海洋采油平臺鋼結構建造質量控制方法與措施

于有亮，張歡歡(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

0 前言

海洋采油平臺長年處于海水惡劣的服役環境，需要較高的建造質量來保證足夠的使用年限。文章以海洋采油平臺鋼結構建造質量控制方法與措施的應用為例，就如何保證海洋采油平臺的焊接質量進行論述。

1 材料驗收環節的質量控制方法與措施

1.1 原材料的驗收

為確保生產中使用的原材料符合業主及項目技術規格書要求，必須對進場時的材料進行嚴格的驗收。一般情況下，常用的原材料包括焊接材料、生產材料。焊條、焊絲、焊劑及保護氣體等屬于焊接材料，而板材、型材、管材等屬于生產材料。所有材料施工前必須經過驗收、檢驗、測量合格后方可使用。

通常情況下，由項目組通知業主、加設工程師、質量控制工程師，對到貨的原材料，共同進行檢驗。驗收合格后，各方在檢驗清單中簽字確認。如發現不合格的原材料，必須由倉儲人員進行隔離，并按照檢驗規范進行處置。

1.2 材料確認、跟蹤檢驗

為了便于對不同級別的材料進行控制和管理，質量工程師將海洋采油平臺鋼結構分為主要材料和次要材料，分別如下：

(1)主要材料：指屈服強度≥355MPa的GB712-DH36/EH36，JIS G3106 SM 490YB，或者與他們等同的材料，其中，型材翼緣板寬度和型材深度≥300mm，管材直徑≥406mm，板材厚度≥16mm。對于主要材料，業主和第三方通常設置成W(見證)點，并同承包商檢驗員共同對材料等級，型號，爐批號，數量，尺寸，鋼印，證書等進行檢驗。驗收合格后，由承包商檢驗員出具材料檢驗及跟蹤報告，并提交業主、第三方審核簽字。

(2)次要材料：指尺寸小于或者級別低于主結構的材料，例如防沉板，梯子、欄桿、扶手、角鋼、槽鋼、瓦楞板，擋水扁鐵，直徑≤356mm的成品管等。對于次要材料，業主和第三方通常設置成M(見證)點，只需要承包商檢驗員對材料等級，型號，爐批號，數量，尺寸，鋼印，證書等進行檢驗。

2 組對環節的質量控制方法與措施

2.1 人員資質

組裝工具備一定的工作經驗，熟悉相關圖紙，施工技術方案及相關操作規程，并持有建造公司質量保證/控制部頒發的組裝工技能等級證書。質量控制人員需要持有國際權威焊接檢驗資質，例如：美國焊接學會注冊焊接檢驗師--AWS CWI，加拿大焊接局焊接監督--CWB WELDING SUPERVISOR。

表1 焊接組合梁尺寸公差

2.2 組對尺寸控制

2.2.1 結構鋼管組對尺寸檢驗

(1)徑向偏差。鋼管縱焊縫對接邊的徑向偏差不超過3.2mm。如果環向接頭的徑向偏差超過了3.2mm，但是焊工可以從兩側進行焊接，那么，環焊縫對接邊的徑向偏差允許值可以達到0.2倍的壁厚，但是最大值不能超過6.4mm。當鋼管環縫局部徑向偏差過大時，只要局部偏差的長度小于8T，我們需要使用適當的堆焊方法，將偏差部位熔敷出一個斜度為4:1的過渡帶，即便這樣，這種過渡帶的長度也要控制在8倍的壁厚范圍內，并且環焊縫的徑向偏差也不能夠超過0.3倍的壁厚，最大不能超過9.6mm。

(2)縱縫及環縫間距。根據API 2B的規定，相鄰管段的縱向焊縫至少應該錯開90°；相鄰兩道環焊縫之間的距離，需要取下列較小者：鋼管的直徑，或者910mm；環焊縫的數量，在鋼管的任意3050mm長度范圍內，不應當超過兩道。

(3)不圓度。不圓度也稱橢圓度，它的定義是：沿著鋼管外壁的圓周方向測量一圈，所測得的最大與最小外徑的差值。對于壁厚≤50.8mm的鋼管，不圓度應當不超過其公稱直徑的1%，最大不超過6.4mm。對于壁厚＞50.8mm的鋼管，其不圓度與壁厚的比值，應當不超過1:8。對于直徑超過1219mm的鋼管，其最大不圓度允許達到12.7mm，前提是需要將其周長公差控制在±6.4mm以內。

(4)直線度。任意3000mm長度范圍內允許的最大直線度誤差應為3.2mm；任意1200mm長度范圍內允許的最大直線度誤差應為9.6mm；任意超過1200mm長度的鋼管，允許的最大直線度誤差應為12mm。

2.2.2 焊接組合梁尺寸控制

焊接組合梁尺寸公差，按照表1及圖1執行。

2.2.3 接頭節點組對檢驗

所有接頭節點組對尺寸，需要按照批準的WPS(焊接工藝規程)中的節點詳圖進行檢驗。檢驗員需要認真核對坡口角度、根部間隙、鈍邊等尺寸在允許的范圍內[1]。檢驗員應當確保焊接坡口周圍的清潔，沒有鐵銹、油污等雜質，檢查范圍是所有方向至少25mm范圍內。定位焊縫至少為50mm，堆焊足夠的金屬，避免焊縫裂紋。須將定位焊起始端部打磨成圓滑過渡，以便焊接過渡完好，徹底熔合。對于存在裂紋的定位縫，在最終焊接前，應將裂紋全部清除。

