1、常用海洋平臺鋼結構焊接技術和要求摘要：近幾年來，隨著經(jīng)濟和科技的日益發(fā)展，海洋作為人類的生產(chǎn)活動的重 要領域，其價值，尤其是深海，已經(jīng)成為國際上研究、開發(fā)的重點關注的對象； 而在海洋開發(fā)中，海洋平臺作為人類在海洋生產(chǎn)活動的載體，其為了滿足生產(chǎn)活 動的需求，結構日趨大型化，復雜化，目前海洋平臺結構一般采用鋼結構焊接的 連接形式，其結構的大型化和復雜化，會使構件厚度增加和焊縫更加復雜，因此 在海洋平臺建造及改造時，對結構焊接的要求也越來越高。作者在本文中介紹目 前海洋平臺結構常用的焊接技術和要求。關鍵詞：鋼結構;海洋平臺;焊接海洋平臺結構主要連接有：梁與柱，梁與梁，管與柱連接等，除此之外，還有吊耳

2、這種 非規(guī)則性的大型構件的連接。隨著國家走向深海，海洋平臺結構需要在越來越惡劣的海洋環(huán) 境作業(yè)，為適應其需求，海洋工程也隨之產(chǎn)生不少新型的焊接技術，但新型技術目前應用較 少，價格較高，所以本文只對近幾年常用的焊接技術做說明。海洋平臺結構焊接的特點我國海洋平臺焊接主要采用的規(guī)范為美國焊接學會標準鋼結構焊接規(guī)范（AWS D1.1/D1.1M），海洋平臺一般設計壽命為20年到25年，其焊接工藝方面：1）為了防止冷裂縫和提高熱影響區(qū)的韌性，多采用低氫型和超低氫型堿性焊條；2）焊接熱量輸入通常限制在4050kJ/cm的范圍，以確保焊接接頭的韌性和抗脆斷性;3）厚板焊件，一般焊前需預熱，以防止裂紋發(fā)生；4

3、）大型組合梁焊接，特別是海上鉆機的滑軌有特殊的設計和建造公差；5）管節(jié)點和關鍵部件焊后還需要進行熱處理，以消除焊接殘余應力；6）管件桁架結構大多采用全位置、全熔透、多層多道手工焊接；7）承受交變應力的管節(jié)點和關鍵構件的焊縫需根據(jù)設計要求進行磨修或熔修，以修整焊 縫和消除表面缺陷，減少應力集中，提高疲勞壽命。此位置的疲勞壽命不得小于5倍的設計 壽命外加1年的安裝時間；8）對于焊縫厚度超過50mm的大型構件有特殊要求，比如吊耳的焊縫。對海洋平臺結構焊接件的機械性能要求所有的焊接件的機械性能試驗至少滿足規(guī)范的最低要求。所有的焊接件的機械性能試驗應由有認證的實驗室和機構進行，同時業(yè)主和第三方機構 需在

4、現(xiàn)場見證。一般的機械性能試驗有：1）橫向拉伸試驗2）彎曲試驗3）宏觀斷面和硬度試驗4）夏比V形缺口沖擊試驗5）堆焊鑒定試驗海洋平臺結構焊接材料的選擇國內(nèi)海洋平臺用鋼多數(shù)是碳素鋼（GB/T 700）、船舶及海洋工程用鋼（GB 712）和低合 金高強度鋼（GB/T 1591）。在選擇焊接材料時，應選用與鋼材相匹配的焊條或焊絲和焊劑， 使焊后焊縫金屬和焊接接頭的性能與母材的性能基本一樣，阻止焊縫和熱影響區(qū)焊接裂紋的 發(fā)生和擴展，不致發(fā)生脆斷和疲勞。焊接材料還要根據(jù)平臺構件級別不同，分別選用不同級別的材料。次要構件選用普通結 構鋼焊條，如J422、J423或等，主要構件選用相應級別的低氫型堿性焊條，如

