焊接質(zhì)量控制在海洋石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

賈慧峰，樊志祥，王輝，張園星(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

0 引言

中國的海洋事業(yè)隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展而不斷發(fā)展。作為我國的重要能源，海洋石油的開發(fā)利用也在不斷深入。所以，海洋石油平臺(tái)作為海洋石油開發(fā)的重要載體，發(fā)揮著十分重要的作用，其結(jié)構(gòu)形式也朝著專業(yè)化和規(guī)模化方向發(fā)展，對平臺(tái)的施工質(zhì)量要求很高，其主體結(jié)構(gòu)由鋼結(jié)構(gòu)組成，鋼結(jié)構(gòu)對平臺(tái)具有非常重要的支撐作用。

1 海洋石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的焊接特點(diǎn)

海油平臺(tái)的特殊性決定了其鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝與其它工程鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝的不同，其特點(diǎn)如下：(1)焊條材料的選擇一般采用低氫或超低氫堿性焊條；(2)鋼板焊接前必須預(yù)熱，防止鋼板斷裂；(3)要特別注意初始熱輸入值，以確保焊縫強(qiáng)度良好；(4)焊接后，余熱電壓是否及時(shí)處理，以保證油氣田平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。海洋石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 海洋石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)

2 海洋石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的組對檢驗(yàn)

2.1 尺寸核對

海上油氣田鋼結(jié)構(gòu)焊接前，應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)的相應(yīng)尺寸進(jìn)行精確測量與疊加。一般說來，檢驗(yàn)鋼結(jié)構(gòu)材料尺寸最直接的方法是參考設(shè)計(jì)圖紙。為了保證鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，在混凝土試驗(yàn)中，必須檢查螺旋鋼管的厚度、內(nèi)徑及材料分布情況[1]。

2.2 坡口情況檢驗(yàn)

坡口焊接是鋼結(jié)構(gòu)焊接中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。斜面焊接一般采用全熔透焊接。鋼構(gòu)主體焊接前必須由相關(guān)技術(shù)人員對螺母的實(shí)際位置進(jìn)行詳細(xì)檢查，確保所有的焊接都符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。焊縫的標(biāo)準(zhǔn)和要求涉及許多方面：折角，鋼板預(yù)熱和焊縫材料的選擇。實(shí)踐中，必須制定焊接標(biāo)準(zhǔn)：(1)要保證根部自由度，不要使過大或過小的間隙產(chǎn)生過大的時(shí)間間隔，當(dāng)間隙過大時(shí)焊材不合格，焊絲過小時(shí)不繼續(xù)焊；(2)彎曲角度，如果坡度過大，傳熱過大，焊接時(shí)間過長，效率下降，上升幅度減小。焊根不易清根，影響鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此，相關(guān)技術(shù)人員必須嚴(yán)格按要求焊接，以減少焊接誤差，確保鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。

2.3 坡口預(yù)熱狀況的監(jiān)測

海洋石油平臺(tái)結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的關(guān)鍵在于預(yù)熱。為確保鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量，預(yù)熱溫度和螺帽預(yù)熱方法是焊接工藝中的重要環(huán)節(jié)。熱處理溫度和冷卻方式一般要求如下：(1)厚板和高強(qiáng)鋼主體結(jié)構(gòu)預(yù)熱溫度一定要達(dá)到技術(shù)文件要求；(2)電阻加熱片應(yīng)作為主要預(yù)熱方法和工具；(3)熱處理區(qū)域?yàn)槠驴?5 cm以內(nèi)，熱處理區(qū)域不應(yīng)直接與螺母對位。

2.4 海洋石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接的過程監(jiān)控

鋼構(gòu)復(fù)合焊接時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)具備焊工資格，焊接材料應(yīng)烘干、保溫、防風(fēng);非專業(yè)人員不得從事焊接作業(yè)，參與焊接作業(yè)的人員必須具有相應(yīng)的資質(zhì)，管理人員應(yīng)具備焊工資格;焊接試驗(yàn)時(shí)，質(zhì)量人員必須集中在主升降平臺(tái)、厚環(huán)板及連接結(jié)構(gòu)上。檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)合理使用拉伸計(jì)、溫度計(jì)及其他相關(guān)工具，做好相關(guān)記錄，并符合規(guī)范要求，確保焊接結(jié)構(gòu)性能良好。

3 海洋石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊縫的外觀檢驗(yàn)

