二次焊接在工程中的應用

張晉龍

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

海況和船舶穩定性對焊接影響較大，能直接影響焊口的組隊質量和焊接效果。目前，海油工程多采用舷外作業來進行固定、焊接，對人員的技能水平提出較高要求。在舷外作業中，管線的2個端頭在船的一側分別從船頭和船尾出水，在船舷的中部合攏、交叉。在交叉的部位搭建一個臨時工作平臺，供作業人員使用。利用船頭和船尾的2個舷臂吊把管線提升到與船舷平齊的位置，然后進行固定，讓管線盡可能地不隨海浪和潮水影響而左右上下晃動。在管線交叉的部位用倒鏈盡可能地把管線的2個端頭下拉，使其形成一個理想化的5G焊口。由于條件的限制和海況的影響，最終的焊口形成一個大的“八”字口，管線隨著潮水的波動而波動，給作業人員的安全也帶來很大隱患。依照常規的焊接方法是無法進行焊接的，因為組隊出來的焊口下面沒有間隙，上半部分還有很大的間隙，并且管線隨時在移動，所以必須采取“剛性固定管線—調整間隙—焊接—氣刨—修口—二次焊接”的流程進行焊接。

1 焊接具體流程

1.1 固定管線

選擇一個相對較好的海況，首先調整好船位，把需要連接的2個管線的端頭利用船上的主吊分別從船頭和船尾吊出水面，管線形成大約45°角時離開水面，移動船位使其在船舷的一側的中部回合交叉[1]。然后利用船頭和船尾的2臺舷臂吊分別吊住管線的第二、第三節的位置，起吊至管線與甲板面平齊或略高。這時候主吊脫鉤，管線的端頭處于自然下垂的狀態，由于出離水面角度過大，在船舷一側管線交叉部位形成一個大的“八”字形。這時開始在船舷外搭建臨時的作業平臺，搭建的臨時作業平臺位于船舷外側管線交回處，略低于管線1 m左右，大約得需要5 m2，足以保障作業的活動空間和工機具的臨時放置，并且臨海三面還要有防護欄，防護欄高度大約為80 mm，防止人員落水。臨時平臺搭建好后立即進行管線的固定，根據管徑的大小用槽鋼或工字梁把管線的2個端頭固定在距離船舷外臨時平臺中間大約1 m左右的位置，不能完全固定死管線，因為船體是隨著潮水起伏而隨時移動的，假如完全固定后會對船體或管線造成撕裂破壞，所以必須保持管線能夠前后自由伸縮移動，但不能左右移動，因為人員在管線的兩邊進行作業，管線左右移動會對作業人員造成傷害。并且要使2個端頭處在同一個平面上，以利于組隊。作業人員必須勞保齊全并穿戴救生衣、佩戴安全帶。

臨時平臺搭建完成、管線固定好后檢查安全措施是否到位，檢查合格后在距離管線2個端頭約1 m的地方，用吊帶固定管線的2個頭，在船舷側下方焊接臨時吊點，用倒鏈把管線的2個端頭盡可能地朝下拉，使其盡可能處于水平位置，但是船體和水深的影響再加上管線本身的因素很難達到水平位置，最終會出現一個角度。管線合攏前示意圖如圖1所示。

圖1 管線合攏前示意圖（單位：mm）

1.2 調整間隙

選擇在高水位的平潮期進行管線切割。用磁力切割機切割掉2個端頭的封頭和富裕的管線，切割的破口角度在30°左右，用角磨機打磨出2～3 mm的鈍邊，并把坡口內外25 mm內的地方打磨干凈，出現金屬光澤。然后用外對口器開始組隊坡口，使其形成一個焊縫，從而把2節管線連接起來[2]。組隊起來的坡口大約形成一個“八”字形的口，下面有小間隙或沒有間隙，而上面還是有很大的間隙，并隨著船體上下隨時移動，這時在管線的下方快速進行點焊并加固，以保障把2條管線先連接固定在一起，點焊加固的長度大約在100～150 mm。

點焊加固完成后拆掉外對口器，在管線上部焊縫處1 m外緊貼著管線分別加裝1個擋頭，使管線不至于彈出來傷到作業人員，擋頭一定要牢固可靠。擋頭焊接完成后拆掉下拉的2個倒鏈，也防止力量過大繃斷傷人。然后在點焊的2個端點分別嵌入1個3 mm厚的薄楔子，嵌入深度不能過深，保障能拔出來而不至于由于擠壓而斷在管線里面。

1.3 焊接

船體隨著潮水的回落下降，使舷臂吊固定的管線產生上拱力，當力量傳遞到已點焊固定的焊縫處時，由于管線的1個端頭上部是固定的，迫使“八”字形焊縫從下往上慢慢地合攏，由于焊縫處有2個3 mm厚的楔子插入，所以當焊口立焊位置慢慢合攏到3 mm的理想間隙時，這時從插入楔子的上部開始用手工焊條進行打底焊接，分別從左右兩邊同時焊接保障打底的速度與合攏的速度一致。每根焊條焊接完成后都要打磨接頭，以保障內部接頭成型沒有焊接缺陷。

當平焊位置也合攏到理想的間隙時，進行打底焊接。這時管線整個打底焊接完成，船體下沉結束進入平潮期，管線產生巨大的上拱力也相對穩定，這時要立即把打底焊表面的焊渣清理打磨干凈，預熱焊口預熱后進行填充焊接，填充焊接結束后立即進行蓋面。一次焊接如圖2所示。

蓋面結束后整個管線焊接完成了2/3部分，這時低平潮結束，潮水開始上漲，船體升高，管線由于舷臂吊的固定，管線的上拱力變成由焊縫處向外的拉力，并且隨著潮水的升高而增加，管線的左右下45°到平焊已焊接完成，連接起來的管線將整體隨著船體移動而移動。

