大型海洋钢结构加强环焊接工艺

大型海洋钢结构加强环焊接工艺

鄢德闯

中海福陆重工有限公司广东珠海519050

摘要：随着海洋工程领域的快速发展，钢结构的加工和生产管数量不断突飞猛进。由于油管的结构在海上平台，石油和天然气领域钢结构需要承受相对贫穷的载荷条件，从而确保钢管焊接结构的质量是首要任务。本文以DH36-Z35材质的导管加强环焊接工艺，焊接方法采用GMAW封底、SAW填充盖面，焊接材料选用JM—58、PREMIERWELDNi1K，使其焊接接头各项性能满足了产品设计、相关标准和项目技术文件要求。

关键词：海洋；钢结构；焊接工艺；焊接质量

海洋工程焊接结构是一种大型、复杂、特殊的工程结构，分为动态定位式和固定式两大类，涉及到大量的钢材加工，在海洋工程结构的建造过程中，焊接贯穿在各个环节中，焊接工作量占有相当大的比例。因此，如何在保证质量的前提下，节省焊接材料，提高焊接效率具有重要的研究价值。

一、概述

随着我国陆地油气资源的逐渐减少，海洋已成为我国陆上油气开发最重要、最现实的接替区。“海上大庆”的建成，标志着海洋石油能源从浅海向深海的过渡，海洋钢结构趋于大型化发展是这一过渡的重要依托。深水海洋石油平台结构中的导管架、组块都是大型的钢结构，为保证其在海况中的承受能力，在导管、组块立柱中设计加强环增加其结构强度。

加强环形式复杂多样，并朝着大壁厚、密集化、内部空间狭小发展，有的3m长导管内部加强环，且部分加强环带有翼缘环，这对现场施工带来了很大的困难，为保证焊接质量和焊接效率，减少制造周期，对某导管架项目加强环研究熔化极气体保护焊（GMAW）封底、埋弧焊（SAW）填充盖面工艺。

二、焊接工艺评定

母材使用GB/T5313—2010热轧钢板DH36—Z35，其化学成分如表所示，其厚度为80mm。

（1）焊接工艺分析。根据导。管加强环的结构特点，传统的焊接工艺采用焊条电弧焊和药芯CO2气体保护焊进行焊接，该焊接工艺的弊端主要表现为：①单位时间熔敷率小，焊接效率低。②对工人技能水平要求很高，易受焊工专业技能水平的影响，合格率低。③焊接成形较差，外观打磨处理工作量增加。④加强环焊接作业一般在半封闭空间内进行，加强环之间距离狭小，且预热温度高达110℃，施工人员面临着烟尘、高温等严峻考验，施工环境恶劣，安全性不高。根据该工艺存在的问题，分析熔化极气体保护焊封底、埋弧焊填充盖面工艺。该工艺在焊接加强环时需要将导管竖立，上坡口焊接完成后，将导管倒立，气刨清根完成后，进行埋弧填充盖面作业。

（2）坡口加工。加工K形坡口，坡口角度45°，组对间隙2～4mm，钝边厚度1～2mm。

（3）焊材选择。依据等强匹配原则，GMAW封底焊接焊丝选用JM—58，SAW填充盖面焊接焊丝选用PREMIERWELDNi1K和焊剂8500。

（4）试验结果。焊缝正面和背面无外观缺陷，通过磁粉检测合格率为100%，按照ASTMA578/A578M进行超声波检测，达到B级标准。焊接接头拉伸、全焊缝拉伸、弯曲、夏比冲击试验均满足AWSD1.1－2010标准及项目技术要求。

三、建立焊接质量管理体系

1、健全焊接质量管理体系。依照质量体系的综合要求，结合焊接作业的特点，重点做好以下几点工作：成立以生产经理为第一负责人的焊接质量领导小组，以小组为核心，工程师及质检人员为纽带，全体焊工为基础，建立全面质量管理体系。完善焊接质量控制台账，包括焊工台账、计量器具台账、设备台账、焊材领用记录、施焊记录、自检记录、无损检测返修台账、工序交接单等。

