海洋鋼結(jié)構(gòu)鋼管卷制接長技術(shù)

李同躍，劉書法，張玉瑜，李希光，李志強(qiáng)

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島266520）

焊接鋼管即有縫鋼管，其生產(chǎn)過程是將鋼板用各種成型方法彎卷形成要求的斷面形狀和尺寸的圓管，再用不同的焊接方法將圓管的縱縫焊合。相比于無縫鋼管，焊接鋼管的壁厚精度高、不受管徑限制。生產(chǎn)上可連續(xù)化作業(yè)、生產(chǎn)靈活等特點(diǎn)，焊接鋼管多適用于海洋鋼結(jié)構(gòu)建造中[2,3]。本文將從焊接鋼管板材的下料、切割、卷制、接長焊接四個(gè)方面進(jìn)行分析與探討。總結(jié)焊接鋼管卷制接長的工序流程及方法，為海洋鋼結(jié)構(gòu)建造過程中鋼管卷制接長工作的質(zhì)量改進(jìn)及提高提供參考。

1 板材的下料

海洋鋼結(jié)構(gòu)中使用的鋼板材質(zhì)主要有DH36、EH36等。下料前按圖紙核實(shí)所用板材是否符合材質(zhì)、厚度等標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)排版方案進(jìn)行施工劃線。內(nèi)容包括桿件號標(biāo)注、尺寸標(biāo)注、卷曲方向（表曲、反曲）、坡口方式。一般坡口形式可分為V型、X型、K型等，如表1所示。

表 1坡口形式

同時(shí)形成材料跟蹤自檢報(bào)告留存，報(bào)告對應(yīng)登記板材上的桿件號、板材材質(zhì)、爐批號、規(guī)格號、圖紙編號等信息。板材還要刻錄上用于記錄材料等級，爐批號，桿件編號及項(xiàng)目名稱的不低于10mm的鋼印標(biāo)記，標(biāo)注需明顯，便于追蹤。板材劃線尺寸滿足要求后，便可進(jìn)行下一步切割作業(yè)。

2 板材的切割

火焰切割是海洋鋼結(jié)構(gòu)建造過程中板材切割的常用方式。成本低且可以適用于切割較厚金屬板材。與其他方式比，火焰切割產(chǎn)生的熱影響區(qū)要大，熱變形大。為達(dá)到準(zhǔn)確的切割，操作人員需要擁有高超技術(shù)才能在切割過程中及時(shí)回避金屬板的熱變形。

目前用于火焰切割所用氣體有乙炔、丙烯、丙烷等。乙炔火焰熱量集中、溫度高、預(yù)熱時(shí)間短、耗氧量低、效率高、產(chǎn)生變形小等特點(diǎn)，適于薄板和引入較短的零件切割；丙烷火焰熱量分散、溫度低、預(yù)熱時(shí)間比乙炔要長，但是其產(chǎn)生切割邊的上沿光滑平整，下沿掛渣少、易清除，在針對厚板切割時(shí)要比乙炔經(jīng)濟(jì)；丙烯火焰溫度較高，預(yù)熱時(shí)間比丙烷要短，比乙炔略有增加，且由于外焰熱含量高，適合用于厚板大零件切割。因此，選擇合適的氣體，可充分發(fā)揮切割優(yōu)勢，提高效率[1]。的為RBE型焊管，不擴(kuò)徑為RB型焊管；將鋼板按J-C-O型的順序成型，焊后進(jìn)行擴(kuò)徑為JCOE型焊管，不擴(kuò)徑為JCO型焊管。

圖1 火焰切割

卷制成形后，對需要焊接縱縫的鋼管先用定位焊進(jìn)行固定，此時(shí)鋼管的根部間隙及錯(cuò)邊量要滿足相關(guān)程序要求。定位焊焊縫總長要足以保證強(qiáng)度的要求，剛性大的定位焊焊縫長度可增加到50mm～80mm，如表1定位焊焊縫尺寸所示。同時(shí)，在縱縫兩端要焊接引弧板、熄弧板，長度約100 mm，其坡口、厚度、曲度以及材質(zhì)應(yīng)與所焊接的鋼管一致。

