摘要：随着世界经济和技术的发展，海洋开发已成为全球新技术革命的重要组成部分，而海洋油气开发又是当今海洋资源开发工程的主要内容之一。海洋移动式平台是海洋油气勘探、开发的主要设备。自升式钻井平台，又称为桩脚式钻井平台，是目前国内外应用最为广泛的钻井平台。自升式钻井平台可分为三大部分；船体，桩脚和升降机构，其中升降机构中的桩腿的生产难度最大，要求最高。因此，开展这方面的研究具有重要的意义。本文介绍了桩腿的焊接特点，探讨了其施工控制措施。
关键词：桩腿；质量控制
由于桩腿是钻井平台的主要承力构件，且基于其长期服务于海上的环境载荷要求，设计对材料要求的强度和低温冲击韧性都很高。高强度、低温冲击韧性要求及大厚度等综合因素的影响形成了对焊接很高的要求。
一，焊接特点
1可焊性较差，桩腿材料为调质钢ASTMA517GRQ，屈服强度≥690MPa，抗拉强度为790/930MPa,V型缺口冲击最小平均值：纵向在-37℃、T/4厚时为69J，在-27℃、T/2厚时为69J，T/4厚度处的HBS为260，细晶粒最高含硫量为0.01%，最高含碳量为0.18%。这种高强度钢材在焊接时存在一定的淬硬倾向，非常容易产生冷裂纹，焊接性较差。在焊接融合区是最薄弱的部分，有明显的化学和物理不均匀性，组织性能突变等。
2构件焊接残余应力与变形大，桩腿厚度在127mm～180mm之间，450ft及以上的平台桩腿厚度甚至达到200mm以上，当钢材的厚度超过100mm以上时，整个构件截面中，钢材的截面所占的比重比较大，如果大多数的焊缝采用外侧单面坡口的施焊工艺进行焊接，就会造成结构焊接完成后产生残余应力，当外载荷产生的应力与结构中某区域的残余应力叠加之和达到屈服点时，这一区域的材料就会产生局部塑性变形，导致的后果就是，它不能再承受外载荷能力，缩小了结构的有效截面积，进而造成了结构的低刚度，致使构件形成不小的残余变形。如果结构形式不简单，各个单体结构若属于“复合型”构件，那么焊接应力方向不一致的情况是非常有可能出现的，纵、横、上、下立体交叉，相互之间影响，这样就不难致使构件发生变形了。对于超厚钢板焊接结构而言，如果不能很好的控制焊接变形，那么带来的直接后果就是构件的外形尺寸精度与规范的差值偏差非常的大，不仅构件质量不符合设计与规范的要求，而且还会给施工安装造成非常大的麻烦，尤其当构件受外部荷载以后。
3易产生焊缝裂纹和薄板相比，厚钢板在焊接时有一下特点：①施焊作业时间长；②焊缝单面施焊熔敷金属量大；③焊接残余应力大；④拘束度较大；⑤节点复杂。在施焊时，焊接过程中的温度控制不好，容易产生热裂纹与冷裂纹，有的甚至在焊接完成几天后才出现延迟裂纹。尤其对于出现大量厚板和薄板焊接成T形截面的这种情况，由于两者厚度相差较大，焊缝的质量难以保证，因此，必须采取特殊工艺措施进行处理。
4易产生层状撕裂厚板出现层状撕裂主要还是在焊接过程中及焊接后期出现，特别是角焊缝。万一由于某种疏忽，使构件层状撕裂，那么其造成的后果是相当严重的，处理的结构是只能将其报废。在工程中会经常看到层状撕裂缺陷发生在钢板厚度方向的“十字角接和T形角接”接头上。那么我们怎样才能有效地防止层状撕裂和裂纹情况的出现呢，经研究发现，最主要的方法是要对焊接质量进行严格把关，制定合理的焊接工艺。
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二，质量控制措施
1焊接残余应力的控制措施
