海洋工程浮式生產儲油平臺錨樁焊接工藝及建造技術研究

冉祥鵬

摘 要：因為深海環境比較復雜，有著復雜的交變應力情況，所以為了保障海洋平臺的錨樁足夠穩定，需要做好鑄鋼材料研究。本文將對比美標與德標在建筑材料中的要求與性能，優化控制鑄造工藝，探索熱軋件焊接質量控制思路和鑄鋼件焊接辦法。焊接中做好余熱溫度控制，嚴格管理焊接層間溫度和參數，確保焊后熱處理效果與質量，以防出現焊接裂紋，保障焊接效果。利用工程實踐，分析焊接工藝應用思路，提高錨樁的焊接水平。

關鍵詞：海洋工程;浮式生產儲油平臺;錨樁焊接

海洋表面建設浮式平臺用于生產和儲存油品。平臺生產具有儲量大、運量大的特點，為保障穩定生產，需要確保平臺有足夠的抵御風浪能力。平臺的固定，使用的是錨鏈。為防止風浪引起錨鏈劇烈晃動，產生交變載荷，需要充分利用錨樁吊耳，延長吸力錨壽命。在現有技術限制下，目前鑄件的內部晶體很容易出現焊接裂紋。焊接期間，如果控制不當，就會影響鑄件的焊接效果，無法有效使用海洋平臺。本文將研究對平臺錨樁質量有影響的焊接技術和鑄件鑄造手段，探索提高質量控制效果的辦法。

1材料選擇

海洋平臺，焊接工藝影響最明顯的環節是熱軋件和鑄鋼件選型。以過往經驗判斷，美標和德標是鑄鋼材料中廣泛使用的要求。主要熱軋材料為EH36和DH36。本文將對比德標和美標材料性能，按照國內海域對于鑄鋼材料的需求進行合理選擇。德標明確規定了各種合金元素要求和規范，有著更高的鑄鋼件原料要求。美標中，影響鑄鋼性能比較大的因素包括P和S的元素成分，其他元素并沒有具體的要求，S元素的要求比較寬，P元素的要求比較嚴。相較于德標要求美標抗拉強度和屈服度更好。以抗疲勞性和抗沖擊的角度考慮，本次的母材選擇，決定考慮美標。

2鑄鋼鑄造流程和控制

鑄造鑄鋼件的時候，需要先設計模型，然后制造芯和制造型，隨后澆筑與熱處理，最后逐漸進行檢驗檢查。設計模型的時候，必須充分考慮工程要求，按照鑄造工藝和廠家設備，編制與工程匹配的文件還有圖紙，參照作業圖紙的描述和尺寸情況，完成結構的合理性設置，完成三維模型的創作。再之后，就可以按照圖紙的數據情況生產加工，完成一切的準備工作。砂芯的制作，使用混砂機，分解芯盒也要提前的進行準備。最后把砂芯和模子結合到一起初步完成模樣制作。在鑄造鑄鋼件中，澆筑屬于十分重要的步驟。在澆筑前，需要先做好澆筑包質量檢查工作。澆筑期間，澆筑速度和溫度是必須嚴格控制的因素，應確保型腔中，鋼液能夠緩慢平穩的流動，不能有空洞和渦流現象。操作流程中，有著十分嚴肅且高標準的要求，提前解決好添加元素比例的設計與使用非常關鍵。優化處理脫硫去鱗的步驟，加強合金元素的配比管理，結合情況，選擇磁粉探傷以及外觀檢測，必須保障鑄件整體干凈，不能有氧化皮、污垢和毛刺。鑄鋼吊耳型線變化大和高應力部位，需要使用雙晶直探頭展開超聲波檢測，順利完成質量驗收。

3焊接工藝與過程控制

3.1參數

作業中，錨樁焊接點包括熱軋件與鑄鋼件。熱軋件材質為熱軋鋼板，鑄鋼件材質為ASTM A148 Gr.90-60。焊接中，用LB52U焊條，通過手工焊的方法打底。蓋面和填充，使用的是DW-A55LSR。

3.2坡口

鑄鋼件固有鑄造特點，在嚴苛工藝中，完成檢驗和過程控制。此時鑄鋼件或多或少還有一些質量問題需要處理。焊接熱軋件和鑄鋼件之前，需要探傷檢查焊縫周圍母材，以此確保鑄鋼材料質量效果。熱軋件與鑄鋼件厚度大小都是100毫米，是超厚鋼板。使用K形和X形坡口與全熔透焊接[4]。需要加工處理鑄鋼件坡口，坡口的角度、鈍邊和間隙必須保持良好的狀態。

