焊接質量控制在海洋石油平臺鋼結構中的應用

賈慧峰，樊志祥，王輝，張園星(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

0 引言

中國的海洋事業隨著社會的進步和發展而不斷發展。作為我國的重要能源，海洋石油的開發利用也在不斷深入。所以，海洋石油平臺作為海洋石油開發的重要載體，發揮著十分重要的作用，其結構形式也朝著專業化和規模化方向發展，對平臺的施工質量要求很高，其主體結構由鋼結構組成，鋼結構對平臺具有非常重要的支撐作用。

1 海洋石油平臺鋼結構的焊接特點

海油平臺的特殊性決定了其鋼結構焊接工藝與其它工程鋼結構焊接工藝的不同，其特點如下：(1)焊條材料的選擇一般采用低氫或超低氫堿性焊條；(2)鋼板焊接前必須預熱，防止鋼板斷裂；(3)要特別注意初始熱輸入值，以確保焊縫強度良好；(4)焊接后，余熱電壓是否及時處理，以保證油氣田平臺結構安全穩定。海洋石油平臺鋼結構如圖1所示。

圖1 海洋石油平臺鋼結構

2 海洋石油平臺鋼結構的組對檢驗

2.1 尺寸核對

海上油氣田鋼結構焊接前，應對鋼結構的相應尺寸進行精確測量與疊加。一般說來，檢驗鋼結構材料尺寸最直接的方法是參考設計圖紙。為了保證鋼結構的質量，在混凝土試驗中，必須檢查螺旋鋼管的厚度、內徑及材料分布情況[1]。

2.2 坡口情況檢驗

坡口焊接是鋼結構焊接中的一個重要環節。斜面焊接一般采用全熔透焊接。鋼構主體焊接前必須由相關技術人員對螺母的實際位置進行詳細檢查，確保所有的焊接都符合相關標準。焊縫的標準和要求涉及許多方面：折角，鋼板預熱和焊縫材料的選擇。實踐中，必須制定焊接標準：(1)要保證根部自由度，不要使過大或過小的間隙產生過大的時間間隔，當間隙過大時焊材不合格，焊絲過小時不繼續焊；(2)彎曲角度，如果坡度過大，傳熱過大，焊接時間過長，效率下降，上升幅度減小。焊根不易清根，影響鋼結構的穩定性，因此，相關技術人員必須嚴格按要求焊接，以減少焊接誤差，確保鋼結構施工質量。

2.3 坡口預熱狀況的監測

海洋石油平臺結構焊接質量的關鍵在于預熱。為確保鋼結構的焊接質量，預熱溫度和螺帽預熱方法是焊接工藝中的重要環節。熱處理溫度和冷卻方式一般要求如下：(1)厚板和高強鋼主體結構預熱溫度一定要達到技術文件要求；(2)電阻加熱片應作為主要預熱方法和工具；(3)熱處理區域為坡口75 cm以內，熱處理區域不應直接與螺母對位。

2.4 海洋石油平臺鋼結構焊接的過程監控

鋼構復合焊接時，相關人員應具備焊工資格，焊接材料應烘干、保溫、防風;非專業人員不得從事焊接作業，參與焊接作業的人員必須具有相應的資質，管理人員應具備焊工資格;焊接試驗時，質量人員必須集中在主升降平臺、厚環板及連接結構上。檢驗時，應合理使用拉伸計、溫度計及其他相關工具，做好相關記錄，并符合規范要求，確保焊接結構性能良好。

3 海洋石油平臺鋼結構焊縫的外觀檢驗

外觀檢驗是對焊接質量的全面檢查和對焊接細節的及時修正，通過具體的檢查程序，可以大大提高焊接質量：(1)技術人員必須使用焊接試驗線來測量焊接放大率，一般情況下，鋼筋的放大率在3.2 mm以內，但不低于母材的放大率；(2)根據焊接圖紙，正確測量和控制焊縫的設計尺寸，避免角度偏差，影響設計效果；(3)打磨過程應進行，檢查范圍包括表面是否有微生物、殘余焊渣和裂紋。對此，相關人員應及時進行修改，使其符合原標準和要求，以保證石油平臺鋼結構的安全穩定[2]。

4 海洋石油平臺中鋼結構方面的焊接過程監控

焊接鋼結構時，必須對焊工的資格進行詳細的檢查和測試，對焊接材料進行干燥、熱處理及防風等維護。焊工還應確保焊絲、焊絲等零件不會被損壞，特別注意焊條、焊絲受潮等不良現象。另外，低氫電極必須與電極管集成。施工現場是質量保證和檢驗人員實施質量保證的重要場所，應及時制止施工過程中違規焊接等行為，對存在的問題及時有效地進行實際位置的確認，由質量保證人員對主要結構如主升降臺等進行焊接指導和控制，集中焊接較厚的環板，甚至導柱。在實際檢測過程中，應充分、有效地利用張緊器、溫度計等專業設備和工具對焊接電流進行測量，準確采集焊接電壓等相關數據，實時與相關規范和規程進行更準確的比較，從而更好地管理控制系統，控制焊接過程焊縫的冷卻速度和傳熱，確保焊縫具有良好的性能。檢查人員的焊接方式必須符合檢查程序的標準要求，首先要了解是否存在違規行為。其核心部件為主升機和轉盤的基本結構[3]。焊接電流、電壓參數的檢測采用夾持表、測溫儀分步驟進行;所有數據都要記錄下來，通過和標準的對比，使實際值能夠理解。在此基礎上，采取具體的控制措施，可顯著降低冷卻速度，減少熱輸入，使焊縫組織性能達到較高水平，并促進擴散研究，使焊縫在短時間內迅速擴散，降低鈣含量。在脫氫處理中，通常需要在焊后快速進行，尤其是對高強鋼。真實氫的擴散隨時間而改變。全焊接24～72 h后，排放總量穩定，變化不大。

