自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介

自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第一頁，共28頁。中華力量,暢通世界第二頁，共28頁。Contents目錄三、焊接缺陷四、焊接應(yīng)力與變形五、樁腿高強(qiáng)鋼、厚板（管）焊接工藝二、樁腿高強(qiáng)鋼、厚板（管）焊接特點一、焊接通用工藝要求第三頁，共28頁。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介一、焊接通用工藝要求1.焊接環(huán)境1.1焊接環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況時，禁止焊接。1.1.1焊件周圍溫度低于-20℃（并不意味著周圍的環(huán)境溫度，而是指緊靠該焊縫處的溫度）。1.1.2焊件表面潮濕或暴露在雨、雪中。1.2焊接環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況時，須采用有效防護(hù)措施，否則禁止焊接。1.2.1風(fēng)速：氣體保護(hù)焊時大于2m/S，其他焊接方法大于10m/s。1.2.2相對濕度大于90%。1.2.3焊件溫度低于-20℃。1.2.4雨雪環(huán)境。1.3當(dāng)焊件溫度低于0℃時，必須將焊件加熱至20℃，且必須在焊接過程中保持這一最低道間溫度。第四頁，共28頁。焊接通用工藝要求2.焊工資質(zhì)要求2.1焊工應(yīng)經(jīng)過培訓(xùn)，經(jīng)考試合格取得焊工資質(zhì)證書后方能從事產(chǎn)品的焊接。2.2焊工應(yīng)根據(jù)焊工考試的項目，從事相應(yīng)的焊接方法和焊接位置的工作。3裝配要求3.1焊接坡口型式及加工尺寸應(yīng)根據(jù)施工圖紙要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行(見具體圖紙)。3.2定位焊應(yīng)由具有資質(zhì)的焊工進(jìn)行焊接，當(dāng)定位焊裂紋、氣孔等焊接缺陷時，正式焊接前應(yīng)將缺陷徹底清除，定位焊長度應(yīng)至少為50mm。3.3對接焊縫的起始端和末端必須安裝引弧板、引出板。3.3.1母材板厚≤12mm，引弧板、引出板尺寸至少為50×50mm，母材板厚＞12mm，引弧板、引出板尺寸至少為75*75mm。3.3.2引弧板、引出板的坡口形式及安裝角度需與被焊接頭細(xì)節(jié)完全相同。3.3.3焊接時，必須在非焊接處引弧、熄弧，規(guī)格為50×50mm的引弧板、引出板在引弧和熄弧處的焊縫引出長度不得小于40mm,規(guī)格為75×75mm的引弧板、引出板在引弧和熄弧處的焊縫引出長度不得小于50mm。3.3.4在焊接完成并冷卻后將引弧板、引出板去除，焊縫端部應(yīng)光滑平齊，嚴(yán)禁使用敲擊的方法去除引弧板、引出板。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第五頁，共28頁。焊接通用工藝要求4.預(yù)熱溫度及道間溫度要求4.1一般強(qiáng)度鋼(A、B、D級鋼，AH36，DH36，EH36，Q235，Q345等)最低預(yù)熱溫度和道間溫度如下表一要求表一4.2當(dāng)母材溫度低于0℃時，必須將母材預(yù)熱到至少20℃，且焊接中必須保持這溫度。4.3最低預(yù)熱和道間溫度按接頭中厚板的厚度確定。4.4高強(qiáng)合金鋼（EQ47、EQ51、EQ56、EQ63、EQ70、A514Gr.Q、A517Gr.Q/DILLIMAX690E-MOD、4130、45#、34CrNi1Mo、42CrMo等）焊前需預(yù)熱至WPS規(guī)定的溫度。（結(jié)合相應(yīng)WPS）4.5預(yù)熱加熱應(yīng)均勻進(jìn)行，母材的最小預(yù)熱區(qū)域為焊接點所有方向上不得小于焊件的最大厚度值，但必須≥75mm。板材厚度t(mm)t≤2020＜t≤3838＜t≤65t＞65溫度（℃）01065110自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第六頁，共28頁。焊接通用工藝要求5.焊接前準(zhǔn)備5.1焊前，必須對焊接坡口及坡口兩側(cè)各寬20mm范圍內(nèi)，清除氧化物、水分、油污等，當(dāng)焊縫清理后未能及時焊接并因氣候或其它原因影響而積水，受潮、生銹時，在焊接前應(yīng)重新清理。