǎn)的二面角位置不同，這兩個(gè)尺寸的要求是不一樣的?？墒呛负鬅o法測(cè)量這兩個(gè)尺寸，最好的方法是在焊前組對(duì)時(shí)標(biāo)記出每一個(gè)點(diǎn)所需的有效焊喉tw和焊角尺寸L，再將這些點(diǎn)連成一條線，稱為“參考線”。焊接完成后，UT人員可根據(jù)這條參考線來判斷有效焊喉tw和焊角尺寸L是否達(dá)標(biāo)。

1 測(cè)量T、Y、K管節(jié)點(diǎn)焊接接頭區(qū)域二面角

如圖1所示，T、Y、K管節(jié)點(diǎn)在接頭處連接形成一條曲線，在該曲線上的任一點(diǎn)作一條切線，沿此切線的兩個(gè)方向作垂線，兩條垂線的夾角即為T、Y、K管節(jié)點(diǎn)二面角ψ。根據(jù)ψ的大小，可以將T、Y、K管節(jié)點(diǎn)分為圖1中的A，B，C，D四個(gè)區(qū)域。

與這四個(gè)區(qū)域相對(duì)應(yīng)的二面角范圍如表1所示。在各細(xì)節(jié)區(qū)的二面角是有重疊的，這意味著接頭幾何形狀并不是從一個(gè)細(xì)節(jié)區(qū)突然變?yōu)橄乱粋€(gè)細(xì)節(jié)區(qū)，而是連續(xù)變化的。

使用二面角測(cè)量工具沿T、Y、K管節(jié)點(diǎn)表面依次進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)表1中的二面角區(qū)域劃分，用記號(hào)筆在接頭表面標(biāo)記出這四個(gè)區(qū)域，如圖2所示。

圖1 免除評(píng)定全熔透T、Y、K管連接定義和細(xì)節(jié)選擇

表1 免除評(píng)定全熔透T、Y、K管連接詳細(xì)的二面角分區(qū)

圖2 管材T、Y、K連接全熔透坡口焊免除評(píng)定接頭細(xì)節(jié)-標(biāo)準(zhǔn)平焊截面

2 組對(duì)檢驗(yàn)

組對(duì)檢驗(yàn)T、Y、K管節(jié)點(diǎn)接頭。分別測(cè)量接頭的根部間隙R和坡口角度φ，如圖3、圖4所示。

圖3 開始接頭組對(duì)的測(cè)量（各細(xì)節(jié)區(qū)邊界已經(jīng)標(biāo)于支管上）

圖4 組對(duì)時(shí)的測(cè)量和標(biāo)記（各細(xì)節(jié)區(qū)邊界已經(jīng)標(biāo)于支管上）

根部間隙和坡口角度是接頭重要的參數(shù)指標(biāo)根部間隙過大，容易產(chǎn)生燒穿和焊瘤；根部間隙過小，焊條伸不進(jìn)去，根部不易焊透。坡口角度過大，會(huì)增加焊材填充量和焊接時(shí)間，效率低下，并造成熱輸入過大，降低焊縫組織性能；坡口角度過小，則根部不易焊透，會(huì)造成接頭強(qiáng)度不夠[3]。根部間隙R和坡口角度φ范圍如表2、表3所示。

表2 免除評(píng)定全熔透T、Y、K管連接接頭根部間隙及坡口寬度要求

表3 免除評(píng)定全熔透T、Y、K管連接接頭坡口角度要求

C區(qū)、D區(qū)的測(cè)量和標(biāo)記與A區(qū)和B區(qū)類似，略有不同。與根部間隙不同的是有一個(gè)“W”尺寸。良好的焊縫金屬必須在這個(gè)坡口寬度上開始。超出W尺寸，如深入到坡口里面，焊縫金屬（AWS圖3.8中的“背部焊道”）不需要被探測(cè)[4]，也避免了不存在焊縫金屬的情況。如果兩個(gè)構(gòu)件的C區(qū)和D區(qū)的組對(duì)間隙大于等于W，焊道必然會(huì)滲透到支管的坡口面（就像A區(qū)和B區(qū)一樣）。測(cè)量這些區(qū)域最小焊喉即計(jì)算W最簡(jiǎn)單的方法，就是拿一根一定長(zhǎng)度的尺子，在端部做個(gè)斜切，使剩余寬度等于W。將這個(gè)工具插入坡口內(nèi)，直到接觸到斜邊，就可直接讀出焊喉尺寸。

