劉 帥* 劉雪宜 王 儒 王宏波 田永花
(海洋石油工程股份有限公司)
新建海洋平臺設(shè)施在海上安裝完成后,為了避免對后續(xù)生產(chǎn)流程產(chǎn)生干涉和影響,通常會將安裝時吊裝用的吊點切除。平臺設(shè)施服役完成后進(jìn)入棄置流程,在拆除平臺設(shè)施時,吊點需要恢復(fù)安裝。平臺建造選用的鋼材類型需要綜合考慮生產(chǎn)工藝要求、結(jié)構(gòu)形式等因素,棄置時也應(yīng)根據(jù)平臺結(jié)構(gòu)鋼材的材質(zhì),結(jié)合焊接工藝評定來確定棄置吊點所用的鋼材和焊材。
平臺結(jié)構(gòu)棄置吊點主要有兩種結(jié)構(gòu)形式,即trunnion 形式和pad-eye 形式,應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的受力情況和鋼材用量來確定吊點的結(jié)構(gòu)形式。
選擇焊接方法時應(yīng)遵循以下原則:首先需要保證焊接質(zhì)量,獲得內(nèi)在質(zhì)量和外觀均合格的焊接接頭,焊接變形??;其次,需具有較高的生產(chǎn)效率,實現(xiàn)機(jī)械化或自動化焊接,便于施焊,經(jīng)濟(jì)效益較好。選擇焊接方法時應(yīng)根據(jù)母材的性能、結(jié)構(gòu)受力情況、焊接結(jié)構(gòu)特點及現(xiàn)場施工條件等因素進(jìn)行綜合考慮。海洋工程常用的焊接方法包括以下幾種。
埋弧焊采用顆粒狀焊劑進(jìn)行保護(hù),但只適用于平焊和角焊位置,焊接時使用的電流較大,電弧的電場強(qiáng)度較高,電弧穩(wěn)定性較差,因此不適合焊接較薄工件。該方法具有生產(chǎn)效率高、焊縫成形好、成分穩(wěn)定、力學(xué)性能好、焊縫質(zhì)量高、勞動條件好等優(yōu)點。
手工焊條電弧焊操作和維修方便,生產(chǎn)成本較低,但生產(chǎn)效率較低,產(chǎn)品質(zhì)量受焊工技術(shù)水平影響較大。手工鎢極氬氣保護(hù)電弧焊以氬氣為保護(hù)氣體進(jìn)行焊接,焊縫質(zhì)量容易控制,在很小的電流區(qū)域內(nèi)電弧穩(wěn)定性好,適用于焊接薄板,也可進(jìn)行多方位焊接。使用交流電源時,該方法具有自動清除熔池表面氧化膜的功能,因此,可用于焊接化學(xué)性能活潑、易氧化的有色金屬、不銹鋼,但工件坡口加工的工作量較大、生產(chǎn)效率低,生產(chǎn)成本高,鎢極承載電流的能力較差,當(dāng)焊接電流過大時,易引起鎢極熔化或破碎,造成焊縫夾鎢。
藥芯焊絲電弧焊依靠藥芯熔化時產(chǎn)生的氣體及熔渣來聯(lián)合保護(hù)熔化金屬,生產(chǎn)效率較高,但焊縫的塑性和韌性稍差,焊接時煙塵較多,進(jìn)行長弧焊時容易出現(xiàn)氣孔。熔化極氣體保護(hù)電弧焊的生產(chǎn)效率較高,可進(jìn)行多個方向的焊接,便于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。該方法既可焊接普通碳鋼,又可焊接不銹鋼、鑄鐵和有色金屬。
本文以CO2氣體保護(hù)焊為例,對棄置吊點焊接工藝進(jìn)行介紹和分析。
(1)焊接前,應(yīng)將在坡口兩側(cè)30 mm 范圍內(nèi)影響焊接質(zhì)量的毛刺、油污、水銹及氧化物清理干凈。
(2)當(dāng)施工環(huán)境溫度低于0 ℃,鋼材碳當(dāng)量大于0.41%,結(jié)構(gòu)鋼性過大和工件較厚時,應(yīng)進(jìn)行焊前預(yù)熱,預(yù)熱溫度為80~100 ℃,預(yù)熱范圍為板厚的5 倍,且不應(yīng)小于100 mm。