5.2焊接作業(yè)人員焊接前應(yīng)詳細(xì)了解相關(guān)的焊接施工要求，如：被焊件材質(zhì)、焊接方法、焊角高度、預(yù)熱要求等。5.3焊接作業(yè)前應(yīng)仔細(xì)檢查焊接設(shè)備是否完好及焊接電纜的連接情況等。6.焊接要求6.1無論定位焊、對接焊，還是角接焊，嚴(yán)禁在焊縫兩側(cè)的鋼板上引弧。6.2拆除卡馬時，應(yīng)采用火焰切割割除卡馬，且不得傷及母材，嚴(yán)禁擅自用榔頭敲出卡馬，以防損傷母材。6.3多層多道焊的焊接過程中，每道焊縫焊接后必須徹底清除焊渣，并仔細(xì)檢查焊縫質(zhì)量，各道各層焊縫的接頭需錯開30～50mm。6.4焊接過程中焊接熱輸入量，各種焊接參數(shù)（焊接電流、電壓、速度等）的選用嚴(yán)格遵守WPS的規(guī)定。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第七頁，共28頁。焊接通用工藝要求6.5環(huán)境濕度＞90%時，對于板厚＜25mm的薄板，且材料等級EH36及以下一般強(qiáng)度鋼種焊接過程若被迫中斷，中斷后必須對焊縫及與焊縫連接處母材采用硅酸鋁纖維毯（帶防火布）緊密覆蓋緩冷措施以保證溫度緩慢冷卻至室溫；任何焊接中斷后重新焊接之前必須重新加熱至WPS要求的預(yù)熱溫度，方可繼續(xù)焊接；對于板厚≥25mm的厚板，材料等級涉及EQ47，EQ51，EQ56，EQ63，EQ70，A514Q，A517Q及以上高強(qiáng)鋼種焊接必須連續(xù)完成，不得中斷，其碳弧氣刨過程清根過程溫度需與其焊接要求的溫度一致。（結(jié)合工藝技術(shù)部2個通知文件）自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第八頁，共28頁。二、樁腿高強(qiáng)鋼、厚板（管）焊接特點多層多道焊；嚴(yán)格控制熱焊接輸入；T、K、Y全熔透焊縫；（結(jié)合樁腿圖紙）焊前需要預(yù)熱、需要控制道間溫度、焊后后熱緩冷及后熱處理等；預(yù)熱困難，效率低下；焊后殘余應(yīng)力大，焊后變形控制困難，難以矯正；工人勞動強(qiáng)度大；焊后冷裂傾向大。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第九頁，共28頁。二、樁腿高強(qiáng)鋼、厚板（管）焊接特點自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第十頁，共28頁。二、樁腿高強(qiáng)鋼、厚板（管）焊接特點自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第十一頁，共28頁。三、焊接缺陷自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第十二頁，共28頁。焊接冷裂紋：自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第十三頁，共28頁。四、焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與焊接變形的基本知識：在焊接過程中，焊件受到不均勻的電弧加熱，受熱區(qū)域的金屬膨脹程度也就不同，此時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和變形是暫時的，但當(dāng)焊接完畢待焊件完全冷卻后，剩余的內(nèi)應(yīng)力和變形稱為殘余內(nèi)應(yīng)力和變形。焊接內(nèi)應(yīng)力的種類：焊接后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力簡稱焊接應(yīng)力，根據(jù)其空間位置和相互關(guān)系可分以下幾種：單向應(yīng)力焊接薄板的對接焊縫以及在焊件表面上堆焊時，焊件存在的應(yīng)力是單方向的。雙向應(yīng)力在焊接較厚板的對接焊縫時，焊件存在的應(yīng)力雖不同向，但均在一個平面內(nèi)，即應(yīng)力是雙向的。三向應(yīng)力當(dāng)焊接厚大焊件的對接焊縫時，焊件存在的應(yīng)力是沿空間三個方向作用的。當(dāng)結(jié)構(gòu)焊件三個方向焊縫的交叉處亦有三向應(yīng)力存在。根據(jù)焊接應(yīng)力相對于焊縫的方向不同，可分為平行于焊縫的縱向應(yīng)力和垂直于焊縫的橫向應(yīng)力。單向應(yīng)力對焊件的強(qiáng)度影響不大，有時不必采取特殊的方法消除它們。