外觀檢驗(yàn)是對焊接質(zhì)量的全面檢查和對焊接細(xì)節(jié)的及時(shí)修正，通過具體的檢查程序，可以大大提高焊接質(zhì)量：(1)技術(shù)人員必須使用焊接試驗(yàn)線來測量焊接放大率，一般情況下，鋼筋的放大率在3.2 mm以內(nèi)，但不低于母材的放大率；(2)根據(jù)焊接圖紙，正確測量和控制焊縫的設(shè)計(jì)尺寸，避免角度偏差，影響設(shè)計(jì)效果；(3)打磨過程應(yīng)進(jìn)行，檢查范圍包括表面是否有微生物、殘余焊渣和裂紋。對此，相關(guān)人員應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修改，使其符合原標(biāo)準(zhǔn)和要求，以保證石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定[2]。

4 海洋石油平臺(tái)中鋼結(jié)構(gòu)方面的焊接過程監(jiān)控

焊接鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，必須對焊工的資格進(jìn)行詳細(xì)的檢查和測試，對焊接材料進(jìn)行干燥、熱處理及防風(fēng)等維護(hù)。焊工還應(yīng)確保焊絲、焊絲等零件不會(huì)被損壞，特別注意焊條、焊絲受潮等不良現(xiàn)象。另外，低氫電極必須與電極管集成。施工現(xiàn)場是質(zhì)量保證和檢驗(yàn)人員實(shí)施質(zhì)量保證的重要場所，應(yīng)及時(shí)制止施工過程中違規(guī)焊接等行為，對存在的問題及時(shí)有效地進(jìn)行實(shí)際位置的確認(rèn)，由質(zhì)量保證人員對主要結(jié)構(gòu)如主升降臺(tái)等進(jìn)行焊接指導(dǎo)和控制，集中焊接較厚的環(huán)板，甚至導(dǎo)柱。在實(shí)際檢測過程中，應(yīng)充分、有效地利用張緊器、溫度計(jì)等專業(yè)設(shè)備和工具對焊接電流進(jìn)行測量，準(zhǔn)確采集焊接電壓等相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)與相關(guān)規(guī)范和規(guī)程進(jìn)行更準(zhǔn)確的比較，從而更好地管理控制系統(tǒng)，控制焊接過程焊縫的冷卻速度和傳熱，確保焊縫具有良好的性能。檢查人員的焊接方式必須符合檢查程序的標(biāo)準(zhǔn)要求，首先要了解是否存在違規(guī)行為。其核心部件為主升機(jī)和轉(zhuǎn)盤的基本結(jié)構(gòu)[3]。焊接電流、電壓參數(shù)的檢測采用夾持表、測溫儀分步驟進(jìn)行;所有數(shù)據(jù)都要記錄下來，通過和標(biāo)準(zhǔn)的對比，使實(shí)際值能夠理解。在此基礎(chǔ)上，采取具體的控制措施，可顯著降低冷卻速度，減少熱輸入，使焊縫組織性能達(dá)到較高水平，并促進(jìn)擴(kuò)散研究，使焊縫在短時(shí)間內(nèi)迅速擴(kuò)散，降低鈣含量。在脫氫處理中，通常需要在焊后快速進(jìn)行，尤其是對高強(qiáng)鋼。真實(shí)氫的擴(kuò)散隨時(shí)間而改變。全焊接24～72 h后，排放總量穩(wěn)定，變化不大。

5 在石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接過程當(dāng)中的質(zhì)量控制方法

海洋石油平臺(tái)結(jié)構(gòu)焊接過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)問題，平臺(tái)結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格控制。只有這樣才能保證相關(guān)人員的人身安全。為保證鋼結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量，必須保證鋼結(jié)構(gòu)施工材料在焊接過程中的質(zhì)量。另外，焊接工作中，焊接人員要認(rèn)真，要選拔更多的焊接專家，有關(guān)企業(yè)要對焊接人員進(jìn)行嚴(yán)格的選拔，以增強(qiáng)海洋石油平臺(tái)的技術(shù)力量。焊縫工藝也是電弧焊的重要手段。直至一定程度上對焊接質(zhì)量也產(chǎn)生了很大的影響，使焊工在焊接過程中有了一些完善和較好的焊接設(shè)備這是保證焊接順利進(jìn)行的唯一途徑。

6 平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接的質(zhì)量控制

6.1 質(zhì)量控制的關(guān)鍵核心

工人必須對焊條進(jìn)行全面檢查，包括焊條本身的強(qiáng)度和完整性，保證焊條符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。若確定主要問題為焊接誤差，則可得出操作誤差判斷。所以建筑企業(yè)必須有一支整體素質(zhì)提高的員工，根據(jù)相關(guān)要求進(jìn)行施工，有效地控制焊接電流和焊接速度。

