“振海一號”自升式鉆井平臺特殊焊縫焊接要求研究

摘要：文章對“振海一號”自升式鉆井平臺特殊焊縫進行了研究。海洋平臺是焊接結構，由于結構復雜，應力集中程度高，工作環境條件苛刻，一旦在外載荷作用下特別容易產生脆性斷裂和疲勞破壞，將產生災難性后果。為了防止這些破壞的發生，確保平臺的安全，其焊縫尤其是特殊焊縫的設計及焊接過程的控制是極為重要的。

關鍵詞：“振海一號”；自升式鉆井平臺；特殊焊縫

中圖分類號：TE951文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）24-0020-03

自升式鉆井平臺是一種用于海上石油和天然氣勘探、開采工程作業的鉆井裝置，其可以依靠自身的升降系統完成主體結構的上下升降作業，以達到在不同深度的海域作業的要求。自升式鉆井平臺主要由主船體、上層建筑、樁靴、樁腿、升降系統結構、懸臂梁、鉆臺和直升機平臺幾大部分組成。

“振海一號”是振華重工設計建造、擁有自主知識產權的Super M2型自升式平臺，由于其特殊的結構形式和受力情況，自升式鉆井平臺的焊接要求相對于船舶產品要復雜很多。對于平臺焊縫一般要求，已在《“振海一號”自升式平臺結構焊縫設計與焊接》一文里探討過，這里就不贅述。

本文著重結合“振海一號”，對自升式鉆井平臺的一些特殊焊縫焊接要求，從全焊透焊接、管節點焊接、特殊材料焊接三大方面進行研究。

1全焊透焊接

由于自升式鉆井平臺的一些主要部位受力非常大，因此，全焊透焊接在自升式鉆井平臺中的應用也是非常廣泛的。船級社規范對全焊透的要求基本一致，而且都是一般性的要求。以CCS規范為例，其要求為“全焊透用于受高應力的結構”，規范中列舉了需要全焊透的區域包括：樁腿結構（一般）；樁腿與樁靴或沉墊之間的連接；樁靴和沉墊的內部強肋骨、桁材及艙壁；提升降室（一般）；樁腿圍阱處的艙壁和主要結構；帶纜樁等系泊設備底座對甲板；所有管節點焊接。

“振海一號”自升式鉆井平臺全焊透的應用范圍總結歸納如下：

1.1船舶工程主體區域

1.1.1抬升室，主要包括抬升室外壁與平臺主體結構主要構建之間的焊接，抬升室本身外壁之間的焊接；內部主要隔板與外壁的焊接；抬升齒輪安裝法蘭套與外壁結構的焊接；抬升室外壁與撐座的焊接。

1.1.2樁腿圍阱處艙壁，主要包括與抬升室連接的艙壁或肋板；樁腿圍阱附近主要艙壁與主甲板和外底板的焊接。

1.1.3主船體外板周界，主要包括舷側外板與主甲板、外底板的焊接；尾封板與主甲板、外底板的焊接；首部艙壁與主甲板、外底板的焊接。

1.1.4懸臂梁支撐艙壁結構與主甲板結構的焊接，主要在懸臂梁滑移范圍內。

1.2樁腿與樁靴

樁腿主弦管與齒條的焊接（由齒條生產廠家完成，成品來貨）。樁腿水平撐管、斜撐管與主弦管的焊接；斜撐管與水平撐管的焊接，具體焊接形式可參見管節點焊接。樁靴結構與樁腿結構連接部位的焊接。樁靴內部主要艙壁、桁材的焊接。

1.3懸臂梁及鉆臺結構

懸臂梁主要結構，主要包括縱壁與上下軌道面板；懸臂梁滑道板與腹板；鉆臺軌道板與腹板。懸臂梁底座、懸臂梁滑道座構件的焊接。鉆臺結構主要結構，包括鉆臺與井架底座連接部位；轉盤周圍強構件；主要受力強框架。

1.4其余部位

鋼管焊接節點，主要是各種鋼管組成桁架結構，例如直升機平臺結構，具體焊接形式可參見管節點焊接。受力較大的設備底座、設備加強結構等，例如吊機基座、拖點加強、干拖加強等。其余應力較大區域結構。在考慮全焊透范圍時，除了參考

上述部位外，還應該充分聽取現場驗船師的意見。

2管節點焊接

相對船舶產品來說，由于自升式鉆井平臺的特殊性，平臺上的鋼管使用也比較多，例如樁腿結構、直升機平臺結構等。有關管節點的焊接，在AWS D1.1管材連接設計的特別要求中給出了詳細的規定，CCS和LR規范中明確有管節點焊接要求，其要求與AWS D1.1一致，具體如下：

管節點的所有焊縫應符合下述要求：

所有鋼材均應采用全焊透的焊縫連接；除對特定的焊縫形狀可同意采用單面焊外，每當實際可行時均應采用雙面焊；在桁架式結構中，所有位置處弦桿最小焊縫連接長度要求為1.5倍撐桿壁厚度；應采取措施確保焊縫表面光滑，與母材融合一體，平滑過渡；除經本社同意外，應不使用背墊板；焊根間隙一般為3～6mm；若鞍狀焊縫趾打磨已同意作為改善疲勞壽命的方法之一，則在同意對焊縫趾打磨的部位，焊縫與母材間應平滑過渡。打磨應去除所有的缺陷、夾渣和咬邊。打磨深度應不超過2mm 和0.05倍板厚中的較小值。

3特殊材料焊接

為了盡可能控制自升式平臺的自身重量，增大可變載荷，在自升式鉆井平臺結構設計時，在強度允許的范圍內，一般會選取板厚較小、材質較高的材料，因此，在自升式鉆井平臺中，特殊材料的應用范圍非常大，特別是一些高應力區域，經常會用到屈服強度超過550MPa的材料；同時，由于部分結構受力非常大，使用的鋼板厚度也相對于船舶產品要厚，例如升降基礎結構、懸臂梁結構等結構中普遍采50m以上的鋼板，個別結構可能用到230mm的鋼板。

在進行這些特殊材料的焊接時，需要注意以下幾個方面：

3.1焊材選取

各大船級社對于不同材質的鋼板的焊接材料選取都給出了明確的要求，因此，在現場焊接時，要按照船級社規范，選取合適的焊接材料。

3.2坡口選取

按照船舶產品的焊接要求，不同厚度鋼板的焊接都有對應的坡口形式，相同厚度的板材采用不同的焊接工藝時對應的坡口也是不一樣的。在鉆井平臺中，由于部分特殊結構的構建間距較小，內部空間狹小，根本無法施焊，這些部位必須采用單面焊接，因此，在遇到上述特殊部位時，需要在焊接設計時充分考慮，并針對這些特殊部位的焊接進行相應的焊評實驗。有關焊接坡口的設計，AWS D1.1相關章節里有詳細的敘述。

4結語

本文著重結合“振海一號”，對自升式鉆井平臺的一些特殊焊縫焊接要求，從全焊透焊接、管節點焊接、特殊材料焊接三大方面進行了研究，并針對各大船級社規范關于自升式鉆井平臺特殊焊縫焊接的要求作了簡要的總結。除了參照相關船級社規范要求外，目前鉆井平臺特殊焊縫設計特殊焊接要求還應參照AWS D1.1的相關要求和技術規格書要求執行。

參考文獻

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[5]CCS海上移動式平臺入級與建造規范[S]．2005．

[6]LR船舶入級規范和規則[S]．2001．

作者簡介：鄭學金（1974-），男，上海振華重工（集團）股份有限公司海工生產設計所工程師，研究方向：船舶工程。

（責任編輯：周加轉）