5、J427、J507等， 對于特殊構件，一定要用相應等級的低氫型或超低氫型堿性焊接材料，以防止冷裂紋和提高 焊縫金屬和焊接頭的韌性。對于約束較多、應力集中的節(jié)點，選用塑性韌性好的低氫堿性焊 條和韌性高的焊絲和堿性焊劑，Z向性能鋼的焊接選用低氫型和超低氫型焊接材料。海洋平臺結構焊接4.1焊接工藝確定焊接工藝規(guī)程是根據(jù)焊接工藝合格記錄制定的規(guī)程，是對初步焊接工藝規(guī)程的修正。焊接工藝規(guī)程應包括下列內(nèi)容：1）鋼材的等級和尺寸；2）焊接材料（焊條、焊絲、焊劑）等級、牌號及規(guī)格；3）接口、坡口的設計及公差要求；4）焊接的位置，包括平焊、橫焊、立焊、仰焊等；5）焊接順序；6）焊接參數(shù)，包括焊接電流、電弧、電壓

6、、焊接速度和熱量輸入范圍；7）焊前預熱和層間溫度；8）焊后熱處理參數(shù)。4.2焊工和無損檢測人員認可參加管節(jié)點焊縫焊接的工人和無損檢測人員，要經(jīng)過專門的考試認定，現(xiàn)場焊接管節(jié)點 的焊工需取得相關合格考試認定。4.3常用的焊接方法常用的焊接方法有三類：熔焊、壓焊和釬焊，海洋平臺結構焊接主要采用熔焊，其中埋 弧自動焊、手工電弧焊和CO2氣體保護焊應用最廣。4.4焊接環(huán)境和施焊條件焊接作業(yè)在具有防風、防雨雪的遮蔽條件下進行，特別是在露天進行氣體保護焊時。一 定要有防風措施。施焊時的環(huán)境溫度不得低于經(jīng)批準的焊接工藝認可試驗所規(guī)定的最低溫度， 一般風速不得超過5級，相對濕度不得大于90%。4.5預熱和層間

7、溫度遇有下列情形之一時，焊接前應預熱，預熱溫度應與認可的焊接工藝一致：1）焊接高強度鋼，特別是淬火回火鋼，厚橫截面鋼材或承受高約束的鋼材；2）高濕度條件下；3）鋼材的溫度低于0C。點焊、制造焊接、碳弧氣刨和熱切割的預熱要求是一致的，預熱應遵循規(guī)范和標準，并 與焊接工藝規(guī)程一致。當環(huán)境溫度等于或低于-20C時，除非采取業(yè)主批準的特定防護措施來保持要求的預熱溫 度，否則不應進行焊接操作。預熱溫度的允許變化范圍為+50C到0C之間，最大層間溫度不超過250C。對于50C或更高溫度的預熱應采用電加熱器或氣加熱器，但不可采用氣割槍預熱。焊縫準備區(qū)兩側至少75mm范圍內(nèi)應達到最小預熱溫度。預熱和層間溫度的

8、測量可以采用溫度顯示碳棒、熱電偶、接觸溫度計或者業(yè)主認可的溫 度測量方法。焊接中斷后，再次開始焊接前應重新進行預熱。4.6坡口預制焊縫坡口面預制應采用熱切割、打磨或者機械加工，開坡坡口面和所有其他焊接面距離 焊縫邊緣至少12mm范圍內(nèi)均應清理為光潔面。坡口面應進行100%目測檢驗。預制完成的焊縫破口應光滑，不存在凹陷、缺損，以免影響焊縫質量。由于火焰切割造 成的凹槽如果深度小于5mm，在焊接前應局部打磨至平滑輪廓，如果凹槽深度大于5mm， 應按照業(yè)主批準的焊接工藝規(guī)程進行坡口修正。如果焊接接頭處根部間隙超過規(guī)范要求，焊接接頭應進行修整。如果焊縫一側或者兩側 不可能進行修整，應采用堆焊層加打磨直

