范學(xué)剛

(友聯(lián)船廠(蛇口)有限公司，廣東 深圳 518054)

海洋平臺(tái)

自升式鉆井平臺(tái)樁靴裂紋修理分析

范學(xué)剛

(友聯(lián)船廠(蛇口)有限公司，廣東 深圳 518054)

自升式鉆井平臺(tái)的樁靴和樁腿大量采用如ASTM A517GR.Q、EQ56等低合金高強(qiáng)度的鋼材料制造而成,其焊接質(zhì)量的好壞直接關(guān)系著平臺(tái)的運(yùn)行安全。文章分析了ASTM A517GR.Q齒條鋼的可焊性，介紹了海洋石油941、海洋石油935樁靴裂紋修理工藝以及施工過程，總結(jié)了自升式鉆井平臺(tái)樁靴裂紋修理的難點(diǎn)。

自升式鉆井平臺(tái);樁靴;裂紋

樁靴和樁腿是自升式鉆井平臺(tái)的重要組成部分，平臺(tái)在作業(yè)或非作業(yè)插樁、拔樁時(shí)，平臺(tái)自身的重量和作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的力都是通過樁腿傳遞到樁靴，樁靴、樁腿的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到平臺(tái)自身的安全問題。樁靴和樁腿的連接區(qū)域由于受到各方面力的作用最大，從而增加了產(chǎn)生裂紋的可能性，所以自升式鉆井平臺(tái)進(jìn)塢特檢的1項(xiàng)重要內(nèi)容就是對(duì)樁靴與樁腿的連接處進(jìn)行無損檢測(cè)，檢查此區(qū)域的焊縫是否保持良好，有沒有出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，尤其是看此連接區(qū)域是否有裂紋產(chǎn)生。一旦發(fā)現(xiàn)裂紋，必須進(jìn)行修理，否則裂紋的擴(kuò)大必然影響到整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)行安全，從而出現(xiàn)重大的安全事故。樁靴、樁腿的材料都是高強(qiáng)度特殊材料，如齒條、半圓板、舷管及相連部分的材料一般采用ASTM A517GR.Q、EQ56、APIX75、EH36、DH36等特殊材料，尤其是與齒條相連的結(jié)構(gòu)，其焊縫的裂紋修理難度相當(dāng)大，所以必須嚴(yán)格按焊接工藝WPS和現(xiàn)場(chǎng)施工工藝進(jìn)行施工，否則很難清除裂紋。

1 齒條材料的焊接性能分析

由材料廠家提供的齒條產(chǎn)品質(zhì)量證明書可知，ASTM A517GR.Q是根據(jù)美國ASTM A517標(biāo)準(zhǔn)制造的鋼板,其化學(xué)成分見表1，力學(xué)性能見表2。

表1 ASTM A517GR.Q 齒條鋼的化學(xué)成分 %

表2 ASTM A517GR.Q 齒條鋼的機(jī)械性能

碳當(dāng)量Ceq計(jì)算如下[1]：

由于ASTM A517GR.Q齒條鋼的含碳量為0.17%，碳當(dāng)量經(jīng)計(jì)算為0.79%，屬于區(qū)域Ⅲ(難焊接區(qū))。由圖1可知，ASTM A517GR.Q齒條鋼的可焊性比較差，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)必須通過采用合理的焊接工藝WPS改善ASTM A517GR.Q齒條鋼的焊接性，以獲得合格的焊縫。

圖1 碳當(dāng)量、碳含量和焊接性的關(guān)系

2 焊接方法選擇

根據(jù)我廠的設(shè)備情況和現(xiàn)場(chǎng)的焊接節(jié)點(diǎn)，齒條相連的角焊縫選擇手工電弧焊，焊接母材為ASTM A517GR.Q，焊接材料型號(hào)為AWS A5.5 E11018M-H4，廠家牌號(hào)為TENACITO 80CL。

3 施工前的準(zhǔn)備

3.1 施工的條件

平臺(tái)進(jìn)塢后，應(yīng)把樁腿與固定后平臺(tái)整體做墩，使平臺(tái)、樁腿和樁靴的量全部落在塢墩上，從而使樁靴和樁腿的連接區(qū)域處于自由狀態(tài)，盡量避免重力的影響。

