李睿堯，史學(xué)材

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

作為海上油氣運(yùn)輸?shù)拇髣?dòng)脈， 海底管線發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)焊接工藝在海底管線鋪設(shè)過(guò)程中，運(yùn)用愈發(fā)成熟，其中根焊道多采用銅襯墊進(jìn)行焊接。在焊接過(guò)程中，銅襯墊由于受熱溶解，部分銅可能會(huì)粘連至根焊道。銅鐵在導(dǎo)電流體作用下會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，臨近銅的鐵發(fā)生點(diǎn)腐蝕，故部分甲方公司會(huì)要求禁止使用銅襯墊。在滿足受力計(jì)算的情況下，為保證焊接效率，選擇陶瓷襯墊和STT（表面張力過(guò)渡）自動(dòng)焊工藝，解決這一問(wèn)題。

1 焊接和檢驗(yàn)工藝

1.1 焊接工藝

管徑規(guī)格為18英寸和14英寸。依據(jù)API 1104-2013和業(yè)主規(guī)格書(shū)PEGS-0710-PLR-012開(kāi)展焊接工藝評(píng)定，其中規(guī)定在焊接中，對(duì)口器不允許使用銅襯墊。經(jīng)過(guò)多方咨詢，根據(jù)焊接服務(wù)商建議，最終根部焊道選定自動(dòng)STT焊接和陶策襯墊來(lái)解決這一問(wèn)題，其余與常規(guī)焊接無(wú)異。

在14寸管體運(yùn)輸至涂覆廠時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)接收檢驗(yàn)員反應(yīng)14寸管體普遍存在不同程序的機(jī)械損傷，需要要大規(guī)模修整，故導(dǎo)致業(yè)主拒絕接受此批14寸管。所以更換廠家重新生產(chǎn)14寸管。在工藝開(kāi)發(fā)中，由于管體材料和焊材之間匹配的問(wèn)題，導(dǎo)致不斷調(diào)高預(yù)熱溫度，以保證能夠順利通過(guò)后續(xù)的破壞性、氫致裂紋和硫化應(yīng)力腐蝕等試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)對(duì)比焊接參數(shù)，發(fā)現(xiàn)兩種工藝都是用LINCOIN牌AWS A5.18 ER70S-6的焊材，焊接參數(shù)互有覆蓋。其中最顯著的差異是，14寸的預(yù)熱溫度為200°，18寸的預(yù)熱溫度為85°。

1.2 檢驗(yàn)工藝

檢驗(yàn)方法采用AUT(自動(dòng)超聲波檢驗(yàn))，根據(jù)PEGS-0710-PLR-013開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)，完成評(píng)定后投入使用。相比采用API1104和DNV-OS-F101，最顯著差異為采用20%評(píng)判、10%波高進(jìn)行測(cè)長(zhǎng)，造成了缺陷評(píng)定長(zhǎng)度較實(shí)際值大幅放大。期間跟業(yè)主進(jìn)行多次溝通交流，利用其它石油公司規(guī)格書(shū)作為理論支撐和實(shí)踐范例，故引入聲束擴(kuò)散這一概念，繞過(guò)10%的限定。

1.3 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)主體依據(jù)API 1104，PEGS-0710-PLR-012對(duì)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和增補(bǔ)。其中針對(duì)根部的未熔合和未焊透提出了更嚴(yán)格的要求，由API 1104中的25mm，調(diào)成為10mm，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)大幅提高。PEGS-0710-PLR-012沒(méi)有根據(jù)不同的檢驗(yàn)方法給出不同的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，將射線驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與超聲驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了等同。下表是將主要缺陷根據(jù)API 1104和PEGS-0710-PLR-012進(jìn)行了整合。

