海洋平臺TKY節(jié)點6GR位置焊接技術(shù)

歷超 孫志廣 張彬

摘要：針對海洋平臺的建設(shè)特點，結(jié)合諸多工程項目實例和成功經(jīng)驗，介紹了海洋平臺TKY節(jié)點6GR位置考核規(guī)則、焊接試件的準備及裝配，并從典型焊接工藝，以及封底焊、填充焊、蓋面焊等主要控制點方面進行歸納和總結(jié);TKY節(jié)點的連接是結(jié)構(gòu)物構(gòu)件之間的關(guān)鍵連接位置，可以使構(gòu)件之間形成封閉的完整結(jié)構(gòu)體，該位置的焊接工作是焊接質(zhì)量控制的重點和難點，6GR技術(shù)的引入對海洋平臺和結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量控制帶來了新思路。

關(guān)鍵詞：海洋平臺;管相貫節(jié)點;6GR位置;焊接

中圖分類號：TG457 文獻標志碼：B 文章編號：1001-2303（2020）08-0083-03

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.08.17

0 前言

海洋平臺是用鋼管、型鋼及板材焊接而成的復雜、大型空間結(jié)構(gòu)物，為在海上進行鉆井、采油、集運、觀測、導航以及施工等活動提供生產(chǎn)和生活設(shè)施，其中大型管相交的節(jié)點主要有T形、K形和Y形（即TKY節(jié)點），是結(jié)構(gòu)中最重要的焊接結(jié)構(gòu)。作為整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中明顯區(qū)，該部位極易產(chǎn)生疲勞破壞，從而降低結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，所以TKY節(jié)點的焊接質(zhì)量要求非常嚴格[1-3]。在美國焊接協(xié)會鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范AWS D1.1-2010 Structural Welding code-Steel中，明確規(guī)定了必須經(jīng)權(quán)威第三方認證合格的6GR位置焊工才能進行TKY節(jié)點的焊接作業(yè)。

1 6GR位置考核規(guī)則要求

美國焊接協(xié)會鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范AWS D1.1-2010 Structural Welding code-Steel為考核參加海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)TKY節(jié)點焊接作業(yè)的焊工操作技能專門設(shè)計了一種特殊試件，即6GR接頭形式[4]。取得6GR位置焊接資格方可承擔海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)中任何部位的焊接任務(wù)。該試件外徑相同但不等厚，厚壁大于或者等于5 mm，厚壁為直口，薄壁為坡口形式，坡口角度37.5°，是一種坡口與直口組合的焊縫形式，焊接時帶限制環(huán)，具體形式如圖1所示。

6GR位置考核規(guī)則要求如下：

（1）6GR位置考核試件為管對接斜45°固定，斜45°固定坡口端位于下部，圓周限制環(huán)距直口邊緣13 mm。

（2）嚴格按焊工考核程序進行操作。

（3）試件開始焊接后，其位置不得隨意改變。

（4）如有違章操作將停止焊接操作考核。

（5）焊接結(jié)束后，焊縫表面清理干凈，保持焊縫原始狀態(tài)，嚴禁修補、打磨、錘擊等。

（6）蓋面焊接嚴禁使用封底焊條。

2 6GR位置試件的準備及裝配

2.1 6GR位置試件的準備

（1）焊條的選用與烘干。選用φ3.2 mm E7016（LB-52U）焊條，φ3.2 mm E7018-1（CHE58-1）焊條，使用前在350～400 ℃溫度范圍內(nèi)烘干，保溫1～2 h。烘干后的焊條放入保溫桶內(nèi)，隨用隨取，保溫桶始終處于保溫狀態(tài)。

（2）6GR位置焊接試件通常選用20#鋼管，規(guī)格分別為φ219 mm×20 mm×150 mm（直口），φ219 mm×12.7 mm×150 mm（37.5°坡口，1～2 mm鈍邊）。焊接試件坡口面及邊緣20 mm以內(nèi)需打磨清理至露出金屬光澤。

（3）焊接試件配置3塊10 mm×65（72） mm×300 mm筋板，以筋板中心為基準，一端寬65 mm，另一端72 mm。材質(zhì)通常選用Q235A或Q235B。

（4）焊接試件配置規(guī)格為φ520 mm（外徑）/φ225 mm（內(nèi)徑）×6～8 mm（板厚）的限制圈。材質(zhì)通常選用Q235A或Q235B。

2.2 6GR位置試件的裝備要求

（1）焊接試件組對前表面處理須檢驗合格。

（2）為防止焊縫間隙收縮，焊接試件組對采用內(nèi)設(shè)筋板剛性固定，內(nèi)設(shè)筋板三等分試件圓周放置，且在筋板同一側(cè)點焊，以便焊后去除。

（3）焊接試件裝配間隙3～4 mm，裝配錯變量不高于1.2 mm。

3 6GR位置焊接技術(shù)

