海洋采油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)建造質(zhì)量控制方法與措施

于有亮，張歡歡(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

0 前言

海洋采油平臺(tái)長(zhǎng)年處于海水惡劣的服役環(huán)境，需要較高的建造質(zhì)量來保證足夠的使用年限。文章以海洋采油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)建造質(zhì)量控制方法與措施的應(yīng)用為例，就如何保證海洋采油平臺(tái)的焊接質(zhì)量進(jìn)行論述。

1 材料驗(yàn)收環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制方法與措施

1.1 原材料的驗(yàn)收

為確保生產(chǎn)中使用的原材料符合業(yè)主及項(xiàng)目技術(shù)規(guī)格書要求，必須對(duì)進(jìn)場(chǎng)時(shí)的材料進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)收。一般情況下，常用的原材料包括焊接材料、生產(chǎn)材料。焊條、焊絲、焊劑及保護(hù)氣體等屬于焊接材料，而板材、型材、管材等屬于生產(chǎn)材料。所有材料施工前必須經(jīng)過驗(yàn)收、檢驗(yàn)、測(cè)量合格后方可使用。

通常情況下，由項(xiàng)目組通知業(yè)主、加設(shè)工程師、質(zhì)量控制工程師，對(duì)到貨的原材料，共同進(jìn)行檢驗(yàn)。驗(yàn)收合格后，各方在檢驗(yàn)清單中簽字確認(rèn)。如發(fā)現(xiàn)不合格的原材料，必須由倉(cāng)儲(chǔ)人員進(jìn)行隔離，并按照檢驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行處置。

1.2 材料確認(rèn)、跟蹤檢驗(yàn)

為了便于對(duì)不同級(jí)別的材料進(jìn)行控制和管理，質(zhì)量工程師將海洋采油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)分為主要材料和次要材料，分別如下：

(1)主要材料：指屈服強(qiáng)度≥355MPa的GB712-DH36/EH36，JIS G3106 SM 490YB，或者與他們等同的材料，其中，型材翼緣板寬度和型材深度≥300mm，管材直徑≥406mm，板材厚度≥16mm。對(duì)于主要材料，業(yè)主和第三方通常設(shè)置成W(見證)點(diǎn)，并同承包商檢驗(yàn)員共同對(duì)材料等級(jí)，型號(hào)，爐批號(hào)，數(shù)量，尺寸，鋼印，證書等進(jìn)行檢驗(yàn)。驗(yàn)收合格后，由承包商檢驗(yàn)員出具材料檢驗(yàn)及跟蹤報(bào)告，并提交業(yè)主、第三方審核簽字。

(2)次要材料：指尺寸小于或者級(jí)別低于主結(jié)構(gòu)的材料，例如防沉板，梯子、欄桿、扶手、角鋼、槽鋼、瓦楞板，擋水扁鐵，直徑≤356mm的成品管等。對(duì)于次要材料，業(yè)主和第三方通常設(shè)置成M(見證)點(diǎn)，只需要承包商檢驗(yàn)員對(duì)材料等級(jí)，型號(hào)，爐批號(hào)，數(shù)量，尺寸，鋼印，證書等進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 組對(duì)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制方法與措施

2.1 人員資質(zhì)

組裝工具備一定的工作經(jīng)驗(yàn)，熟悉相關(guān)圖紙，施工技術(shù)方案及相關(guān)操作規(guī)程，并持有建造公司質(zhì)量保證/控制部頒發(fā)的組裝工技能等級(jí)證書。質(zhì)量控制人員需要持有國(guó)際權(quán)威焊接檢驗(yàn)資質(zhì)，例如：美國(guó)焊接學(xué)會(huì)注冊(cè)焊接檢驗(yàn)師--AWS CWI，加拿大焊接局焊接監(jiān)督--CWB WELDING SUPERVISOR。

表1 焊接組合梁尺寸公差

2.2 組對(duì)尺寸控制

2.2.1 結(jié)構(gòu)鋼管組對(duì)尺寸檢驗(yàn)

(1)徑向偏差。鋼管縱焊縫對(duì)接邊的徑向偏差不超過3.2mm。如果環(huán)向接頭的徑向偏差超過了3.2mm，但是焊工可以從兩側(cè)進(jìn)行焊接，那么，環(huán)焊縫對(duì)接邊的徑向偏差允許值可以達(dá)到0.2倍的壁厚，但是最大值不能超過6.4mm。當(dāng)鋼管環(huán)縫局部徑向偏差過大時(shí)，只要局部偏差的長(zhǎng)度小于8T，我們需要使用適當(dāng)?shù)亩押阜椒?，將偏差部位熔敷出一個(gè)斜度為4:1的過渡帶，即便這樣，這種過渡帶的長(zhǎng)度也要控制在8倍的壁厚范圍內(nèi)，并且環(huán)焊縫的徑向偏差也不能夠超過0.3倍的壁厚，最大不能超過9.6mm。

