“海洋石油981”超高强钢EQ70焊接工艺

2015-12-27韩冰廖平华陈实

金属加工(热加工) 2015年6期

韩冰廖平华陈实

1. 概述

“海洋石油981”工程是外高桥造船按照国际标准建造的第六代3 000m深水半潜式钻井平台。“海洋石油981”是中国深水油气开发舰队的旗舰。该平台型长114m，宽90m，高137.8m，最大作业水深3 050m，钻井深度可达12 000m，配备了国际最先进的第三代动力定位系统，可以在南海、东南亚及西非等海域进行作业。“海洋石油981”的建造，填补了我国在深水钻井特大型装备项目上的空白，对于我国加速进军世界顶级海洋工程装备开发、设计和制造领域，增强深水作业能力，实现国家能源战略规划等都具有重要的战略意义。

2. 超高强钢的实际应用

“海洋石油981”的稳性和强度按照南海恶劣的海况设计，能抵御200年一遇的台风，可以在45n mile（海里）/h的风速下正常作业，在109n mile/h的风速下生存，可变载荷9 000t，设计使用寿命30年。为了减轻海洋工程结构的质量，同时又增加结构整体的安全性，高强钢（σs≥355MPa）已满足不了平台上某些特殊区域的结构强度要求，在这些区域就要采用超高强钢（σs≥420MPa）。例如：平台的立柱与上船体连接的区域采用了超高强钢EQ56和EQ70等。

超高强钢实际应用相对较少，相关经验积累较少，且涉及到的相关标准较多。超高强钢焊接评定涉及标准主要有中国国标、ABS标准、CCS标准和ASTM D1.1。根据以上规范要求，超高强钢焊接生产前应进行工艺评定试验，以验证焊材适配性及焊接工艺合适与否。

表1 EQ70化学成分（质量分数）（%）

表2 EQ70力学性能

3. 超高强钢EQ70焊接工艺评定

（1）EQ70化学成分及力学性能超高强钢EQ70母材按照ABS MODU RULE制造，化学成分及力学性能如表1、表2所示。

（2）焊接工艺确定焊接方法采用SMAW，选用K形坡口，如附图所示，焊材选用林肯电器生产的Conarc 80，焊材级别为AWS A5.5 E11018M—H4，焊材化学成分如表3所示。

超高强钢EQ70进行了两种焊接位置（横焊和立焊）工艺评定试验，焊接参数如表4所示。

根据AWS D1.1中关于预热的确定方法，在考虑裂纹敏感指数、扩散氢及拘束应力的情况下，两组工艺评定试验预热温度为80℃。为了进一步降低焊缝及热影响区中的氢含量，焊后进行后热消氢处理，后热温度为210~230℃，后热时间为1h，预热和后热均采用电加热方式。

K形坡口

4. 试验结果

两组超高强钢EQ70的焊接评定试样进行了射线及磁粉探伤、宏观试验，且结果符合ABS相关规范要求，并针对焊接接头力学性能进行了拉伸试验、夏比V型缺口冲击试验和维氏硬度试验。宏观试验及维氏硬度试验依据CB/T3380—1991和CB/T3770—1996进行，检测仪器为EPIPHOT300尼康倒置式金相显微镜和VH—5BC维氏硬度计。经宏观腐蚀试验，在焊缝、熔合线、热影响区均未发现裂纹、未熔合、气孔及夹渣等焊接缺陷。拉伸和夏比冲击试验依据GB/T5984—2008、GB/T2653—2008 和GB/T2650—2008进行，检测仪器设备为WE—1000液压式万能试验机，JB—300B冲击试验机。拉伸试验、夏比V型缺口冲击试验和维氏硬度试验，试验结果如表5~表7所示。表中各项力学性能指标均符合相关的规范。