浅谈JU2000E自升式钻井平台重要结构焊接质量管理

2019-10-21陈建江

科技风 2019年8期

陈建江

摘要：本文主要分析JU2000E型400英尺自升式钻井平台特殊结构焊接质量管理，从桩腿、抬升结构、悬臂梁、直升机平台重要结构建造对焊接质量的管理和监控要求进行总结，对提高现场质量管理水平和质量有一定的借鉴作用。

关键词：JU2000E自升式钻井平台;桩腿;抬升结构;悬臂梁;直升机平台;焊接质量

JU2000E型400英尺自升式钻井平台，由中国交建控股的美国F&G设计公司进行的基本设计，因其作业海域广泛、自动化程度高、经济性好，是全球自升式钻井平台市场国内外船东在中国订造最多的平台型号。到目前为止振华重工已有四个JU2000E自升式钻井平台建造完工，入级美国ABS船级社。受国际油价低、海工市场低迷，对质量管理提出了更苛刻的要求，因此对焊接质量的管理和监控尤其重视。自升式钻井平台结构大量采用高强钢和高强调质钢，焊接要求极高。桩腿、抬升结构、悬臂梁、直升机平台这些重要结构建造过程必须严格按照装配工艺、焊接工艺要求来施工。本文重点对这些结构焊接质量管理进行阐述。

1 桩腿

桩腿的作用是支撑钻井平台在海上作业，并将平台所承受的全部载荷传递到海底。桩腿一般要传递轴向及水平载荷、弯曲力矩及升降过程中的局部载荷。桩腿受平台自身、风、浪、流的作用，在各个工况下都承受很大的应力，桩腿的建造质量直接影响整个平台的营运。JU2000E型400英尺自升式钻井平台桩腿是桁架式“米”字型结构，焊接质量和精度要求高。是由主弦管、斜撑管、水平管、内水平撑管组成。主弦管的齿条板材料为DLLIMAX 690E，主弦管的半圆板材料为ASTM A517GR.Q，这些都是最小屈服強度为690MPa的高强调质钢，焊接难度大。斜撑管、水平管材质为SG550L，最小屈服强度为550MPa。内水平撑管材质为 A106GB，这些材质的构件之间的焊接容易产生裂纹。装配报验前，T/K/Y节点定位焊需做MT，正式焊接完72小时后100%UT和100%MT，返修不允许超过两次。

桩腿焊接及监控管理要点：

（1）焊前坡口周围20-30mm范围内油、锈、氧化物必须清除。预热采用电加热片加热，加热范围为焊点所有方向上不得小于焊接的最大厚度值，但不小于75mm，预热最低温度为150℃，不超过230℃，预热温度经过分包商的自检员确认后，报验QC，合格后贴上标签方可进行焊接。

（2）桩腿所有焊接都采用手工焊，在焊接过程中焊工必须持有ABS 6GR焊工证，按照WPS领取正确的焊条，新领的焊条在保温桶内有效保温，分包商派专职的焊接监控人员现场监控并记录，QC进行现场巡查并记录，严格按照相应的WPS控制焊接参数（电流、电压、焊接速度、层间温度），线能量控制在1.5-2.2KJ/mm，使用到的工具有测温笔、测温枪和钳形表，对于参数异常的情况，及时提醒焊工调整焊接参数。焊接都是采用双数焊工对称焊接，防止变形，满足高精度要求。焊接过程单道焊缝不超过焊条直径的2.5倍，考虑到现场的实际，最大不超过15mm。焊完一层后焊接缺陷和焊渣焊工打磨清除后，再继续焊下一层，焊接过程中注意防风，焊接过程应连续，不得中断，焊工交接班需连续。

（3）要求焊工盖面时焊缝焊饱满，防止焊缝过分凹陷，对于焊角不足的及时修补（可以测量参考基准点到焊缝最端部距离判断焊角是否足够），避免报验后再次加热大面积修补。

（4）焊接结束后立即进行后热处理（后热温度为：280℃±20℃，时间2h）用保温棉对焊缝进行保温，缓冷温度下降不得大于50℃/小时。并且做好后热记录。

（5）母材需进行保护，严禁电弧擦伤，如有表面缺陷可适当打磨，不允许修补，桩腿上的舾装件和合拢工装的焊接预热温度要求与桩腿制作一致。

（6）桩腿所有的焊缝必须在焊完72小时后方可探伤，探伤前承建制单位自检员外观确认后探伤申请交给QC审核合格后，再交探伤主管进行探伤。探伤发现内部缺陷后按照返修流程、返修工艺、原因分析进行预热返修、焊后后热。每月质量部对相应承建制单位进行探伤合格率统计，进行相应的奖惩，对于同一焊工多次出现返修的取消焊工资格。

（7）桩腿与桩靴合拢以及桩腿接桩在露天焊接，尤其是桩腿的合拢位置高、风大以及龙门吊、浮吊周期的影响，加热效果没有车间里好，搭好防风墙，采取防雨措施，注意空气湿度、增加加热片，保温棉严密贴合等措施保证预热温度、层间温度、后热温度满足WPS要求。

