淺談JU2000E自升式鉆井平臺重要結構焊接質量管理

陳建江

摘?要：本文主要分析JU2000E型400英尺自升式鉆井平臺特殊結構焊接質量管理，從樁腿、抬升結構、懸臂梁、直升機平臺重要結構建造對焊接質量的管理和監控要求進行總結，對提高現場質量管理水平和質量有一定的借鑒作用。

關鍵詞：JU2000E自升式鉆井平臺;樁腿;抬升結構;懸臂梁;直升機平臺;焊接質量

JU2000E型400英尺自升式鉆井平臺，由中國交建控股的美國F&G設計公司進行的基本設計，因其作業海域廣泛、自動化程度高、經濟性好，是全球自升式鉆井平臺市場國內外船東在中國訂造最多的平臺型號。到目前為止振華重工已有四個JU2000E自升式鉆井平臺建造完工，入級美國ABS船級社。受國際油價低、海工市場低迷，對質量管理提出了更苛刻的要求，因此對焊接質量的管理和監控尤其重視。自升式鉆井平臺結構大量采用高強鋼和高強調質鋼，焊接要求極高。樁腿、抬升結構、懸臂梁、直升機平臺這些重要結構建造過程必須嚴格按照裝配工藝、焊接工藝要求來施工。本文重點對這些結構焊接質量管理進行闡述。

1 樁腿

樁腿的作用是支撐鉆井平臺在海上作業，并將平臺所承受的全部載荷傳遞到海底。樁腿一般要傳遞軸向及水平載荷、彎曲力矩及升降過程中的局部載荷。樁腿受平臺自身、風、浪、流的作用，在各個工況下都承受很大的應力，樁腿的建造質量直接影響整個平臺的營運。JU2000E型400英尺自升式鉆井平臺樁腿是桁架式“米”字型結構，焊接質量和精度要求高。是由主弦管、斜撐管、水平管、內水平撐管組成。主弦管的齒條板材料為DLLIMAX 690E，主弦管的半圓板材料為ASTM A517GR.Q，這些都是最小屈服強度為690MPa的高強調質鋼，焊接難度大。斜撐管、水平管材質為SG550L，最小屈服強度為550MPa。內水平撐管材質為 A106GB，這些材質的構件之間的焊接容易產生裂紋。裝配報驗前，T/K/Y節點定位焊需做MT，正式焊接完72小時后100%UT和100%MT，返修不允許超過兩次。

樁腿焊接及監控管理要點：

（1）焊前坡口周圍20-30mm范圍內油、銹、氧化物必須清除。預熱采用電加熱片加熱，加熱范圍為焊點所有方向上不得小于焊接的最大厚度值，但不小于75mm，預熱最低溫度為150℃，不超過230℃，預熱溫度經過分包商的自檢員確認后，報驗QC，合格后貼上標簽方可進行焊接。

（2）樁腿所有焊接都采用手工焊，在焊接過程中焊工必須持有ABS 6GR焊工證，按照WPS領取正確的焊條，新領的焊條在保溫桶內有效保溫，分包商派專職的焊接監控人員現場監控并記錄，QC進行現場巡查并記錄，嚴格按照相應的WPS控制焊接參數（電流、電壓、焊接速度、層間溫度），線能量控制在1.5-2.2KJ/mm，使用到的工具有測溫筆、測溫槍和鉗形表，對于參數異常的情況，及時提醒焊工調整焊接參數。焊接都是采用雙數焊工對稱焊接，防止變形，滿足高精度要求。焊接過程單道焊縫不超過焊條直徑的2.5倍，考慮到現場的實際，最大不超過15mm。焊完一層后焊接缺陷和焊渣焊工打磨清除后，再繼續焊下一層，焊接過程中注意防風，焊接過程應連續，不得中斷，焊工交接班需連續。

