淺談鉆井船樁腿接長過程控制

殷世兵 戴雯 李松 陳錫龍 王楊

摘 要：樁腿總組是鉆井船總體建造中的關鍵環節，而樁腿總組中的焊接更是重中之重；樁腿總組接長的關鍵是尺寸控制和焊接質量；文章根據實際生產情況，首先對樁腿總組接長進行簡單介紹，然后對樁腿總組接長過程控制進行分析，為今后的焊接過程控制積累經驗和提供參考。

關鍵詞：樁腿；焊接質量；過程控制

1 前言

自升式鉆井平臺屬于海上移動式平臺，由于其定位能力強和作業穩定性好，在大陸架海域的油氣勘探開發中居于主力軍的地位。我公司建造的200英尺自升式平臺是由一個上層平臺和三個能夠升降的桁架式樁腿（Spud Leg）所組成的海上平臺。鉆井船由主船體、樁靴、懸臂梁、樁腿等部分組成。

其中，樁腿是自升式鉆井船的關鍵支撐部件，其建造質量直接影響到鉆井船的使用壽命。公司建造的200英尺自升式鉆井船采用三個正三角形桁架式樁腿。樁腿的長度為93.36m，每一條樁腿的建造分四段進行車間接長，最后進行場地總組接長工作。

2 樁靴與齒條板焊接工藝

2.1 母材

樁靴材質為E500高強度鋼板，齒條為S690高強度鋼材；齒條需進行A級超聲波探傷檢查。

2.2 焊前預熱，焊接過程溫度控制及焊后熱處理

為避免產生裂紋，所有涉及到S690高強度鋼的焊接，采用電阻加熱進行最低150°C的預熱， 預熱范圍為焊縫周圍至少150mm，層間溫度最高為200°C且必須保持在整個焊接過程中不低于150°C。焊接完成后馬上對焊道進行焊后保溫工作，250°C±50°C保溫2-3小時。

2.3 焊接使用焊材

齒條與樁靴的連接采用手工電弧焊（SMAW），用FOX EV60 PIPE焊條打底，與母材屬于低強匹配；用FOX EV65的3.2mm或4.0mm焊材填充，用FOX EV65的3.2mm焊材蓋面，與母材屬于等強匹配。

2.4 坡口形式

齒條板與樁靴E500板采用K型坡口，一邊三分之一，另一邊三分之二，在三分之一邊清根，避免了對開坡口清根后坡口變大，變形變大。

2.5 焊接變形控制措施

在焊接過程中對焊件進行了局部的、不均勻的加熱是產生焊接應力及變形的基本原因。

現場焊接的焊工均為較有經驗的焊工，在領用焊條時，一次領取四小時用量，不允許焊條重復烘干使用，取完焊條及時蓋好焊條保溫筒蓋。現場采用了合理的焊接順序，樁靴的E500板和齒條連接為對稱結構，K型坡口，為了防止焊接變形，現場采取了分3段焊接方法，先焊E500板中間段，再焊兩端；焊接采用立向上焊，先由一名焊工在一面打底，另一名焊工在對面清根填充一遍，然后每段由兩名焊工同時施焊。

2.6 焊后檢驗

在樁靴與齒條焊接完成之后需要進行焊后檢驗，焊后檢驗包括尺寸檢驗和焊接質量檢驗。

（1）外觀檢驗：焊縫表面不允許出現裂紋、未熔合、氣孔、夾渣、焊瘤等缺陷，單條焊道寬度不超過2.5倍的焊條直徑，飛濺與焊瘤應打磨干凈，邊角過渡圓滑光順美觀。（2）NDT檢測。齒條接長的每個焊接接頭均要求進行100%MT+100%UT探傷。

3 分段接長焊接的過程控制

分段樁腿所有的焊接工作結束并驗收合格之后，現場進行分段的吊裝接長工作，當分段吊裝到位時，利用接頭處的特制卡子提高組對精度；當組對完成后，并通過尺寸檢驗后，分段連接焊接工作開始：分段連接焊接工作包括齒條對接焊接和半圓板焊接。

