海洋石油平台制管焊接新工艺的开发与评价

摘要：针对海洋石油平台建造中传统制管焊接工艺存在的工序多、焊材用量大、噪声大、效率低等问题,设计开发出了大钝边无间隙埋弧焊焊接新工艺。该工艺采用埋弧焊方法,将焊接坡口改为大钝边无间隙X形坡口,取消了传统制管焊接工艺中的STT封底焊工序和碳弧气刨作业,从而减少了焊接工序,节约了焊材用量,显著地提高了焊接效率。试验评价结果表明,应用新工艺,焊缝尺寸满足工程要求,焊缝机械性能均符合相关标准要求。

关键词：海洋石油平台；制管；焊接工艺；埋弧焊；大钝边；无间隙

中图分类号：F470.22 文献标识码：A

随着海洋石油工业的不断发展，传统的海洋结构钢管焊接方法已经不适应时代的发展。在制管焊接作业中，气保护半自动根焊焊接和埋弧焊工艺不能够很好的进行操作。科学技术的不断发展，在制管焊接作业中已经设计出大钝边无间隙埋弧焊焊接新技术，此焊接新技术不仅将坡口形式进行改进，而且焊接具有简单的工序、高速度以及高质量的优点。新的焊接工艺能够提高焊接工作的整体效率，并且有利于促进整个工程的健康发展。

1、传统制管焊接工艺存在的问题

在传统制管焊接工艺中，一般采用气保护半自动根焊来进行封底焊，并且在填充和盖面的时候要采用埋弧焊来进行此项工作。传统制管焊接工艺中以X形坡头来作为焊接接头形式，组对间隙要控制在3毫米到5毫米之间，钝边宽控制在你1毫米到2毫米之间，在焊接的时候，要在钢板的正面和反面进行施焊。在海洋结构制管中，传统制管焊接工艺已经被运用了好多年。然而，近几年，随着工程建造任务的逐渐增加，传统制管焊接工艺已经暴露出许多的弊端，这些弊端主要表现在以下几个方面：焊接工序复杂、使用焊材量较大、在焊接的过程中需要进行碳弧气刨、噪音较大、恶劣的工作环境、在焊接的过程中经常会出现中断，这些弊端严重影响了焊接的质量。

2、制管焊接新工艺的开发与评价

2.1焊接新工艺的开发

由于传统制管焊接工艺中存在的弊端严重影响了焊接的质量，这就要设计出一种大钝边无间隙埋弧焊焊接工艺。大钝边无间隙埋弧焊焊接工艺主要采用单丝埋弧焊，并且已经不再使用气保护半自动根焊来进行封底焊，这样做可以使得焊接工序逐渐减少，并且能够提高焊接的整体效率。与此同时，大钝边无间隙埋弧焊焊接工艺已经改进了焊接的坡口形式，并且将坡口组对间隙减少到0毫米，坡口钝边增大到4毫米到8毫米之间，这样有利于节省焊材，并且能够取消碳弧气刨作业。

2.2焊接新工艺的试验评价

2.2.1进行母材试验

在进行母材试验的过程中，通常采用APISpec2HGr.50钢材板，并且厚度要保持在38毫米。

2.2.2进行焊材试验

在进行焊材试验的时候，一般要采用国产锦州锦泰JW-1埋弧焊焊丝，它的化学成分主要分为以下几种情况：当JW-1埋弧焊焊丝化学成分为C的时候，此时的实测值为0.180%；当JW-1埋弧焊焊丝化学成分为Si的时候，此时的实测值为0.050%；当JW-1埋弧焊焊丝化学成分为Mn的时候，此时的实测值为1.790%；

当JW-1埋弧焊焊丝化学成分为P的时候，此时的实测值为0.020%；当JW-1埋弧焊焊丝化学成分为S的时候，此时的实测值为0.023%；在JW-1埋弧焊焊丝化学成分的不同，此时的实测值也是不同的。针对JW-1埋弧焊焊丝力学性能的不同，不同的实测值如下：在标准名义值保持在400的时候，并且力学性能是屈服强度，此时的实测值是450MPa；当标准名义值控制在480到600之间的时候，并且力学性能是抗拉强度，此时的实测值是555MPa。

