DH36甲板導(dǎo)軌制造及質(zhì)量控制措施

曹禮霞

摘 要：甲板導(dǎo)軌為海洋修井機(jī)上重要部件，其上表面為下移動(dòng)座步進(jìn)滑移面，因此對(duì)導(dǎo)軌面步進(jìn)孔尺寸控制、導(dǎo)軌變形量及導(dǎo)軌焊縫質(zhì)量都有很高的要求，其制造過(guò)程難度較大。文章從合理的焊接工藝指導(dǎo)、導(dǎo)軌翼板下料控制、腹板加工及變形處理、導(dǎo)軌組對(duì)、導(dǎo)軌焊接變形控制及探傷檢測(cè)等方面對(duì)整個(gè)導(dǎo)軌的制造過(guò)程進(jìn)行了闡述，對(duì)其關(guān)鍵點(diǎn)提出了應(yīng)對(duì)辦法，為同類型產(chǎn)品制造提供了經(jīng)驗(yàn)。文章是一篇獨(dú)立性的文章，可以引用和推廣。

關(guān)鍵詞：甲板導(dǎo)軌;變形控制;焊接工藝評(píng)定;探傷檢測(cè)

2005 年以來(lái)，中海油天津分公司每年調(diào)整井作業(yè)量約 15 井次，并呈迅速上升趨勢(shì)[1]。甲板導(dǎo)軌作為海洋修井機(jī)上的重要部件，由兩根組成，每根長(zhǎng)度為32M，截面圖如圖1所示，為海洋修井機(jī)移動(dòng)平臺(tái)的主要受力部件，其上表面為移動(dòng)平臺(tái)的滑移面，上表面平面度要求為5mm，整體導(dǎo)軌分段拼接完成后直線度為8mm，整體焊接完成后，不得有任何焊接缺陷。因此，如何控制導(dǎo)軌的焊接變形及焊接后焊縫質(zhì)量通過(guò)超聲波檢測(cè)，是甲板導(dǎo)軌制造的難點(diǎn)。

1 合理的焊接工藝指導(dǎo)

針對(duì)DH36材料，以及甲板導(dǎo)軌的焊縫型式：T坡口角焊縫及角焊縫。我們選用焊絲： E71T-1（TWE711）。對(duì)其進(jìn)了2拉4彎?rùn)C(jī)械性能實(shí)驗(yàn)，由于海洋特殊環(huán)境，對(duì)其增做了-20℃低溫沖擊實(shí)驗(yàn)，以滿足海洋低溫要求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，制訂了供焊工操作的焊接工藝規(guī)程WPS。其關(guān)鍵控制的基本要素[2]如下：

母材等級(jí)：GB/T712 DH36;

填充金屬等級(jí)：AWS A5.20? E71T-1;

焊絲：?jiǎn)谓z焊，焊絲直徑φ1.2。

電參數(shù)：

保護(hù)氣體： CO2 組份99.95% ，氣體流速 20—37L/min。

通用要求：? 焊接位置：1G;板厚適應(yīng)范圍：3mm--無(wú)限厚。

坡口形式：V型坡口，無(wú)襯墊，根部間隙：0-5mm，鈍邊尺寸：0-2mm。坡口角度：55-65℃。

焊接熱輸入量：1.3-1.8kJ/mm[3]。

預(yù)熱溫度參考表：

技術(shù)：直線或橫向擺動(dòng)焊道;多層多道焊;擺動(dòng)焊接時(shí)最大擺寬：16mm;導(dǎo)電嘴至工件距離15-20mm;

焊后熱處理 ：無(wú)。

2 導(dǎo)軌翼板下料控制

翼板為導(dǎo)軌的主要零件，其步進(jìn)孔的尺寸控制以及翼板的變形量，為下料過(guò)程需要控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

