海洋石油平臺鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制

張歡歡

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

海洋石油平臺鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制

張歡歡

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

對海洋石油平臺鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中的組對檢驗、過程監(jiān)控、焊后外觀檢驗等進行描述。分析了在一些焊接參數(shù)失去控制以后可能產(chǎn)生某些缺陷的原因，并強調(diào)了幾點注意事項，總結(jié)出一套采油平臺鋼結(jié)構(gòu)焊接的質(zhì)量控制方法?？蔀楸Ｕ虾Ｑ笫推脚_鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量提供有效的參考。

海洋石油平臺； 組對檢驗； 過程監(jiān)控； 焊接熱輸入；外觀檢驗

0 引 言

隨著國家海洋石油戰(zhàn)略由淺水逐漸走向深水，我國的海洋石油平臺結(jié)構(gòu)越來越大型化和專業(yè)化，因此對平臺的建造質(zhì)量要求也越來越高。由于鋼結(jié)構(gòu)是構(gòu)成海洋石油平臺的主體桁架，起著承載生活樓、各種電氣控制設(shè)備和輸油管線設(shè)備的作用，在海中常年經(jīng)受潮汐、浪涌、大風等復雜外力作用，因此，鋼結(jié)構(gòu)良好的焊接質(zhì)量成為保證平臺工作人員和設(shè)備設(shè)施安全的關(guān)鍵因素。本文將對海洋石油平臺鋼結(jié)構(gòu)建造過程中如何做好焊接質(zhì)量控制進行討論。

1 海洋石油平臺鋼結(jié)構(gòu)組對檢驗

1.1 核查組對尺寸

鋼結(jié)構(gòu)自身尺寸的核查主要是依據(jù)施工圖紙對待檢鋼結(jié)構(gòu)的自身尺寸進行核查。例如卷管(包括導管腿、鋼樁、拉筋等)自身的厚度、長度、直徑、橢圓度、錯邊情況等，吊點自身的厚度、長度、寬度等。圖1所示為對BZ34-24 CEPA平臺導管架進行卷管長度測量的照片。

圖1 卷管長度測量Fig.1 Length measurement for a pipe

鋼結(jié)構(gòu)定位尺寸的核查主要是依據(jù)施工圖紙對待檢鋼結(jié)構(gòu)的定位尺寸進行核查。例如卷管(包括導管腿、鋼樁、拉筋等)接長縱縫錯開位置是否為180°，吊點、支管等在主管上的分布位置，多個卷管的直線度，多個支管的同心度，平臺組合梁之間的距離，過渡段的彎曲角度等。

上述尺寸偏差依據(jù)的主要檢驗標準有美國石油學會(API)標準API 2B，API 1104，美國焊接學會(AWS)標準AWS D1.1及業(yè)主規(guī)格書等。

1.2 檢查坡口情況

主結(jié)構(gòu)的焊接，其坡口通常采用全熔透形式。在焊接之前，質(zhì)量控制人員需要檢查坡口情況是否滿足經(jīng)業(yè)主批準的焊接工藝規(guī)程(WPS)的要求。WPS描述了對于適用結(jié)構(gòu)所開坡口的型式，包括坡口根部間隙、坡口角度、鈍邊情況、坡口周圍清理、預熱溫度、焊后熱處理以及使用的焊材種類等。WPS需要張貼在施工現(xiàn)場焊工能夠及時查看的地方。

根部間隙、坡口角度和鈍邊大小需要控制在WPS允許的范圍內(nèi)。根部間隙過大則焊材不易填滿，填滿以后的強度也不易達標；間隙過小則焊條伸不進去，根部不易施焊。坡口角度過大會造成焊道的熱輸入過大，增加焊材填充量和焊接時間，效率低下；坡口角度過小則坡口根部不易焊透，造成接頭強度不夠[1]。鈍邊太厚不易焊透；鈍邊太薄容易燒穿。因此，質(zhì)量控制人員必須檢查這些組對參數(shù)，將其控制在WPS允許的范圍內(nèi)，才能夠有效地防止焊接缺陷的產(chǎn)生，保證焊接質(zhì)量。圖2給出了BZ34-24 CEPA平臺導管腿支管接頭根部間隙檢查的照片。

