摘要：文章對(duì)“振海一號(hào)”自升式鉆井平臺(tái)特殊焊縫進(jìn)行了研究。海洋平臺(tái)是焊接結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)力集中程度高，工作環(huán)境條件苛刻，一旦在外載荷作用下特別容易產(chǎn)生脆性斷裂和疲勞破壞，將產(chǎn)生災(zāi)難性后果。為了防止這些破壞的發(fā)生，確保平臺(tái)的安全，其焊縫尤其是特殊焊縫的設(shè)計(jì)及焊接過(guò)程的控制是極為重要的。

關(guān)鍵詞：“振海一號(hào)”；自升式鉆井平臺(tái)；特殊焊縫

中圖分類號(hào)：TE951文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）24-0020-03

自升式鉆井平臺(tái)是一種用于海上石油和天然氣勘探、開(kāi)采工程作業(yè)的鉆井裝置，其可以依靠自身的升降系統(tǒng)完成主體結(jié)構(gòu)的上下升降作業(yè)，以達(dá)到在不同深度的海域作業(yè)的要求。自升式鉆井平臺(tái)主要由主船體、上層建筑、樁靴、樁腿、升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、懸臂梁、鉆臺(tái)和直升機(jī)平臺(tái)幾大部分組成。

“振海一號(hào)”是振華重工設(shè)計(jì)建造、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Super M2型自升式平臺(tái)，由于其特殊的結(jié)構(gòu)形式和受力情況，自升式鉆井平臺(tái)的焊接要求相對(duì)于船舶產(chǎn)品要復(fù)雜很多。對(duì)于平臺(tái)焊縫一般要求，已在《“振海一號(hào)”自升式平臺(tái)結(jié)構(gòu)焊縫設(shè)計(jì)與焊接》一文里探討過(guò)，這里就不贅述。

本文著重結(jié)合“振海一號(hào)”，對(duì)自升式鉆井平臺(tái)的一些特殊焊縫焊接要求，從全焊透焊接、管節(jié)點(diǎn)焊接、特殊材料焊接三大方面進(jìn)行研究。

1全焊透焊接

由于自升式鉆井平臺(tái)的一些主要部位受力非常大，因此，全焊透焊接在自升式鉆井平臺(tái)中的應(yīng)用也是非常廣泛的。船級(jí)社規(guī)范對(duì)全焊透的要求基本一致，而且都是一般性的要求。以CCS規(guī)范為例，其要求為“全焊透用于受高應(yīng)力的結(jié)構(gòu)”，規(guī)范中列舉了需要全焊透的區(qū)域包括：樁腿結(jié)構(gòu)（一般）；樁腿與樁靴或沉墊之間的連接；樁靴和沉墊的內(nèi)部強(qiáng)肋骨、桁材及艙壁；提升降室（一般）；樁腿圍阱處的艙壁和主要結(jié)構(gòu)；帶纜樁等系泊設(shè)備底座對(duì)甲板；所有管節(jié)點(diǎn)焊接。

“振海一號(hào)”自升式鉆井平臺(tái)全焊透的應(yīng)用范圍總結(jié)歸納如下：

1.1船舶工程主體區(qū)域

1.1.1抬升室，主要包括抬升室外壁與平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)主要構(gòu)建之間的焊接，抬升室本身外壁之間的焊接；內(nèi)部主要隔板與外壁的焊接；抬升齒輪安裝法蘭套與外壁結(jié)構(gòu)的焊接；抬升室外壁與撐座的焊接。

1.1.2樁腿圍阱處艙壁，主要包括與抬升室連接的艙壁或肋板；樁腿圍阱附近主要艙壁與主甲板和外底板的焊接。

1.1.3主船體外板周界，主要包括舷側(cè)外板與主甲板、外底板的焊接；尾封板與主甲板、外底板的焊接；首部艙壁與主甲板、外底板的焊接。

1.1.4懸臂梁支撐艙壁結(jié)構(gòu)與主甲板結(jié)構(gòu)的焊接，主要在懸臂梁滑移范圍內(nèi)。

1.2樁腿與樁靴

樁腿主弦管與齒條的焊接（由齒條生產(chǎn)廠家完成，成品來(lái)貨）。樁腿水平撐管、斜撐管與主弦管的焊接；斜撐管與水平撐管的焊接，具體焊接形式可參見(jiàn)管節(jié)點(diǎn)焊接。樁靴結(jié)構(gòu)與樁腿結(jié)構(gòu)連接部位的焊接。樁靴內(nèi)部主要艙壁、桁材的焊接。

1.3懸臂梁及鉆臺(tái)結(jié)構(gòu)

懸臂梁主要結(jié)構(gòu)，主要包括縱壁與上下軌道面板；懸臂梁滑道板與腹板；鉆臺(tái)軌道板與腹板。懸臂梁底座、懸臂梁滑道座構(gòu)件的焊接。鉆臺(tái)結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)，包括鉆臺(tái)與井架底座連接部位；轉(zhuǎn)盤周圍強(qiáng)構(gòu)件；主要受力強(qiáng)框架。

