海洋钢结构钢管卷制接长技术

李同跃，刘书法，张玉瑜，李希光，李志强

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东 青岛266520）

焊接钢管即有缝钢管，其生产过程是将钢板用各种成型方法弯卷形成要求的断面形状和尺寸的圆管，再用不同的焊接方法将圆管的纵缝焊合。相比于无缝钢管，焊接钢管的壁厚精度高、不受管径限制。生产上可连续化作业、生产灵活等特点，焊接钢管多适用于海洋钢结构建造中[2,3]。本文将从焊接钢管板材的下料、切割、卷制、接长焊接四个方面进行分析与探讨。总结焊接钢管卷制接长的工序流程及方法，为海洋钢结构建造过程中钢管卷制接长工作的质量改进及提高提供参考。

1 板材的下料

海洋钢结构中使用的钢板材质主要有DH36、EH36等。下料前按图纸核实所用板材是否符合材质、厚度等标准要求。根据排版方案进行施工划线。内容包括杆件号标注、尺寸标注、卷曲方向（表曲、反曲）、坡口方式。一般坡口形式可分为V型、X型、K型等，如表1所示。

表 1坡口形式

同时形成材料跟踪自检报告留存，报告对应登记板材上的杆件号、板材材质、炉批号、规格号、图纸编号等信息。板材还要刻录上用于记录材料等级，炉批号，杆件编号及项目名称的不低于10mm的钢印标记，标注需明显，便于追踪。板材划线尺寸满足要求后，便可进行下一步切割作业。

2 板材的切割

火焰切割是海洋钢结构建造过程中板材切割的常用方式。成本低且可以适用于切割较厚金属板材。与其他方式比，火焰切割产生的热影响区要大，热变形大。为达到准确的切割，操作人员需要拥有高超技术才能在切割过程中及时回避金属板的热变形。

目前用于火焰切割所用气体有乙炔、丙烯、丙烷等。乙炔火焰热量集中、温度高、预热时间短、耗氧量低、效率高、产生变形小等特点，适于薄板和引入较短的零件切割；丙烷火焰热量分散、温度低、预热时间比乙炔要长，但是其产生切割边的上沿光滑平整，下沿挂渣少、易清除，在针对厚板切割时要比乙炔经济；丙烯火焰温度较高，预热时间比丙烷要短，比乙炔略有增加，且由于外焰热含量高，适合用于厚板大零件切割。因此，选择合适的气体，可充分发挥切割优势，提高效率[1]。的为RBE型焊管，不扩径为RB型焊管；将钢板按J-C-O型的顺序成型，焊后进行扩径为JCOE型焊管，不扩径为JCO型焊管。

图1 火焰切割

卷制成形后，对需要焊接纵缝的钢管先用定位焊进行固定，此时钢管的根部间隙及错边量要满足相关程序要求。定位焊焊缝总长要足以保证强度的要求，刚性大的定位焊焊缝长度可增加到50mm～80mm，如表1定位焊焊缝尺寸所示。同时，在纵缝两端要焊接引弧板、熄弧板，长度约100 mm，其坡口、厚度、曲度以及材质应与所焊接的钢管一致。

3 钢管的卷制过程

板材在切割完成后便可进行下一步的钢板卷制工作，海洋钢结构中钢管的卷制方式多为冷弯成形。卷制过程中要严格控制圆度、直线度偏差和长度等条件。根据钢管尺寸、板材性能以及卷管机的卷制范围，对卷制板材两端部位按规定的半径标准进行压头，然后再送进卷板机进行卷制工作。

卷制从板材边缘开始，逐渐增大上滚轮压力，逐步达到要求的半径。过程中，应充分利用卷管机的限位，避免出现纵向偏离和出现边脚平面、头部失圆等缺陷。钢管卷制成型方式有UO（UOE）、RB（RBE）、JCO（JCOE）等多种[4]。

表2 定位焊焊缝尺寸

将钢板先压成U形，再压成O形，然后纵缝进行内外埋弧焊，焊后进行端部或全范围扩径的称为UOE型焊管，不扩径的称为UO型焊管；将钢板辊压弯曲成型，然后进行内外埋弧焊，焊后扩径