2.2.3进行工艺参数试验

在焊接的过程中要严格控制线的能量，能够保证焊接的质量。在钢材正面根部焊道进行焊接的时候，应该选择适当大小的电流，这样做不仅可以防止电流过大从而可以焊穿根部焊道，而且可以使得钝边熔化至少保持在50%以上。在对背面根部焊道进行焊接的时候，要选择较大的焊接电流，这样可以保证熔深的达到了规定的要求，最终能够减少焊接工作中存在的问题。然而在进行填充焊道焊接工作的时候，要选用中等电流多层次来进行焊接。除此之外，在选择焊接参数的时候，要充分考虑到焊接电流、电压以及焊接速度。焊接参数与焊接电流、电压以及焊接速度的关系如下：当焊道是根焊的时候，电源极性保持在DC（+），此时的焊接电源是560A，焊接电压是31V以及焊接速度是460mm/min，那么线能量是2.3kJ/mm；当当焊道是填充的时候，电源极性保持在DC（+），此时的焊接电源是580A，焊接电压是33V以及焊接速度是450mm/min，那么线能量是2.5kJ/mm；当焊道是盖面的时候，电源极性保持在DC（+），此时的焊接电源是550A，焊接电压是32V以及焊接速度是460mm/min，那么线能量是2.3kJ/mm。

2.2.4有关实验结果

通过使用大钝边无间隙埋弧焊焊接新的技术进行焊接工作，在焊接试验件的焊缝表面上的缺陷表现在成型良好、均匀的光亮、表面无气孔以及咬边等方面，然而焊缝尺寸能够满足工艺的要求。通过使用NDT检测试验件的时候，在UT、RT、MT检测的时候都没有夹渣以及裂缝的缺陷，并且实验结果合格。

2.3焊接新工艺的优势

2.3.1选择合理的焊接参数，并且在焊接的时候要严格控制线能量的大小，从而能够保证焊接接头具有良好的机械性能；与此同时在新工艺的过程中，要采用埋弧焊工艺，并且在整个工艺过程中要用机器进行操作，这样做不仅提高了焊接的速度，而且大大提高焊接的质量。

2.3.2将碳弧气刨作业取消，这样不仅能可以减少气刨的噪音，而且使得烟尘污染降低，最终改变了车间的施工环境。

2.3.3与传统制管焊接工艺相比较，新的焊接工艺在设备投入、人力投入都有改变，与此同时节省了大量的焊材。

2.3.4在新工艺焊接的过程中，要采用较大的焊接参数，这样不仅可以提高高焊丝的熔覆率，而且能够增大单层焊的厚度，最终使得整个焊缝焊接时间得以缩短。

3、结语

大钝边无间隙埋弧焊焊接新工艺具有较多的优点，这些优点不仅提高了制管的合格率，而且节省了大量的焊材，最终降低了生产成本。随着科学技术的快速发展，制管焊接新工艺在海洋石油平台制管工作中发挥着举足轻重的作用。

[参考文献]

[1]. 孙占;张华;黄继华;赵兴科;李曲全;杨静.新型EH40船板钢大热输入量埋弧焊焊接接头组织性能研究[J].热加工工艺.2007(19)

[2]. 黎剑峰.钢管直缝埋弧焊焊接规范对焊缝形状的影响[J].钢管.2002(04)

[3]. 隋永莉,黄福祥,冯大勇,王福柱.厚壁大口径X70钢管的焊接坡口形式设计[J].焊接技术.2002(04)

[4]. 刘立君,逯允龙,王丽凤,李冬青,韩永魁.厚壁管窄间隙全位置焊接侧壁熔透技术研究[J].电焊机.2001(07)