模塊鉆機結構建造項目中的質量控制

劉立軍 雷青娟

1.中海油田服務股份有限公司 綜合服務事業部 （天津 塘沽 300452）

2.西安石油大學 材料工程學院 （陜西 西安 710065）

模塊鉆機結構建造項目中的質量控制

劉立軍1雷青娟2

1.中海油田服務股份有限公司 綜合服務事業部 （天津 塘沽 300452）

2.西安石油大學 材料工程學院 （陜西 西安 710065）

COSL東海模塊鉆機結構建造項目工期只有正常周期的40%，在嚴峻的時間條件、自然條件中保證工程質量是一個不容忽視的問題。通過對主要現場焊接施工工藝的研究，確定了優化的焊接工藝，為按期完成任務提供了技術保證。

鉆機結構建造 焊接工藝 項目管理

COSL東海模塊鉆機項目是中海石油有限公司上海分公司春曉油氣田群所屬的海上石油勘探開發項目的一部分。中海油田服務股份有限公司（COSL）作為EPC總包方承攬了該項目。業主給出的陸地建造工期僅為正常建造模塊鉆機周期的40%，并要求該項目在7個月內完成陸地建造及單機調試和海上安裝、聯合調試。該項目工作量大，施工周期短，施工自然環境惡劣，面對這樣苛刻的條件，要保質保量的完成任務施工質量控制顯得尤為重要。

1 模塊鉆機結構建造項目工況條件的概況

東海模塊鉆機結構項目的主體結構以D36、E36等低合金高強度鋼為主，COSL東海模塊鉆機項目施工場地位于江蘇省如皋市如皋港，且結構施工是在冬季進行，氣溫較低（最低溫度-8℃），雨量充沛，空氣濕度大（長期處于67%左右），有風天氣多，加之D36鋼焊接時對環境的要求較高，給焊接作業帶來了極大的困難。

2 焊接質量控制

2.1 焊接方法的優化

埋弧焊(SAW)、焊條電弧焊(SMAW)、CO2氣體保護焊是工程中常用的焊接方法,各有不同的特點[1-3]，各種方法的比較見表1。

COSL東海模塊鉆機項目結構陸地建造工期緊、任務重、工作復雜。面對壓力，該項目組仔細研究以往項目建造工藝、多方咨詢業內專家，在進行了深入分析、反復論證的基礎上，確定項目主體結構中的典型焊接形式、重要焊接形式，如：主體結構板拼組合梁、鉆井設備模塊吊點、滑道梁、箱型梁及吊機將軍柱等焊接。各結構關鍵部位焊接方法如表2所示。在綜合考慮工期、焊縫設計要求和焊縫質量前提下，放棄了以往模塊鉆機項目結構建造以二氧化碳氣體保護焊和手工電弧焊為主的焊接作業方式，優選板拼梁預制以埋弧自動焊為主、現場制作以藥芯二氧化碳氣體保護焊為主，以手工電弧焊為輔的焊接作業方式。采用埋弧自動焊可焊接中厚板結構的長焊縫，與傳統的手工電弧焊比較可以大大提高生產效率。但是在整個項目中埋弧自動焊不能滿足所有的焊接要求，如在仰焊和全焊位置及薄板焊接就不能采用埋弧自動焊，而CO2氣體保護焊適合這樣的焊接條件，因此本項目就采用埋弧自動焊和CO2氣體保護焊兩者結合的焊接方法來完成該項目，這樣不僅提高了工作效率，還能保證工程質量。

2.2 焊接材料的選擇

焊接材料是保證焊接接頭質量與性能的關鍵[4，5]。通過對模塊鉆機工作環境和工作狀態的綜合分析，COSL東海模塊鉆機項目主體結構選擇以D36、E36等低合金高強鋼為主。在C、Mn強化的基礎上進行微合金化，降低對韌性和焊接性能影響最大的碳含量，且在較低的碳含量情況下仍具有較高的強度，以及優良的綜合性能。