(2)縱縫及環(huán)縫間距。根據(jù)API 2B的規(guī)定，相鄰管段的縱向焊縫至少應(yīng)該錯(cuò)開90°；相鄰兩道環(huán)焊縫之間的距離，需要取下列較小者：鋼管的直徑，或者910mm；環(huán)焊縫的數(shù)量，在鋼管的任意3050mm長(zhǎng)度范圍內(nèi)，不應(yīng)當(dāng)超過兩道。

(3)不圓度。不圓度也稱橢圓度，它的定義是：沿著鋼管外壁的圓周方向測(cè)量一圈，所測(cè)得的最大與最小外徑的差值。對(duì)于壁厚≤50.8mm的鋼管，不圓度應(yīng)當(dāng)不超過其公稱直徑的1%，最大不超過6.4mm。對(duì)于壁厚＞50.8mm的鋼管，其不圓度與壁厚的比值，應(yīng)當(dāng)不超過1:8。對(duì)于直徑超過1219mm的鋼管，其最大不圓度允許達(dá)到12.7mm，前提是需要將其周長(zhǎng)公差控制在±6.4mm以內(nèi)。

(4)直線度。任意3000mm長(zhǎng)度范圍內(nèi)允許的最大直線度誤差應(yīng)為3.2mm；任意1200mm長(zhǎng)度范圍內(nèi)允許的最大直線度誤差應(yīng)為9.6mm；任意超過1200mm長(zhǎng)度的鋼管，允許的最大直線度誤差應(yīng)為12mm。

2.2.2 焊接組合梁尺寸控制

焊接組合梁尺寸公差，按照表1及圖1執(zhí)行。

2.2.3 接頭節(jié)點(diǎn)組對(duì)檢驗(yàn)

所有接頭節(jié)點(diǎn)組對(duì)尺寸，需要按照批準(zhǔn)的WPS(焊接工藝規(guī)程)中的節(jié)點(diǎn)詳圖進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)員需要認(rèn)真核對(duì)坡口角度、根部間隙、鈍邊等尺寸在允許的范圍內(nèi)[1]。檢驗(yàn)員應(yīng)當(dāng)確保焊接坡口周圍的清潔，沒有鐵銹、油污等雜質(zhì)，檢查范圍是所有方向至少25mm范圍內(nèi)。定位焊縫至少為50mm，堆焊足夠的金屬，避免焊縫裂紋。須將定位焊起始端部打磨成圓滑過渡，以便焊接過渡完好，徹底熔合。對(duì)于存在裂紋的定位縫，在最終焊接前，應(yīng)將裂紋全部清除。

圖1 焊接組合梁尺寸公差示意圖

3 焊接過程監(jiān)控的方法與措施

3.1 焊材管理與控制

焊材牌號(hào)要與項(xiàng)目WPS要求一致，焊材的烘干、保溫需符合焊材使用管理規(guī)定，焊絲使用過程中注意防護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)用的焊條需放置于合格的保溫筒之內(nèi)，當(dāng)天未使用完的手工焊條、焊劑、藥芯焊絲需及時(shí)退回焊條烘干房，特殊焊材的使用按照廠家說明進(jìn)行[2]。

3.2 焊接區(qū)域保護(hù)

焊接區(qū)域的風(fēng)、雨雪等，會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，當(dāng)風(fēng)速超過8kg/h時(shí)，會(huì)造成焊接電弧產(chǎn)生偏吹，而雨雪中的水分子，在高溫熔覆下會(huì)產(chǎn)生氫，從而使焊縫產(chǎn)生冷裂紋。質(zhì)量控制人員需要檢查焊接防護(hù)情況，確保有充分的防風(fēng)、防雨雪措施。

3.3 焊接參數(shù)控制

一般情況下，較薄的板(38mm以下)采用烤把加熱，厚板(38mm及以上)采取電阻加熱的方式，對(duì)接頭區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱范圍為距離焊接接頭所有方向至少50mm。一般情況下，海洋鋼結(jié)構(gòu)旁站檢驗(yàn)關(guān)鍵部位的層間溫度最小值不能低于預(yù)熱溫度，最大值不能高于WPS中指定的最高溫度值。焊接過程中需對(duì)焊接電流、電壓、焊接速度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控；具體焊接參數(shù)參照在建項(xiàng)目已經(jīng)批準(zhǔn)的WPS。對(duì)于重要節(jié)點(diǎn)，例如吊點(diǎn)、50mm厚以上的環(huán)板，還要做好旁站檢驗(yàn)和記錄。

3.4 節(jié)點(diǎn)預(yù)邊堆焊的控制

預(yù)邊堆焊即通常所說的長(zhǎng)肉。如果焊接接頭根部間隙超過焊接工藝規(guī)程限值，應(yīng)重新組對(duì)；如不可能，對(duì)于根部間隙大于2倍較薄構(gòu)件的壁厚或超過20mm時(shí)，二者取取小值，可按照相關(guān)支持批準(zhǔn)的焊接工藝規(guī)程WPS進(jìn)行單邊或雙邊預(yù)邊堆焊，后進(jìn)行打磨處理，直至符合焊接工藝規(guī)程公差范圍。預(yù)邊堆焊不適用于常規(guī)糾正及尺寸偏差的修正。

