勝利902鋪管工程船關鍵焊接技術

中石化勝利油建工程有限公司 （山東東營 257073） 遲艷芬 李 震

1.工程概況

勝利902為非自航鋪管船，主體為箱型結構，船體總長118.8m，型寬30.4m，型深8.4m，吃水5.0m，總噸位為14500t（見圖1）。在主甲板右舷設有鋪管作業線，設置有焊接設備、NDT設備、涂敷設備和其他輔助設備；主甲板左舷設有能存放約2000t管線的管線儲存區。管子的裝卸和移動由1臺35t全旋轉吊車、滾輪和傳送裝置完成。船艏主甲板設有6層生活樓，滿員200人時能保持60天自持作業能力，頂部設有直升機登機坪。船艉設置一臺起重能力400t（固定式）/350t（全旋轉式）海洋工程大型起重機。鋪管作業最大水深為100m。

圖1 勝利902鋪管工程船竣工

2.焊接難點

勝利902鋪管工程船的建造過程中存在以下焊接難點：①吊機立柱（見圖2）至下而上貫通，所有艙壁、甲板及底板均有密集的加強結構，多處空間狹小，結構復雜、施工困難，且尺寸精度要求高。②勝利902鋪管工程船的艏部、艉部、兩舷均為線型結構，尤其是艏艉的兩舷為雙曲線結構，對焊接變形控制要求較高。③右舷鋪管作業線艉段主甲板設計為凹陷甲板，有不規則坡度，受力強度大，加強結構復雜。④右舷鋪管作業線艉部設有A字架結構，主要采用高強度船用鋼板，鋼板較厚且板厚差變化大，板厚差最大為80mm，與A字架箱體連接加強結構較多，作業空間狹小施工難度大。⑤托管架鉸軸座（見圖3）是連接托管架與船體的重要結構，載荷強度大，尺寸精度要求高，使用了大量的厚板材，最厚達150mm，是船體結構的常規板材厚度的10倍。這大大增加了焊接收縮量，將嚴重影響鉸軸座的安裝精度以及托管架的受力情況。

圖2 正在施工的吊機立柱

圖3 托管架鉸軸座

3.關鍵焊接工藝

（1）采用新的施工軟件配合施工 引進Tribon M3船舶三維生產設計軟件，以分段為單元，采用托盤管理系統，提高“殼、舾、涂”一體化的施工效果；對于托管架、A字架等桁架結構，利用三維軟件進行放樣，將數據輸入數控切割機內，自動切割出相貫線的坡口，提高切割精度，保證組對均勻一致，能有效控制焊接質量和焊接變形；對于結構復雜、精度要求高的結構，結合熱力學與動力學理論知識，采用ANSYS軟件進行焊接應力分析，預估每個焊縫的焊接收縮量及方向，根據施工順序，在下料過程中增加焊接收縮余料，以減少焊接變形及焊接應力。

（2）超厚度鋼板大型結構的焊接技術 厚鋼板結構主要集中在托管架、A字架、箱梁結構，提高厚鋼板焊接質量最有效的方式是加大預制力度，將預制構件進行焊后整體熱處理，這樣既方便于焊接操作，又能保證結構力學性能。

（3）船體焊接防變形控制 船體在分段預制、合攏過程中，焊接質量的控制關鍵在于通過合理的焊接順序控制船體的焊接變形。焊縫變形示意如圖4所示。

圖4 焊縫變形示意

防止焊接變形采取的主要措施為：①拼板。按“先焊橫縫、后焊縱縫”的順序，能有效控制焊接變形。②型材預制。采用兩名焊工對稱同步施焊。③分段組裝。按“先焊立焊縫、后焊平焊縫”，“先焊艙壁結構、再焊主結構、后焊小結構”的順序進行施焊。④雙層底結構。安排4名焊工，按同一個方向同步對稱施焊。⑤船體合攏組對。先用激光經緯儀校核胎架的水平度，然后按“從艉到艏、從下到上、先中間后兩側”的順序進行合攏組對。⑥分段合攏焊接。按“先焊構件、后焊板材” 、“先焊縱向合攏縫、后焊橫向合攏縫” 的順序對稱施焊。焊接設備如圖5所示。

