钻井平台中新材料的焊接工艺研究
作者：admin 发表时间：2010-02-01 12:44:05
L780自升式钻井平台是大连船舶重工承接的为中国石油集团海洋工程有限公司建造的海洋工程产品。同时入级CCS利ABS。该产品主要用来满足海上石油和天然气勘探、开采工程等作业的需要。自升式钻井平台焊接结构中，桩腿齿条的焊接结构有其自身显著的特点，在焊接建造方面存在着钢板厚度大、强度级别高、焊后精度要求高等特点。
针对这些特点，我们对L780钻井平台的桩腿齿条焊接进行了试验研究，根据该产品的结构特殊性，查阅分析相关的数据资料，进行一系列的焊接试验，最终制定合格的焊接工艺并得到船级社认可，确保了产品建造的顺利进行并保证其焊接建造质量。
1.材料分析
L780自升式钻井平台的桩腿齿条材料为ASTM A514 GR.Q，厚度为127mm和154mm两种规格。在公司各型产品的建造中，该材料的焊接尚属首次，因此没有先前经验可以借鉴。在齿条材料供货阶段与业主的谈判过程中，曾交流过与其相关的焊接工艺，供货商也提供给了船厂供参考的焊接工艺，经过我们的分析，该工艺不适合船厂的焊接施工，为此船厂必须自主开发出适合于船厂实际的焊接工艺，确保海洋工程产品的顺利建造。
桩腿齿条材料调质钢ASTMA514GR．Q，屈服极限为690MPa，抗拉强度为770/931MPa，纵向冲击要求在-40℃时不低于34J。美国材料实验协会对A514的规定如表1所示。
由表1可以看出，该齿条材料的性能要求要比传统意义的A514材料高出许多，因此，在焊
材选配及试验参数的调节过程中不可能按部就班，必须重新设计新的满足设计要求的参数。
2.焊接方法及接头设计
根据船厂的实际情况，本产品桩腿齿条的焊接方法确定为手工电弧焊。焊接接头坡口型式的设计要以其选择的焊接方法为依据。本齿条的厚度有127mm和154mm两种规格，焊接建造阶段分为胎上组立（立焊位置，3G）阶段、构件预合拢（横焊位置，2G）阶段及船坞合拢（横焊位置，2G）阶段。同时，根据ABS、CCS船级社规范对焊接接头的设计要求以及齿条材料的来料精度要求，最终与结构设计部门确定如下的焊接接头坡口地式，图1为横焊位置（2G）阶段，图2为立焊位置（3G）阶段。
3.焊接材料的选择
根据AWS D1.1钢结构规范、ABS和CCS海洋工程规范，结合本产品的建造特点，该齿条ASTM A514改良型材料的手工电弧焊条选择为如表2所示的材料。上述材料经过熔敷金属试验，满足技术规格书的要求
4.预热的要求
对于本产品齿条的焊接，合适的预热温度能够大大提高焊接接头的抗裂性，防止冷裂纹的产生，同时降低热影响区组织的硬度，并提高其低温冲击韧性。预热能降低马氏体转变时的冷却速度，通过马氏体的自回火作用来提高抗裂性能。但是预热温度是要严格控制的。预热温度过低达不到预期的效果。当预热温度过高时，不仅对防止冷裂没有必要，而相反会使800℃～500℃的冷却速度低于出现脆性混合组织的临界冷却速度，使热影响区出现明显的脆化。选择适当的加热温度，焊接时保持合适的层间温度，焊后采取后热、缓冷等措施进行后热处理，不仅能消除部分焊接残余应力，而且有利于扩散氢的排除，从而使焊接接头的低温冲击韧性得到提高。通过大量的分析和试验，在本试验中最后确定焊前预热温度为≥120℃，控制层间温度在适当范围，焊后进行后热处理，保温时间2小时。
5.焊接工艺认可试验及编制焊接工艺规程
按照ABS和CCS海洋工程规范，采用上述焊接方法和焊接材料，在焊接试验室进行了焊接工艺评定试验。焊后的试验板焊缝成型良好，符合焊缝外现质量评定标准。焊缝的无损探伤检验（NDT）完全合格。焊缝试样的机械性能试验，包括拉伸试验、弯曲试验和冲击试验等，其结果完全满足规范要求，获得了ABS和CCS的认可。
焊接评定试验是制定焊接工艺的依据，根据焊接试验结果及现场施工条件，制定了焊接工艺规程，并同样获得了ABS和CCS船级社的认可，该工艺可作为实用指导文件用于L780海洋钻井平台ASTM A514改良型材料的桩腿齿条的焊接建造。表3为ASTM A514GR.Q厚度（127mm）的焊接工艺参数，以横焊（2G）为例。
6.结束语
经过L780自升式钻井平台的桩腿齿条部分的顺利焊接建造，充分证实了我们的焊接工艺规程的可靠性。整个工程进展顺利，齿条的焊接成型美观，各项指标均达到船东船检的求。该工艺为我公司海洋工程产品的成功建造打下坚实的焊接技术基础，也提升了公司在海洋工程建造市场上的竞争力。