编制质量管理培训、质检培训和焊工培训计划，开展全员培训，开阔质量管理人员的思路和视野，提高质检人员的业务能力，提升焊工的技能水平。建立有效的质量奖惩机制，将焊工焊接合格率考评工作纳入质量管理常态化，以考评办法为依据，以日常焊接合格率统计为基础，全力推进焊工个人质量考评工作的开展，为焊接质量管理铺平道路。

2、严格执行质量作业文件的要求。施工前，质量管控人员必须学习质量标准，对于涉外项目，在掌握国外标准规范和技术要求的基础上，全体焊工要学习关键技术参数、质量控制要素，为质量管理的开展打基础、蓄能力。施工期间，质检人员要严格执行项目规格书、程序文件，ITP计划等，做好质量“三检”，强化过程控制，达到质量预控的目的。

3、积极开展焊接质量审查和管理评价。根据工程施工进度，积极开展焊接质量审查工作。对施工时暴露出的焊接质量问题进行检查、分析，对收获的质量管理经验进行总结、归纳。开展阶段性焊接质量评价工作。参照施工工期关键节点，对前一阶段的焊接质量情况、验收合格率情况进行数据汇总，根据统计结果找出焊接质量控制的薄弱点，以便在下一阶段重点监控。

四、焊接质量管理

1、控制影响施焊质量的人的因素。施工中，人既是质量控制的主体，又是客体。人对焊接质量的影响主要表现在以下几个方面：工程师、质检人员的素质、焊工的实践经验和技术水平、人力资源情况、人的错误行为和违规行为等。工程师、质检人员必须具备较高的文化素质，丰富的焊接生产实践经验，较强的组织管理能力，能够果断、正确地做出决策和采取有效的技术措施，领导队伍按时、保质完成焊接工作。焊工必须经过培训并考察合格方能上岗。施焊前，必须系统学习技术规范和工艺要求，掌握WPS的相关参数和要求；施焊期间，管理人员要对各工种的焊工因才施用、扬长避短，充分调动人的主观能动性、创造性；质检人员对焊工的工艺执行情况进行检查，对完成量和焊接合格率进行跟踪统计；阶段性工作完成后，工程师要对出现的焊接问题进行归纳、分析，对焊工的技能水平进行评价。

2、控制影响施焊质量的环境因素。对结构钢管焊接质量有重要影响的环境因素很多，归纳起来有三个方面：

（1）技术环境，包括湿度、温度、电磁场、作业空间、照明、气象等因素。例如，环境湿度大或温度低时管材焊接前必须预热；CO2气保焊及埋弧焊时远离磁场避免电弧偏吹产生气孔；风雨雪等气象因素下焊接必须采取防护措施；夜间施工的照明亮度对焊接质量影响较大等等。

（2）质量管理环境，包括质量管理体系、质量管理制度、工作制度、质量保证活动等。在当今加工制造领域竞争日趋激烈的环境下，建立并积极落实各项质量管理体系和管理制度对完成焊接质量目标、保障工程质量、塑造企业品牌和信誉方面将产生日益深刻的影响。

（3）劳动环境，主要包括劳动组合、劳动工具、工作面等。在结构钢管预制项目中，工期紧张、任务量大的情况较为普遍，当预制生产线不能满足产能要求且不允许二次转包时，就需要制作临时工装，利用移动埋弧小车进行补充施工，这是增大工作面的常用做法。各种环境因素不断变化对焊接质量会产生不同程度的影响。为确保工程质量的稳定，保证项目生产正常、有序进行，生产车间和分包商必须根据工程项目的特点和施工的具体条件，采取有效措施，对影响焊接质量的各种环境因素加以控制。

通过DH36—Z35钢板对接工艺试验，采用熔化极气体保护焊封底、埋弧焊填充盖面的焊接方法和JM—58、PREMIERWELDNi1K焊接材料，控制好热输入和层间温度，选择合适的焊接参数，采用多层多道焊工艺，验证了所选焊材和工艺能够满足相关标准和项目技术文件对接头强度和性能要求。

参考文献：

[1]韩小宁，冯冲.浅谈海洋平台焊接工艺现状及探讨[J].科技资讯，2013，21.

[2]靳伟亮.用于海洋平台S420高强度钢焊接工艺研究[J].焊管，2015，1.