淺談JU2000E自升式鉆井平臺重要結(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、直升機平臺重要結(jié)構(gòu)建造對焊接質(zhì)量的管理和監(jiān)控要求進行總結(jié)，對提高現(xiàn)場質(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;樁腿;抬升結(jié)構(gòu);懸臂梁;直升機平臺;焊接質(zhì)量

JU2000E型400英尺自升式鉆井平臺，由中國交建控股的美國F&G設(shè)計公司進行的基本設(shè)計，因其作業(yè)海域廣泛、自動化程度高、經(jīng)濟性好，是全球自升式鉆井平臺市場國內(nèi)外船東在中國訂造最多的平臺型號。到目前為止振華重工已有四個JU2000E自升式鉆井平臺建造完工，入級美國ABS船級社。受國際油價低、海工市場低迷，對質(zhì)量管理提出了更苛刻的要求，因此對焊接質(zhì)量的管理和監(jiān)控尤其重視。自升式鉆井平臺結(jié)構(gòu)大量采用高強鋼和高強調(diào)質(zhì)鋼，焊接要求極高。樁腿、抬升結(jié)構(gòu)、懸臂梁、直升機平臺這些重要結(jié)構(gòu)建造過程必須嚴格按照裝配工藝、焊接工藝要求來施工。本文重點對這些結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量管理進行闡述。

1 樁腿

樁腿的作用是支撐鉆井平臺在海上作業(yè)，并將平臺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、彎曲力矩及升降過程中的局部載荷。樁腿受平臺自身、風(fēng)、浪、流的作用，在各個工況下都承受很大的應(yīng)力，樁腿的建造質(zhì)量直接影響整個平臺的營運。JU2000E型400英尺自升式鉆井平臺樁腿是桁架式“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度為690MPa的高強調(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。裝配報驗前，T/K/Y節(jié)點定位焊需做MT，正式焊接完72小時后100%UT和100%MT，返修不允許超過兩次。

樁腿焊接及監(jiān)控管理要點：

（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230℃，預(yù)熱溫度經(jīng)過分包商的自檢員確認后，報驗QC，合格后貼上標簽方可進行焊接。

（2）樁腿所有焊接都采用手工焊，在焊接過程中焊工必須持有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)場監(jiān)控并記錄，QC進行現(xiàn)場巡查并記錄，嚴格按照相應(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，使用到的工具有測溫筆、測溫槍和鉗形表，對于參數(shù)異常的情況，及時提醒焊工調(diào)整焊接參數(shù)。焊接都是采用雙數(shù)焊工對稱焊接，防止變形，滿足高精度要求。焊接過程單道焊縫不超過焊條直徑的2.5倍，考慮到現(xiàn)場的實際，最大不超過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，焊接過程中注意防風(fēng)，焊接過程應(yīng)連續(xù)，不得中斷，焊工交接班需連續(xù)。

（3）要求焊工蓋面時焊縫焊飽滿，防止焊縫過分凹陷，對于焊角不足的及時修補（可以測量參考基準點到焊縫最端部距離判斷焊角是否足夠），避免報驗后再次加熱大面積修補。

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

（5）母材需進行保護，嚴禁電弧擦傷，如有表面缺陷可適當(dāng)打磨，不允許修補，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小時后方可探傷，探傷前承建制單位自檢員外觀確認后探傷申請交給QC審核合格后，再交探傷主管進行探傷。探傷發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷后按照返修流程、返修工藝、原因分析進行預(yù)熱返修、焊后后熱。每月質(zhì)量部對相應(yīng)承建制單位進行探傷合格率統(tǒng)計，進行相應(yīng)的獎懲，對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、鎖緊及定位整個平臺，是整個平臺垂直方向上移動以及準確定位的關(guān)鍵。整個平臺有9個抬升結(jié)構(gòu)。大量使用高強度厚鋼板，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)需要機加工和機械設(shè)備安裝，焊接質(zhì)量和建造精度要求高，完工后需要進行振動時效處理，焊接中必須要質(zhì)量過關(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：

（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)驗豐富的定位焊工進行焊接。定位焊長度需大于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)熱溫度需達到WPS要求的溫度，厚度大于65mm以上的鋼板（屈服強度在420MPa以下）、EQ47以上材質(zhì)大于19mm的鋼板、鍛件等定位焊嚴禁用烘槍預(yù)熱，必須用加熱片加熱。

（2）焊接過程中嚴格控制焊接順序。厚板的不對稱X型坡口的對接接頭，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，不超過焊絲的10倍，根據(jù)現(xiàn)場實際情況不超過15mm。焊接過程中嚴格按照相應(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行干磁粉MT探傷，合格后及時焊接。

（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℃，在拆除馬板時要加熱到150-230℃之間，割馬板時留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小時后方可探傷，軸承座、EQ47構(gòu)件焊完72小時后方可探傷申請。焊縫外觀經(jīng)過三級檢驗后申請單交給QC審核后，再交探傷主管進行探傷。NDT發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷后按返修流程、返修工藝、原因分析進行預(yù)熱返修、焊后后熱。每月質(zhì)量部對相應(yīng)分包商單位進行探傷合格率統(tǒng)計，進行相應(yīng)的獎懲，對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)與抬升框架船臺大合攏，抬升結(jié)構(gòu)與平臺圍井船臺大合攏焊接要求與以上一致。

（8）嚴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尾部甲板上，是井架、鉆臺、鉆臺底座的承載結(jié)構(gòu)，它由兩條主梁及連接的平臺組成。在鉆井過程中，要承載鉆井設(shè)備，并能保證鉆臺的滑移。制作過程中質(zhì)量控制重點需注意：

（1）在建造過程中，重點監(jiān)控對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檢測無裂紋再進行報驗和焊接。

（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，焊接過程中采用分段退焊和雙數(shù)焊工焊接。

斜V板先鋼襯墊對接，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，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。焊接過程派QC全程監(jiān)控，焊接不允許大的返修，否則尺寸無法控制。

（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℃，嚴格按照工藝要求施工。

4 直升機平臺

直升機平臺由支撐架和飛機平臺結(jié)構(gòu)構(gòu)成，承受飛機的載荷和沖擊力。對強度要求高，建造質(zhì)量要求高。在建造過程中重要監(jiān)控管理點有：

（1）桁架管之間是相貫，注意裝配間隙和坡口要求。焊前焊角檢驗點需洋沖，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)點小角度位置焊角不足的問題和K型節(jié)點先焊接完的一根管需報驗和探傷合格后再進行另一根的裝配焊接，過程中要監(jiān)控提醒。

（2）支撐架分段和飛機平臺結(jié)構(gòu)的裝配精度、飛機平臺分段與支撐架的對位精度、飛機平臺面的水平度應(yīng)重點監(jiān)控。

5 結(jié)語

海工平臺的結(jié)構(gòu)建造的難點基本體現(xiàn)在以上的結(jié)構(gòu)中。在建造過程中，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，焊接過程中特別容易產(chǎn)生裂紋，遇到問題需及時反饋，施工過程中，跟蹤記錄，嚴格按照工藝施工，才能避免質(zhì)量隱患，提升生產(chǎn)效率，為打造高質(zhì)量的海工平臺保駕護航。

參考文獻：

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