(3)工件厚度大于6 mm 時,為了確保焊接強(qiáng)度,應(yīng)在板材的對接邊緣開V 形或X 形坡口,坡口角度為60°,鈍邊厚度為0~1 mm,裝配間隙為0~1 mm;當(dāng)板厚差不小于4 mm 時,應(yīng)對較厚板材的對接邊緣進(jìn)行削斜處理。
(4)若使用瓶裝氣體,則應(yīng)進(jìn)行排水提純處理,且應(yīng)檢查氣體壓力。
(5)對CO2焊機(jī)的焊機(jī)送絲情況和氣體流量進(jìn)行檢查。
(1)CO2氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5%,含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)不超過0.1%,含碳量不超過0.1%。
(2)應(yīng)根據(jù)焊接件的材料確定相應(yīng)的焊絲牌號。
(1)對于不開坡口的薄板,對接和立角焊可采用向下的焊接順序。
(2)室外作業(yè)風(fēng)速大于1 m/s 時,應(yīng)采取防風(fēng)措施,在吊耳四周加圍板擋風(fēng)。
(3)根據(jù)被焊工件的結(jié)構(gòu)形式,選擇合理的焊接順序。
(4)工件對接兩端應(yīng)設(shè)置尺寸合適的引弧板。
(5)定期清理軟管內(nèi)的污物及噴嘴里的飛濺物。
(6)根據(jù)焊絲直徑正確選擇焊絲導(dǎo)電阻,伸出長度一般控制在10 倍焊絲直徑范圍內(nèi)。
(7)焊絲軟管焊接時必須拉順,不能彎曲,焊絲軟管半徑不小于150 mm,施焊前應(yīng)將送氣軟管內(nèi)殘存的不純氣體排出。
(8)導(dǎo)電阻磨損后孔徑增大時,會引起焊接不穩(wěn)定,需重新更換導(dǎo)電阻。
(1)焊接板焊縫時,對于縱橫交叉的焊縫,應(yīng)先焊接端焊縫,然后焊接邊焊縫。
(2)接縫長度超過1 m 時,應(yīng)采用對稱焊法或逐步退焊法。
(3)對稱結(jié)構(gòu)的工件應(yīng)從中央向首尾方向焊接,左、右方向?qū)ΨQ進(jìn)行焊接。
(4)當(dāng)工件焊縫質(zhì)量不合格時,應(yīng)在布置工件時進(jìn)行反復(fù)修改直至合格,不得留到整體安裝焊接時再進(jìn)行修改。
(5)如工件平、立、角焊同時存在時,應(yīng)先焊立角焊縫,后焊平角焊縫;先焊短焊縫,后焊長焊縫。
對于重要結(jié)構(gòu)的焊縫,按設(shè)計規(guī)定進(jìn)行X 光或超聲波內(nèi)部檢查,并按設(shè)計規(guī)定進(jìn)行評定。進(jìn)行外表焊縫檢查時,所有結(jié)構(gòu)焊縫都需檢查,其焊縫外表質(zhì)量要求如下:(1)焊縫直線度不大于100 mm,內(nèi)直線度不大于2 mm;(2)焊縫過渡時,不應(yīng)有突變小于90°的過渡角度;(3)角焊縫K值公差為工件板厚,工件板厚不大于4 mm 時,0.9K0≤K≤K0+1;工件板厚大于4 mm 時,0.9K0≤K≤K0+2(K0為焊腳尺寸);(4)當(dāng)板厚不大于6 mm 時,d≤0.3 mm;當(dāng)板厚大于6 mm 時,d≤0.5 mm(d為焊接咬邊深度)。(5)焊縫不應(yīng)低于工件表面,且不應(yīng)存在尚未熔合的缺陷;(6)多道焊縫表面堆疊相交處,下凹深度應(yīng)不大于1 mm;(7)焊接缺陷可進(jìn)行修補(bǔ),修補(bǔ)后應(yīng)打磨。(8)工件為鑄鋼件時,焊后必須經(jīng)過550 ℃的退火處理,以消除應(yīng)力;(9)焊接結(jié)構(gòu)件的性能需通過第三方檢驗機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。
