淺談JU2000E自升式鉆井平臺(tái)重要結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量管理

陳建江

摘?要：本文主要分析JU2000E型400英尺自升式鉆井平臺(tái)特殊結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量管理，從樁腿、抬升結(jié)構(gòu)、懸臂梁、直升機(jī)平臺(tái)重要結(jié)構(gòu)建造對(duì)焊接質(zhì)量的管理和監(jiān)控要求進(jìn)行總結(jié)，對(duì)提高現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理水平和質(zhì)量有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：JU2000E自升式鉆井平臺(tái);樁腿;抬升結(jié)構(gòu);懸臂梁;直升機(jī)平臺(tái);焊接質(zhì)量

JU2000E型400英尺自升式鉆井平臺(tái)，由中國(guó)交建控股的美國(guó)F&G設(shè)計(jì)公司進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)，因其作業(yè)海域廣泛、自動(dòng)化程度高、經(jīng)濟(jì)性好，是全球自升式鉆井平臺(tái)市場(chǎng)國(guó)內(nèi)外船東在中國(guó)訂造最多的平臺(tái)型號(hào)。到目前為止振華重工已有四個(gè)JU2000E自升式鉆井平臺(tái)建造完工，入級(jí)美國(guó)ABS船級(jí)社。受國(guó)際油價(jià)低、海工市場(chǎng)低迷，對(duì)質(zhì)量管理提出了更苛刻的要求，因此對(duì)焊接質(zhì)量的管理和監(jiān)控尤其重視。自升式鉆井平臺(tái)結(jié)構(gòu)大量采用高強(qiáng)鋼和高強(qiáng)調(diào)質(zhì)鋼，焊接要求極高。樁腿、抬升結(jié)構(gòu)、懸臂梁、直升機(jī)平臺(tái)這些重要結(jié)構(gòu)建造過(guò)程必須嚴(yán)格按照裝配工藝、焊接工藝要求來(lái)施工。本文重點(diǎn)對(duì)這些結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量管理進(jìn)行闡述。

1 樁腿

樁腿的作用是支撐鉆井平臺(tái)在海上作業(yè)，并將平臺(tái)所承受的全部載荷傳遞到海底。樁腿一般要傳遞軸向及水平載荷、彎曲力矩及升降過(guò)程中的局部載荷。樁腿受平臺(tái)自身、風(fēng)、浪、流的作用，在各個(gè)工況下都承受很大的應(yīng)力，樁腿的建造質(zhì)量直接影響整個(gè)平臺(tái)的營(yíng)運(yùn)。JU2000E型400英尺自升式鉆井平臺(tái)樁腿是桁架式“米”字型結(jié)構(gòu)，焊接質(zhì)量和精度要求高。是由主弦管、斜撐管、水平管、內(nèi)水平撐管組成。主弦管的齒條板材料為DLLIMAX 690E，主弦管的半圓板材料為ASTM A517GR.Q，這些都是最小屈服強(qiáng)度為690MPa的高強(qiáng)調(diào)質(zhì)鋼，焊接難度大。斜撐管、水平管材質(zhì)為SG550L，最小屈服強(qiáng)度為550MPa。內(nèi)水平撐管材質(zhì)為 A106GB，這些材質(zhì)的構(gòu)件之間的焊接容易產(chǎn)生裂紋。裝配報(bào)驗(yàn)前，T/K/Y節(jié)點(diǎn)定位焊需做MT，正式焊接完72小時(shí)后100%UT和100%MT，返修不允許超過(guò)兩次。

樁腿焊接及監(jiān)控管理要點(diǎn)：

（1）焊前坡口周圍20-30mm范圍內(nèi)油、銹、氧化物必須清除。預(yù)熱采用電加熱片加熱，加熱范圍為焊點(diǎn)所有方向上不得小于焊接的最大厚度值，但不小于75mm，預(yù)熱最低溫度為150℃，不超過(guò)230℃，預(yù)熱溫度經(jīng)過(guò)分包商的自檢員確認(rèn)后，報(bào)驗(yàn)QC，合格后貼上標(biāo)簽方可進(jìn)行焊接。