3.3工藝流程與過程管理

現場需要制作鋼框架支撐，順利完成鋼鑄件焊接。焊接之前，先預熱，溫度控制在110至150攝氏度，層溫不能超出200攝氏度。正式焊接之前，不可以在工件的上面進行焊機電壓、電流參數調整。坡壁起弧操作是可行的，應做好填充與蓋面熱輸出值控制，絕不能超過1.8kJ/mm。焊接填充層，需要先完成焊渣清理工作，不能讓焊道有雜質。焊接雙面坡口時候，采用背部清根辦法，清理的深度需要超過4毫米，一直到能看到平滑母材，之后探傷，選擇磁粉技術。探傷沒問題，則繼續進行后續焊接，完成整體操作。

應做好焊接過程的控制和管理，認真檢驗，才能保障鑄件的焊接質量。為防止焊接中違規操作和電流過大導致焊縫出現質量問題，需要重視焊工的技能培訓。選擇焊工的時候，一定要考慮其作業能力、責任心意識與操作水平，應以標準規定操作。作業之前，參數表的填寫是必不可少的工作。對于高度集中應力的地點，更是要重點控制。操作中，旁邊應當安排檢驗員進行旁站，做好熔池清潔工作。使用空氣吹掃焊道，隨后繼續焊接。

熱處理以后，鑄件內應力實現可靠控制，并利用熱電偶對鑄件加熱。母材、母材焊縫都要設置加熱片，有需要的時候進行加熱操作。操作前，先清理污垢。鑄鋼件與熱軋件焊縫處理寬度需要超過250毫米，應保障受熱均勻，時間需要超過2.5個小時。鑄件的熱處理，采用保型工裝就能規避撓度發生問題。保溫工作十分重要，通常會用到加熱毯。一般情況下，焊縫的操作，需要將溫度限制于580至600攝氏度。結束焊接作業之后，使用超聲波對鑄鋼件進行探傷檢查。

做好局部缺陷問題檢查和分析，焊縫區域的殘余應力，應呈現出逐步下降特點。之后用碳弧氣刨對其進行打磨與處理，不可以使用熱切割，不可以傷害母材。應保障開槽長度和母材，讓二者的過渡能夠比較圓滑。缺陷問題的處理，應配合使用磁粉或是滲透等方式，返修問題影響很大，需要認真進行重復性操作，直到作業質量符合規定。

4鑄鋼件錨樁筒體的建造

4.1技術要求

平臺建設中，錨樁筒體十分重要，徑厚比需要維持在一定的比例。鑄造件為錨樁吊耳，壁厚100毫米，熱軋件剪力板同樣100毫米厚，為槽口設計。筒體壁厚和剪力板為1比4的過渡焊接。筒體建造的公差，按照EEMUA158規范和圖紙要求。與過去項目相比，同心度、組對錯皮、不圓度、直線度和周長要求更高。對于錨樁筒體來說，冷彎加工其鋼板的時候，最佳方法就是鋼板回彈，一定要優化控制與處理，以免在反復過彎中，卷板機過度疲勞，出現裂紋，影響使用效果。

4.2分段劃分

錨樁吊耳、加強板架共同組成了錨樁筒體。外筒體包括7個單節管，由三個總段組成。首先是第一段，包括4管段，全部為剪力板、錨樁吊耳。第二總段的構成是預知的2個分段。第三總段則是管段的外筒體還有單筒內的加強板架，需要噴涂操作，筒體在不包括錨鏈情況下，單個重量為120噸。三個總段都是單獨臥式預制，之后總裝接長。

4.3建造工藝

1）按照圖紙情況，以半自動的方式進行作業生產，預制筒體總段。

2）總段附件包括剪力板和鑄鋼吊耳。使用本文提到的焊接工藝與控制手段預制。生產前預熱并加工坡口，做好層溫控制，參數調整，焊后熱處理，過程中，嚴格控制質量檢驗步驟。

3）單獨預制筒體內的縱橫加強框，尤其要注意的是焊接的變形控制。在預制墊墩上放置片狀圓形框架。外筒的吊裝，從外套進筒體板架，頂住蓋板，焊接完加強框架組和外筒體以后，翻身與噴涂整體。

4）噴涂完以后正立放總段，并進行吊點孔機和法蘭組對。

5）焊接接長與組對總段，精準定位。

6）開孔，做好坡口對接，吊裝剪力板和鑄鋼吊耳，應用超聲波進行檢查。

7）將其余附件安裝好。

8）建造完錨樁筒體，逐個吊裝送至碼頭出海。

結語：海洋油氣的生產和存儲，需要使用特定的平臺。建設平臺的時候，一定要選擇合適的材料，做好焊接工藝控制，應保障所有焊接材料符合規定，做好應力結構監測，優化調整建造流程，保障安裝精準度。

參考文獻：

[1]華霖，陳哲，程晉宜等.EEMUA及DNV標準下支管與主管連接節點的焊接工藝[J].焊接技術，2021，50（04）：45-48.

[2]楊麗麗，舒寧華，許志恒等.海洋石油工程焊接變形控制要點探討[J].清洗世界，2021，37（03）：88-89.