自升式鉆井平臺樁靴裂紋修理分析

范學剛

(友聯船廠(蛇口)有限公司，廣東 深圳 518054)

海洋平臺

自升式鉆井平臺樁靴裂紋修理分析

范學剛

(友聯船廠(蛇口)有限公司，廣東 深圳 518054)

自升式鉆井平臺的樁靴和樁腿大量采用如ASTM A517GR.Q、EQ56等低合金高強度的鋼材料制造而成,其焊接質量的好壞直接關系著平臺的運行安全。文章分析了ASTM A517GR.Q齒條鋼的可焊性，介紹了海洋石油941、海洋石油935樁靴裂紋修理工藝以及施工過程，總結了自升式鉆井平臺樁靴裂紋修理的難點。

自升式鉆井平臺;樁靴;裂紋

樁靴和樁腿是自升式鉆井平臺的重要組成部分，平臺在作業或非作業插樁、拔樁時，平臺自身的重量和作業時產生的力都是通過樁腿傳遞到樁靴，樁靴、樁腿的質量好壞直接關系到平臺自身的安全問題。樁靴和樁腿的連接區域由于受到各方面力的作用最大，從而增加了產生裂紋的可能性，所以自升式鉆井平臺進塢特檢的1項重要內容就是對樁靴與樁腿的連接處進行無損檢測，檢查此區域的焊縫是否保持良好，有沒有出現質量缺陷，尤其是看此連接區域是否有裂紋產生。一旦發現裂紋，必須進行修理，否則裂紋的擴大必然影響到整個平臺的運行安全，從而出現重大的安全事故。樁靴、樁腿的材料都是高強度特殊材料，如齒條、半圓板、舷管及相連部分的材料一般采用ASTM A517GR.Q、EQ56、APIX75、EH36、DH36等特殊材料，尤其是與齒條相連的結構，其焊縫的裂紋修理難度相當大，所以必須嚴格按焊接工藝WPS和現場施工工藝進行施工，否則很難清除裂紋。

1 齒條材料的焊接性能分析

由材料廠家提供的齒條產品質量證明書可知，ASTM A517GR.Q是根據美國ASTM A517標準制造的鋼板,其化學成分見表1，力學性能見表2。

表1 ASTM A517GR.Q 齒條鋼的化學成分 %

表2 ASTM A517GR.Q 齒條鋼的機械性能

碳當量Ceq計算如下[1]：

由于ASTM A517GR.Q齒條鋼的含碳量為0.17%，碳當量經計算為0.79%，屬于區域Ⅲ(難焊接區)。由圖1可知，ASTM A517GR.Q齒條鋼的可焊性比較差，在現場施工時必須通過采用合理的焊接工藝WPS改善ASTM A517GR.Q齒條鋼的焊接性，以獲得合格的焊縫。

圖1 碳當量、碳含量和焊接性的關系

2 焊接方法選擇

根據我廠的設備情況和現場的焊接節點，齒條相連的角焊縫選擇手工電弧焊，焊接母材為ASTM A517GR.Q，焊接材料型號為AWS A5.5 E11018M-H4，廠家牌號為TENACITO 80CL。

3 施工前的準備

3.1 施工的條件

平臺進塢后，應把樁腿與固定后平臺整體做墩，使平臺、樁腿和樁靴的量全部落在塢墩上，從而使樁靴和樁腿的連接區域處于自由狀態，盡量避免重力的影響。

3.2 焊工資質

1)凡從事本船焊接工作的焊工必須持有有效的焊工證。

2)焊工所從事的焊接工作與焊工合格證書上記載的考試內容相符合。

3)焊工上崗前必須熟悉有關圖樣和施工工藝，了解所焊部位/工件的技術要求并認真執行。

3.3 施工工藝

1)將裂紋區域清潔干凈，打磨去除油漆層。

2)進行PT檢驗，顯影出裂紋的具體位置，大致畫出需要打磨或氣刨范圍。

3)表層裂紋用砂輪打磨直到清理掉帶有裂紋等缺陷的舊焊道，并且做MT檢測，確認是否還有裂紋等缺陷存在，如有缺陷要求繼續打磨。

4)深層裂紋采用碳刨方式清理掉帶有裂紋等缺陷的舊焊道，碳刨前對裂紋區域母材用加熱片加熱到100～150 ℃，并用專用測溫儀器檢查。在離裂紋尖端至少50 mm的地方開始碳刨，逐漸向裂紋中心移動直到清理掉裂紋，碳刨時要求一層一層的進行，不能一次刨得太深，碳刨到肉眼看不到裂紋的深度后，清理焊道(打磨)并且做MT檢測，確認是否還有裂紋等缺陷存在，如有缺陷，繼續按上述工藝要求處理。

