浅谈JU2000E自升式钻井平台重要结构焊接质量管理

来源: 发布时间:2019-09-03 08:56:44

  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;

  0.引言

  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,这些都是最小屈服强度为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。

  图一 桩腿分段结构立体图

  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。

  图二 抬升框架及下导向结构立体图

  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,否则尺寸无法控制。

  (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:

  (1) 桁架管之间是相贯,注意装配间隙和坡口要求。焊前焊角检验点需洋冲,注意不同的桁架管的手工焊接和CO2焊接方式的选用,涉及TKY节点小角度位置焊角不足的问题和K型节点先焊接完的一根管需报验和探伤合格后再进行另一根的装配焊接,过程中要监控提醒。

  (2)支撑架分段和飞机平台结构的装配精度、飞机平台分段与支撑架的对位精度、飞机平台面的水平度应重点监控。

  5.结语

  海工平台的结构建造的难点基本体现在以上的结构中。在建造过程中,需要生产管理、工艺员、质检员、分包商有高度的责任感,焊接过程中特别容易产生裂纹,遇到问题需及时反馈,施工过程中,跟踪记录,严格按照工艺施工,才能避免质量隐患,提升生产效率,为打造高质量的海工平台保驾护航。

  参考文献:

  [1] 振华重工.海工平台工艺技术

  [2] 应长春.船舶工艺技术,国防工业出版社2013

  [3] 美国焊接学会.AWS D1.1焊接规范

  [4] 周晖,海洋工程结构设计 上海交通大学出版社2013

  [5]美国船级社.MODU2014规范


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