但當(dāng)焊縫中存在雙向應(yīng)力和三向應(yīng)力時，焊縫金屬的強(qiáng)度和沖擊值都要顯著下降，容易產(chǎn)生裂縫。因此，在焊接厚件≥50mm時，焊后一般應(yīng)對焊件進(jìn)行熱處理，以消除三向應(yīng)力。三個方向焊縫的，焊縫不應(yīng)焊到交角的頂點，以避免三向應(yīng)力的產(chǎn)生。焊接應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因，也可以分為焊接熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第十四頁，共28頁。焊接殘余應(yīng)力與分布：焊接殘余應(yīng)力和變形產(chǎn)生的主要原因是焊接時的不均勻加熱，近縫區(qū)的構(gòu)件在加熱和隨后冷卻過程中發(fā)生了塑性變形?？v向焊接殘余應(yīng)力和變形長板對接接頭焊縫處受熱溫度較高，因此焊縫金屬有較大伸長，離焊縫金屬較遠(yuǎn)的部位溫度較低，伸長則較小。鋼板中間溫度高的金屬受到兩邊溫度低的金屬限制，阻礙了它的自由伸長，因此這部分產(chǎn)生壓力。同時兩邊溫度低的金屬受到反作用力而產(chǎn)生應(yīng)力，這時鋼板中存在壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，并處于平衡。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第十五頁，共28頁。橫向焊接殘余應(yīng)力和變形在與焊縫軸線垂直的方向上，焊縫和熱影響區(qū)金屬在加熱過程中也要受到壓應(yīng)力，并發(fā)生塑性變形，而冷卻后則存在焊接殘余應(yīng)力和變形，這叫做焊接橫向殘余應(yīng)力和變形。當(dāng)兩塊鋼板在對接焊時，沿焊縫中心線向兩焊縫邊緣焊縫區(qū)將產(chǎn)生縱向壓縮，這種收縮的結(jié)果將使鋼板產(chǎn)生變形。但是，焊接接頭是由焊縫連接成一個不可分離的整體，結(jié)果在焊縫中部產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而焊縫兩端出現(xiàn)橫向壓應(yīng)力。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第十六頁，共28頁。橫向焊接殘余應(yīng)力和變形另外，我們又知由于一條焊縫不是在同一時內(nèi)完成，而總是要一段一段地逐步焊完，焊縫全長上的加熱時間不一致，同一時間內(nèi)各段受熱溫度不均勻，膨脹與收縮也不一致，因此這段與那段之間就形成了對自由變形的互相限制。先焊部分受到后焊焊縫橫向收縮的作用，而它又限制了后焊焊縫的橫向收縮，因此后焊焊縫末端受到拉應(yīng)力作用，先焊部位受到壓應(yīng)力作用?？偟臋M向應(yīng)力是由上述兩部分應(yīng)力合成的結(jié)果。對接焊縫的橫向收縮所引起的橫向應(yīng)力分布比較復(fù)雜。當(dāng)焊接方法、施焊方向、焊接程序、焊接線能量、外界剛性固定條件等稍有不同，則其應(yīng)力分布也不同。當(dāng)兩塊鋼板固定后進(jìn)行接頭對接焊縫時，雖然變形較小，但應(yīng)力值很大，可能引起裂縫，因此采用時要特別考慮這一點。分段退焊法和從中間向兩端焊（對稱焊法）較好，應(yīng)力分布比較均勻，焊接變形較小。但是要注意在直通焊時，板材則往往由于受到很大的壓縮應(yīng)力，喪失穩(wěn)定性而產(chǎn)生波浪變形。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第十七頁，共28頁。彎曲變形焊接時焊件的彎曲變形是綜合的，它是由縱向彎曲變形和橫向彎曲變形綜合而成的。彎曲變形與加熱引起的壓縮塑性變形區(qū)寬度、焊縫離構(gòu)件重心的距離以及構(gòu)件的剛性等有密切關(guān)系。構(gòu)件的剛性，是它抵抗變形的能力，主要決定于結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸的大小。在其他條件相同時，增加焊件的剛性，將有利于減小彎曲變形。彎曲變形的大小以撓度的數(shù)值來度量，而撓度的大小與焊件的長度成正比?？v向收縮可造成彎曲變形，橫向收縮也可以造成彎曲變形。橫向收縮變形對彎曲的影響也是不容忽視的。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第十八頁，共28頁。