（2）樁腿所有焊接都采用手工焊，在焊接過(guò)程中焊工必須持有ABS 6GR焊工證，按照WPS領(lǐng)取正確的焊條，新領(lǐng)的焊條在保溫桶內(nèi)有效保溫，分包商派專職的焊接監(jiān)控人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控并記錄，QC進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡查并記錄，嚴(yán)格按照相應(yīng)的WPS控制焊接參數(shù)（電流、電壓、焊接速度、層間溫度），線能量控制在1.5-2.2KJ/mm，使用到的工具有測(cè)溫筆、測(cè)溫槍和鉗形表，對(duì)于參數(shù)異常的情況，及時(shí)提醒焊工調(diào)整焊接參數(shù)。焊接都是采用雙數(shù)焊工對(duì)稱焊接，防止變形，滿足高精度要求。焊接過(guò)程單道焊縫不超過(guò)焊條直徑的2.5倍，考慮到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，最大不超過(guò)15mm。焊完一層后焊接缺陷和焊渣焊工打磨清除后，再繼續(xù)焊下一層，焊接過(guò)程中注意防風(fēng)，焊接過(guò)程應(yīng)連續(xù)，不得中斷，焊工交接班需連續(xù)。

（3）要求焊工蓋面時(shí)焊縫焊飽滿，防止焊縫過(guò)分凹陷，對(duì)于焊角不足的及時(shí)修補(bǔ)（可以測(cè)量參考基準(zhǔn)點(diǎn)到焊縫最端部距離判斷焊角是否足夠），避免報(bào)驗(yàn)后再次加熱大面積修補(bǔ)。

（4）焊接結(jié)束后立即進(jìn)行后熱處理（后熱溫度為：280℃±20℃，時(shí)間2h）用保溫棉對(duì)焊縫進(jìn)行保溫，緩冷溫度下降不得大于50℃/小時(shí)。并且做好后熱記錄。

（5）母材需進(jìn)行保護(hù)，嚴(yán)禁電弧擦傷，如有表面缺陷可適當(dāng)打磨，不允許修補(bǔ)，樁腿上的舾裝件和合攏工裝的焊接預(yù)熱溫度要求與樁腿制作一致。

（6）樁腿所有的焊縫必須在焊完72小時(shí)后方可探傷，探傷前承建制單位自檢員外觀確認(rèn)后探傷申請(qǐng)交給QC審核合格后，再交探傷主管進(jìn)行探傷。探傷發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷后按照返修流程、返修工藝、原因分析進(jìn)行預(yù)熱返修、焊后后熱。每月質(zhì)量部對(duì)相應(yīng)承建制單位進(jìn)行探傷合格率統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行相應(yīng)的獎(jiǎng)懲，對(duì)于同一焊工多次出現(xiàn)返修的取消焊工資格。

（7）樁腿與樁靴合攏以及樁腿接樁在露天焊接，尤其是樁腿的合攏位置高、風(fēng)大以及龍門吊、浮吊周期的影響，加熱效果沒(méi)有車間里好，搭好防風(fēng)墻，采取防雨措施，注意空氣濕度、增加加熱片，保溫棉嚴(yán)密貼合等措施保證預(yù)熱溫度、層間溫度、后熱溫度滿足WPS要求。

2 抬升結(jié)構(gòu)