图2 卷管

4 钢管的接长与焊接

4.1 钢管的组对接长

单节管焊接完纵缝，经UT无损检验合格后，便可进行下一步接长工作。焊接钢管接长过程中要严格依据图纸确定两根管纵缝的错开位置。同时，保证多节钢管的错边量及直线度要符合规范要求[6]。钢桩、拉筋、立柱由多根单节管接长而成，根据图纸上180°线位置确定各个单节管的纵缝所处位置，控制方法为组对接长过程中测量每一节管纵焊缝到180°线距离及相邻两纵焊缝的错开尺寸，两节钢管的纵缝距离夹角不得小于90°。如图3所示，A、B、C三节管在接长时纵缝位置的错开量。

图3 钢管的组对接长

在测量相邻钢管的错边量时，焊接钢管的对接错边量不超过0.2t（t为焊接钢管壁厚），并且需要≤6 mm；当错边量大于3.2 mm 时必须进行双面焊。接长后的焊接钢管其直线度应使用钢丝测量是否满足偏差。即任意3 m长度内的直线度偏差应≤3 mm；任意12 m长度内直线度偏差应≤ 9.5 mm；12 m以上长度内直线度偏差最大应≤ 10 mm。

4.2 钢管的焊接

钢管进行纵缝焊接和组对接长环缝焊接时要根据材质、壁厚、坡口形式等选择相应的焊接工艺进行施焊。常用的焊接方式为埋弧焊。

埋弧焊工艺适用于较厚板材的焊接，海洋钢结构钢管中立柱、拉筋等常常使用埋弧焊进行焊接。埋弧焊接用颗粒状的焊剂将电弧与空气分隔，电弧埋在焊剂里，整个焊接过程中电弧看不见。焊炬沿着焊缝移动并连续送入焊丝。电弧加热融化一段焊丝与部分焊剂和母材，形成熔池，冷凝后形成了覆盖有一层焊渣的焊缝[6]。其高熔敷率和行走速率，大大提高了生产效率和降低了生产成本。且其焊缝具有优良的化学成分和机械性能，最小的电弧可见度和较低的烟尘，提高了工作环境的整洁舒适度。

埋弧焊在焊接之前要将坡口进行有效加工，焊接引熄弧板、清理待焊部位的表面等。清理待焊部位时，要将纵缝部位的表面去除铁锈、氧化皮、油污，并防止出现气孔、夹渣等现象。具体来说，应垂直于焊缝轴线进行气刨打磨工作，以提高焊缝性能。

焊接之前还要进行预热。预热可使用氧燃气烤把、电磁感应加热器或电阻加热器进行。采用气体火焰预热应注意防止被加热表面过热、熔化或发蓝而引起材料失效。母材温度低于0 ℃时，应预热到最低21 ℃；环境温度低于-20 ℃时，不应焊接。必须在焊接开始前保证最低预热温度，且焊接过程中保证最低层间温度，预热范围是在焊道所有方向上不得小于焊件最大厚度值，但至少为75mm。所有的湿气必须通过擦拭和随后的加热去除。对于重要节点、高拘束度的构件及母材厚度超过38mm的，建议采用电阻加热。如果可能在施焊侧的背面进行预热以及测量温度。测量预热温度和层间温度应当用测温笔、接触式测温仪等方法。当厚度超过 25mm且预热与焊接操作在同一侧时，测量预热温度前，将加热设备移开至少一分钟，保证预热均匀性。

表3 不同焊接方式的预热要求

预热温度达到要求后，即可进行焊接工作，焊接过程中，对焊接层间温度、焊接电流、电弧电压、预热等进行实时监控，各项参数应符合焊接工艺要求。

在焊接完成之后的工序便是对焊缝的外观检验，不但检查焊道是否存在咬边、气孔、焊瘤、未焊满等缺陷，同时还需要检查钢管母材是否存在焊接损伤，如果发现上述缺陷应及时行处理。在处理合格后，外观检验员应再次确认外观是否合格，合格之后可进行下一步无损检验，无损检验合格后便可进行焊接钢管的释放[7]。

5 结语

二十一世纪是大力开发海洋资源的时代，随着海洋油气资源的不断开发，越来越多的钢结构平台出现在海洋中，本文针对海洋钢结构建造过程中钢管的卷制、组对接长与焊接过程进行了分析与探讨，总结了焊接钢管卷制接长的工序流程及方法，为海洋钢结构建造过程中钢管卷制接长工作的改进及质量控制提供参考。相信在各项施工过程中通过对重要工序、关键节点的梳理及控制，可以在最大限度上提高海洋钢结构钢管的卷制、接长及焊接的最终质量。