表1 埋弧焊、焊條電弧焊、CO2氣體保護焊的優缺點分析表

表2 優選焊接方法與傳統焊接方法的對比

通過對母材性能、使用條件、焊接形式以及工作環境的綜合分析，優選了焊接材料。采用LB-52U封底焊條進行手工電弧焊打底，能夠完全滿足焊縫的性能要求，且具有單面焊背面成型好、操作靈活等優點。因此，建造采用其進行封底焊接。TWE-711Ni為490MPa級高強度鋼用氣體保護藥芯焊絲，除力學性能等滿足要求外，在焊接時采用直流反接，還具有穿透深、全位置焊接作業性佳、煙塵量少、弧光柔和穩定、焊渣薄而易除、X光檢測性能優良、可用于要求沖擊性較好結構全位置焊接及立角焊的焊接等優點，因此采用TWE-711Ni作為吊點焊道蓋面填充材料完全能夠滿足吊點所需拉伸應力和剪切應力等使用要求。JW-1焊絲配合燒結鋁鈦型焊劑F4A2（SJ101）進行埋弧焊接作業和使用CHE58-1進行手工焊接作業的方式已經在很多工程中進行了成功應用，二者的匹配關系可以滿足本項目的要求。

2.3 工藝措施

為了保證焊縫質量，盡可能減少焊接缺陷，本項目在焊接施工過程中主要采取了如下的措施：

（1）焊前預熱、焊后緩冷。D36、E36鋼均屬于低合金高強度鋼，低溫焊接脆裂傾向大。在項目建造的低溫環境下，按照焊接工藝規程要求焊前對焊接區域緩慢、均勻預熱，并采用測溫槍、測溫筆等工具控制預熱溫度，大大降低焊后冷卻速度，減少淬硬組織，減小焊接應力，有效地降低了焊接裂紋產生概率。焊后采用保溫、緩冷措施，有效減少了擴散氫的產生，降低了冷裂傾向。

（2）連續焊接作業。對于滑道梁、吊點等重要結構的長焊道，盡量保證焊接作業連續性，這樣既降低了因焊接作業間歇造成的不均勻加熱和冷卻而產生的內應力，又減少了因斷續焊接焊后驟冷而產生的焊接缺陷，還減少了反復預熱造成的工時浪費。

（3）熔池的保護。現場焊接作業中盡量采用平焊、立焊位置，避免橫焊和仰臉位置焊接，為焊縫的成型提供了有力的保障。采用藥芯CO2焊接，在施焊過程中，除藥芯焊絲燃燒時產生的大量氣體和熔渣進行自保護外，同時還采用了CO2作為保護氣體進行保護，有效降低了焊縫的氧化程度，大大提高了焊縫機械性能和成型質量，并降低了氫致裂紋出現的概率。

（4）焊接作業區域防護。焊接作業時，采取擋風板、遮雨蓬等防風、防雨措施，對焊接區域進行重點保護。

焊后無損檢測結果證明吊點焊接接頭沒有產生諸如層狀撕裂、冷裂紋、密集氣孔等焊接缺陷，以上工藝措施可以滿足工程需要。

3 生產過程管理

面對嚴峻的施工條件和工期要求，COSL東海模塊鉆機項目組在生產組織管理方面進行了一些調整，采用了一些新的管理措施，包括合理整合資源、人員優化集成、優選施工工藝、采取反造正和、廠房內施工等，做到中間產品成品化，人員兩班倒施工，充分利用了船廠吊車的吊裝翻身能力，另外對設備、材料采辦和建造計劃的實施都設專人跟蹤。

通過以上管理措施實現了43天完成首個模塊—RLQ模塊封頂；71天完成全部模塊封頂，102天完成各模塊結構整體交驗，歷時111天完成了陸地施工的奇跡。

4 結 論

COSL東海模塊鉆機項目采用以埋弧自動焊、藥芯二氧化碳氣體保護焊為主，以手工電弧焊為輔的焊接作業方式，取得了良好的收效，焊接接頭均完好無缺陷，生產過程的調整和管理措施保證了工程的順利進行和按期完成。

[1]錢在中.焊接技術手冊[M].太原：山西科學技術出版社，1999.

[2]周玉生.電弧焊[M].北京：機械工業出版社，1994.

[3]雷世明.焊接方法與設備[M].北京：機械工業出版社，1999.

[4]鄒增大.焊接材料、工藝及設備[M].北京：化學工業出版社，2001.

[5]曾樂.現代焊接技術手冊[M].上海：上海科學技術出版社，1993.

Project duration of the East China Sea module drilling rig structure construction is only 40%of the normal cycle in COSL, so it is a problem we cannot ignore to guarantee the project quality under the strict time condition and natural condition.Then optimized welding technology is determined based on the research on the welding construction technology at main worksites.This provides technology guarantee for accomplishing the task on schedule.

drilling rig structure construction;welding technology;project management

劉立軍（1970-），男，1992年畢業于西安石油大學焊接設備與工藝專業，主要從事海洋模塊鉆機建造、設備采辦和管理工作。

張簫鈴

2011-12-22