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1. 概述 自升自航式辅助平台是一种特殊的工程船，既克服了自升式平台不能自航的缺点，又克服了浮式工程船工作时不稳定的劣势，有较大的市场竞争力和良好的前景。公司承接的SEAPUP 2即属于该类型产品，入ABS船级社。自升自航式辅助平台通过桩腿和升降结构进行自升，此时整个平台的重量集中在桩腿结构上。桩腿结构形式为三角桁架式，由齿条板和主弦管及斜撑管等组成，强度要求极高。SEAPUP 2桩腿的斜撑管采用Vallourec公司生产的无缝钢管API 5L PSL2 X80Q，钢管外径为168.3mm，厚度在10.97~21.95mm之间，是T、K、Y节点焊接形式，典型结构形式如图1所示。根据设计和ABS规范要求，应采用单面焊双面成形的焊接方法进行全焊透。但由于X80Q钢管是高强度调质钢，且焊缝交叉密集，易产生焊接裂纹，所以应结合现场生产选择合适的焊接工艺方法进行工艺评定。 图1 斜撑管节点形式 2. 焊接工艺 一般而言，焊接工艺应根据母材材料特性及焊接构件形式，焊接位置及施焊条件等综合考虑而制定。 （1）焊接母材 母材X80Q属于高强钢，工艺评定所用尺寸为外径168.3mm×厚度21.95mm，长度符合要求。供货状态为淬火加回火（调质），主要化学成分和力学性能如表1、表2所示。 从表1可以看出，X80Q的化学成分合金比较复杂，通过国际焊接协会推荐的碳当量和冷裂纹敏感系数公式可以计算出材料的碳当量=0.50%，冷裂纹敏感系数Pcm= 0.28。可以发现，X80Q碳当量较高，淬硬倾向大，易出现裂纹，是焊接性较差的材料。因此应采取焊前预热及焊后缓冷措施，并对调质钢采取了焊后200℃/2h消氢处理。 （2）焊接坡口装配 根据AWS 标准，T、K、Y节点需要6GR焊接工艺评定，两段管子需要至少5mm的厚度差，因此管子接口有一段长30mm机加工削薄了6.95~15mm，装配钝边1~2mm，间隙3~5mm，挡环应符合要求，具体装配要求如图2所示。 图2 装配要求 （3） 焊接方法及焊材选择 考虑到焊缝密集交叉、应力大，易产生裂纹，选择焊条电弧焊打底并填充盖面的焊接方法。焊材选择首先应匹配母材的力学性能和化学成分；同时要降低扩散氢含量，以减少调质钢产生裂纹的可能性；焊材操作性应良好，以适应生产现场焊接。T、K、Y全熔透节点形式打底要求较高；因此选用神钢打底效果较好的LB—62U，填充盖面为奥林康TENACITO 65R。具体化学成分及力学性能如表3、表4所示。 （4）焊接参数 选择相互匹配的焊接电流、电压及焊接速度等参数，得到理想的过渡形式对单面焊双面成形技术必不可少，关系到焊接过程的稳定性、焊缝成形、飞溅大小。另外，合适的预热温度及焊后消氢处理对预防焊接冷裂纹的产生也至关重要。具体参数如表5所示。 根据以上要求焊接完成试件，外观检验良好，并在焊完48h后进行RT和MT检测，符合AAWS D1.1和美国船级社要求，按规定制作理化试验试样并进行试验。 3. 试验结果 焊接工艺评定的力学性能试验，包括拉伸、弯曲、冲击、金相和硬度试验，都是在国家CNAS认可试验室进行的，试验标准符合AWS D1.1和美国船级社要求，并且都获得了满意结果。 （1）拉伸性能 横向拉伸试验选取试样尺寸24.5mm×60mm，试验结果合格（见表6）。 （2）弯曲试验 横向弯曲试验选用侧弯试样4件，弯曲直径50.8mm，弯曲角度180°，试验结果显示无缺陷，符合要求。 （3）冲击试验 冲击试样取在上下表面2mm焊缝中心，直边侧熔合线及+2，+5的位置，试样尺寸10mm×10mm×55mm，试验结果如表7所示。 （4）硬度试 硬度值如表8所示，均符合标准要求。 （5）金相试样 用5%硝酸酒精溶液处理后，得到的焊缝横断面宏观金相试样如图3所示，显示根部完全熔透，且焊缝无裂纹和缺陷。 图3 宏观金相 4. 结语 以上各项试验结果表明，调质钢管X80Q的T、K、Y全熔透节点的焊接，在采取低氢焊材，合适的焊接工艺参数，合理的预热、层间温度及消氢处理等措施的情况下，能有效控制焊接焊接质量，获得的焊缝质量良好，成形美观；并且焊后检查没有发现夹渣、未焊透、未熔合及裂纹等焊接缺陷，为项目的顺利完工提供了保障。 作者简介：曹国龙、郭帆，招商局重工（深圳）有限公司。 |
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