3 計(jì)算焊縫尺寸tw和L，做參考標(biāo)記系統(tǒng)

利用表4中的公式計(jì)算焊縫尺寸tw和L。以70°二面角、支撐管壁厚tb=25 mm為例，則最小焊喉tw=tb/sin70°=25/sin70°=26.6 mm。計(jì)算出結(jié)果后，在接頭表面標(biāo)記出長(zhǎng)度。需要注意的是，該點(diǎn)焊接完成后，坡口被焊道覆蓋，無法在接頭內(nèi)部測(cè)量此處的有效焊喉tw，因此需要標(biāo)記一個(gè)參考點(diǎn)，該參考點(diǎn)距離接頭100mm，即參考點(diǎn)就是距離接頭根部126.6mm（26.6 mm的最小焊喉加上100 mm）的點(diǎn)。連接這些參考點(diǎn)，就形成一條關(guān)于該接頭最小焊喉尺寸的參考線。

表4 免除評(píng)定全熔透T、Y、K管連接接頭焊縫尺寸要求

4 焊道尺寸檢驗(yàn)

焊接作業(yè)完成后，根據(jù)AWS D1.1/D1.1M-2010外觀檢驗(yàn)接收標(biāo)準(zhǔn)[2]檢驗(yàn)T、Y、K型管節(jié)點(diǎn)焊道截面和尺寸。結(jié)果表明，焊道外觀尺寸滿足要求。

5 結(jié)論

（1）進(jìn)行組對(duì)檢驗(yàn)時(shí)，需確保T、Y、K型管節(jié)點(diǎn)坡口角度、根部間隙和鈍邊情況滿足WPS等要求。

（2）測(cè)量 T、Y、K 型管節(jié)點(diǎn) 4 個(gè)區(qū)域（A、B、C、D）的二面角，做好關(guān)于所需最小焊喉和焊角尺寸的參考標(biāo)記系統(tǒng)。

（3）本套參考標(biāo)記系統(tǒng)為焊工、焊接檢驗(yàn)員和UT技術(shù)人員能夠準(zhǔn)確判斷T、Y、K型管節(jié)點(diǎn)焊縫尺寸提供了有效參考，提高了檢驗(yàn)合格率。

[1]API RP2A-WSD，RecommendedPracticeforPlanning，Designingand Constructing Fixed Offshore Platforms—Working Stress Design.Washington，D.C.USA[S].

[2]AWS D1.1/D1.1M，Structural Welding Code—Steel[S].

[3]管金鈺，劉錦明，花建軍，等.坡口角度對(duì)熔深的影響[J].船海工程，2013，42（2）：46-47.

[4]API RP2X，RecommendedPracticeforUltrasonicandMagnetic Examination of Offshore Structural Fabrication and Guidelines for Qualification of Technicians[S].

Weld size control of T，Y and K type round tubular joints for offshore steel structure

ZHANG Huanhuan
（Offshore Oil Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China）

After welding the T，Y and K type round tubular joints of offshore oil platform jackets，in order to help the weld er，welding inspector and ultrasonic testing technician ascertain the effective throat(tW)and size of leg(L)and meet the requirements of specifications，welding procedure specification (WPS)and written procedures，a set of reference marking system is established by measuring the dihedral angles，root gaps and groove angles of T，Y and K type round tubular joints during assembly inspection.The practice proves that during welding and inspection，under the help of this reference marking system，the undersize of the welds on the T，Y and K type round joints can be avoided effectively.

T，Y and K type round tubular joint；jacket and platform；dihedral angle measurement；reference marks system；assembly and visual inspection

TG457

B

1001－2303（2017）06－0095-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.06.20

2017-01-16；

2017-03-17

張歡歡（1984—），男，滿族，工程師，學(xué)士，主要從事海洋采油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制的研究工作。E-mail：ZHH474@163.com。

本文參考文獻(xiàn)引用格式：張歡歡.海洋鋼結(jié)構(gòu)T、Y、K型管節(jié)點(diǎn)焊縫尺寸控制[J].電焊機(jī)，2017，47（06）：95-97.