角變形焊縫沿厚度方向加熱不均勻以及各層焊縫的收縮不一致，都會使板材繞焊縫軸線旋轉(zhuǎn)一個角度，這種現(xiàn)象稱為角邊形。厚板焊接時，焊接的一面溫度高，另一面溫度低，因此，溫度高的一面產(chǎn)生的壓縮塑性變形大，溫度低的一面則小。冷卻時則在板的厚度上發(fā)生各層焊縫收縮不均勻現(xiàn)象，焊接的一面收縮大，另一面收縮小，所以容易產(chǎn)生角變形。角變形的大小與焊接規(guī)范、接頭型式、坡口角度等因素有關(guān)。如果焊縫區(qū)域加熱能量大，對薄板來說，降低了角變形；對較厚板來說，角變形反而增加；但當(dāng)焊件厚度很大時，由于其剛性增大很多，角變形又會減小。坡口角度和坡口形狀對角變形影響較大。坡口角度越大，上下橫向收縮量的差別越大，角變形也就越大。不同的施焊方法，其最終的角變形也不一樣。采用多層焊要比單層焊時的角變形大。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第十九頁，共28頁。波浪變形波浪變形主要出現(xiàn)在薄板焊接結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的原因一種是由于焊縫的縱向縮短對薄板邊緣造成的壓應(yīng)力；另一種是由于焊縫橫向縮短所造成的角變形。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第二十頁，共28頁。上海振華重工扭曲變形裝配質(zhì)量不好，工件擱置不當(dāng)以及焊接程序和焊接方向不合理，都可能引起扭曲變形。產(chǎn)生這種變形的根本原因就是焊后焊縫的縱向和橫向縮短引起各種形式的變形和焊接殘余應(yīng)力。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第二十一頁，共28頁。結(jié)論在焊接結(jié)構(gòu)中，焊接殘余應(yīng)力與變形之間的關(guān)系是一個矛盾的兩個方面。如果在焊接過程中焊件能夠自由地收縮，則焊后焊件的變形較大而焊接應(yīng)力較小，如果焊接過程中焊件受外界約束或自身剛性較大而不能自由收縮，則焊后焊件變形小，但其內(nèi)部存在較大的焊接殘余應(yīng)力。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第二十二頁，共28頁。五、樁腿高強(qiáng)鋼、厚板焊接工藝：焊接缺陷的控制：焊前預(yù)熱、控制道間溫度及焊后保溫緩冷或后熱，能降低冷卻速度，改善組織，加快氫的擴(kuò)散逸出。焊接殘余應(yīng)力與變形的控制：（１）選擇合理的裝配和焊接程序盡可能考慮焊縫的自由收縮對于大型結(jié)構(gòu)的焊接應(yīng)從中間向四周對稱進(jìn)行。如工字梁在對焊接時，無論先焊面板或是腹板的接頭，橫向收縮會在角焊縫內(nèi)引起很大應(yīng)力，甚至產(chǎn)生裂縫，所以應(yīng)設(shè)法使它能自由收縮。為此可采取將角焊縫留出一段后焊，使對接接頭的橫向收縮能自由地進(jìn)行。采取對稱焊接對于剛性大而斷面對稱的構(gòu)件，施焊時可采用對稱的焊接程序，這對于保證構(gòu)件得到最小的彎曲變形是十分有利的。對稱布置的焊縫，應(yīng)采用雙數(shù)焊工對稱的進(jìn)行焊接。采用焊縫的不同焊接法在焊接長焊縫（≥1m）時，可采用分?jǐn)嗤撕阜ā⒎种蟹侄瓮撕阜?、跳焊法、交替焊法；對中等長度（0.5～1m）的焊縫可采用分中對稱焊法。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第二十三頁，共28頁。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第二十四頁，共28頁。（2）反變形法所謂反變形法，就是根據(jù)焊后變形的情況，預(yù)先給以一個方向相反、大小相等的變形，使構(gòu)件焊后變形很小甚至完全消失。采用此法時，應(yīng)預(yù)先確定反變形的數(shù)值，以便達(dá)到消除焊后變形的目的。反變形的數(shù)值，一般是憑經(jīng)驗進(jìn)行估算。自升式鉆井平臺樁腿焊接工藝注意事項簡介第二十五頁，共28頁。（3）剛性固定法由于剛性大的船體構(gòu)件焊后變形小，因此，如果焊前加強(qiáng)構(gòu)件的剛性，同樣也可以減小焊接變形。所以，剛性固定法是采用強(qiáng)制手段來減小構(gòu)件焊后變形的有效辦法。剛性固定是一般采用定位焊或簡單工夾具將構(gòu)件固定在平臺或胎架上以達(dá)到減小變形的目的。剛性固定法只適用塑性好的材料，特別是低碳鋼。對于脆性較大的和容易淬火而變硬脆的中碳鋼