控制方法：（1）采用合適的切割設(shè)備。對(duì)比火焰切割機(jī)，選用更為先進(jìn)的等離子切割機(jī)。等離子的切割面比火焰的切割面平整光滑，精度高[4]。（2）用數(shù)控等離子切割海洋導(dǎo)軌步行孔時(shí)，更換新的割嘴進(jìn)行切割，因?yàn)榕f的割嘴會(huì)影響切割質(zhì)量。（3）增加數(shù)控等離子切割機(jī)輔墊工裝內(nèi)的冷卻水高度，讓水面與板料接觸，減少熱切割時(shí)板料局部升溫帶來(lái)的產(chǎn)品變形，提高產(chǎn)品質(zhì)量。（4）將順時(shí)針切割改為逆時(shí)針切割，提高了切割面的垂直度。（5）調(diào)整了機(jī)床割距，保證了步行孔和板料寬度等幾個(gè)關(guān)鍵尺寸。（6）調(diào)整了步行孔的引入引出線靠近減少內(nèi)應(yīng)力的孔，提高了步行孔的質(zhì)量，省去了打磨的工作。（7）降低切割速度，進(jìn)一步提高了切割面的垂直度。（8）在畫(huà)圖過(guò)程中，為了保證步行孔孔距，在分段位置各延長(zhǎng)了2mm;避免切割損耗。（9）在等離子編程過(guò)程中，為了減少步行孔切割的累積誤差，將切割順序從列改為行。

導(dǎo)軌翼板等離子下料過(guò)程可見(jiàn)圖2所示，在下料完成后，導(dǎo)軌面板存在不同程度的波浪變形，在卷板機(jī)上進(jìn)行校正，保證面板的平面度，過(guò)程可見(jiàn)圖3所示。

3 腹板加工及變形處理

腹板在組對(duì)前，需要控制兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是腹板坡口的加工，二是腹板加工后高度的控制。

按照設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)軌的成品高度是250mm，導(dǎo)軌腹板的理論高度是210mm，但是為了保證焊接時(shí)焊縫全熔透，確定導(dǎo)軌板的下料尺寸為206mm（比理論尺寸210 mm 小4mm），以便在組對(duì)時(shí)留出導(dǎo)軌腹板與導(dǎo)軌翼板的間隙，方便清根。

導(dǎo)軌腹板下料后，由于下料過(guò)程受熱，會(huì)產(chǎn)生熱變形，另外腹板在運(yùn)輸、吊裝過(guò)程中，也會(huì)產(chǎn)生部分變形，因此在腹板上大型坡口機(jī)進(jìn)行坡口加工前，需對(duì)腹板進(jìn)行校正，一般采用熱校正法，當(dāng)直線度在4mm以下時(shí)，可上坡口加工機(jī)[5]進(jìn)行坡口加工，見(jiàn)圖4所示，加工過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生加工應(yīng)力，因此，完成一側(cè)坡口加工后，對(duì)另一側(cè)進(jìn)行坡口加工前，仍需要再進(jìn)行一次火焰校正直線度，見(jiàn)圖5所示。坡口機(jī)加工的坡口，不可能整體滿足坡口加工尺寸要求，因?yàn)楦拱宓闹本€度影響，所以在加工后，局部未加工到的位置，仍需要手工采用火焰倒坡口。

4 導(dǎo)軌組對(duì)

組對(duì)導(dǎo)軌時(shí)，需注意，其腹板兩側(cè)的筋板需要進(jìn)行加工，一是保證組對(duì)后整體筋板和腹板高度一致，避免在海洋平臺(tái)甲板上安裝時(shí)組對(duì)間隙不一致，造成焊接困難和質(zhì)量問(wèn)題，二是在翼板上點(diǎn)焊筋板后，給腹板的組對(duì)提供基準(zhǔn)，避免腹板組對(duì)后直線度不能達(dá)到要求，在分段導(dǎo)軌安裝時(shí)，造成錯(cuò)邊現(xiàn)象，無(wú)法完成導(dǎo)軌的安裝。