3.5 焊接中斷的控制

在條件允許情況下，焊接應(yīng)連續(xù)進(jìn)行；焊接中斷之前，至少完成根部焊接及后續(xù)的連續(xù)六層焊道或焊縫金屬堆積達(dá)到壁厚的1/3的小者；焊縫區(qū)域應(yīng)確保緩慢控冷；焊接中斷后，再重新續(xù)焊前，應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，以確認(rèn)是否存在裂紋。如業(yè)主要求，可進(jìn)行干磁粉檢測(cè)。

3.6 對(duì)焊接作業(yè)人員的控制方法與措施

檢驗(yàn)員需要檢查焊工是否有資格在此工程中從事相應(yīng)的焊接工作，焊工現(xiàn)場(chǎng)焊接的資格是否滿足其在該項(xiàng)目報(bào)批的資格。焊工需要隨身攜帶焊工證，以備檢查，嚴(yán)禁無證焊接作業(yè)。

如在巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)有焊接作業(yè)人員違規(guī)作業(yè)，則需要按照個(gè)人違章計(jì)分規(guī)則進(jìn)行扣分處罰。質(zhì)量違章根據(jù)個(gè)人違章性質(zhì)、違章潛在后果，按照嚴(yán)重程度將質(zhì)量違章分為A類、B類、C類、D類 4個(gè)等級(jí)，其中，A類單次扣12分，B類單次扣6分，C類單次扣3分，D類單次扣1分。

對(duì)于確認(rèn)為記分的，由質(zhì)量保證/控制部人員拍照，并填寫《個(gè)人質(zhì)量違章記分通知單》、簽字確認(rèn)。接到“個(gè)人質(zhì)量違章記分通知單”后，如被記分人對(duì)違章事實(shí)、違章原因、違章級(jí)別存在爭(zhēng)議的，可由被記分人所在單位代為發(fā)起申訴。

4 焊后外觀檢驗(yàn)的質(zhì)量控制方法與措施

焊接完畢，檢驗(yàn)員需要對(duì)完工焊縫進(jìn)行外觀檢驗(yàn)。焊縫外表面必須符合以下要求：(1)任何位置發(fā)現(xiàn)的任何尺寸的裂紋都不合格。(2)相鄰焊層之間，母材與焊縫金屬之間，必須得到充分的熔合，能夠有未熔合產(chǎn)生。(3)起弧或者收弧的弧坑必須填滿，但是斷續(xù)角焊縫，超出其有效長(zhǎng)度的部分，可以除外。(4)焊縫輪廓形狀必須符合AWS D1.1 第6章第5.24節(jié)的要求[3]。(5)進(jìn)行外觀檢驗(yàn)的時(shí)間：需要等待完工焊縫冷卻至環(huán)境溫度后，才可以開始進(jìn)行焊縫外觀檢驗(yàn)。但是對(duì)于ASTMA514、A517鋼和A709 100級(jí)及100W級(jí)鋼焊縫，由于他們屬于低合金高強(qiáng)度的調(diào)質(zhì)鋼，因此，這些鋼焊縫的外觀檢驗(yàn)，必須在焊接完畢至少48小時(shí)后，才能開始進(jìn)行。(6)角焊縫的尺寸不足部分不允許超過焊縫長(zhǎng)度的10%。大梁翼緣板和腹板連接的焊縫，在梁的兩端，長(zhǎng)度等于兩倍翼緣板寬度的范圍內(nèi)，嚴(yán)禁出現(xiàn)焊縫尺寸不足。(7)對(duì)于靜載荷非管狀連接，當(dāng)焊縫厚度小于25mm時(shí)，咬邊不能超過1mm；任何局部累積長(zhǎng)度到50mm的咬邊，嚴(yán)禁超過2mm，這個(gè)范圍需要控制在300mm長(zhǎng)度范圍內(nèi)。當(dāng)焊縫厚度≥25mm的時(shí)，任何長(zhǎng)度焊縫的咬邊嚴(yán)禁超過2mm；對(duì)于周期性載荷的非管狀連接和管狀連接，如果是主要構(gòu)件中，不考慮載荷，當(dāng)焊縫與拉應(yīng)力成橫向關(guān)系時(shí)，咬邊深度不能夠超過0.25mm。(8)對(duì)于靜態(tài)負(fù)荷的非管狀連接，當(dāng)焊縫與計(jì)算拉應(yīng)力成橫向關(guān)系時(shí)，對(duì)接接頭完全熔透(CJP)坡口焊縫不能夠有可見管狀氣孔，任何其他形式的接頭(坡口焊縫和角焊縫)，直徑≥1mm的可見管狀氣孔直徑的總和，在任何25mm長(zhǎng)焊縫范圍內(nèi)不允許超過10mm，在任何300mm長(zhǎng)焊縫范圍內(nèi)不允許超過20mm。

5 結(jié)語(yǔ)

按照上述質(zhì)量控制方法與措施，對(duì)渤海區(qū)域海洋采油平臺(tái)建造過程進(jìn)行了有效的質(zhì)量控制，保證了各在建項(xiàng)目的施工質(zhì)量，也給同行業(yè)相關(guān)人員起到了借鑒作用。