表1 金屬管線焊接缺陷類型及焊接后驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

2 缺陷類型及返修率分析

2.1 缺陷類型

焊接工藝采用GMAW STT過(guò)渡模式和常規(guī)GMAW的組合工藝，其工藝特點(diǎn)是熱輸入低，故該工藝的常見(jiàn)缺陷為未融合等面狀缺陷。實(shí)際缺陷類型分布也符合這一結(jié)論?？傆?jì)完成4857焊口，返修焊口278道。其中只有7道焊口因密集氣孔返修，其余大部分為根部未熔合，未焊透等面狀缺陷。

2.2 返修率分析

根據(jù)上段提供的數(shù)據(jù)可知，總返修率為5.72%。現(xiàn)在我們按照鋪設(shè)順序分開(kāi)，對(duì)每條管線進(jìn)行單獨(dú)分析。

IP4作為第一條鋪設(shè)的管線，我們通常可以將返修率過(guò)高（8.41%）的原因，假設(shè)為各焊接相關(guān)部門(mén)對(duì)設(shè)備，操作存在配合磨合期或者期間焊接參數(shù)需要優(yōu)化。其中日返修率最高達(dá)到21.88%（不含開(kāi)始3天）。

IP6作為第二條鋪設(shè)的管線，其返修率為3.40%，處于一個(gè)可以接受的水平。我們可以假設(shè)認(rèn)為人員、設(shè)備、操作已經(jīng)經(jīng)過(guò)磨合期，人機(jī)配合處于一個(gè)比較好的狀態(tài)或者焊接參數(shù)較IP4更加優(yōu)化。

IP7作為第三條鋪設(shè)的管線，其返修率為7.78%，返修率較高，出現(xiàn)波動(dòng)。因工藝，管徑，壁厚與之前兩條管線保持一致，焊接參數(shù)優(yōu)化水平較好，故我們假設(shè)人機(jī)配合在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)可以較大的波動(dòng)。

IP5作為第四條鋪設(shè)的管線，其返修率為1.16%，處于一個(gè)比較好的水平。其焊口數(shù)大于IP6和IP7之和，返修焊口數(shù)明顯少于IP6和IP7。相比于之前三條管線，其工藝最大的不同是預(yù)熱溫度為200°，明顯高于之前三條管線85°的設(shè)定。

在富有經(jīng)驗(yàn)焊工的操作下，返修率經(jīng)歷了8.41%降至3.40%，隨后升到7.78%，最后為1.16%，出現(xiàn)如此大的波動(dòng)，也并未在連續(xù)焊口相同位置出現(xiàn)缺陷的情況下，將高返修率歸結(jié)于焊工操作失誤和焊接參數(shù)不恰當(dāng)是不符合邏輯的。

同時(shí)檢驗(yàn)工藝、接受標(biāo)準(zhǔn)自始至終都保持一致。固然接受標(biāo)準(zhǔn)十分嚴(yán)格，但考慮到1.16%的返修率，將高返修率歸結(jié)于接受標(biāo)準(zhǔn)也是不合邏輯的。

最后考慮到STT工藝的低熱輸入，我們可以認(rèn)為85°的預(yù)熱溫度是一種臨界溫度，容錯(cuò)率低。

而14寸的200°預(yù)熱溫度，大幅提高容錯(cuò)率，遠(yuǎn)離臨界溫度。正因如此，我們認(rèn)為14寸的200°預(yù)熱溫度是導(dǎo)致14寸返修率大幅下降到較好水平的主要原因。

表2 四條鋪設(shè)管線的返修率

3 結(jié)論

本文結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，從人機(jī)配合，焊接參數(shù)，預(yù)熱溫度3方面提出假設(shè)，對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，前后比照，結(jié)合焊接工藝固有特性，最終認(rèn)為14寸的200°預(yù)熱溫度是降低返修率的關(guān)鍵原因。因此筆者希望在未來(lái)STT自動(dòng)焊接工藝應(yīng)用的項(xiàng)目中，適當(dāng)提高預(yù)熱溫度，以降低返修率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。