自升式海洋钻井平台桩腿的焊接与精度控制.pdf

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1、第3l卷第3期2014年6月江苏船舶JIANGSUSHIPVolt31No．3Jun．2014自升式海洋钻井平台桩腿的焊接与精度控制张晓安，钱建东(中海工业(江苏)有限公司，江苏扬州225211)摘要：主要介绍了SUPER．116E自升式海洋钻井平台桩腿和齿条预制及安装工艺，对桩腿和齿条的预制过程、安装方法及安装过程中的注意事项进行了全面总结和分析。关键词：自升式钻井平台；桩腿；齿条；焊接；精度管理中图分类号：TG47文献标识码：B1自升式海洋钻井平台细撅工作原理自升式海洋钻井平台主要由平台结构、升降机构、桩腿、钻井装置以及生活模块、直升飞机平台等组成。自升式

2、海洋钻井平台工作时，通常用升降机构将平台举升到海面以上，使其免受海浪冲击，依靠桩腿的支撑站立在海面上进行钻井作业。完成钻探任务后，降下自升式海洋钻井平台到海面，将桩腿升降至拖航位置，即可将该自升式海洋钻井平台拖航到下一个作业井位。因此，桩腿是自升式海洋钻井平台的关键部件之一。2桩腿的材料特性及选用桩腿是由齿条、弦管、斜拉撑、水平拉撑等组成。齿条部分的材料要求选用超高强度钢并且超厚板，不仅屈服强度高，而且要具备一40℃的低温冲击性能。SUPER一116E桩腿齿条材料选用ASTMASl4Q材料，来料为齿条和弦管焊接完成的半成品。通过设计数据与该齿条材料的机械性能参

3、数的比较，认为所用材料完全符合设计要求。桩腿水平支撑管、斜拉支撑管材料，选用API一5LX52材料，其机械性能与齿条材料的性能相反，硬度不高，韧性好。3桩腿的焊接和精度控制3．1合理选择适合的焊接材料焊接材料中的含氢量过高会引起焊接冷裂纹，因此超高强度钢材的焊接需要使用低氢焊接材料。某公司承建的SUPER．116E3个桩腿类型的自升式收稿日期：2014-02-28作者简介：张晓安(1956一)，男，工程师，从事船舶质量管理；钱建东(1976一)，男，助理工程师，从事船舶建造质量管理、检验工作。海洋钻井平台建造过程中，先后试验了多个厂家的多种焊条及药芯焊丝，最后

4、选定H10或H5低氢焊接材料。若用焊条修补缺陷时，必须使用含氢量为H5的超低氢焊条，但是这种方法热输人量大，并且效率低。经多次焊接试验，最后确定采用效率高、焊后残余应力小的药芯焊丝。3．2装配焊接间隙的选择自升式海洋钻井平台起升系统的工作原理是：利用齿轮一齿条机构，在升降系统工作时，当前对轮齿啮合以后，后续的各对轮齿也能依次啮合，而不是相互顶住或分离，因此齿条焊接及其精度控制变得十分重要。通常CO：药芯焊丝焊接，采用陶瓷衬垫，装配间隙为5—9mm，变形难于控制。自升式钻井平台的齿条材料板厚大多在120mm以上，采用x型坡口形式。其坡口焊接，考虑到齿条的焊接收缩

5、变形，在焊前应预留一定的收缩余量，一般为2．5～3．5mm。焊前收缩量示意图如图1所示。3．3桩腿齿条焊前的预热桩腿齿条在焊接前要进行预热，通过预热来降低马氏体转变时的冷却速度，同时通过马氏体的“自身回火”作用来提高抗裂性，从而减少和杜绝裂纹的产生。桩腿齿条预热时要注意，加温不能过快、过高，否则不仅不利于防止裂纹，相反会在冷却过程中容易出现脆性混合组织，从而降低焊接热影响区域的韧性。3．4严格控制层间温度层间温度起着和预热同样的作用。根据在自升式海洋钻井平台建造过程中的经验，得出结论：最小层间温度为80℃，最大为200℃。3．5焊后热处理桩腿齿条与座板这类高强

6、钢材料的合金原理，就是在低碳的基础上通过加入多种提高淬透性的合金元素来保证获得强度高、韧性好的低碳马氏体和第3期张晓安等：自升式海洋钻井平台桩腿的焊接与精度控制39部分下贝氏体的混合组织，但是冷却速度不能过快。实际焊接中，材料焊接后立即加热，温度到200oC，保温2．5h，随后焊件在空气中自然冷却下来。这种做法的目的不仅有利于氢的逸出，而且可防止冷却后裂纹的产生和焊件变形。一氏一、＼／，坍一弋矿＼纠af2．5~3．!mm击匪i姥—叶。偾距姥分度圆线参考线1参考线2㈥1。婶Ⅲ收稍余{遗丌：洌矧3．6使用焊接专用胎架通常施焊时使用码板，而且必须是与焊件同等级材料。

7、使用码板时如果不预热，就容易产生裂纹。码板的预热虽然在焊接工艺认可实验(wPs)中可以做到，但是在实际生产中就非常难做到。因此，不论是主弦管与齿条的焊接，还是齿条与齿条的焊接，都需要在专门设计的胎架上进行焊接，既能够保证焊接质量，又能保证精度。焊接专用胎架的作用主要有4点：(1)焊前定位齿条及弦管。(2)用来调整胎架与齿条间的间隙。(3)夹紧工件，焊接过程中限制焊件变形。(4)提高齿条的焊接精度。3．7采用合理的安装焊接顺序在自升式海洋钻井平台升降系统工作时，齿条与齿轮是依次啮合的，齿条的精度控制对海洋平台的使用寿命有着重要影响。制定焊接工艺是保证和控制齿条焊

8、接质量的前提，合理的焊接顺序是制定焊接