抬升結(jié)構(gòu)包括抬升框架、下導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和連接梁結(jié)構(gòu)，抬升結(jié)構(gòu)的功能是抬升、鎖緊及定位整個(gè)平臺(tái)，是整個(gè)平臺(tái)垂直方向上移動(dòng)以及準(zhǔn)確定位的關(guān)鍵。整個(gè)平臺(tái)有9個(gè)抬升結(jié)構(gòu)。大量使用高強(qiáng)度厚鋼板，焊縫全焊透范圍大，結(jié)構(gòu)密集，施工空間狹窄，抬升結(jié)構(gòu)需要機(jī)加工和機(jī)械設(shè)備安裝，焊接質(zhì)量和建造精度要求高，完工后需要進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，焊接中必須要質(zhì)量過(guò)關(guān)，焊接應(yīng)力小。抬升結(jié)構(gòu)使用到的焊接方法有手工定位焊、埋弧焊和CO2氣體保護(hù)焊，厚板的材質(zhì)是EH36和EQ47，軸承座的材質(zhì)為ASTM A514GR.Q鍛件，水平、垂直油缸基座、抗剪塊、鋼套的材質(zhì)為EH36鍛件。如果焊接方法不當(dāng)，容易產(chǎn)生焊接裂紋和較大的應(yīng)力。抬升結(jié)構(gòu)焊接及監(jiān)控管理要點(diǎn)：

（1）避免定位焊裂紋缺陷，抬升這類重要構(gòu)件定位焊要挑選經(jīng)驗(yàn)豐富的定位焊工進(jìn)行焊接。定位焊長(zhǎng)度需大于50mm，定位焊起弧、熄弧要特別注意避免缺陷產(chǎn)生，對(duì)于鋼襯墊永久性的定位焊也不允許存在缺陷;定位焊不允許焊在坡口內(nèi)側(cè);預(yù)熱溫度需達(dá)到WPS要求的溫度，厚度大于65mm以上的鋼板（屈服強(qiáng)度在420MPa以下）、EQ47以上材質(zhì)大于19mm的鋼板、鍛件等定位焊嚴(yán)禁用烘槍預(yù)熱，必須用加熱片加熱。

（2）焊接過(guò)程中嚴(yán)格控制焊接順序。厚板的不對(duì)稱X型坡口的對(duì)接接頭，T型、十字角接接頭都采用先焊2/3坡口的一半反面清根，焊接填充完1/3坡口面（視變形情況是否焊完或留一層暫不焊），再翻身焊完2/3坡口面剩下的1/3。

（3）CO2焊控制單道焊縫超寬，不超過(guò)焊絲的10倍，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不超過(guò)15mm。焊接過(guò)程中嚴(yán)格按照相應(yīng)的WPS控制焊接參數(shù)（電流、電壓、焊接速度、層間溫度），線能量控制在1.5-2.5KJ/mm，保證焊縫內(nèi)部及外觀的質(zhì)量，承建制單位派專人做好焊接監(jiān)控及記錄。

（4）厚板構(gòu)件密集，拘束應(yīng)力大，清根不宜過(guò)深，否則剩余結(jié)構(gòu)不能承受全部應(yīng)力導(dǎo)致裂紋，清根打磨完成后立即進(jìn)行干磁粉MT探傷，合格后及時(shí)焊接。

（5）軸承座鍛件焊接施工不當(dāng)很容易產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致報(bào)廢，軸承座定位焊和正式焊接溫度控制在150-230℃之間，后熱溫度為280℃±20℃，在拆除馬板時(shí)要加熱到150-230℃之間，割馬板時(shí)留3mm根打磨處理，避免軸承座母材損傷。

（6）EH36材質(zhì)焊縫必須在焊完24小時(shí)后方可探傷，軸承座、EQ47構(gòu)件焊完72小時(shí)后方可探傷申請(qǐng)。焊縫外觀經(jīng)過(guò)三級(jí)檢驗(yàn)后申請(qǐng)單交給QC審核后，再交探傷主管進(jìn)行探傷。NDT發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷后按返修流程、返修工藝、原因分析進(jìn)行預(yù)熱返修、焊后后熱。每月質(zhì)量部對(duì)相應(yīng)分包商單位進(jìn)行探傷合格率統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行相應(yīng)的獎(jiǎng)懲，對(duì)于同一焊工多次出現(xiàn)返修的取消焊工資格。

（7）抬升框架與下導(dǎo)向結(jié)構(gòu)總組，連接梁結(jié)構(gòu)與抬升框架船臺(tái)大合攏，抬升結(jié)構(gòu)與平臺(tái)圍井船臺(tái)大合攏焊接要求與以上一致。

