海洋工程浮式生产储油平台锚桩焊接工艺及建造技术研究

冉祥鹏

摘 要：因为深海环境比较复杂，有着复杂的交变应力情况，所以为了保障海洋平台的锚桩足够稳定，需要做好铸钢材料研究。本文将对比美标与德标在建筑材料中的要求与性能，优化控制铸造工艺，探索热轧件焊接质量控制思路和铸钢件焊接办法。焊接中做好余热温度控制，严格管理焊接层间温度和参数，确保焊后热处理效果与质量，以防出现焊接裂纹，保障焊接效果。利用工程实践，分析焊接工艺应用思路，提高锚桩的焊接水平。

关键词：海洋工程;浮式生产储油平台;锚桩焊接

海洋表面建设浮式平台用于生产和储存油品。平台生产具有储量大、运量大的特点，为保障稳定生产，需要确保平台有足够的抵御风浪能力。平台的固定，使用的是锚链。为防止风浪引起锚链剧烈晃动，产生交变载荷，需要充分利用锚桩吊耳，延长吸力锚寿命。在现有技术限制下，目前铸件的内部晶体很容易出现焊接裂纹。焊接期间，如果控制不当，就会影响铸件的焊接效果，无法有效使用海洋平台。本文将研究对平台锚桩质量有影响的焊接技术和铸件铸造手段，探索提高质量控制效果的办法。

1材料选择

海洋平台，焊接工艺影响最明显的环节是热轧件和铸钢件选型。以过往经验判断，美标和德标是铸钢材料中广泛使用的要求。主要热轧材料为EH36和DH36。本文将对比德标和美标材料性能，按照国内海域对于铸钢材料的需求进行合理选择。德标明确规定了各种合金元素要求和规范，有着更高的铸钢件原料要求。美标中，影响铸钢性能比较大的因素包括P和S的元素成分，其他元素并没有具体的要求，S元素的要求比较宽，P元素的要求比较严。相较于德标要求美标抗拉强度和屈服度更好。以抗疲劳性和抗冲击的角度考虑，本次的母材选择，决定考虑美标。

2铸钢铸造流程和控制

铸造铸钢件的时候，需要先设计模型，然后制造芯和制造型，随后浇筑与热处理，最后逐渐进行检验检查。设计模型的时候，必须充分考虑工程要求，按照铸造工艺和厂家设备，编制与工程匹配的文件还有图纸，参照作业图纸的描述和尺寸情况，完成结构的合理性设置，完成三维模型的创作。再之后，就可以按照图纸的数据情况生产加工，完成一切的准备工作。砂芯的制作，使用混砂机，分解芯盒也要提前的进行准备。最后把砂芯和模子结合到一起初步完成模样制作。在铸造铸钢件中，浇筑属于十分重要的步骤。在浇筑前，需要先做好浇筑包质量检查工作。浇筑期间，浇筑速度和温度是必须严格控制的因素，应确保型腔中，钢液能够缓慢平稳的流动，不能有空洞和涡流现象。操作流程中，有着十分严肃且高标准的要求，提前解决好添加元素比例的设计与使用非常关键。优化处理脱硫去鳞的步骤，加强合金元素的配比管理，结合情况，选择磁粉探伤以及外观检测，必须保障铸件整体干净，不能有氧化皮、污垢和毛刺。铸钢吊耳型线变化大和高应力部位，需要使用双晶直探头展开超声波检测，顺利完成质量验收。

3焊接工艺与过程控制

3.1参数

作业中，锚桩焊接点包括热轧件与铸钢件。热轧件材质为热轧钢板，铸钢件材质为ASTM A148 Gr.90-60。焊接中，用LB52U焊条，通过手工焊的方法打底。盖面和填充，使用的是DW-A55LSR。

3.2坡口

铸钢件固有铸造特点，在严苛工艺中，完成检验和过程控制。此时铸钢件或多或少还有一些质量问题需要处理。焊接热轧件和铸钢件之前，需要探伤检查焊缝周围母材，以此确保铸钢材料质量效果。热轧件与铸钢件厚度大小都是100毫米，是超厚钢板。使用K形和X形坡口与全熔透焊接[4]。需要加工处理铸钢件坡口，坡口的角度、钝边和间隙必须保持良好的状态。