3 鋼管的卷制過程

板材在切割完成后便可進(jìn)行下一步的鋼板卷制工作，海洋鋼結(jié)構(gòu)中鋼管的卷制方式多為冷彎成形。卷制過程中要嚴(yán)格控制圓度、直線度偏差和長度等條件。根據(jù)鋼管尺寸、板材性能以及卷管機(jī)的卷制范圍，對卷制板材兩端部位按規(guī)定的半徑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓頭，然后再送進(jìn)卷板機(jī)進(jìn)行卷制工作。

卷制從板材邊緣開始，逐漸增大上滾輪壓力，逐步達(dá)到要求的半徑。過程中，應(yīng)充分利用卷管機(jī)的限位，避免出現(xiàn)縱向偏離和出現(xiàn)邊腳平面、頭部失圓等缺陷。鋼管卷制成型方式有UO（UOE）、RB（RBE）、JCO（JCOE）等多種[4]。

表2 定位焊焊縫尺寸

將鋼板先壓成U形，再壓成O形，然后縱縫進(jìn)行內(nèi)外埋弧焊，焊后進(jìn)行端部或全范圍擴(kuò)徑的稱為UOE型焊管，不擴(kuò)徑的稱為UO型焊管；將鋼板輥壓彎曲成型，然后進(jìn)行內(nèi)外埋弧焊，焊后擴(kuò)徑

圖2 卷管

4 鋼管的接長與焊接

4.1 鋼管的組對接長

單節(jié)管焊接完縱縫，經(jīng)UT無損檢驗(yàn)合格后，便可進(jìn)行下一步接長工作。焊接鋼管接長過程中要嚴(yán)格依據(jù)圖紙確定兩根管縱縫的錯(cuò)開位置。同時(shí)，保證多節(jié)鋼管的錯(cuò)邊量及直線度要符合規(guī)范要求[6]。鋼樁、拉筋、立柱由多根單節(jié)管接長而成，根據(jù)圖紙上180°線位置確定各個(gè)單節(jié)管的縱縫所處位置，控制方法為組對接長過程中測量每一節(jié)管縱焊縫到180°線距離及相鄰兩縱焊縫的錯(cuò)開尺寸，兩節(jié)鋼管的縱縫距離夾角不得小于90°。如圖3所示，A、B、C三節(jié)管在接長時(shí)縱縫位置的錯(cuò)開量。

圖3 鋼管的組對接長

在測量相鄰鋼管的錯(cuò)邊量時(shí)，焊接鋼管的對接錯(cuò)邊量不超過0.2t（t為焊接鋼管壁厚），并且需要≤6 mm；當(dāng)錯(cuò)邊量大于3.2 mm 時(shí)必須進(jìn)行雙面焊。接長后的焊接鋼管其直線度應(yīng)使用鋼絲測量是否滿足偏差。即任意3 m長度內(nèi)的直線度偏差應(yīng)≤3 mm；任意12 m長度內(nèi)直線度偏差應(yīng)≤ 9.5 mm；12 m以上長度內(nèi)直線度偏差最大應(yīng)≤ 10 mm。

4.2 鋼管的焊接

鋼管進(jìn)行縱縫焊接和組對接長環(huán)縫焊接時(shí)要根據(jù)材質(zhì)、壁厚、坡口形式等選擇相應(yīng)的焊接工藝進(jìn)行施焊。常用的焊接方式為埋弧焊。