圖2 根部間隙檢查Fig.2 Inspection of root opening

坡口清理情況也需要仔細檢查，要保證接頭區(qū)域以及距離接頭至少25 mm范圍內(nèi)沒有鐵銹、油漆、水汽、油脂、粉塵等污物[2]，因為這些污物通常含有氫元素，在焊接過程中，接頭熱輸入產(chǎn)生的高溫會使氫元素擴散進入焊道內(nèi)部，當這些擴散氫來不及逸出時，就會殘留在焊道內(nèi)，從而產(chǎn)生氣孔和氫致裂紋，因此，在檢查過程中，一旦發(fā)現(xiàn)異物，質(zhì)量控制人員應(yīng)該要求焊工使用合適的砂輪片或者鋼絲刷進行清理。

1.3 檢查坡口預熱情況

預熱是焊接開始前對被焊工件的全部或局部進行適當加熱的工藝措施。預熱可以減小接頭焊后冷卻速度，避免產(chǎn)生淬硬組織，加速氫的擴散和逸出，減少熱影響區(qū)氫含量，還可以減小焊接應(yīng)力及變形。對于剛性大或焊接性差、容易產(chǎn)生冷裂紋的結(jié)構(gòu)，預熱是防止產(chǎn)生冷裂紋的有效措施。因此，對于質(zhì)量控制人員，焊前需要依據(jù)WPS檢查坡口的預熱溫度和預熱方式。

厚板(主結(jié)構(gòu))及高強鋼的預熱溫度要求較高，通常在110 ℃以上，預熱方式通常以烤把或者電阻加熱片為主，以WPS描述的為準。測量最終預熱溫度時，紅外線測溫槍的紅點要打在坡口周圍75 mm范圍內(nèi)，而不是直接打在坡口上，以保證整個接頭均勻加熱到WPS要求的溫度。圖3顯示的是對JZ9-3 WHPC平臺鋼樁組對接頭預熱溫度進行檢查時的情況。

圖3 預熱溫度檢查Fig.3 Inspection of preheating temperature

2 海洋采油平臺鋼結(jié)構(gòu)焊接過程監(jiān)控

在鋼結(jié)構(gòu)接頭焊接過程中，質(zhì)量控制人員需要經(jīng)常檢查焊工資質(zhì)、焊材烘干和保溫情況、擋風情況等。只有通過本項目焊工考試的人員，才有資格進行該項目鋼結(jié)構(gòu)的焊接工作。因此，焊工資質(zhì)是需要重點檢查的一項內(nèi)容。在焊接過程中，焊工要保護好所使用的焊條和焊絲，防止其受潮、污損等，對于低氫焊條，還要注意將其放在焊條筒內(nèi)進行保溫。質(zhì)量控制人員要經(jīng)常到施工現(xiàn)場巡查，一旦發(fā)現(xiàn)焊工有違規(guī)焊接行為，應(yīng)當及時制止。

對于重要結(jié)構(gòu)，如主吊點板、較厚的環(huán)板、導管腿等，一般都是多層多道焊接，質(zhì)量控制人員還要使用鉗形電流表、測溫槍等工具，監(jiān)控和記錄焊接電流、電壓、層間溫度等參數(shù)，并將其控制在WPS允許范圍內(nèi)。采取上述措施的目的是控制焊縫冷卻速度和熱輸入量，最終獲得性能良好的焊縫組織。在焊接過程中，隨著焊接線能量和層間溫度的增加，接頭熱影響區(qū)(HAZ)變寬，粗晶區(qū)變寬，當粗晶區(qū)晶粒變得粗大時，接頭的沖擊韌性會下降[3]；當熱輸入量過小、層間溫度過低時，焊道就會因冷卻速度過快而產(chǎn)生淬硬的馬氏體組織。圖4是監(jiān)控焊接電流的照片。