3.1 焊接變形控制措施

在焊接過程中的焊接變形是影響齒條尺寸的主要因素；齒條板對接時，對接立縫主要會引起齒條板對接接頭的縱向收縮變形和角變形，體現在齒條板齒間距（焊接處）、平直度（上、下齒）。

為了較好的控制焊接變形，現場采取對稱焊接方法：齒條板對接時，先由一名焊工對一側坡口進行施焊2-3層，然后由另一名焊工在對背面進行打磨處理后進行背面填充焊接。當兩側焊肉厚度基本相同后，兩人開始同時施焊；半圓板環縫、縱縫焊接時，安排兩名焊工在齒條板兩側對稱施焊；為了更好的平衡焊接變形，應該保證坡口兩側的焊接熱輸入一致。

齒條板對接坡口為雙V坡口，采用雙數焊工對稱施焊可以減小坡口兩側焊縫的引起的齒條板的角變形。半圓板焊接時，4條半圓環縫、4條縱縫均對稱分布于齒條板兩側，采用對稱焊接法可以抵消環縫焊接引起的齒條板角變形和縱縫焊接引起的齒條板撓曲變形。

3.2 焊接過程中的尺寸控制

在施工中，加強對齒條尺寸的測量；尺寸檢查時，對測量點處上/下齒條的平直度、上齒條的撓度和接口處焊接收縮量進行測量。

齒條板厚度較大，齒條板對接每側所需的焊接層數在18-19層左右，焊接過程中的尺寸檢查安排在：第1層、第3層、5層、9層、12層、15層、蓋面、去除固定件時。半圓板厚度較小，半圓板焊接所需的焊接層數在7-8層，焊接過程的尺寸檢查安排在：第1層、第4層、蓋面、去除固定件時。在焊接過程中，如果測量結果顯示齒條變形超過公差要求，要通過焊工焊接配合來對變形進行調節，并且在隨后的每層都要進行尺寸檢查，直到焊接變形得到控制。由于齒條的厚度很大，若在焊后發現焊接變形較大，則很難糾正。因此必須做到在焊接過程中時刻監測齒條尺寸變化，發現問題及時糾正；此措施有利于保證尺寸變化在公差要求范圍內。

3.3 分段接長裂紋控制措施

由于樁腿的齒條材質為低合金高強度鋼，冷裂紋在這類焊材中最容易出現，也是最危險的焊接缺陷。冷裂紋的形成與焊縫金屬中氫含量、氫的擴散和富集有關。冷裂縫的延遲現象主要原因是氫的擴散、富集， 誘發裂縫需要一定的時間造成。高強鋼焊接接頭的含氫量越高，則冷裂紋產生的可能性越大。生產中為了防止冷裂紋，必須盡量控制焊縫中的含氫量。

在焊接接頭復雜的應力場中，應力梯度越大，氫的擴散驅動力也越大，也就更容易使氫向應變集中區擴散和聚集，從而產生裂紋。因此，生產中能夠有效減小焊接應力的措施都有利于防止冷裂紋的產生。

以上是可能產生冷裂紋的原因；現實中，青島場地空氣濕度較大，加之接長為高空作業，受到風速影響；另外，母材厚度較厚也比較容易出現焊后接頭應力。為了防止冷裂紋的產生，現場采取以下措施：（1）坡口做打磨處理；（2）嚴格控制預熱溫度；（3）使用烘干焊材，合理保管焊材；（4）預留收縮余量及合理的焊接順序。

4 結束語

鉆井船的樁腿總組接長是鉆井船建造中的最重要的環節之一?？偨M過程中的焊接過程中的焊接變形及裂紋預防是接長工作的重點和難點?？偟膩碚f，坡口清理、預留焊接收縮余量、焊前預熱、合理的焊接順序，不間斷的尺寸監控、嚴格的焊材使用及保管程序、焊后保溫等措施，保證了焊接合格率。