圖5 焊接設備

（4）托管架系統建造焊接質量控制 托管架系統主要由托管架（兩段）、A字架、A支架箱梁結構組成，采用“部件單獨預制、現場組裝”的施工方案，因此增加了每個部件的預制精度要求。

托管架、A字架及側拉桿單個整體預制，A字架箱梁結構由11個箱體組成。其中箱梁結構是工程船鋪管作業的主要受力區域，該區域采用高強度厚鋼板，并加強結構，使載荷合理地傳到主體各區域。

箱梁預制的焊接順序：①箱體壁板及內部構件整體組對完成后進行焊接；②每間隔1m加設一道環形臨時加強結構，最大程度控制焊接變形；③箱體腹板焊接順序如圖6所示，焊縫①完成后翻轉，焊接焊縫②、③，完成后再次翻轉進行焊縫④的焊接。④由四名焊工采用分段退焊法，從箱體中心向兩端對稱同步施焊， 如圖7所示。⑤ 采用多層多道焊，每一道整體焊完后再進行下一道焊接，禁止出現一個部位多道焊接完成之后再換位。

圖6 箱體腹板焊接順序

圖7 箱體兩端對稱同步施焊示意

結合現有設備和技術特點，托管架采用反造法，先將上層兩根主管及之間的斜撐組裝成分片，焊接完成后，按中心線進行第三根主管的定位和組裝，最后安裝兩端構件。

A字架由四根主管φ711mm×21mm和斜撐φ377mm×12mm組成桁架結構，可分為上、下兩層，施工時按分片進行預制，先預制下片，后預制上片。總裝時先將下片在胎架上定位找平，然后立垂直面的斜撐，最后吊裝上片，進行整體組裝，以便整體尺寸精度控制。

托管架及A字架兩端連接結構均采用“單獨預制、整體組裝”的施工方案。根據結構特點，預制的施工順序為：數控下料→單項預制→無損檢測→整體熱處理→機加工。

（5）焊接質量控制 在船體焊接過程中，應注意以下幾點，來提高整體的焊接質量 ①焊絲和焊條要正確使用在適合的條件和位置上，并且要適量的分發。低氫型焊條暴露在空氣中的時間嚴禁超過規定值。暴露時間小于該規定值的焊條可以放回保溫烘箱中，在至少120℃下保溫儲存，焊條必須進行再烘焙的次數嚴禁多于1次。②焊縫不能用淬火冷卻或者使用其他不同于空氣對流冷卻的方法來冷卻。在一些環境條件下，焊縫必須通過覆蓋一些保溫材料來減緩其空冷速度。根據具體的材質和環境，采取相應的預熱保溫措施。③所有的自由表面，包括甲板及其支撐結構，當它們沒有焊接強度的要求的時候必須進行最小3mm角高的密封焊接。④管狀結構的對接縫不能采用焊接襯墊，應采用單面焊雙面成形的焊接方法，對接縫必須具有適當的坡口以保障焊縫的完全熔透。⑤當管型構件存在縱縫時，相鄰兩條縱縫在環縫上的接點必須錯開90°以上。相交兩個管型構件縱縫之間的距離≥50mm。⑥在重要結構上，包括樁管和主要支撐結構，臨時焊縫被清除以后，如果母材表面存在任何損傷，則該部分區域必須作100%的磁粉探傷。⑦根部焊道焊接時，除了更換焊條和焊工改變姿勢的情況，否則不允許受到中斷。焊材烘干設備如圖9所示。

4.結語

勝利902鋪管工程船通過制定合理的“創優工程”活動計劃，以及建造施工過程中嚴格、細致、全面的控制每個工序，加上焊接新技術的應用，不僅為公司提交了一艘質量可靠、性能優良的工程船舶，大幅提升了建造能力和水平，為中國石化集團發展全球海洋石油工程奠定了基礎。