淺談鉆井船樁腿接長過程控制

殷世兵 戴雯 李松 陳錫龍 王楊

摘 要：樁腿總組是鉆井船總體建造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而樁腿總組中的焊接更是重中之重；樁腿總組接長的關(guān)鍵是尺寸控制和焊接質(zhì)量；文章根據(jù)實際生產(chǎn)情況，首先對樁腿總組接長進行簡單介紹，然后對樁腿總組接長過程控制進行分析，為今后的焊接過程控制積累經(jīng)驗和提供參考。

關(guān)鍵詞：樁腿；焊接質(zhì)量；過程控制

1 前言

自升式鉆井平臺屬于海上移動式平臺，由于其定位能力強和作業(yè)穩(wěn)定性好，在大陸架海域的油氣勘探開發(fā)中居于主力軍的地位。我公司建造的200英尺自升式平臺是由一個上層平臺和三個能夠升降的桁架式樁腿（Spud Leg）所組成的海上平臺。鉆井船由主船體、樁靴、懸臂梁、樁腿等部分組成。

其中，樁腿是自升式鉆井船的關(guān)鍵支撐部件，其建造質(zhì)量直接影響到鉆井船的使用壽命。公司建造的200英尺自升式鉆井船采用三個正三角形桁架式樁腿。樁腿的長度為93.36m，每一條樁腿的建造分四段進行車間接長，最后進行場地總組接長工作。

2 樁靴與齒條板焊接工藝

2.1 母材

樁靴材質(zhì)為E500高強度鋼板，齒條為S690高強度鋼材；齒條需進行A級超聲波探傷檢查。

2.2 焊前預(yù)熱，焊接過程溫度控制及焊后熱處理

為避免產(chǎn)生裂紋，所有涉及到S690高強度鋼的焊接，采用電阻加熱進行最低150°C的預(yù)熱， 預(yù)熱范圍為焊縫周圍至少150mm，層間溫度最高為200°C且必須保持在整個焊接過程中不低于150°C。焊接完成后馬上對焊道進行焊后保溫工作，250°C±50°C保溫2-3小時。

2.3 焊接使用焊材

齒條與樁靴的連接采用手工電弧焊（SMAW），用FOX EV60 PIPE焊條打底，與母材屬于低強匹配；用FOX EV65的3.2mm或4.0mm焊材填充，用FOX EV65的3.2mm焊材蓋面，與母材屬于等強匹配。

2.4 坡口形式

齒條板與樁靴E500板采用K型坡口，一邊三分之一，另一邊三分之二，在三分之一邊清根，避免了對開坡口清根后坡口變大，變形變大。

2.5 焊接變形控制措施

在焊接過程中對焊件進行了局部的、不均勻的加熱是產(chǎn)生焊接應(yīng)力及變形的基本原因。

現(xiàn)場焊接的焊工均為較有經(jīng)驗的焊工，在領(lǐng)用焊條時，一次領(lǐng)取四小時用量，不允許焊條重復(fù)烘干使用，取完焊條及時蓋好焊條保溫筒蓋。現(xiàn)場采用了合理的焊接順序，樁靴的E500板和齒條連接為對稱結(jié)構(gòu)，K型坡口，為了防止焊接變形，現(xiàn)場采取了分3段焊接方法，先焊E500板中間段，再焊兩端；焊接采用立向上焊，先由一名焊工在一面打底，另一名焊工在對面清根填充一遍，然后每段由兩名焊工同時施焊。

2.6 焊后檢驗

在樁靴與齒條焊接完成之后需要進行焊后檢驗，焊后檢驗包括尺寸檢驗和焊接質(zhì)量檢驗。

（1）外觀檢驗：焊縫表面不允許出現(xiàn)裂紋、未熔合、氣孔、夾渣、焊瘤等缺陷，單條焊道寬度不超過2.5倍的焊條直徑，飛濺與焊瘤應(yīng)打磨干凈，邊角過渡圓滑光順美觀。（2）NDT檢測。齒條接長的每個焊接接頭均要求進行100%MT+100%UT探傷。

3 分段接長焊接的過程控制

分段樁腿所有的焊接工作結(jié)束并驗收合格之后，現(xiàn)場進行分段的吊裝接長工作，當(dāng)分段吊裝到位時，利用接頭處的特制卡子提高組對精度；當(dāng)組對完成后，并通過尺寸檢驗后，分段連接焊接工作開始：分段連接焊接工作包括齒條對接焊接和半圓板焊接。

