有关海洋石油平台制管焊接新工艺的开发与评价

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1、万方数据第21卷第2期2009年4月中国海上油气CHINAOFFSHORE011。ANDGASVol-21No．2Apr．2009海洋石油平台制管焊接新工艺的开发与评价孙有辉曹军李凡靳伟亮温志刚韦生(海洋石油工程股份有限公司)摘要针对海洋石油平台建造中传统制管焊接工艺存在的工序多、焊材用量大、噪声大、效率低等问题，设计开发出了大钝边无间隙埋弧焊焊接新工艺。该工艺采用埋弧焊方法，将焊接坡口改为大钝边无间隙X形坡口，取消了传统制管焊接工艺中的STT封底焊工序和碳弧气刨作业，从而减少了焊接工序，节约了焊材用量，显著地提高

2、了焊接效率。试验评价结果表明，应用新工艺，焊缝尺寸满足工程要求，焊缝机械性能均符合相关标准要求。关键词海洋石油平台制管焊接工艺埋弧焊大钝边无间隙海洋石油平台的上部组块和导管架都是大型的钢结构，其建造周期较长，工作量巨大。作为整个结构建造的第一步，钢管卷制和接长工作约占导管架建造工作量的40％，约占组块建造工作量的15％，因此制管工作的生产效率直接影响着整个工程的建造进度，而焊接作业的质量和效率在整个工程的建造中起着至关重要的作用。随着海洋石油工业的迅速发展，传统的海洋结构钢管焊接方法因采用STT(气保护半自动根焊)

3、焊接+埋弧焊工艺已不能满足制管焊接作业的需要。为此，设计开发出了～种大钝边无间隙埋弧焊焊接新工艺，这种焊接工艺改进了坡口形式，采用机械的埋弧焊方法，焊接工序简单，速度快，质量良好，在海洋结构焊接工艺中属于首创。1传统制管焊接工艺存在的问题传统的制管焊接工艺用STT进行封底焊，用埋弧焊进行填充、盖面，焊接接头形式为X形坡口(图1)，组对间隙为3～5mm，钝边宽为1～2mm，焊接时在钢板正反两面施焊。这种焊接工艺在海洋结构制管中已使用多年，但随着工程建造任务的增加，该焊接工艺在使用中也显露出一些弊端，主要表现为：焊接工

4、序多；焊材用量大；焊接过程中需要进行碳弧气刨。噪声大，工作环境恶劣；焊接中断多，对焊接质量有着很大的影响。目芏60"丫——Y图1传统焊接工艺焊接坡口形式2制管焊接新工艺的开发与评价2．1焊接新工艺的开发针对传统制管焊接工艺存在的问题，我们设计开发出了一种大钝边无间隙埋弧焊焊接工艺：采用单丝埋弧焊，取消STT封底焊工序，这样可以大大减少焊接工序，提高焊接效率；同时改进焊接坡口形式⋯，将坡口组对间隙减少到0mm，将坡口钝边增大到4--一8mm，这样可以取消碳弧气刨作业，节约焊材。新焊接工艺焊接坡口形式如图2所示。2．2

5、焊接新工艺的试验评价(1)试验母材采用APISpec2HGr．50钢板材，厚度为38mm。(2)试验焊材采用国产锦州锦泰JW-1埋弧焊焊丝，化学成分如表1所示，基本力学性能如表2所示。·第一作者简介：孙有辉。男，2007年毕业于天津大学材料加工工程专业，获硕士学位，现主要从事焊接技术工作。地址：天津市塘沽区渤海石油路688号595信箱(邮编：300452)。万方数据第21卷第2期孙有辉等：海洋石油平台制管焊接新工艺的开发与评价143目叩寸6盯V／—＼～／＼／图2大钝边无间隙埋弧焊焊接坡口形式表1J、Ⅳ-l埋弧焊焊丝

6、化学成分％化学成分实测值CSiMnPSO．1800．0501．7900．0200．023表2J、Ⅳ-l埋弧焊焊丝力学性能MPa(3)试验工艺参数为了保证焊接质量，焊接时要严格控制线能量【2]。钢材正面根部焊道焊接时，电流的大小应选择适当，既要防止电流过大焊穿根部焊道，又要保证至少熔化50％以上的钝边；背面根部焊道焊接时，应选择较大的焊接电流，以保证获得足够的熔深[3]，从而排除未焊透和存在气孔等缺陷；而填充焊道焊接时，应采用中等电流多层(道)次焊接。此外，在焊接参数选择上还应注意焊接电流、电压和焊接速度相匹配L4]

7、。试验用焊接工艺参数见表3。表3试验用焊接工艺参数(4)试验结果用大钝边无间隙埋弧焊焊接新工艺进行焊接后，焊接试验件的焊缝表面成型良好且光亮均匀，无表面气孔、咬边等缺陷，焊缝尺寸能满足工艺要求。对试验件进行NDT检测显示，UT、RT、MT检测均无夹渣、裂纹等缺陷，结果合格(图3)。焊缝机械性能试验显示，拉伸、弯曲、硬度、冲击、宏观等试验结果均符合相关标准㈨要求。图3采用焊接新工艺焊缝横截面照片2．3焊接新工艺的优势所开发的焊接新工艺具有以下优势：(1)焊接参数选择合理，焊接时又严格控制了线能量大小，因此能够得到机械

8、性能良好的焊接接头；同时新工艺全部采用埋弧焊工艺，完全由机器操作，不仅可以大大提高焊接速度，而且焊接质量也能得到保证。(2)取消了碳弧气刨作业，可以明显减少气刨噪声，降低烟尘污染，显著改善车间施工环境。(3)与传统制管焊接工艺相比减少了STT焊接设备的投入和相应的人力投入，同时节约了STT封底焊所用焊材和坡口焊材填充量，可节约大量的焊材。(4)采用了较大的焊