錦州21-1WHPA、錦州20-2SW 平臺棄置項目中,WHPA 平臺組塊基礎(chǔ)質(zhì)量為1 384 t,導(dǎo)管架基礎(chǔ)質(zhì)量為655 t,SW 組塊原始基礎(chǔ)質(zhì)量為832 t,導(dǎo)管架基礎(chǔ)質(zhì)量為1 070.7 t,2 座平臺組塊和導(dǎo)管架共計需焊接16 個吊點。組塊吊點焊接時,吊點底部圓管需與組塊主樁腿頂部圓管對接焊接,錦州21-1WHPA組塊主樁腿圓管直徑為1 016 mm,錦州20-2SW 組塊主樁腿圓管直徑為914 mm,每個吊點質(zhì)量為1~2 t,焊接工作量非常大。吊點工作包括陸地預(yù)制焊接和海上焊接兩部分,每座平臺8 個吊點焊接均需要22 天的工期,工期較長。
組塊原始吊點采用trunnion 形式,雖然結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計要求,但需要的鋼材量較大,導(dǎo)致資源浪費,通過優(yōu)化設(shè)計后,采用Padeye 形式的吊點,節(jié)省了鋼材用量,根據(jù)焊接工藝評定報告,材料選取D36 鋼。綜合考慮導(dǎo)管架樁腿的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)合結(jié)構(gòu)受力狀況和工期并行等因素,導(dǎo)管架吊點采用trunnion 形式,組塊和導(dǎo)管架吊點的焊接工藝符合CCS 海上焊接相關(guān)規(guī)范。采用焊接效率較高的CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行吊點焊接。
同時,針對海上不利氣象制定了應(yīng)急預(yù)案。施工方在施工時盡量選取好氣象進(jìn)行焊接作業(yè),組塊吊點焊接作業(yè)需要在一個氣象周期內(nèi)完成。海上氣象存在很大的不確定性,為了應(yīng)對中途氣象變差的情況,工程船撤離現(xiàn)場時,人員和設(shè)備需要轉(zhuǎn)移到平臺上繼續(xù)進(jìn)行焊接作業(yè),同時對吊點和焊機(jī)進(jìn)行防風(fēng)、防雨處理。需要預(yù)先準(zhǔn)備的施工資源包括:移動式發(fā)電機(jī),生活集裝箱,燃油及焊絲、焊機(jī)配件。
在吊點焊接階段,應(yīng)對焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān),設(shè)置關(guān)鍵質(zhì)量控制點,加強(qiáng)對關(guān)鍵施工工序和薄弱環(huán)節(jié)的監(jiān)控,把影響質(zhì)量控制點的關(guān)鍵質(zhì)量特性因素降到最低,加強(qiáng)施工全過程的監(jiān)控,最終焊縫磁粉檢測一次合格率達(dá)到了99.98%,將返工作業(yè)量控制到最少,通過一系列優(yōu)化措施節(jié)省了海上施工工期12.5天,創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益,焊接合格率詳細(xì)情況如表1 所示。
表1 焊接合格率統(tǒng)計表(包括陸地及海上施工)
未來油田平臺增儲上產(chǎn)的規(guī)模不斷提高,平臺結(jié)構(gòu)規(guī)模將愈大,選用鋼材的質(zhì)量等級將更高,對棄置吊點焊接工藝提出了更高的要求。提高焊接質(zhì)量、節(jié)約鋼材消耗量、縮短焊接工期將是未來的主要發(fā)展方向。