济南金力液压机械有限公司

浅谈海洋平台支架安装及焊接技术要点

崔全有

孟祥福

(青岛北海重工有限公司现为责任公司)

一.概述:

钻井平台是主要用于钻井的海上结构。钻井、电力、通信、导航等设备的安装，以及安全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发不可缺少的手段。主要有自升式和半潜式钻井平台，而我公司主要建造自升式钻井平台。自升式钻井平台由平台本体、桩腿和升降机构组成。该平台能够沿桩腿提升，一般不具备自导航能力。1953年，美国建造了自升式平台，该平台对水深适应性强，工作稳定性好，发展迅速。工作时，将支腿下放并插入海底，将平台提升至远离海面的安全工作高度，并对支腿进行预加载，以确保平台遇到风暴时支腿不会下垂。钻井和完井后，平台下降到海面，拔出桩腿并将其全部提起。整个平台漂浮在海面上，由拖船拖到新的井位。钻井平台的提升和桩腿的预加载都是由主要由齿条和齿轮箱组成的提升系统完成的。

结合我公司近年来在海洋工程方面的施工经验，对海洋平台起重设备机架的焊接及精度控制进行了简要论述。

二、请说明机架材料特性和焊接要点

货架材料的特点

齿条是自升式海洋石油平台的关键部件，承受平台本体升降时产生的载荷。齿条焊接质量的优劣以及焊接后齿条与接头处的齿距是否满足公差要求，是保证平台安全使用的必要条件。由于机架为调质钢，且机架具有较大的厚度、刚度和约束性，即使焊缝中有微小缺陷，也会形成裂纹源，导致裂纹的产生。

根据上述特点，调质高强度钢机架焊接如下:

应注意调质高强度钢的焊接:

1.1控制焊缝能量，避免因焊缝能量过大而导致焊接接头软化；

1.2低碳调质钢具有低碳含量的特点，基体组织为低碳马氏体下贝氏体，具有较高的强度和韧性，有利于焊接。然而，只要加热温度超过回火温度，调质钢的性能就会改变。在焊接过程中，由于热循环的影响，热影响区的强度和韧性下降几乎是不可避免的。因此，焊接低碳调质钢时应注意两个基本问题:

●要求马氏体转变期间的冷却速度不能太快，以便马氏体具有“自回火”效应，防止冷裂纹的产生。

●要求800-500℃之间的冷却速度大于生产脆性混合组织的临界速度。

这两个问题是制定低碳调质钢焊接参数的主要依据。

1.3焊接过程中，应控制层间温度，防止结构不均匀，降低焊缝硬度。

为了保证齿条的焊接质量，避免裂纹，保证齿距的公差，应进行以下工作:

2.1焊接性试验

●根据试管架的化学成分计算碳当量；

●对齿条斜Y形槽进行焊接裂纹试验；

2.2焊接工艺试验

●确定齿条对接焊缝的坡口类型，测量焊接后的收缩余量，作为制定焊接工艺的依据。

●测量对接焊缝的变形数据，确定齿条的焊接顺序。

焊接要点:

1989年9月，世界上最浅的海洋行走和海底钻井平台——胜利2号在人们的惊讶和赞扬中一步步下水，开始了我公司的海洋工程建设。到目前为止，我公司在海洋工程，特别是自升式钻井平台的建设已有近20年的历史。从最初的胜利3号操作平台到附近的中油海6号平台，我们的技术水平一直很高

在选择焊接材料和制定焊接参数时，应考虑焊缝显微组织和热影响区对焊接接头强度和韧性的影响。根据同等实力的原则，我们选择了S-11018。我来自韩国现代公司，正在建造胜利三号操作平台。具体性能如下表所示:

凹槽如图所示:

由于胜利三号平台齿条模数为75毫米，可采用双U形槽，以避免齿条齿面开槽。

焊接前准备:

(1)将S-11018m焊条在350-400℃下烘烤1.5小时，S-7016。将焊条在320-350℃烘烤1.5小时，然后放入120-150℃的焊条保温筒中.(2)清除坡口两侧及坡口边缘两侧20毫米范围内影响焊接质量的氧化物、水、油、铁锈等杂质。

焊接前预热:

对于低碳调质钢，预热的主要目的是防止裂纹，即通过马氏体的“自回火”效应，降低马氏体转变过程中的冷却速度，提高抗裂性。当预热温度太高时，由于冷却速度太慢，靠近焊缝金属的奥氏体化区域可能转变为含高碳马氏体的铁素体或粗贝氏体，这将降低焊缝的韧性和强度。通过试验，在保证焊接接头不开裂的情况下，确定预热温度为160 ~ 170℃。

夹层温度:160℃~190℃。

后热处理:焊后立即将焊缝及其邻近区域加热至200~210℃，保温2小时，然后用石棉布包裹缓慢冷却，每小时降温不超过50℃。

焊接顺序:

超声波和磁粉检测应在焊接后72小时进行。

超声波检验:所有焊缝均通过超声波检验，无内部焊接缺陷。

磁粉探伤:磁粉探伤后，前后焊缝未发现表面焊接裂纹。

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