6.2 質(zhì)量控制的具體方法

就目前的情況而言，在海洋石油設(shè)施建造過程中，有許多具體的質(zhì)量控制程序，都是以焊接質(zhì)量為基礎(chǔ)的，所以都被看作是對焊接件進(jìn)行質(zhì)量控制的方法之一。要提高實(shí)際焊接水平，就必須對現(xiàn)有的焊接工藝進(jìn)行全面的監(jiān)控與管理。必須有針對性地采取措施，有效地解決各種影響焊接質(zhì)量的基本因素[4]。

(1)所有采用的焊接系統(tǒng)的質(zhì)量必須符合項(xiàng)目要求，并且在進(jìn)行質(zhì)量測試時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析客戶規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以了解鋼材本身，數(shù)據(jù)是否達(dá)到坡度分布要求的水平，同時(shí)還要保證封口已完成，以便更好地進(jìn)行后續(xù)工作。應(yīng)該指出，在正式開始焊接之前，應(yīng)該仔細(xì)檢查焊接框，以確定它的精度。

(2)全部焊接工件都符合規(guī)定的焊接工藝要求。預(yù)熱器溫度、焊接材料、電流、電壓及焊接位置等信息在現(xiàn)有的焊接工藝中必須清楚。所有工藝都必須符合實(shí)際焊接的要求。

(3)保證焊接材料的選用符合試驗(yàn)評定的要求，并提供良好的貯存、收集和回收。與此同時(shí)，要定期對前期工作的成果進(jìn)行詳細(xì)的復(fù)查，以防止焊接材料選擇上的錯(cuò)誤或損壞部分焊接材料本身。

(4)焊工的操作能力決定了焊接誤差的產(chǎn)生。所以，企業(yè)要想提高自身的專業(yè)水平，就必須從多方面入手，通過多種途徑努力提高自身的素質(zhì)。不但要建立焊工內(nèi)部培訓(xùn)機(jī)制，提高自己的技能水平，而且要有良好的責(zé)任心。

(5)測量儀是所有焊工的基本工具，如果工人使用的設(shè)備出現(xiàn)質(zhì)量問題，將直接影響實(shí)際的焊接質(zhì)量，即使工人的技術(shù)水平很高，在工作中也會(huì)出現(xiàn)許多問題。為此，在實(shí)際的油氣田平臺(tái)焊接過程中，必須對設(shè)備進(jìn)行定期檢修和全面維修，以提高其安全性和操作質(zhì)量。

(6)一般而言，焊接作業(yè)對外部環(huán)境條件的要求非常具體，最好不要在雨雪天氣施工。另外，在施工項(xiàng)目正式開始前，工作人員應(yīng)深入現(xiàn)場，仔細(xì)監(jiān)測現(xiàn)場的濕度和溫度狀況，以防止溫度過高或水蒸汽過多造成的質(zhì)量下降。

7 平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?/h2>

7.1 無損檢驗(yàn)

若焊縫外觀達(dá)到規(guī)定高度，則焊縫本身的無損檢測可分為磁粉檢測、超聲波檢測、滲透性檢測和射線檢測。無損檢測完成后，發(fā)現(xiàn)目前焊縫存在一定的問題，需要采取相應(yīng)的修復(fù)措施。檢查員應(yīng)逐漸遵守標(biāo)準(zhǔn)，采用適當(dāng)?shù)某绦颍⒃谛蘩砗笾匦逻M(jìn)行。

7.2 新型技術(shù)的全面應(yīng)用

近幾年來，由于我國經(jīng)濟(jì)整體水平的快速增長，鋼結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)也很先進(jìn)，許多新型無損檢驗(yàn)技術(shù)逐漸得到應(yīng)用，其中包括AUT，PAUT，TOFD等。TOFD是目前應(yīng)用較好的新型無損檢測方法，能有效地捕捉誤差檢測的準(zhǔn)確性，優(yōu)化檢測過程，使誤差發(fā)生的可能性降到最低，同時(shí)可以避免射線作業(yè)帶來的輻射影響和放射源管理等風(fēng)險(xiǎn)。

8 結(jié)語

海洋石油平臺(tái)相對于其他平臺(tái)而言，其主要特點(diǎn)是建造于海上，長期受到海水的侵襲。因此，在深海環(huán)境中，只有提高平臺(tái)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，才能更好地保障海洋石油開發(fā)人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全。隨著中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)也得到提高。