“海洋石油981”超高強鋼EQ70焊接工藝

韓冰 廖平華 陳實

1. 概述

“海洋石油981”工程是外高橋造船按照國際標準建造的第六代3 000m深水半潛式鉆井平臺。“海洋石油981”是中國深水油氣開發艦隊的旗艦。該平臺型長114m，寬90m，高137.8m，最大作業水深3 050m，鉆井深度可達12 000m，配備了國際最先進的第三代動力定位系統，可以在南海、東南亞及西非等海域進行作業。“海洋石油981”的建造，填補了我國在深水鉆井特大型裝備項目上的空白，對于我國加速進軍世界頂級海洋工程裝備開發、設計和制造領域，增強深水作業能力，實現國家能源戰略規劃等都具有重要的戰略意義。

2. 超高強鋼的實際應用

“海洋石油981”的穩性和強度按照南海惡劣的海況設計，能抵御200年一遇的臺風，可以在45n mile（海里）/h的風速下正常作業，在109n mile/h的風速下生存，可變載荷9 000t，設計使用壽命30年。為了減輕海洋工程結構的質量，同時又增加結構整體的安全性，高強鋼（σs≥355MPa）已滿足不了平臺上某些特殊區域的結構強度要求，在這些區域就要采用超高強鋼（σs≥420MPa）。例如：平臺的立柱與上船體連接的區域采用了超高強鋼EQ56和EQ70等。

超高強鋼實際應用相對較少，相關經驗積累較少，且涉及到的相關標準較多。超高強鋼焊接評定涉及標準主要有中國國標、ABS標準、CCS標準和ASTM D1.1。根據以上規范要求，超高強鋼焊接生產前應進行工藝評定試驗，以驗證焊材適配性及焊接工藝合適與否。

表1 EQ70化學成分（質量分數） （%）

表2 EQ70力學性能

3. 超高強鋼EQ70焊接工藝評定

（1）EQ70化學成分及力學性能 超高強鋼EQ70母材按照ABS MODU RULE制造，化學成分及力學性能如表1、表2所示。

（2）焊接工藝確定 焊接方法采用SMAW，選用K形坡口，如附圖所示，焊材選用林肯電器生產的Conarc 80，焊材級別為AWS A5.5 E11018M—H4，焊材化學成分如表3所示。

超高強鋼EQ70進行了兩種焊接位置（橫焊和立焊）工藝評定試驗，焊接參數如表4所示。

根據AWS D1.1中關于預熱的確定方法，在考慮裂紋敏感指數、擴散氫及拘束應力的情況下，兩組工藝評定試驗預熱溫度為80℃。為了進一步降低焊縫及熱影響區中的氫含量，焊后進行后熱消氫處理，后熱溫度為210~230℃，后熱時間為1h，預熱和后熱均采用電加熱方式。

K形坡口

4. 試驗結果

兩組超高強鋼EQ70的焊接評定試樣進行了射線及磁粉探傷、宏觀試驗，且結果符合ABS相關規范要求，并針對焊接接頭力學性能進行了拉伸試驗、夏比V型缺口沖擊試驗和維氏硬度試驗。宏觀試驗及維氏硬度試驗依據CB/T3380—1991和CB/T3770—1996進行，檢測儀器為EPIPHOT300尼康倒置式金相顯微鏡和VH—5BC維氏硬度計。經宏觀腐蝕試驗，在焊縫、熔合線、熱影響區均未發現裂紋、未熔合、氣孔及夾渣等焊接缺陷。拉伸和夏比沖擊試驗依據GB/T5984—2008、GB/T2653—2008 和GB/T2650—2008進行，檢測儀器設備為WE—1000液壓式萬能試驗機，JB—300B沖擊試驗機。拉伸試驗、夏比V型缺口沖擊試驗和維氏硬度試驗，試驗結果如表5~表7所示。表中各項力學性能指標均符合相關的規范。

5. 結語

在未來的海洋工程及造船領域，超高強鋼的應用勢必會越來越廣泛，制定適當的焊接工藝則顯得尤為重要。針對超高強鋼EQ70兩種不同位置制定的焊接工藝已成功應用于“海洋石油981”工程，取得了理想效果。

表3 Conarc 80 化學成分（質量分數） （%）

表4 SMAW焊接參數

表5 焊接接頭拉伸結果

表6 沖擊試驗結果

表7 硬度試驗結果 （HV）