（3）要求焊工蓋面時焊縫焊飽滿，防止焊縫過分凹陷，對于焊角不足的及時修補（可以測量參考基準點到焊縫最端部距離判斷焊角是否足夠），避免報驗后再次加熱大面積修補。

（4）焊接結束后立即進行后熱處理（后熱溫度為：280℃±20℃，時間2h）用保溫棉對焊縫進行保溫，緩冷溫度下降不得大于50℃/小時。并且做好后熱記錄。

（5）母材需進行保護，嚴禁電弧擦傷，如有表面缺陷可適當打磨，不允許修補，樁腿上的舾裝件和合攏工裝的焊接預熱溫度要求與樁腿制作一致。

（6）樁腿所有的焊縫必須在焊完72小時后方可探傷，探傷前承建制單位自檢員外觀確認后探傷申請交給QC審核合格后，再交探傷主管進行探傷。探傷發現內部缺陷后按照返修流程、返修工藝、原因分析進行預熱返修、焊后后熱。每月質量部對相應承建制單位進行探傷合格率統計，進行相應的獎懲，對于同一焊工多次出現返修的取消焊工資格。

（7）樁腿與樁靴合攏以及樁腿接樁在露天焊接，尤其是樁腿的合攏位置高、風大以及龍門吊、浮吊周期的影響，加熱效果沒有車間里好，搭好防風墻，采取防雨措施，注意空氣濕度、增加加熱片，保溫棉嚴密貼合等措施保證預熱溫度、層間溫度、后熱溫度滿足WPS要求。

2 抬升結構

抬升結構包括抬升框架、下導向結構和連接梁結構，抬升結構的功能是抬升、鎖緊及定位整個平臺，是整個平臺垂直方向上移動以及準確定位的關鍵。整個平臺有9個抬升結構。大量使用高強度厚鋼板，焊縫全焊透范圍大，結構密集，施工空間狹窄，抬升結構需要機加工和機械設備安裝，焊接質量和建造精度要求高，完工后需要進行振動時效處理，焊接中必須要質量過關，焊接應力小。抬升結構使用到的焊接方法有手工定位焊、埋弧焊和CO2氣體保護焊，厚板的材質是EH36和EQ47，軸承座的材質為ASTM A514GR.Q鍛件，水平、垂直油缸基座、抗剪塊、鋼套的材質為EH36鍛件。如果焊接方法不當，容易產生焊接裂紋和較大的應力。抬升結構焊接及監控管理要點：

（1）避免定位焊裂紋缺陷，抬升這類重要構件定位焊要挑選經驗豐富的定位焊工進行焊接。定位焊長度需大于50mm，定位焊起弧、熄弧要特別注意避免缺陷產生，對于鋼襯墊永久性的定位焊也不允許存在缺陷;定位焊不允許焊在坡口內側;預熱溫度需達到WPS要求的溫度，厚度大于65mm以上的鋼板（屈服強度在420MPa以下）、EQ47以上材質大于19mm的鋼板、鍛件等定位焊嚴禁用烘槍預熱，必須用加熱片加熱。

（2）焊接過程中嚴格控制焊接順序。厚板的不對稱X型坡口的對接接頭，T型、十字角接接頭都采用先焊2/3坡口的一半反面清根，焊接填充完1/3坡口面（視變形情況是否焊完或留一層暫不焊），再翻身焊完2/3坡口面剩下的1/3。

（3）CO2焊控制單道焊縫超寬，不超過焊絲的10倍，根據現場實際情況不超過15mm。焊接過程中嚴格按照相應的WPS控制焊接參數（電流、電壓、焊接速度、層間溫度），線能量控制在1.5-2.5KJ/mm，保證焊縫內部及外觀的質量，承建制單位派專人做好焊接監控及記錄。

（4）厚板構件密集，拘束應力大，清根不宜過深，否則剩余結構不能承受全部應力導致裂紋，清根打磨完成后立即進行干磁粉MT探傷，合格后及時焊接。

（5）軸承座鍛件焊接施工不當很容易產生裂紋導致報廢，軸承座定位焊和正式焊接溫度控制在150-230℃之間，后熱溫度為280℃±20℃，在拆除馬板時要加熱到150-230℃之間，割馬板時留3mm根打磨處理，避免軸承座母材損傷。