（8）嚴(yán)格按照焊接順序施工，保證關(guān)鍵部件尺寸，如缸套和軸承座安裝精度。

3 懸臂梁

懸臂梁位于鉆井平臺(tái)尾部甲板上，是井架、鉆臺(tái)、鉆臺(tái)底座的承載結(jié)構(gòu)，它由兩條主梁及連接的平臺(tái)組成。在鉆井過(guò)程中，要承載鉆井設(shè)備，并能保證鉆臺(tái)的滑移。制作過(guò)程中質(zhì)量控制重點(diǎn)需注意：

（1）在建造過(guò)程中，重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)不同鋼材的焊口匹配相應(yīng)的焊絲，否則容易出現(xiàn)焊絲混用，另外按照WPS要求做好焊前預(yù)熱和層間溫度的保證，在濕度較大的陰雨天氣下要求施工人員停止施焊。主梁的EQ63材質(zhì)的定位焊需MT檢測(cè)無(wú)裂紋再進(jìn)行報(bào)驗(yàn)和焊接。

（2）主梁的上下面板以及推拉架面板的拼裝由于在胎架上固定，為保證平整度，按照正面焊8-10mm——反面清根——反面面焊 8-10mm——正面焊10-15mm——反面焊滿——正面焊滿的順序焊接，控制好焊接參數(shù)。精控員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控變形量。

（3）主梁腹板與面板裝焊，EQ63材質(zhì)容易產(chǎn)生裂紋，焊接時(shí)必須使用L型電加熱片保證預(yù)熱溫度和后熱溫度，焊接過(guò)程中采用分段退焊和雙數(shù)焊工焊接。

斜V板先鋼襯墊對(duì)接，后焊斜V板與腹板的角焊接，再焊V板與面板的角焊接，有利于應(yīng)力的釋放。

（4）懸臂梁合攏中推拉架的安裝是難點(diǎn)，推拉架的孔間距和水平度是關(guān)鍵，焊接變形控制至關(guān)重要，肘板的焊接和角焊都要從中間向兩邊跳焊并且安排雙數(shù)焊工焊接。焊接過(guò)程派QC全程監(jiān)控，焊接不允許大的返修，否則尺寸無(wú)法控制。

（5）BOP吊軌道的裝焊?BOP吊的軌道的材質(zhì)特殊，預(yù)熱溫度約300℃，嚴(yán)格按照工藝要求施工。

4 直升機(jī)平臺(tái)

直升機(jī)平臺(tái)由支撐架和飛機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，承受飛機(jī)的載荷和沖擊力。對(duì)強(qiáng)度要求高，建造質(zhì)量要求高。在建造過(guò)程中重要監(jiān)控管理點(diǎn)有：

（1）桁架管之間是相貫，注意裝配間隙和坡口要求。焊前焊角檢驗(yàn)點(diǎn)需洋沖，注意不同的桁架管的手工焊接和CO2焊接方式的選用，涉及TKY節(jié)點(diǎn)小角度位置焊角不足的問(wèn)題和K型節(jié)點(diǎn)先焊接完的一根管需報(bào)驗(yàn)和探傷合格后再進(jìn)行另一根的裝配焊接，過(guò)程中要監(jiān)控提醒。

（2）支撐架分段和飛機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的裝配精度、飛機(jī)平臺(tái)分段與支撐架的對(duì)位精度、飛機(jī)平臺(tái)面的水平度應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)控。

5 結(jié)語(yǔ)

海工平臺(tái)的結(jié)構(gòu)建造的難點(diǎn)基本體現(xiàn)在以上的結(jié)構(gòu)中。在建造過(guò)程中，需要生產(chǎn)管理、工藝員、質(zhì)檢員、分包商有高度的責(zé)任感，焊接過(guò)程中特別容易產(chǎn)生裂紋，遇到問(wèn)題需及時(shí)反饋，施工過(guò)程中，跟蹤記錄，嚴(yán)格按照工藝施工，才能避免質(zhì)量隱患，提升生產(chǎn)效率，為打造高質(zhì)量的海工平臺(tái)保駕護(hù)航。

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