1.4 氣刨

需要拿掉插在焊縫的2個楔子，把水分排干凈，準備6 mm的碳棒、1 000 A左右的直流電源，然后檢查氣刨工具的功能是否完善、風線是否正、有沒偏吹的現象[3]。一切檢查無誤后開始刨掉焊口仰焊到下45°處最先點焊加固處，氣刨的時候每一次用小的參數薄薄的刨掉焊肉，邊刨邊修坡口，坡口角度修成原始角度，當刨到距離管線內壁4 mm左右時，停止氣刨，改用砂輪機進行打磨坡口、間隙，砂輪機選用Φ150 mm、厚度3 mm的砂輪片修理坡口，用Φ100 mm、厚度2 mm的直磨片修理間隙。打磨掉坡口上的滲碳層、氧化物，然后用砂輪機修出一個3 mm的間隙，鈍邊也大概保持在3 mm左右。這時一定要注意鈍邊和間隙的變化，間隙過大不利于焊接，甚至無法焊接；間隙過小焊不透造成背部成型不好。鈍邊過小造成燒穿，過大造成未融合，影響焊接質量。所以要求在打磨修理焊口的時候邊觀察鈍邊和間隙的變化。修理出來的間隙一定要與原來組隊的間隙保持在同一個水平面上，間隙修理好以后用小鋸片把坡口間隙處內壁上的毛刺、鐵皮等雜物清理干凈。再把兩邊下45°焊縫接頭處打磨掉起弧氣孔并打磨成一個馬蹄形，原來插楔子的地方坡口鈍邊有損傷的也用砂輪機進行修理。

圖2 一次焊接

1.5 二次焊接

坡口修理好并檢查無誤后，進行MT檢驗是否有裂紋，有裂紋進行修理，無裂紋就打磨掉磁粉進行焊預熱，預熱溫度比原始預熱溫度高30℃左右，預熱范圍是坡口兩側25 mm內，用測溫槍進行測量。預熱的同時焊工檢查焊條是否經過烘干并用保溫桶承裝，保溫桶是否能保溫在75℃左右，焊機功能是否齊全，是否需要進行擋風措施，用試板測試焊接參數是否合適，當一切檢查無誤后2個焊工找好自己的位置等待。二次焊接如圖3所示。

預熱合格后2個焊工從6點位置分別向左右2個方向進行打底焊接，打磨接頭直到打底焊接結束。起弧和收弧都在坡口內，嚴禁在坡口外的地方起弧、收弧和電弧察傷。打底結束后將表面打磨干凈進行填充焊接，填充結束后進行蓋面焊接，蓋面結束打磨整個焊道的外觀。焊道完全冷卻到自然溫度后進行UT檢驗，UT檢驗合格后進行進行除銹打磨、防腐、保溫處理。

圖3 二次焊接

一切工序完成后經相關的檢驗人員檢查合格后，拆掉臨時平臺，切割掉固定管線的所有工裝，打磨平切割點并涂裝與船體一致顏色的油漆[4]。2個舷臂吊脫鉤，移動船體管線下水。管線下水穩定后潛水員下水檢查管線在海床上是否扭曲變形、焊口處是否撕裂、保溫層是否完好。當一切檢查完成并合格后，2段管線的連接結束，可以進行后續整條管線的清管、施壓作業。

2 焊接工藝注意事項

所有的焊接作業都要遵循海管的焊接工藝來執行，焊接人員需要持有5G證書，并且需要是經驗豐富的熟練焊工，且經過項目的認證。所用的打底焊材和填充焊材都必須是焊接工藝要求的焊材，并經過高溫烘焙2 h后進行150℃保溫，承裝焊條的焊條桶也必須能持續保溫在75℃左右。所使用的工機具和設備也都是校驗合格并在有效期內且功能完好。由于海上濕度較大，每一次焊接之前都必須嚴格按照工藝來進行預熱，焊接中斷的時間也不能太久，焊接中斷再次焊接也必須進行預熱，嚴格控制熱輸入。此外還需要船方的密切配合，才能順利完成此項工作。

焊接工藝應當遵守經過焊接工藝評定合格后，采用焊接工藝和返修工藝結合來進行完成此項作業。海管材質為X65，打底焊材選用LB-52U，也就是E6010，填充蓋面選用的是E7018。

2.1 焊接前的準備工作

做好焊接工藝的準備工作可以很好地保障石油天然氣的管道安全及質量。焊接的技術人員不僅要詳細了解管道工程的施工狀況，還要依據這些數據制定科學的焊接方案及指導書。在焊接時需要選擇合適的焊接技術，除了這些之外還要謹慎分析焊接過程中可能會出現的一些其他問題，從而進行對應的預警措施及解決方法。與此同時，還要嚴格檢查焊接方式、焊接材料及焊絲，檢查它們的質量是否符合規定和標準。此外，還要評定焊接工藝的科學性，依據評定出來的結果制定焊接的工藝卡。

2.2 焊接施工階段

焊接施工開始時要嚴格遵守已定的焊接工藝，需要選擇經過考試并取得合格證的焊工進行焊接工作，保證焊接工作的質量，嚴格根據規定做好每一步工作，只有這樣才能讓焊接工作正常進行，讓管道鋪設工作更加順利[5]。

3 結束語

二次焊接在實際應用中相對較為簡便，可以進行電焊參數的比較和分析，并從中找出二次焊接的相關要素，另外焊接也有一定的參數要求，不同的材料和焊接工藝對于焊接電流、溫度的需求不同，只有進行全面的分析，才能提高二次焊接的成功率。二次焊接極大縮短了項目的工期，減少了項目的總投入，經受了項目的驗證，保證了項目的質量。