2 抬升结构

抬升结构包括抬升框架、下导向结构和连接梁结构，抬升结构的功能是抬升、锁紧及定位整个平台，是整个平台垂直方向上移动以及准确定位的关键。整个平台有9个抬升结构。大量使用高强度厚钢板，焊缝全焊透范围大，结构密集，施工空间狭窄，抬升结构需要机加工和机械设备安装，焊接质量和建造精度要求高，完工后需要进行振动时效处理，焊接中必须要质量过关，焊接应力小。抬升结构使用到的焊接方法有手工定位焊、埋弧焊和CO2气体保护焊，厚板的材质是EH36和EQ47，轴承座的材质为ASTM A514GR.Q锻件，水平、垂直油缸基座、抗剪块、钢套的材质为EH36锻件。如果焊接方法不当，容易产生焊接裂纹和较大的应力。抬升结构焊接及监控管理要点：

（1）避免定位焊裂纹缺陷，抬升这类重要构件定位焊要挑选经验丰富的定位焊工进行焊接。定位焊长度需大于50mm，定位焊起弧、熄弧要特别注意避免缺陷产生，对于钢衬垫永久性的定位焊也不允许存在缺陷;定位焊不允许焊在坡口内侧;预热温度需达到WPS要求的温度，厚度大于65mm以上的钢板（屈服强度在420MPa以下）、EQ47以上材质大于19mm的钢板、锻件等定位焊严禁用烘枪预热，必须用加热片加热。

（2）焊接过程中严格控制焊接顺序。厚板的不对称X型坡口的对接接头，T型、十字角接接头都采用先焊2/3坡口的一半反面清根，焊接填充完1/3坡口面（视变形情况是否焊完或留一层暂不焊），再翻身焊完2/3坡口面剩下的1/3。

（3）CO2焊控制单道焊缝超宽，不超过焊丝的10倍，根据现场实际情况不超过15mm。焊接过程中严格按照相应的WPS控制焊接参数（电流、电压、焊接速度、层间温度），线能量控制在1.5-2.5KJ/mm，保证焊缝内部及外观的质量，承建制单位派专人做好焊接监控及记录。

（4）厚板构件密集，拘束应力大，清根不宜过深，否则剩余结构不能承受全部应力导致裂纹，清根打磨完成后立即进行干磁粉MT探伤，合格后及时焊接。

（5）轴承座锻件焊接施工不当很容易产生裂纹导致报废，轴承座定位焊和正式焊接温度控制在150-230℃之间，后热温度为280℃±20℃，在拆除马板时要加热到150-230℃之间，割马板时留3mm根打磨处理，避免轴承座母材损伤。

（6）EH36材质焊缝必须在焊完24小时后方可探伤，轴承座、EQ47构件焊完72小时后方可探伤申请。焊缝外观经过三级检验后申请单交给QC审核后，再交探伤主管进行探伤。NDT发现内部缺陷后按返修流程、返修工艺、原因分析进行预热返修、焊后后热。每月质量部对相应分包商单位进行探伤合格率统计，进行相应的奖惩，对于同一焊工多次出现返修的取消焊工资格。

（7）抬升框架与下导向结构总组，连接梁结构与抬升框架船台大合拢，抬升结构与平台围井船台大合拢焊接要求与以上一致。

（8）严格按照焊接顺序施工，保证关键部件尺寸，如缸套和轴承座安装精度。

3 悬臂梁

悬臂梁位于钻井平台尾部甲板上，是井架、钻台、钻台底座的承载结构，它由两条主梁及连接的平台组成。在钻井过程中，要承载钻井设备，并能保证钻台的滑移。制作过程中质量控制重点需注意：

（1）在建造过程中，重点监控对不同钢材的焊口匹配相应的焊丝，否则容易出现焊丝混用，另外按照WPS要求做好焊前预热和层间温度的保证，在湿度较大的阴雨天气下要求施工人员停止施焊。主梁的EQ63材质的定位焊需MT检测无裂纹再进行报验和焊接。

（2）主梁的上下面板以及推拉架面板的拼装由于在胎架上固定，为保证平整度，按照正面焊8-10mm——反面清根——反面面焊 8-10mm——正面焊10-15mm——反面焊满——正面焊满的顺序焊接，控制好焊接参数。精控员现场监控变形量。

（3）主梁腹板与面板装焊，EQ63材质容易产生裂纹，焊接时必须使用L型电加热片保证预热温度和后热温度，焊接过程中采用分段退焊和双数焊工焊接。

斜V板先钢衬垫对接，后焊斜V板与腹板的角焊接，再焊V板与面板的角焊接，有利于应力的释放。

（4）悬臂梁合拢中推拉架的安装是难点，推拉架的孔间距和水平度是关键，焊接变形控制至关重要，肘板的焊接和角焊都要从中间向两边跳焊并且安排双数焊工焊接。焊接过程派QC全程监控，焊接不允许大的返修，否則尺寸无法控制。

（5）BOP吊轨道的装焊 BOP吊的轨道的材质特殊，预热温度约300℃，严格按照工艺要求施工。

4 直升机平台

直升机平台由支撑架和飞机平台结构构成，承受飞机的载荷和冲击力。对强度要求高，建造质量要求高。在建造过程中重要监控管理点有：