1.4其余部位

鋼管焊接節(jié)點(diǎn)，主要是各種鋼管組成桁架結(jié)構(gòu)，例如直升機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，具體焊接形式可參見(jiàn)管節(jié)點(diǎn)焊接。受力較大的設(shè)備底座、設(shè)備加強(qiáng)結(jié)構(gòu)等，例如吊機(jī)基座、拖點(diǎn)加強(qiáng)、干拖加強(qiáng)等。其余應(yīng)力較大區(qū)域結(jié)構(gòu)。在考慮全焊透范圍時(shí)，除了參考

上述部位外，還應(yīng)該充分聽(tīng)取現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)船師的意見(jiàn)。

2管節(jié)點(diǎn)焊接

相對(duì)船舶產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，由于自升式鉆井平臺(tái)的特殊性，平臺(tái)上的鋼管使用也比較多，例如樁腿結(jié)構(gòu)、直升機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)等。有關(guān)管節(jié)點(diǎn)的焊接，在AWS D1.1管材連接設(shè)計(jì)的特別要求中給出了詳細(xì)的規(guī)定，CCS和LR規(guī)范中明確有管節(jié)點(diǎn)焊接要求，其要求與AWS D1.1一致，具體如下：

管節(jié)點(diǎn)的所有焊縫應(yīng)符合下述要求：

所有鋼材均應(yīng)采用全焊透的焊縫連接；除對(duì)特定的焊縫形狀可同意采用單面焊外，每當(dāng)實(shí)際可行時(shí)均應(yīng)采用雙面焊；在桁架式結(jié)構(gòu)中，所有位置處弦桿最小焊縫連接長(zhǎng)度要求為1.5倍撐桿壁厚度；應(yīng)采取措施確保焊縫表面光滑，與母材融合一體，平滑過(guò)渡；除經(jīng)本社同意外，應(yīng)不使用背墊板；焊根間隙一般為3～6mm；若鞍狀焊縫趾打磨已同意作為改善疲勞壽命的方法之一，則在同意對(duì)焊縫趾打磨的部位，焊縫與母材間應(yīng)平滑過(guò)渡。打磨應(yīng)去除所有的缺陷、夾渣和咬邊。打磨深度應(yīng)不超過(guò)2mm 和0.05倍板厚中的較小值。

3特殊材料焊接

為了盡可能控制自升式平臺(tái)的自身重量，增大可變載荷，在自升式鉆井平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在強(qiáng)度允許的范圍內(nèi)，一般會(huì)選取板厚較小、材質(zhì)較高的材料，因此，在自升式鉆井平臺(tái)中，特殊材料的應(yīng)用范圍非常大，特別是一些高應(yīng)力區(qū)域，經(jīng)常會(huì)用到屈服強(qiáng)度超過(guò)550MPa的材料；同時(shí)，由于部分結(jié)構(gòu)受力非常大，使用的鋼板厚度也相對(duì)于船舶產(chǎn)品要厚，例如升降基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、懸臂梁結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)中普遍采50m以上的鋼板，個(gè)別結(jié)構(gòu)可能用到230mm的鋼板。

在進(jìn)行這些特殊材料的焊接時(shí)，需要注意以下幾個(gè)方面：

3.1焊材選取

各大船級(jí)社對(duì)于不同材質(zhì)的鋼板的焊接材料選取都給出了明確的要求，因此，在現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)，要按照船級(jí)社規(guī)范，選取合適的焊接材料。

3.2坡口選取

按照船舶產(chǎn)品的焊接要求，不同厚度鋼板的焊接都有對(duì)應(yīng)的坡口形式，相同厚度的板材采用不同的焊接工藝時(shí)對(duì)應(yīng)的坡口也是不一樣的。在鉆井平臺(tái)中，由于部分特殊結(jié)構(gòu)的構(gòu)建間距較小，內(nèi)部空間狹小，根本無(wú)法施焊，這些部位必須采用單面焊接，因此，在遇到上述特殊部位時(shí)，需要在焊接設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮，并針對(duì)這些特殊部位的焊接進(jìn)行相應(yīng)的焊評(píng)實(shí)驗(yàn)。有關(guān)焊接坡口的設(shè)計(jì)，AWS D1.1相關(guān)章節(jié)里有詳細(xì)的敘述。

4結(jié)語(yǔ)

本文著重結(jié)合“振海一號(hào)”，對(duì)自升式鉆井平臺(tái)的一些特殊焊縫焊接要求，從全焊透焊接、管節(jié)點(diǎn)焊接、特殊材料焊接三大方面進(jìn)行了研究，并針對(duì)各大船級(jí)社規(guī)范關(guān)于自升式鉆井平臺(tái)特殊焊縫焊接的要求作了簡(jiǎn)要的總結(jié)。除了參照相關(guān)船級(jí)社規(guī)范要求外，目前鉆井平臺(tái)特殊焊縫設(shè)計(jì)特殊焊接要求還應(yīng)參照AWS D1.1的相關(guān)要求和技術(shù)規(guī)格書(shū)要求執(zhí)行。

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作者簡(jiǎn)介：鄭學(xué)金（1974-），男，上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司海工生產(chǎn)設(shè)計(jì)所工程師，研究方向：船舶工程。

（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）