3.3工艺流程与过程管理

现场需要制作钢框架支撑，顺利完成钢铸件焊接。焊接之前，先预热，温度控制在110至150摄氏度，层温不能超出200摄氏度。正式焊接之前，不可以在工件的上面进行焊机电压、电流参数调整。坡壁起弧操作是可行的，应做好填充与盖面热输出值控制，绝不能超过1.8kJ/mm。焊接填充层，需要先完成焊渣清理工作，不能让焊道有杂质。焊接双面坡口时候，采用背部清根办法，清理的深度需要超过4毫米，一直到能看到平滑母材，之后探伤，选择磁粉技术。探伤没问题，则继续进行后续焊接，完成整体操作。

应做好焊接过程的控制和管理，认真检验，才能保障铸件的焊接质量。为防止焊接中违规操作和电流过大导致焊缝出现质量问题，需要重视焊工的技能培训。选择焊工的时候，一定要考虑其作业能力、责任心意识与操作水平，应以标准规定操作。作业之前，参数表的填写是必不可少的工作。对于高度集中应力的地点，更是要重点控制。操作中，旁边应当安排检验员进行旁站，做好熔池清洁工作。使用空气吹扫焊道，随后继续焊接。

热处理以后，铸件内应力实现可靠控制，并利用热电偶对铸件加热。母材、母材焊缝都要设置加热片，有需要的时候进行加热操作。操作前，先清理污垢。铸钢件与热轧件焊缝处理宽度需要超过250毫米，应保障受热均匀，时间需要超过2.5个小时。铸件的热处理，采用保型工装就能规避挠度发生问题。保温工作十分重要，通常会用到加热毯。一般情况下，焊缝的操作，需要将温度限制于580至600摄氏度。结束焊接作业之后，使用超声波对铸钢件进行探伤检查。

做好局部缺陷问题检查和分析，焊缝区域的残余应力，应呈现出逐步下降特点。之后用碳弧气刨对其进行打磨与处理，不可以使用热切割，不可以伤害母材。应保障开槽长度和母材，让二者的过渡能够比较圆滑。缺陷问题的处理，应配合使用磁粉或是渗透等方式，返修问题影响很大，需要认真进行重复性操作，直到作业质量符合规定。

4铸钢件锚桩筒体的建造

4.1技术要求

平台建设中，锚桩筒体十分重要，径厚比需要维持在一定的比例。铸造件为锚桩吊耳，壁厚100毫米，热轧件剪力板同样100毫米厚，为槽口设计。筒体壁厚和剪力板为1比4的过渡焊接。筒体建造的公差，按照EEMUA158规范和图纸要求。与过去项目相比，同心度、组对错皮、不圆度、直线度和周长要求更高。对于锚桩筒体来说，冷弯加工其钢板的时候，最佳方法就是钢板回弹，一定要优化控制与处理，以免在反复过弯中，卷板机过度疲勞，出现裂纹，影响使用效果。

4.2分段划分

锚桩吊耳、加强板架共同组成了锚桩筒体。外筒体包括7个单节管，由三个总段组成。首先是第一段，包括4管段，全部为剪力板、锚桩吊耳。第二总段的构成是预知的2个分段。第三总段则是管段的外筒体还有单筒内的加强板架，需要喷涂操作，筒体在不包括锚链情况下，单个重量为120吨。三个总段都是单独卧式预制，之后总装接长。

4.3建造工艺

1）按照图纸情况，以半自动的方式进行作业生产，预制筒体总段。

2）总段附件包括剪力板和铸钢吊耳。使用本文提到的焊接工艺与控制手段预制。生产前预热并加工坡口，做好层温控制，参数调整，焊后热处理，过程中，严格控制质量检验步骤。

3）单独预制筒体内的纵横加强框，尤其要注意的是焊接的变形控制。在预制垫墩上放置片状圆形框架。外筒的吊装，从外套进筒体板架，顶住盖板，焊接完加强框架组和外筒体以后，翻身与喷涂整体。

4）喷涂完以后正立放总段，并进行吊点孔机和法兰组对。

5）焊接接长与组对总段，精准定位。

6）开孔，做好坡口对接，吊装剪力板和铸钢吊耳，应用超声波进行检查。

7）将其余附件安装好。

8）建造完锚桩筒体，逐个吊装送至码头出海。

结语：海洋油气的生产和存储，需要使用特定的平台。建设平台的时候，一定要选择合适的材料，做好焊接工艺控制，应保障所有焊接材料符合规定，做好应力结构监测，优化调整建造流程，保障安装精准度。

参考文献：

[1]华霖，陈哲，程晋宜等.EEMUA及DNV标准下支管与主管连接节点的焊接工艺[J].焊接技术，2021，50（04）：45-48.

[2]杨丽丽，舒宁华，许志恒等.海洋石油工程焊接变形控制要点探讨[J].清洗世界，2021，37（03）：88-89.