（6）EH36材質焊縫必須在焊完24小時后方可探傷，軸承座、EQ47構件焊完72小時后方可探傷申請。焊縫外觀經過三級檢驗后申請單交給QC審核后，再交探傷主管進行探傷。NDT發現內部缺陷后按返修流程、返修工藝、原因分析進行預熱返修、焊后后熱。每月質量部對相應分包商單位進行探傷合格率統計，進行相應的獎懲，對于同一焊工多次出現返修的取消焊工資格。

（7）抬升框架與下導向結構總組，連接梁結構與抬升框架船臺大合攏，抬升結構與平臺圍井船臺大合攏焊接要求與以上一致。

（8）嚴格按照焊接順序施工，保證關鍵部件尺寸，如缸套和軸承座安裝精度。

3 懸臂梁

懸臂梁位于鉆井平臺尾部甲板上，是井架、鉆臺、鉆臺底座的承載結構，它由兩條主梁及連接的平臺組成。在鉆井過程中，要承載鉆井設備，并能保證鉆臺的滑移。制作過程中質量控制重點需注意：

（1）在建造過程中，重點監控對不同鋼材的焊口匹配相應的焊絲，否則容易出現焊絲混用，另外按照WPS要求做好焊前預熱和層間溫度的保證，在濕度較大的陰雨天氣下要求施工人員停止施焊。主梁的EQ63材質的定位焊需MT檢測無裂紋再進行報驗和焊接。

（2）主梁的上下面板以及推拉架面板的拼裝由于在胎架上固定，為保證平整度，按照正面焊8-10mm——反面清根——反面面焊 8-10mm——正面焊10-15mm——反面焊滿——正面焊滿的順序焊接，控制好焊接參數。精控員現場監控變形量。

（3）主梁腹板與面板裝焊，EQ63材質容易產生裂紋，焊接時必須使用L型電加熱片保證預熱溫度和后熱溫度，焊接過程中采用分段退焊和雙數焊工焊接。

斜V板先鋼襯墊對接，后焊斜V板與腹板的角焊接，再焊V板與面板的角焊接，有利于應力的釋放。

（4）懸臂梁合攏中推拉架的安裝是難點，推拉架的孔間距和水平度是關鍵，焊接變形控制至關重要，肘板的焊接和角焊都要從中間向兩邊跳焊并且安排雙數焊工焊接。焊接過程派QC全程監控，焊接不允許大的返修，否則尺寸無法控制。

（5）BOP吊軌道的裝焊?BOP吊的軌道的材質特殊，預熱溫度約300℃，嚴格按照工藝要求施工。

4 直升機平臺

直升機平臺由支撐架和飛機平臺結構構成，承受飛機的載荷和沖擊力。對強度要求高，建造質量要求高。在建造過程中重要監控管理點有：

（1）桁架管之間是相貫，注意裝配間隙和坡口要求。焊前焊角檢驗點需洋沖，注意不同的桁架管的手工焊接和CO2焊接方式的選用，涉及TKY節點小角度位置焊角不足的問題和K型節點先焊接完的一根管需報驗和探傷合格后再進行另一根的裝配焊接，過程中要監控提醒。

（2）支撐架分段和飛機平臺結構的裝配精度、飛機平臺分段與支撐架的對位精度、飛機平臺面的水平度應重點監控。

5 結語

海工平臺的結構建造的難點基本體現在以上的結構中。在建造過程中，需要生產管理、工藝員、質檢員、分包商有高度的責任感，焊接過程中特別容易產生裂紋，遇到問題需及時反饋，施工過程中，跟蹤記錄，嚴格按照工藝施工，才能避免質量隱患，提升生產效率，為打造高質量的海工平臺保駕護航。

參考文獻：

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[2]應長春.船舶工藝技術.國防工業出版社，2013.

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