采取合理的焊接序：根据构件形状和焊缝的布置，采取先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝；先焊拘束度较大而不能自由缩的焊缝，后焊拘束度较小而能自由收缩的原则；2）减小焊缝尺寸：焊接内应力由局都加热环而引起，为此，在满足设计要求的条件下，不应加大焊缝尺寸：3）减小焊接拘束度：拘束度越大，焊接应力越大，首先应尽量使焊缝在较小拘束度下焊接，尽可能不用刚性固定的方法控制变形，以免增大焊接拘束度：4）击法减小焊接残余应力：在每层焊道完后立即用圆头小锤或电动锤击工具均匀敲击焊缝金属，使其产生塑性延伸变形，并抵消焊冷却后承受的局部拉应力。但根部焊道、坡口内及盖面层与母材坡口面相邻的两侧焊道不宜锤击，以免出现熔合线和热影响区的硬化或裂纹。
2裂纹防止措施
1）热裂纹防止措：a）控制焊接工艺参数和条件：b）控制焊接电流和焊接速度，使各焊道截面上部的宽深比达到1.1～1.2，可提高抗热裂性能，同时控劇焊接熔池形状，不形成尖长形熔池而易在焊表面形成纵向热裂纹：c）焊前预热可降低形成裂纹的倾向：d）合理的焊接顺序可以使大多数焊缝在较小的拘束度下焊接，减小焊收缩时所受拉应力，也可减小热裂纹倾向。
2）冷裂纹防止措施：a）焊前进行工艺评定试验，确定工艺参数：b）二氧化碳气体保护焊可选用药芯焊丝，手工焊采用碱性低氢焊条E5Q／E55型：埋弧焊可选用F5021－H08MnA焊条，并且严格规定烘干，烘干温度为350－450℃，烘干后在100－150℃温度下保温1～2h，放在保温筒内随用随取：c）选择合理的焊缝形状，严格按图纸加工零件坡口，将焊缝两侧各30～50mm范围内锈、水等清除干净，减少氧气的来源；d）适当增大电流，降低冷却速度，有助于避免硬组织的形成；e）悍前预热，厚板焊接前，必须进行预热处理，并根据钢板厚度确定合理的预热温度，在保证不产生附加应力的前提下，应适当提高焊接接头的预热温度；焊前预热可以防止一般拘束度接头焊接时裂纹的产生，焊前预热可以控制焊缝金属及邻近母材的冷却速度，较高的温度可使氢较快扩散且减少冷裂倾向。
3层状裂防止措施
1）原材料控制a）选择Z向性能高的钢板：b）厚板原材料进厂后应逐块进行无损检测，检测板内是否存在缺陷：c）对不符合要求的钢板必须要求退货处理。
2）合适的焊接坡口形式，选择1／3δ、2／3δ不对称的坡口形式，其坡口角度宜控制在30°～60°，具体角度以焊接工艺评定结果为准。
3）焊接工艺控制a）制定合理的焊接顺序，尽可能避免厚度方向的焊接残余应力的产生，减少焊接接头的拘束应力的集中：b）焊接过程中严格执行焊接工艺参数，尽量控制焊接热输入量，采用较小电流进行焊接：e）焊接过程中严格控制焊道层间温度，不宜高于200℃：d）保证焊缝内部质量，单侧焊接后进行另一侧接前应采用碳弧气刨进行清根处理：）焊缝与厚板母材焊脚尺寸在标准要求范围内应尽可能大：f）焊道层数的分布考虑厚板母材与焊缝金属的局部缓冲。
4）焊后热处理a）焊后热处理可帮助焊缝金属内扩散氢的溢出，有效降低焊缝金属内的氢含量。降低焊缝出现冷裂纹的倾向，同时也有效预防厚板母材的层状撕裂的产生；b）与厚板连接焊缝焊接完毕后，应对焊缝及厚板母材整体热处理，保证消除焊缝及母材内部的焊接残余应力，减少淬硬组织和焊缝中的氢含量。
总结
通过对桩腿焊接特点及控制措施方面进行了深入研究，总结出桩腿焊接的质量控制技术要点并应用于生产实践，可以有效的保证了生产的进度及质量要求，防止船东和租赁方的财产损失。
参考文献
[1]陈祝年，焊接工程师手册.北京：机械工业出版社，2002.
[2]王黎明，王晓，左秀珍等.钢零件焊接预热温度的确定，黑龙江：黑龙江八一农垦大学学报，2002.
[3]顾纪清.实用钢结构施工手册.上海：上海科学技术出版社，2005.
论文作者:任小海
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/4
标签：厚板论文; 裂纹论文; 应力论文; 构件论文; 层状论文; 残余论文; 厚度论文; 《基层建设》2019年第10期论文;