圖1 焊接組合梁尺寸公差示意圖

3 焊接過程監控的方法與措施

3.1 焊材管理與控制

焊材牌號要與項目WPS要求一致，焊材的烘干、保溫需符合焊材使用管理規定，焊絲使用過程中注意防護，現場領用的焊條需放置于合格的保溫筒之內，當天未使用完的手工焊條、焊劑、藥芯焊絲需及時退回焊條烘干房，特殊焊材的使用按照廠家說明進行[2]。

3.2 焊接區域保護

焊接區域的風、雨雪等，會對焊接質量產生不利影響，當風速超過8kg/h時，會造成焊接電弧產生偏吹，而雨雪中的水分子，在高溫熔覆下會產生氫，從而使焊縫產生冷裂紋。質量控制人員需要檢查焊接防護情況，確保有充分的防風、防雨雪措施。

3.3 焊接參數控制

一般情況下，較薄的板(38mm以下)采用烤把加熱，厚板(38mm及以上)采取電阻加熱的方式，對接頭區域進行預熱。預熱范圍為距離焊接接頭所有方向至少50mm。一般情況下，海洋鋼結構旁站檢驗關鍵部位的層間溫度最小值不能低于預熱溫度，最大值不能高于WPS中指定的最高溫度值。焊接過程中需對焊接電流、電壓、焊接速度等參數進行監控；具體焊接參數參照在建項目已經批準的WPS。對于重要節點，例如吊點、50mm厚以上的環板，還要做好旁站檢驗和記錄。

3.4 節點預邊堆焊的控制

預邊堆焊即通常所說的長肉。如果焊接接頭根部間隙超過焊接工藝規程限值，應重新組對；如不可能，對于根部間隙大于2倍較薄構件的壁厚或超過20mm時，二者取取小值，可按照相關支持批準的焊接工藝規程WPS進行單邊或雙邊預邊堆焊，后進行打磨處理，直至符合焊接工藝規程公差范圍。預邊堆焊不適用于常規糾正及尺寸偏差的修正。

3.5 焊接中斷的控制

在條件允許情況下，焊接應連續進行；焊接中斷之前，至少完成根部焊接及后續的連續六層焊道或焊縫金屬堆積達到壁厚的1/3的小者；焊縫區域應確保緩慢控冷；焊接中斷后，再重新續焊前，應進行預熱，對焊縫進行外觀檢驗，以確認是否存在裂紋。如業主要求，可進行干磁粉檢測。

3.6 對焊接作業人員的控制方法與措施

檢驗員需要檢查焊工是否有資格在此工程中從事相應的焊接工作，焊工現場焊接的資格是否滿足其在該項目報批的資格。焊工需要隨身攜帶焊工證，以備檢查，嚴禁無證焊接作業。

如在巡檢過程中，發現有焊接作業人員違規作業，則需要按照個人違章計分規則進行扣分處罰。質量違章根據個人違章性質、違章潛在后果，按照嚴重程度將質量違章分為A類、B類、C類、D類 4個等級，其中，A類單次扣12分，B類單次扣6分，C類單次扣3分，D類單次扣1分。

對于確認為記分的，由質量保證/控制部人員拍照，并填寫《個人質量違章記分通知單》、簽字確認。接到“個人質量違章記分通知單”后，如被記分人對違章事實、違章原因、違章級別存在爭議的，可由被記分人所在單位代為發起申訴。

4 焊后外觀檢驗的質量控制方法與措施

焊接完畢，檢驗員需要對完工焊縫進行外觀檢驗。焊縫外表面必須符合以下要求：(1)任何位置發現的任何尺寸的裂紋都不合格。(2)相鄰焊層之間，母材與焊縫金屬之間，必須得到充分的熔合，能夠有未熔合產生。(3)起弧或者收弧的弧坑必須填滿，但是斷續角焊縫，超出其有效長度的部分，可以除外。(4)焊縫輪廓形狀必須符合AWS D1.1 第6章第5.24節的要求[3]。(5)進行外觀檢驗的時間：需要等待完工焊縫冷卻至環境溫度后，才可以開始進行焊縫外觀檢驗。但是對于ASTMA514、A517鋼和A709 100級及100W級鋼焊縫，由于他們屬于低合金高強度的調質鋼，因此，這些鋼焊縫的外觀檢驗，必須在焊接完畢至少48小時后，才能開始進行。(6)角焊縫的尺寸不足部分不允許超過焊縫長度的10%。大梁翼緣板和腹板連接的焊縫，在梁的兩端，長度等于兩倍翼緣板寬度的范圍內，嚴禁出現焊縫尺寸不足。(7)對于靜載荷非管狀連接，當焊縫厚度小于25mm時，咬邊不能超過1mm；任何局部累積長度到50mm的咬邊，嚴禁超過2mm，這個范圍需要控制在300mm長度范圍內。當焊縫厚度≥25mm的時，任何長度焊縫的咬邊嚴禁超過2mm；對于周期性載荷的非管狀連接和管狀連接，如果是主要構件中，不考慮載荷，當焊縫與拉應力成橫向關系時，咬邊深度不能夠超過0.25mm。(8)對于靜態負荷的非管狀連接，當焊縫與計算拉應力成橫向關系時，對接接頭完全熔透(CJP)坡口焊縫不能夠有可見管狀氣孔，任何其他形式的接頭(坡口焊縫和角焊縫)，直徑≥1mm的可見管狀氣孔直徑的總和，在任何25mm長焊縫范圍內不允許超過10mm，在任何300mm長焊縫范圍內不允許超過20mm。

5 結語

按照上述質量控制方法與措施，對渤海區域海洋采油平臺建造過程進行了有效的質量控制，保證了各在建項目的施工質量，也給同行業相關人員起到了借鑒作用。