浅谈钻井船桩腿接长过程控制

殷世兵 戴雯 李松 陈锡龙 王杨

摘 要：桩腿总组是钻井船总体建造中的关键环节，而桩腿总组中的焊接更是重中之重；桩腿总组接长的关键是尺寸控制和焊接质量；文章根据实际生产情况，首先对桩腿总组接长进行简单介绍，然后对桩腿总组接长过程控制进行分析，为今后的焊接过程控制积累经验和提供参考。

关键词：桩腿；焊接质量；过程控制

1 前言

自升式钻井平台属于海上移动式平台，由于其定位能力强和作业稳定性好，在大陆架海域的油气勘探开发中居于主力军的地位。我公司建造的200英尺自升式平台是由一个上层平台和三个能够升降的桁架式桩腿（Spud Leg）所组成的海上平台。钻井船由主船体、桩靴、悬臂梁、桩腿等部分组成。

其中，桩腿是自升式钻井船的关键支撑部件，其建造质量直接影响到钻井船的使用寿命。公司建造的200英尺自升式钻井船采用三个正三角形桁架式桩腿。桩腿的长度为93.36m，每一条桩腿的建造分四段进行车间接长，最后进行场地总组接长工作。

2 桩靴与齿条板焊接工艺

2.1 母材

桩靴材质为E500高强度钢板，齿条为S690高强度钢材；齿条需进行A级超声波探伤检查。

2.2 焊前预热，焊接过程温度控制及焊后热处理

为避免产生裂纹，所有涉及到S690高强度钢的焊接，采用电阻加热进行最低150°C的预热， 预热范围为焊缝周围至少150mm，层间温度最高为200°C且必须保持在整个焊接过程中不低于150°C。焊接完成后马上对焊道进行焊后保温工作，250°C±50°C保温2-3小时。

2.3 焊接使用焊材

齿条与桩靴的连接采用手工电弧焊（SMAW），用FOX EV60 PIPE焊条打底，与母材属于低强匹配；用FOX EV65的3.2mm或4.0mm焊材填充，用FOX EV65的3.2mm焊材盖面，与母材属于等强匹配。

2.4 坡口形式

齿条板与桩靴E500板采用K型坡口，一边三分之一，另一边三分之二，在三分之一边清根，避免了对开坡口清根后坡口变大，变形变大。

2.5 焊接变形控制措施

在焊接过程中对焊件进行了局部的、不均匀的加热是产生焊接应力及变形的基本原因。

现场焊接的焊工均为较有经验的焊工，在领用焊条时，一次领取四小时用量，不允许焊条重复烘干使用，取完焊条及时盖好焊条保温筒盖。现场采用了合理的焊接顺序，桩靴的E500板和齿条连接为对称结构，K型坡口，为了防止焊接变形，现场采取了分3段焊接方法，先焊E500板中间段，再焊两端；焊接采用立向上焊，先由一名焊工在一面打底，另一名焊工在对面清根填充一遍，然后每段由两名焊工同时施焊。

2.6 焊后检验

在桩靴与齿条焊接完成之后需要进行焊后检验，焊后检验包括尺寸检验和焊接质量检验。

（1）外观检验：焊缝表面不允许出现裂纹、未熔合、气孔、夹渣、焊瘤等缺陷，单条焊道宽度不超过2.5倍的焊条直径，飞溅与焊瘤应打磨干净，边角过渡圆滑光顺美观。（2）NDT检测。齿条接长的每个焊接接头均要求进行100%MT+100%UT探伤。

3 分段接长焊接的过程控制

分段桩腿所有的焊接工作结束并验收合格之后，现场进行分段的吊装接长工作，当分段吊装到位时，利用接头处的特制卡子提高组对精度；当组对完成后，并通过尺寸检验后，分段连接焊接工作开始：分段连接焊接工作包括齿条对接焊接和半圆板焊接。

3.1 焊接变形控制措施

在焊接过程中的焊接变形是影响齿条尺寸的主要因素；齿条板对接时，对接立缝主要会引起齿条板对接接头的纵向收缩变形和角变形，体现在齿条板齿间距（焊接处）、平直度（上、下齿）。

为了较好的控制焊接变形，现场采取对称焊接方法：齿条板对接时，先由一名焊工对一侧坡口进行施焊2-3层，然后由另一名焊工在对背面进行打磨处理后进行背面填充焊接。当两侧焊肉厚度基本相同后，两人开始同时施焊；半圆板环缝、纵缝焊接时，安排两名焊工在齿条板两侧对称施焊；为了更好的平衡焊接变形，应该保证坡口两侧的焊接热输入一致。

齿条板对接坡口为双V坡口，采用双数焊工对称施焊可以减小坡口两侧焊缝的引起的齿条板的角变形。半圆板焊接时，4条半圆环缝、4条纵缝均对称分布于齿条板两侧，采用对称焊接法可以抵消环缝焊接引起的齿条板角变形和纵缝焊接引起的齿条板挠曲变形。

3.2 焊接过程中的尺寸控制

在施工中，加强对齿条尺寸的测量；尺寸检查时，对测量点处上/下齿条的平直度、上齿条的挠度和接口处焊接收缩量进行测量。

齿条板厚度较大，齿条板对接每侧所需的焊接层数在18-19层左右，焊接过程中的尺寸检查安排在：第1层、第3层、5层、9层、12层、15层、盖面、去除固定件时。半圆板厚度较小，半圆板焊接所需的焊接层数在7-8层，焊接过程的尺寸检查安排在：第1层、第4层、盖面、去除固定件时。在焊接过程中，如果测量结果显示齿条变形超过公差要求，要通过焊工焊接配合来对变形进行调节，并且在随后的每层都要进行尺寸检查，直到焊接变形得到控制。由于齿条的厚度很大，若在焊后发现焊接变形较大，则很难纠正。因此必须做到在焊接过程中时刻监测齿条尺寸变化，发现问题及时纠正；此措施有利于保证尺寸变化在公差要求范围内。

3.3 分段接长裂纹控制措施

由于桩腿的齿条材质为低合金高强度钢，冷裂纹在这类焊材中最容易出现，也是最危险的焊接缺陷。冷裂纹的形成与焊缝金属中氢含量、氢的扩散和富集有关。冷裂缝的延迟现象主要原因是氢的扩散、富集， 诱发裂缝需要一定的时间造成。高强钢焊接接头的含氢量越高，则冷裂纹产生的可能性越大。生产中为了防止冷裂纹，必须尽量控制焊缝中的含氢量。

在焊接接头复杂的应力场中，应力梯度越大，氢的扩散驱动力也越大，也就更容易使氢向应变集中区扩散和聚集，从而产生裂纹。因此，生产中能够有效减小焊接应力的措施都有利于防止冷裂纹的产生。

以上是可能产生冷裂纹的原因；现实中，青岛场地空气湿度较大，加之接长为高空作业，受到风速影响；另外，母材厚度较厚也比较容易出现焊后接头应力。为了防止冷裂纹的产生，现场采取以下措施：（1）坡口做打磨处理；（2）严格控制预热温度；（3）使用烘干焊材，合理保管焊材；（4）预留收缩余量及合理的焊接顺序。

4 结束语

钻井船的桩腿总组接长是钻井船建造中的最重要的环节之一。总组过程中的焊接过程中的焊接变形及裂纹预防是接长工作的重点和难点。总的来说，坡口清理、预留焊接收缩余量、焊前预热、合理的焊接顺序，不间断的尺寸监控、严格的焊材使用及保管程序、焊后保温等措施，保证了焊接合格率。