圖4 監(jiān)控焊接電流Fig.4 Monitoring of welding current

對于高強鋼，若在焊接完成以后需要立即進行焊后保溫緩慢冷卻，則質(zhì)量控制人員還要依據(jù)WPS監(jiān)控保溫溫度和時間。焊后熱處理的目的是消除殘余應(yīng)力，使擴散氫及時逸出，減少冷裂紋產(chǎn)生的可能。焊后消氫處理應(yīng)該在焊接完成以后立即進行，因為有實驗表明[4]，高強鋼擴散氫的含量會隨放置時間的延長而變化，焊后0.5～12 h區(qū)間，擴散氫的逸出速度很快，逸出量比較大，可達逸出總量的90%；焊后12～24 h區(qū)間，擴散氫逸出速度變慢；焊后24～72 h區(qū)間，擴散氫逸出量基本維持不變，消氫處理意義不大。圖5所示為對QK18-1 PAPA平臺吊機立柱焊后熱處理進行監(jiān)控的情況。

圖5 焊后熱處理監(jiān)控Fig.5 Monitoring of post-weld heat treatment

3 海洋采油平臺鋼結(jié)構(gòu)焊縫外觀檢驗

焊接完成以后，需要對焊縫進行外觀檢驗。質(zhì)量控制人員要用焊縫檢測尺測量焊縫余高，一般余高不應(yīng)超過3.2 mm，但也不能低于母材。此外，還要依據(jù)圖紙測量角焊縫的焊角尺寸。焊道打磨平整以后，要檢查表面是否存在氣孔、焊渣、焊瘤、未熔合、飛濺、裂紋、電弧擦傷、咬邊等缺陷。具體外觀驗收標準可參照API 2B，API 1104，AWS D1.1及業(yè)主規(guī)格書等。對于超標的缺陷，需要焊工進行打磨處理或者返修焊接。外觀檢驗合格以后，才能夠進行無損檢測。

4 結(jié) 論

綜上所述，海洋石油平臺鋼結(jié)構(gòu)焊接中產(chǎn)生缺陷的主要原因是坡口情況處理不當，預熱溫度不夠，焊材使用不當，電流、電壓超出WPS范圍，焊后熱處理時機把握不當?shù)纫蛩?。因此，焊接檢驗員在實際檢驗工作中需要關(guān)注坡口清理、預熱溫度、電流、電壓和熱處理情況等重點因素，嚴格按照相關(guān)標準及業(yè)主規(guī)格書中的控制方法進行檢驗。采用上述質(zhì)量控制方法和原則，在中海油天津分公司QK18-1 PAPA平臺、BZ34-24 CEPA平臺導管架、JZ9-3 WHPC平臺等鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程中，已經(jīng)取得了不錯的效果，焊前組對一次合格率達到97%，焊后外觀一次合格率達到98%。這些方法可為保障海洋石油平臺結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量提供有效的參考。

[1] 管金鈺，劉錦明，花建軍，等. 坡口角度對熔深的影響[J]. 船海工程， 2013， 42(2)： 46.

[2] 劉玉江，徐風超，馬寧. 框架鋼支撐-鋼桁架結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制[J]. 建筑技術(shù)， 2012， 43(6)： 528.

[3] 陳鵬，王一戎，車小莉. 焊接規(guī)范對14MnNbq鋼焊接接頭低溫韌性的影響[J]. 電焊機， 2003， 33(9)： 48.

[4] 李興霞，崔國明，翟德梅，等. 高強鋼焊接接頭擴散氫行為研究[J]. 電焊機，2013， 43(8)： 46

WeldingQualityControlforOffshoreOilPlatformSteelStructure

ZHANG Huan-huan

(OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300452,China)

The operations including fit-up inspection, welding process monitoring and visual inspection during offshore oil platform steel structure welding are described. The reason of defects when some welding parameters get out of control are analyzed. Several aspects that we should pay attention to are emphasized. A method of welding quality control for oil platform steel structure is obtained, which can provide a reference for the quality assurance of offshore oil platform steel structure fabrication.

offshore oil platform; fit-up inspection; process monitoring; welding heat input; visual inspection

TE54;TU392.4

A

2095-7297(2014)02-0174-03

2014-05-29

張歡歡(1984-)，男，助理工程師，主要從事海洋采油平臺鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制方面的研究。