9、至滿足規(guī)范誤差要求。根據(jù)已批準的焊接程序，堆焊層高度尺寸需小于2t（t為較小板厚值），如果超過此要求， 需重新進行預制工作。不應采用永久性背面墊板條，臨時背面墊板條應與焊接母材具有相同的公稱成分，并且 在焊接結束后予以移除。4.7常見焊縫類型海洋平臺結構焊縫常見的焊縫有：1）對接縫，海洋平臺結構的對接縫一般為全熔透焊，對于厚度超過6mm的構件對接， 采用構件開坡口的形式，保證構件的厚度能充分焊透，常用的坡口形式為V型和X型，厚度 小于20mm的采用V型坡口，大于或等于20mm的采用X型坡口。2）角焊縫，對于大厚度板全熔透角焊縫，焊接應力高，應力集中嚴重。為減少應力集中， 要求角焊縫表面成為凹面

10、形，并平滑地向母材表面過渡。對特殊構件（關鍵構件）的角焊縫 施焊時，焊工應仔細地焊成凹面形，并要求修整加工。3）多層多道縫，高強鋼構件時需要進行多層、多道焊接，焊接時采用窄道焊而不作橫向 擺動的運條技術，每道焊縫以不超過7mm為宜。海洋平臺結構焊縫檢驗海洋平臺結構焊縫檢驗采用外觀檢驗（目測）和無損檢驗。檢驗人員應通過有效的視力 檢查（滿足規(guī)范中相關要求），此視力檢查有效期為三年，檢驗人員必須在有效期內(nèi)才可以 進行檢驗工作。無損檢驗（NDT）程序應遵循規(guī)范，檢驗員根據(jù)規(guī)范或被認可的同等規(guī)范進 行工藝鑒定，并負責材料的接收或者拒收。常用的無損檢驗的方法有：射線檢驗（RT）、超聲波檢驗（UT）和磁粉

11、檢驗（MPI）。結構構件或焊接節(jié)點分為主要構件、次要構件和附屬構件，主要構件一般需100%進行目 測檢驗，磁粉檢驗和超聲波檢驗或射線檢驗，次要構件則一般需100%進行目測檢驗，50%或 10%的磁粉檢驗和用超聲波檢驗或射線檢驗抽檢，附屬構件僅需100%進行目測檢驗。對于關鍵構件檢驗，如吊耳的檢驗，應該焊接完成48小時后在進行無損檢驗，并在所有 吊耳焊接完成15天后、結構出海前進行無損檢驗復查。如果需進行多次吊裝操作，在每次 吊裝操作后應再次進行復查。超聲波檢驗或射線檢驗的無損檢驗報告應對圖紙數(shù)目、焊工標識編碼、檢驗的焊接節(jié)點 描述清楚且可追溯。磁粉檢驗報告應建立在對給定圖紙一定百分比焊縫檢驗的

12、基礎上。海洋平臺結構焊接公差隨著海洋平臺的大型化，各種尺寸的大型組合梁應用到海洋平臺結構中，組合梁由大厚 度的板材焊接而成，由于焊縫過長，焊縫較為集中，容易導致焊接變形，尤其在鉆機滑軌方 面。焊接變形會導致結構的承載力下降，也對結構安裝精度有很大影響，在焊接時應選擇合 理的焊接順序，采用反變形法，設計應盡可能采用對稱焊縫來消除焊縫及其熱影響區(qū)殘余應 力。對于已發(fā)生焊接變形的構件，可以采用機械矯正法和火焰矯正法，使構件的尺寸公差滿 足規(guī)范和設計要求。結束語本文總結了目前國內(nèi)海洋平臺的常用焊接技術和要求，其經(jīng)濟性和實用性仍為海洋平臺 陸上預制的主流技術和要求，但難在水下應用，目前老平臺的改造和遠海作業(yè)則需要水下焊 接，將目前的常用的焊接技術應用到新的環(huán)境，是未來海洋平臺焊接技術研究和發(fā)展的一個 方向和重點。參考文獻：美國焊接學會標準.鋼結構焊接規(guī)范（AWS）D1.1/D1.1MS.北京：石油工業(yè)出版社，2