3.2 焊工資質(zhì)

1)凡從事本船焊接工作的焊工必須持有有效的焊工證。

2)焊工所從事的焊接工作與焊工合格證書上記載的考試內(nèi)容相符合。

3)焊工上崗前必須熟悉有關(guān)圖樣和施工工藝，了解所焊部位/工件的技術(shù)要求并認(rèn)真執(zhí)行。

3.3 施工工藝

1)將裂紋區(qū)域清潔干凈，打磨去除油漆層。

2)進(jìn)行PT檢驗(yàn)，顯影出裂紋的具體位置，大致畫出需要打磨或氣刨范圍。

3)表層裂紋用砂輪打磨直到清理掉帶有裂紋等缺陷的舊焊道，并且做MT檢測(cè)，確認(rèn)是否還有裂紋等缺陷存在，如有缺陷要求繼續(xù)打磨。

4)深層裂紋采用碳刨方式清理掉帶有裂紋等缺陷的舊焊道，碳刨前對(duì)裂紋區(qū)域母材用加熱片加熱到100～150 ℃，并用專用測(cè)溫儀器檢查。在離裂紋尖端至少50 mm的地方開始碳刨，逐漸向裂紋中心移動(dòng)直到清理掉裂紋，碳刨時(shí)要求一層一層的進(jìn)行，不能一次刨得太深，碳刨到肉眼看不到裂紋的深度后，清理焊道(打磨)并且做MT檢測(cè)，確認(rèn)是否還有裂紋等缺陷存在，如有缺陷，繼續(xù)按上述工藝要求處理。

5)氣刨打磨時(shí)坡口為“U”型狀。

6)焊前用加熱片預(yù)熱到150 ℃左右，層間溫度130～150 ℃，并用專用測(cè)溫儀器檢查。

7)焊后用加熱片加熱到220～280 ℃，并保溫2 h，緩冷(冷卻速度不超過50 ℃/h)，保溫、測(cè)溫要有監(jiān)控和記錄。

8)施焊過程應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，如遇特殊情況中途停止施焊時(shí)，要進(jìn)行保溫，再次施焊時(shí)要進(jìn)行預(yù)熱(中途停止再施焊不超過2次)。

9)焊前需做好防風(fēng)雨措施，施焊時(shí)遇水或濕度較大容易造成焊縫氫含量超標(biāo)，從而導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋(或延遲裂紋)。所以施焊前需進(jìn)行預(yù)熱，包括裂紋周圍熱影響區(qū)域300 mm的范圍，控制作業(yè)區(qū)環(huán)境溫度(保持干燥)。

10)因焊接位置不同，焊接時(shí)必需適當(dāng)調(diào)節(jié)焊接電流以及電壓。電流過大容易造成飛濺、夾渣等缺陷，電流過小不易于母材溶透，影響焊接質(zhì)量，詳細(xì)操作需仔細(xì)閱讀WPS及PQR參數(shù)要求，嚴(yán)格按照規(guī)范操作進(jìn)行。

11)所有焊接必需采用多層多道焊，禁止一道縫蓋面。

12)上述工藝要求必需嚴(yán)格遵守，工藝及QC現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控并測(cè)溫抽查，做好測(cè)溫記錄。

4 施工過程中遇到的問題

4.1 問題描述

在前期施工過程中發(fā)現(xiàn)存在以下問題：焊前預(yù)熱用烘槍預(yù)熱；焊后熱處理加熱片未全部包裹焊縫區(qū)域；焊后保溫沒有用保溫棉而是用石棉布；焊接時(shí)有磁偏吹現(xiàn)象；結(jié)果焊后部分返修點(diǎn)經(jīng)探傷檢查仍然有裂紋存在。

4.2 原因分析及對(duì)策

1)由于齒條板厚度超過100 mm，使用烘槍預(yù)熱時(shí)，加熱速度無法控制，容易導(dǎo)致受熱不均勻，同時(shí)容易增加焊接區(qū)域的碳含量，不利于焊接。因此應(yīng)采用電加熱器進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)加熱片應(yīng)包圍整個(gè)焊縫區(qū)域，使整個(gè)區(qū)域受熱均勻，并用測(cè)溫槍進(jìn)行檢查合格后再焊接。