導(dǎo)軌的組對(duì)步驟：（1）將導(dǎo)軌翼板放置于工裝平板上，復(fù)檢翼板的直線度和平面度，不合格則再次進(jìn)行校正;（2）達(dá)到要求后，在翼板上劃腹板組對(duì)位置線、筋板組對(duì)位置線;（3）將腹板單側(cè)筋板全部點(diǎn)焊牢固，以作為腹板組對(duì)基準(zhǔn);（4）在導(dǎo)軌腹板下墊Φ4的焊條，保證組對(duì)腹板與翼板間隙，方便焊后清根，組對(duì)腹板，點(diǎn)焊牢固;（5）組對(duì)另外一側(cè)筋板。需要注意的是，筋板組對(duì)不必要全部組對(duì)完，只需要組對(duì)一定數(shù)量的筋板，作為腹板組對(duì)基準(zhǔn)和防止焊接時(shí)腹板的扭曲變形，如果筋板全部組對(duì)完，則會(huì)對(duì)翼板與腹板的主體角焊縫焊接造成不便，影響主體焊縫的焊接質(zhì)量。剩余部分筋板可在導(dǎo)軌焊后主體焊縫探傷合格后，再進(jìn)行組對(duì)焊接。

5 導(dǎo)軌的焊接變形控制

由于導(dǎo)軌太長(zhǎng)，即使將導(dǎo)軌分段然后到甲板上進(jìn)行組裝，其分段導(dǎo)軌仍有10m左右，該導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式，焊接后易產(chǎn)生彎曲和塌邊等變形?？刂坪附幼冃?，從這幾個(gè)方面入手，取得了較好的效果：

5.1 控制組對(duì)間隙

所有組對(duì)的筋板經(jīng)過(guò)機(jī)加工，控制筋板的高度，以及筋板用來(lái)組對(duì)兩邊的垂直度，保證筋板與翼板的組對(duì)間隙為0，組對(duì)腹板時(shí)，保證與筋板的間隙小于2mm。

5.2 反變形控制

參考兩導(dǎo)軌板的板厚、板寬畫(huà)下料圖，備好夾具料，見(jiàn)圖6所示，反變形鋼板條料，見(jiàn)圖7所示。

將點(diǎn)焊牢固的組件其中之一導(dǎo)軌面朝上放置在螞蟻臺(tái)上，中間位置放上5mm厚、50mm寬的用于焊接反變形的鋼板條，將另一組件與其背靠背放在一起，全長(zhǎng)范圍內(nèi)均用夾具裝夾固定好，見(jiàn)圖8所示，由于5mm厚鋼板的存在，兩導(dǎo)軌面間存在5mm的間隙，用于反變形[6]。

5.3 合理安排焊接順序[7]

（1）將筋板與面板、筋板與腹板所有的焊縫焊接完成;

（2）打底焊接腹板與面板15mm坡口一側(cè)，焊兩道，然后在10mm坡口側(cè)用磨光機(jī)砂輪片清根;

（3）填充、蓋面。

6 探傷檢測(cè)

焊后24小時(shí)，需對(duì)焊縫進(jìn)行目檢、表面磁粉探傷以及X射線探傷，以確保焊縫合格可以投入使用。目檢時(shí)，不得有氣孔、咬邊、焊瘤、凹陷、未熔合等缺陷;另外磁粉探傷表面不允許有裂紋;射線探傷不允許內(nèi)部有氣孔、夾渣、未焊透等缺陷[8]。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)多方面的控制，制造的甲板導(dǎo)軌，其焊縫質(zhì)量、形位公差，焊接變形均得到了較好的控制，滿足了客戶及設(shè)備的使用要求。甲板導(dǎo)軌的制造，在石油機(jī)械制造行業(yè)，現(xiàn)仍具有較高技術(shù)含量，當(dāng)然，伴隨著高科技切割設(shè)備的更新和制造過(guò)程的深入研究，甲板導(dǎo)軌的制造仍具有相當(dāng)大的提升空間。

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