埋弧焊工藝適用于較厚板材的焊接，海洋鋼結(jié)構(gòu)鋼管中立柱、拉筋等常常使用埋弧焊進(jìn)行焊接。埋弧焊接用顆粒狀的焊劑將電弧與空氣分隔，電弧埋在焊劑里，整個(gè)焊接過程中電弧看不見。焊炬沿著焊縫移動(dòng)并連續(xù)送入焊絲。電弧加熱融化一段焊絲與部分焊劑和母材，形成熔池，冷凝后形成了覆蓋有一層焊渣的焊縫[6]。其高熔敷率和行走速率，大大提高了生產(chǎn)效率和降低了生產(chǎn)成本。且其焊縫具有優(yōu)良的化學(xué)成分和機(jī)械性能，最小的電弧可見度和較低的煙塵，提高了工作環(huán)境的整潔舒適度。

埋弧焊在焊接之前要將坡口進(jìn)行有效加工，焊接引熄弧板、清理待焊部位的表面等。清理待焊部位時(shí)，要將縱縫部位的表面去除鐵銹、氧化皮、油污，并防止出現(xiàn)氣孔、夾渣等現(xiàn)象。具體來說，應(yīng)垂直于焊縫軸線進(jìn)行氣刨打磨工作，以提高焊縫性能。

焊接之前還要進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱可使用氧燃?xì)饪景选㈦姶鸥袘?yīng)加熱器或電阻加熱器進(jìn)行。采用氣體火焰預(yù)熱應(yīng)注意防止被加熱表面過熱、熔化或發(fā)藍(lán)而引起材料失效。母材溫度低于0 ℃時(shí)，應(yīng)預(yù)熱到最低21 ℃；環(huán)境溫度低于-20 ℃時(shí)，不應(yīng)焊接。必須在焊接開始前保證最低預(yù)熱溫度，且焊接過程中保證最低層間溫度，預(yù)熱范圍是在焊道所有方向上不得小于焊件最大厚度值，但至少為75mm。所有的濕氣必須通過擦拭和隨后的加熱去除。對于重要節(jié)點(diǎn)、高拘束度的構(gòu)件及母材厚度超過38mm的，建議采用電阻加熱。如果可能在施焊側(cè)的背面進(jìn)行預(yù)熱以及測量溫度。測量預(yù)熱溫度和層間溫度應(yīng)當(dāng)用測溫筆、接觸式測溫儀等方法。當(dāng)厚度超過 25mm且預(yù)熱與焊接操作在同一側(cè)時(shí)，測量預(yù)熱溫度前，將加熱設(shè)備移開至少一分鐘，保證預(yù)熱均勻性。

表3 不同焊接方式的預(yù)熱要求

預(yù)熱溫度達(dá)到要求后，即可進(jìn)行焊接工作，焊接過程中，對焊接層間溫度、焊接電流、電弧電壓、預(yù)熱等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，各項(xiàng)參數(shù)應(yīng)符合焊接工藝要求。

在焊接完成之后的工序便是對焊縫的外觀檢驗(yàn)，不但檢查焊道是否存在咬邊、氣孔、焊瘤、未焊滿等缺陷，同時(shí)還需要檢查鋼管母材是否存在焊接損傷，如果發(fā)現(xiàn)上述缺陷應(yīng)及時(shí)行處理。在處理合格后，外觀檢驗(yàn)員應(yīng)再次確認(rèn)外觀是否合格，合格之后可進(jìn)行下一步無損檢驗(yàn)，無損檢驗(yàn)合格后便可進(jìn)行焊接鋼管的釋放[7]。

5 結(jié)語

二十一世紀(jì)是大力開發(fā)海洋資源的時(shí)代，隨著海洋油氣資源的不斷開發(fā)，越來越多的鋼結(jié)構(gòu)平臺出現(xiàn)在海洋中，本文針對海洋鋼結(jié)構(gòu)建造過程中鋼管的卷制、組對接長與焊接過程進(jìn)行了分析與探討，總結(jié)了焊接鋼管卷制接長的工序流程及方法，為海洋鋼結(jié)構(gòu)建造過程中鋼管卷制接長工作的改進(jìn)及質(zhì)量控制提供參考。相信在各項(xiàng)施工過程中通過對重要工序、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的梳理及控制，可以在最大限度上提高海洋鋼結(jié)構(gòu)鋼管的卷制、接長及焊接的最終質(zhì)量。