2)焊后熱處理時(shí)加熱片應(yīng)全部包裹焊縫區(qū)域，避免由于熱處理不到位而出現(xiàn)裂紋。

3)焊接熱處理后的緩冷保溫不規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)采用石棉布進(jìn)行緩冷保溫，使得冷卻速度過快且無法控制。所以應(yīng)采用數(shù)控式熱處理器還有專用保溫棉進(jìn)行焊后熱處理和焊后緩冷保溫，并且保溫棉要把整個(gè)焊縫區(qū)域全部包裹起來。

4)氣刨后避免采用直流電源探傷機(jī)進(jìn)行磁粉探傷，原因是磁粉探傷后被探測(cè)部件容易產(chǎn)生剩磁，從而使氣刨后焊接時(shí)出現(xiàn)磁偏吹現(xiàn)象，所以應(yīng)采用交流電源探傷機(jī)探傷，減少探傷后的剩磁，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按預(yù)熱溫度預(yù)熱，因?yàn)樵陬A(yù)熱的同時(shí)也可以減少剩磁。有條件時(shí)可以在焊前進(jìn)行剩磁測(cè)量，待剩磁小于或等于3×10-4T時(shí)焊接，可以避免磁偏吹現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4.3 質(zhì)量控制要求

1) 樁腿裂紋區(qū)域的材料是ASTM A517GR.Q、EQ56等高強(qiáng)度特種鋼材，根據(jù)規(guī)范要求此種材料的返修次數(shù)最多2次，所以要高度重視，用高水平的焊工進(jìn)行焊接，避免返修。

2) 焊條開封后必須用保溫桶保存并且要通電。

3) 焊前預(yù)熱必須用專業(yè)的電加熱設(shè)備加熱，決不允許烘槍加熱。

4) 焊后熱處理要求加熱到230～250 ℃，并且至少要保溫2 h。

5) 要用好的保溫材料做好保溫，不能用防火棉進(jìn)行保溫，并且焊縫的四周要圍住，保溫至少要24 h。

6) 磁粉探傷機(jī)采用交流電源，焊后探傷至少要保溫24 h后才能做初次探傷預(yù)檢。

在找出裂紋修理施工中的問題并經(jīng)過有針對(duì)性的改進(jìn)措施后，嚴(yán)格按施工工藝要求施工，樁靴裂紋修理完工處理后，經(jīng)100%磁粉檢測(cè)合格，經(jīng)船東、船檢檢驗(yàn)一次性通過。

5 結(jié)束語

對(duì)于樁靴的裂紋修理方面，尤其是涉及到大力板區(qū)域ASTM A517GR.Q這類低合金高強(qiáng)度鋼的裂紋修理一定要特別注意，除了要有相關(guān)的焊接工藝支持外，還要嚴(yán)格按施工工藝施工，嚴(yán)格控制裂紋清除、焊前預(yù)熱、焊后熱處理、焊后保溫等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。希望通過海洋石油941和海洋石油935樁靴裂紋修理中的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后同類型的施工項(xiàng)目能起到積極的借鑒作用。

[1] 中國船級(jí)社.材料與焊接規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2015.

The high strength low alloy steel such as ASTM A517GR.Q、EQ56 is mostly applied in spudcan and legs on the self-elevating drilling units,and it's welding quality relates directly to the operation security of the platform.By weld ability analysis for ASTM A517GR.Q，the introduction of HAI YANG SHI YOU 941 and HAI YANG SHI YOU 935 spudcan crack repairing technique and description of construction process and summarizing the difficulties in self-elevating drilling units spudcan & legs crack repair.

self-elevating drilling units;spudcan;crack

范學(xué)剛(1984-)，男，河北石家莊人，助理工程師，大學(xué)?？疲饕獜氖麓靶蘩碣|(zhì)量管理工作。

U674

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.04.013

2017-03-13