5 在石油平臺鋼結構焊接過程當中的質量控制方法

海洋石油平臺結構焊接過程中經常會出現問題，平臺結構的焊接質量應嚴格控制。只有這樣才能保證相關人員的人身安全。為保證鋼結構工程的質量，必須保證鋼結構施工材料在焊接過程中的質量。另外，焊接工作中，焊接人員要認真，要選拔更多的焊接專家，有關企業要對焊接人員進行嚴格的選拔，以增強海洋石油平臺的技術力量。焊縫工藝也是電弧焊的重要手段。直至一定程度上對焊接質量也產生了很大的影響，使焊工在焊接過程中有了一些完善和較好的焊接設備這是保證焊接順利進行的唯一途徑。

6 平臺鋼結構焊接的質量控制

6.1 質量控制的關鍵核心

工人必須對焊條進行全面檢查，包括焊條本身的強度和完整性，保證焊條符合質量標準。若確定主要問題為焊接誤差，則可得出操作誤差判斷。所以建筑企業必須有一支整體素質提高的員工，根據相關要求進行施工，有效地控制焊接電流和焊接速度。

6.2 質量控制的具體方法

就目前的情況而言，在海洋石油設施建造過程中，有許多具體的質量控制程序，都是以焊接質量為基礎的，所以都被看作是對焊接件進行質量控制的方法之一。要提高實際焊接水平，就必須對現有的焊接工藝進行全面的監控與管理。必須有針對性地采取措施，有效地解決各種影響焊接質量的基本因素[4]。

(1)所有采用的焊接系統的質量必須符合項目要求，并且在進行質量測試時，應詳細分析客戶規范的技術標準，以了解鋼材本身，數據是否達到坡度分布要求的水平，同時還要保證封口已完成，以便更好地進行后續工作。應該指出，在正式開始焊接之前，應該仔細檢查焊接框，以確定它的精度。

(2)全部焊接工件都符合規定的焊接工藝要求。預熱器溫度、焊接材料、電流、電壓及焊接位置等信息在現有的焊接工藝中必須清楚。所有工藝都必須符合實際焊接的要求。

(3)保證焊接材料的選用符合試驗評定的要求，并提供良好的貯存、收集和回收。與此同時，要定期對前期工作的成果進行詳細的復查，以防止焊接材料選擇上的錯誤或損壞部分焊接材料本身。

(4)焊工的操作能力決定了焊接誤差的產生。所以，企業要想提高自身的專業水平，就必須從多方面入手，通過多種途徑努力提高自身的素質。不但要建立焊工內部培訓機制，提高自己的技能水平，而且要有良好的責任心。

(5)測量儀是所有焊工的基本工具，如果工人使用的設備出現質量問題，將直接影響實際的焊接質量，即使工人的技術水平很高，在工作中也會出現許多問題。為此，在實際的油氣田平臺焊接過程中，必須對設備進行定期檢修和全面維修，以提高其安全性和操作質量。

(6)一般而言，焊接作業對外部環境條件的要求非常具體，最好不要在雨雪天氣施工。另外，在施工項目正式開始前，工作人員應深入現場，仔細監測現場的濕度和溫度狀況，以防止溫度過高或水蒸汽過多造成的質量下降。

7 平臺鋼結構的檢驗模式

7.1 無損檢驗

若焊縫外觀達到規定高度，則焊縫本身的無損檢測可分為磁粉檢測、超聲波檢測、滲透性檢測和射線檢測。無損檢測完成后，發現目前焊縫存在一定的問題，需要采取相應的修復措施。檢查員應逐漸遵守標準，采用適當的程序，并在修理后重新進行。

7.2 新型技術的全面應用

近幾年來，由于我國經濟整體水平的快速增長，鋼結構檢測技術也很先進，許多新型無損檢驗技術逐漸得到應用，其中包括AUT，PAUT，TOFD等。TOFD是目前應用較好的新型無損檢測方法，能有效地捕捉誤差檢測的準確性，優化檢測過程，使誤差發生的可能性降到最低，同時可以避免射線作業帶來的輻射影響和放射源管理等風險。

8 結語

海洋石油平臺相對于其他平臺而言，其主要特點是建造于海上，長期受到海水的侵襲。因此，在深海環境中，只有提高平臺結構的質量，才能更好地保障海洋石油開發人員的生命和財產安全。隨著中國社會經濟的不斷發展，鋼結構焊接技術也得到提高。