3.1 典型焊接工藝參數(shù)

焊條電弧焊設(shè)備簡單、操作靈活，適用于各種位置焊接，尤其是海洋平臺T、K、Y節(jié)點的全位置焊接[5-6]。海洋平臺TKY節(jié)點6GR位置采用焊條電弧焊的典型焊接工藝參數(shù)如表1所示，需要注意的是，示例焊接工藝參數(shù)僅是參考數(shù)值，實際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況靈活調(diào)整。

3.2 焊接操作

6GR位置焊縫厚度13 mm，焊接中采用多層多道焊，通常為“四層五道”焊縫。分別從封底、填充及蓋面焊接主要控制點介紹焊接操作技術(shù)。

3.2.1 封底焊主要控制點

（1）采用鋸齒形小擺動或直線形運條法。引弧時在上部直邊面上6點前位或后位引弧。受制于限制圈的存在，焊間打磨只能以順時針方向進行。因此，引弧以6點前位為最佳。

（2）封底焊中，應(yīng)嚴格控制焊條角度[7-8]。當焊條在坡口內(nèi)與上直邊夾角超過35°時，焊條會與下坡口面接觸形成阻力，不便于焊接運條操作。另外，會使背面靠直邊邊緣焊角較小，甚至焊趾無法焊透。當焊條在坡口內(nèi)與上直邊夾角小于35°或越來越小時，焊接電弧的熔融金屬過渡到直口邊緣會減少，易造成直口邊熔合不良等缺陷。所以封底焊中焊條角度在坡口內(nèi)全周與上直邊成35°夾角，與環(huán)周焊接方向成90°±5°（不同位置選擇不同角度）夾角，方可得到滿足要求的封底焊縫，如圖2所示。

（3）封底焊時應(yīng)壓低電弧操作。焊接熔池截面上的力分解為頂壓電弧、封底成形以及緊靠直邊、電弧加熱熔化直邊的電弧吹力。壓低電弧操作，2/3的熔融金屬過渡到直邊被焊側(cè)，確保良好的焊縫成形。

3.2.2 填充焊主要控制點

（1）封底焊接結(jié)束后，用砂輪機對焊縫進行規(guī)范的打磨清理。操作不當或者打磨過深，極易造成第二層焊道焊接時燒穿。規(guī)范打磨方法如圖3所示。

（2）填充焊接過程中，注意觀察熔化金屬水平面[8]，始終保持電弧熔池水平走向，擺動運條，電弧在下側(cè)坡口前移幅度略大、停留時間略長，以防熔化金屬下垂造成焊縫成形不良。填充焊接后焊道坡口焊槽上下深度需相同，嚴禁出現(xiàn)凸起或凹陷，以免對蓋面后外觀成形造成不良影響。

（3）焊接過程中必須持續(xù)關(guān)注直口面的熔合情況，避免出現(xiàn)夾渣或者未熔合等焊接缺陷。

3.2.3 蓋面焊主要控制點

（1）蓋面焊接前要對電弧擦傷等影響外觀質(zhì)量的不利因素進行檢查和徹底清除。

（2）蓋面焊接第一道焊縫施焊，起焊點應(yīng)超過焊接試件半圓的10～20 mm。引燃電弧后，直線運條施焊10～20 mm，轉(zhuǎn)換至斜鋸齒運條法，逐漸增大擺幅寬度，并形成一斜坡型接頭搭接平臺，以保證接頭成形良好。

（3）焊接試件兩側(cè)立焊位置焊接，運條速度需略快，從而得到窄薄的焊縫接頭。

（4）在保證焊接質(zhì)量的同時，需采用短弧、快焊方法，完工焊縫波紋細、平整美觀，焊層薄。

4 結(jié)論

結(jié)合海洋石油工程諸多工程項目中6GR位置焊接培訓考核實例和成功經(jīng)驗，從諸多方面介紹了海洋平臺管相貫節(jié)點6GR位置焊接技術(shù)，以期為類似項目的TKY節(jié)點焊接工作提供些許指導和借鑒。

參考文獻：

[1] 閔祥軍，王文貴. 海洋鋼結(jié)構(gòu)TKY管節(jié)點的焊接工藝[A].2010全國鋼結(jié)構(gòu)學術(shù)年會論文集[C]. 2010.

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[7] 謝玲，熊根良. 焊工經(jīng)驗與技能運用于焊接的研究現(xiàn)狀及展望[J]. 熱加工工藝，2019，48（17）：1-4.

[8] 程晉宜，孫小磊. 海洋工程6GR焊工培訓新方法[J]. 電焊機，2011，41（1）：95-97.

收稿日期：2020-02-21

作者簡介：歷 超（1983— ），男，碩士，高級工程師，主要從事海洋石油工程項目管理等工作。E-mail：lichao@cooec.com.cn。