“海洋石油981”超高強(qiáng)鋼EQ70焊接工藝

韓冰 廖平華 陳實(shí)

1. 概述

“海洋石油981”工程是外高橋造船按照國際標(biāo)準(zhǔn)建造的第六代3 000m深水半潛式鉆井平臺。“海洋石油981”是中國深水油氣開發(fā)艦隊(duì)的旗艦。該平臺型長114m，寬90m，高137.8m，最大作業(yè)水深3 050m，鉆井深度可達(dá)12 000m，配備了國際最先進(jìn)的第三代動力定位系統(tǒng)，可以在南海、東南亞及西非等海域進(jìn)行作業(yè)?！昂Ｑ笫?81”的建造，填補(bǔ)了我國在深水鉆井特大型裝備項(xiàng)目上的空白，對于我國加速進(jìn)軍世界頂級海洋工程裝備開發(fā)、設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，增強(qiáng)深水作業(yè)能力，實(shí)現(xiàn)國家能源戰(zhàn)略規(guī)劃等都具有重要的戰(zhàn)略意義。

2. 超高強(qiáng)鋼的實(shí)際應(yīng)用

“海洋石油981”的穩(wěn)性和強(qiáng)度按照南海惡劣的海況設(shè)計(jì)，能抵御200年一遇的臺風(fēng)，可以在45n mile（海里）/h的風(fēng)速下正常作業(yè)，在109n mile/h的風(fēng)速下生存，可變載荷9 000t，設(shè)計(jì)使用壽命30年。為了減輕海洋工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，同時(shí)又增加結(jié)構(gòu)整體的安全性，高強(qiáng)鋼（σs≥355MPa）已滿足不了平臺上某些特殊區(qū)域的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，在這些區(qū)域就要采用超高強(qiáng)鋼（σs≥420MPa）。例如：平臺的立柱與上船體連接的區(qū)域采用了超高強(qiáng)鋼EQ56和EQ70等。

超高強(qiáng)鋼實(shí)際應(yīng)用相對較少，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)積累較少，且涉及到的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)較多。超高強(qiáng)鋼焊接評定涉及標(biāo)準(zhǔn)主要有中國國標(biāo)、ABS標(biāo)準(zhǔn)、CCS標(biāo)準(zhǔn)和ASTM D1.1。根據(jù)以上規(guī)范要求，超高強(qiáng)鋼焊接生產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行工藝評定試驗(yàn)，以驗(yàn)證焊材適配性及焊接工藝合適與否。

表1 EQ70化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 EQ70力學(xué)性能

3. 超高強(qiáng)鋼EQ70焊接工藝評定

（1）EQ70化學(xué)成分及力學(xué)性能 超高強(qiáng)鋼EQ70母材按照ABS MODU RULE制造，化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1、表2所示。

（2）焊接工藝確定 焊接方法采用SMAW，選用K形坡口，如附圖所示，焊材選用林肯電器生產(chǎn)的Conarc 80，焊材級別為AWS A5.5 E11018M—H4，焊材化學(xué)成分如表3所示。

超高強(qiáng)鋼EQ70進(jìn)行了兩種焊接位置（橫焊和立焊）工藝評定試驗(yàn)，焊接參數(shù)如表4所示。

根據(jù)AWS D1.1中關(guān)于預(yù)熱的確定方法，在考慮裂紋敏感指數(shù)、擴(kuò)散氫及拘束應(yīng)力的情況下，兩組工藝評定試驗(yàn)預(yù)熱溫度為80℃。為了進(jìn)一步降低焊縫及熱影響區(qū)中的氫含量，焊后進(jìn)行后熱消氫處理，后熱溫度為210~230℃，后熱時(shí)間為1h，預(yù)熱和后熱均采用電加熱方式。

K形坡口

4. 試驗(yàn)結(jié)果

兩組超高強(qiáng)鋼EQ70的焊接評定試樣進(jìn)行了射線及磁粉探傷、宏觀試驗(yàn)，且結(jié)果符合ABS相關(guān)規(guī)范要求，并針對焊接接頭力學(xué)性能進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)、夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)和維氏硬度試驗(yàn)。宏觀試驗(yàn)及維氏硬度試驗(yàn)依據(jù)CB/T3380—1991和CB/T3770—1996進(jìn)行，檢測儀器為EPIPHOT300尼康倒置式金相顯微鏡和VH—5BC維氏硬度計(jì)。經(jīng)宏觀腐蝕試驗(yàn)，在焊縫、熔合線、熱影響區(qū)均未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合、氣孔及夾渣等焊接缺陷。拉伸和夏比沖擊試驗(yàn)依據(jù)GB/T5984—2008、GB/T2653—2008 和GB/T2650—2008進(jìn)行，檢測儀器設(shè)備為WE—1000液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)，JB—300B沖擊試驗(yàn)機(jī)。拉伸試驗(yàn)、夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)和維氏硬度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5~表7所示。表中各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均符合相關(guān)的規(guī)范。

5. 結(jié)語

在未來的海洋工程及造船領(lǐng)域，超高強(qiáng)鋼的應(yīng)用勢必會越來越廣泛，制定適當(dāng)?shù)暮附庸に噭t顯得尤為重要。針對超高強(qiáng)鋼EQ70兩種不同位置制定的焊接工藝已成功應(yīng)用于“海洋石油981”工程，取得了理想效果。

表3 Conarc 80 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表4 SMAW焊接參數(shù)

表5 焊接接頭拉伸結(jié)果

表6 沖擊試驗(yàn)結(jié)果

表7 硬度試驗(yàn)結(jié)果 （HV）