3.1 焊接變形控制措施

在焊接過程中的焊接變形是影響齒條尺寸的主要因素；齒條板對接時，對接立縫主要會引起齒條板對接接頭的縱向收縮變形和角變形，體現(xiàn)在齒條板齒間距（焊接處）、平直度（上、下齒）。

為了較好的控制焊接變形，現(xiàn)場采取對稱焊接方法：齒條板對接時，先由一名焊工對一側(cè)坡口進行施焊2-3層，然后由另一名焊工在對背面進行打磨處理后進行背面填充焊接。當(dāng)兩側(cè)焊肉厚度基本相同后，兩人開始同時施焊；半圓板環(huán)縫、縱縫焊接時，安排兩名焊工在齒條板兩側(cè)對稱施焊；為了更好的平衡焊接變形，應(yīng)該保證坡口兩側(cè)的焊接熱輸入一致。

齒條板對接坡口為雙V坡口，采用雙數(shù)焊工對稱施焊可以減小坡口兩側(cè)焊縫的引起的齒條板的角變形。半圓板焊接時，4條半圓環(huán)縫、4條縱縫均對稱分布于齒條板兩側(cè)，采用對稱焊接法可以抵消環(huán)縫焊接引起的齒條板角變形和縱縫焊接引起的齒條板撓曲變形。

3.2 焊接過程中的尺寸控制

在施工中，加強對齒條尺寸的測量；尺寸檢查時，對測量點處上/下齒條的平直度、上齒條的撓度和接口處焊接收縮量進行測量。

齒條板厚度較大，齒條板對接每側(cè)所需的焊接層數(shù)在18-19層左右，焊接過程中的尺寸檢查安排在：第1層、第3層、5層、9層、12層、15層、蓋面、去除固定件時。半圓板厚度較小，半圓板焊接所需的焊接層數(shù)在7-8層，焊接過程的尺寸檢查安排在：第1層、第4層、蓋面、去除固定件時。在焊接過程中，如果測量結(jié)果顯示齒條變形超過公差要求，要通過焊工焊接配合來對變形進行調(diào)節(jié)，并且在隨后的每層都要進行尺寸檢查，直到焊接變形得到控制。由于齒條的厚度很大，若在焊后發(fā)現(xiàn)焊接變形較大，則很難糾正。因此必須做到在焊接過程中時刻監(jiān)測齒條尺寸變化，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正；此措施有利于保證尺寸變化在公差要求范圍內(nèi)。

3.3 分段接長裂紋控制措施

由于樁腿的齒條材質(zhì)為低合金高強度鋼，冷裂紋在這類焊材中最容易出現(xiàn)，也是最危險的焊接缺陷。冷裂紋的形成與焊縫金屬中氫含量、氫的擴散和富集有關(guān)。冷裂縫的延遲現(xiàn)象主要原因是氫的擴散、富集， 誘發(fā)裂縫需要一定的時間造成。高強鋼焊接接頭的含氫量越高，則冷裂紋產(chǎn)生的可能性越大。生產(chǎn)中為了防止冷裂紋，必須盡量控制焊縫中的含氫量。

在焊接接頭復(fù)雜的應(yīng)力場中，應(yīng)力梯度越大，氫的擴散驅(qū)動力也越大，也就更容易使氫向應(yīng)變集中區(qū)擴散和聚集，從而產(chǎn)生裂紋。因此，生產(chǎn)中能夠有效減小焊接應(yīng)力的措施都有利于防止冷裂紋的產(chǎn)生。

以上是可能產(chǎn)生冷裂紋的原因；現(xiàn)實中，青島場地空氣濕度較大，加之接長為高空作業(yè)，受到風(fēng)速影響；另外，母材厚度較厚也比較容易出現(xiàn)焊后接頭應(yīng)力。為了防止冷裂紋的產(chǎn)生，現(xiàn)場采取以下措施：（1）坡口做打磨處理；（2）嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度；（3）使用烘干焊材，合理保管焊材；（4）預(yù)留收縮余量及合理的焊接順序。

4 結(jié)束語

鉆井船的樁腿總組接長是鉆井船建造中的最重要的環(huán)節(jié)之一?？偨M過程中的焊接過程中的焊接變形及裂紋預(yù)防是接長工作的重點和難點?？偟膩碚f，坡口清理、預(yù)留焊接收縮余量、焊前預(yù)熱、合理的焊接順序，不間斷的尺寸監(jiān)控、嚴(yán)格的焊材使用及保管程序、焊后保溫等措施，保證了焊接合格率。