5)氣刨打磨時坡口為“U”型狀。

6)焊前用加熱片預熱到150 ℃左右，層間溫度130～150 ℃，并用專用測溫儀器檢查。

7)焊后用加熱片加熱到220～280 ℃，并保溫2 h，緩冷(冷卻速度不超過50 ℃/h)，保溫、測溫要有監控和記錄。

8)施焊過程應連續進行，如遇特殊情況中途停止施焊時，要進行保溫，再次施焊時要進行預熱(中途停止再施焊不超過2次)。

9)焊前需做好防風雨措施，施焊時遇水或濕度較大容易造成焊縫氫含量超標，從而導致出現裂紋(或延遲裂紋)。所以施焊前需進行預熱，包括裂紋周圍熱影響區域300 mm的范圍，控制作業區環境溫度(保持干燥)。

10)因焊接位置不同，焊接時必需適當調節焊接電流以及電壓。電流過大容易造成飛濺、夾渣等缺陷，電流過小不易于母材溶透，影響焊接質量，詳細操作需仔細閱讀WPS及PQR參數要求，嚴格按照規范操作進行。

11)所有焊接必需采用多層多道焊，禁止一道縫蓋面。

12)上述工藝要求必需嚴格遵守，工藝及QC現場監控并測溫抽查，做好測溫記錄。

4 施工過程中遇到的問題

4.1 問題描述

在前期施工過程中發現存在以下問題：焊前預熱用烘槍預熱；焊后熱處理加熱片未全部包裹焊縫區域；焊后保溫沒有用保溫棉而是用石棉布；焊接時有磁偏吹現象；結果焊后部分返修點經探傷檢查仍然有裂紋存在。

4.2 原因分析及對策

1)由于齒條板厚度超過100 mm，使用烘槍預熱時，加熱速度無法控制，容易導致受熱不均勻，同時容易增加焊接區域的碳含量，不利于焊接。因此應采用電加熱器進行預熱，同時加熱片應包圍整個焊縫區域，使整個區域受熱均勻，并用測溫槍進行檢查合格后再焊接。

2)焊后熱處理時加熱片應全部包裹焊縫區域，避免由于熱處理不到位而出現裂紋。

3)焊接熱處理后的緩冷保溫不規范，現場采用石棉布進行緩冷保溫，使得冷卻速度過快且無法控制。所以應采用數控式熱處理器還有專用保溫棉進行焊后熱處理和焊后緩冷保溫，并且保溫棉要把整個焊縫區域全部包裹起來。

4)氣刨后避免采用直流電源探傷機進行磁粉探傷，原因是磁粉探傷后被探測部件容易產生剩磁，從而使氣刨后焊接時出現磁偏吹現象，所以應采用交流電源探傷機探傷，減少探傷后的剩磁，同時應嚴格按預熱溫度預熱，因為在預熱的同時也可以減少剩磁。有條件時可以在焊前進行剩磁測量，待剩磁小于或等于3×10-4T時焊接，可以避免磁偏吹現象的出現。

4.3 質量控制要求

1) 樁腿裂紋區域的材料是ASTM A517GR.Q、EQ56等高強度特種鋼材，根據規范要求此種材料的返修次數最多2次，所以要高度重視，用高水平的焊工進行焊接，避免返修。

2) 焊條開封后必須用保溫桶保存并且要通電。

3) 焊前預熱必須用專業的電加熱設備加熱，決不允許烘槍加熱。

4) 焊后熱處理要求加熱到230～250 ℃，并且至少要保溫2 h。

5) 要用好的保溫材料做好保溫，不能用防火棉進行保溫，并且焊縫的四周要圍住，保溫至少要24 h。

6) 磁粉探傷機采用交流電源，焊后探傷至少要保溫24 h后才能做初次探傷預檢。

在找出裂紋修理施工中的問題并經過有針對性的改進措施后，嚴格按施工工藝要求施工，樁靴裂紋修理完工處理后，經100%磁粉檢測合格，經船東、船檢檢驗一次性通過。

5 結束語

對于樁靴的裂紋修理方面，尤其是涉及到大力板區域ASTM A517GR.Q這類低合金高強度鋼的裂紋修理一定要特別注意，除了要有相關的焊接工藝支持外，還要嚴格按施工工藝施工，嚴格控制裂紋清除、焊前預熱、焊后熱處理、焊后保溫等關鍵環節。希望通過海洋石油941和海洋石油935樁靴裂紋修理中的經驗，對以后同類型的施工項目能起到積極的借鑒作用。

[1] 中國船級社.材料與焊接規范[M].北京：人民交通出版社，2015.

The high strength low alloy steel such as ASTM A517GR.Q、EQ56 is mostly applied in spudcan and legs on the self-elevating drilling units,and it's welding quality relates directly to the operation security of the platform.By weld ability analysis for ASTM A517GR.Q，the introduction of HAI YANG SHI YOU 941 and HAI YANG SHI YOU 935 spudcan crack repairing technique and description of construction process and summarizing the difficulties in self-elevating drilling units spudcan & legs crack repair.

self-elevating drilling units;spudcan;crack

范學剛(1984-)，男，河北石家莊人，助理工程師，大學專科，主要從事船舶修理質量管理工作。

U674

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.04.013

2017-03-13