环形焊缝裂纹返修技术应用实例.doc

曹妃甸11-2 FPSO是渤海上的大型浮式生产储油卸油船，集合了各种海上油田生产设施，诸如油气水分离、公共设施、生活设施等，由单点系泊系统连接，使FPSO围绕其随潮流方向而旋转。在年度检测过程中，发现在FPSO上通往单点系泊系统的栈桥底座的环形焊缝上发现多处裂纹，严重威胁安全生产。栈桥底座直径2 070 mm，厚度20 mm，根据业主要求，需要将环形焊缝的裂纹及未熔透等缺陷去除。在此过程中的顺序为，检验后进行焊道补焊，然后再进行无损检验直至合格。 1 裂纹产生的原因 经分析，裂纹的形成原因可能主要有以下几方面：安装施工时焊接工作并没有严格按照焊接程序进行；焊工水平有差异，导致焊接质量参差不齐；栈桥使用频繁，在外激励作用下，易产生裂纹；海水潮气常年对焊缝的腐蚀。以上只是工程层面上的一些分析，要想更深层的了解裂纹产生的原因，还有待材料力学方面的研究。 2 焊接工艺 2.1相关设备 对于整个焊道裂纹返修主要使用碳弧气刨设备，打磨设备，砂轮机，手工电弧焊，探伤设备等一系列设备。其中电弧焊设备采用的是日本Pana－sonic公司的直流电焊机。焊接设备由焊接电源，焊接机头，机头控制系统等部分组成。 2.2焊接管材 1）栈桥底座的材质为Q34 2）Q345 D抗拉强度σb为470~630 MPa，厚度小于等于16 mm时屈服点σs不小于345 MPa，厚度大于16 mm小于35 mm时σs不小于325 MPa，厚度大于35 mm小于50 mm时σs不小于295 MPa，厚度大于50 mm小于100 mm时σs不小于275MPa；Q345 D伸长率δs不小于22%，并在-20℃情况下冲击功Akv（纵向）不小于34 J；当Q345 D刚才厚度小于等于16 mm时，d=2a，当厚度大于16 mm小于100 mm时，d=3a（d为弯心直径，a为试样厚度）[1]。 2.3 焊接材料 管材的具体焊接方法为SMAW。打底焊接材料采用日本神钢的LB-52U，填充和盖面采用CHE58-1焊条来完成。 2.4 坡口形式 焊接坡口采用管外侧单边斜削45°坡口，先由碳弧气刨吹出大致坡口形状后，再使用砂轮机将坡口打磨成形。工程开始时准备采用K形坡口，经实际操作后，发现根部间隙过大，封底作业很难完成，且焊后出现冷裂，由于一半工作量是焊工在栈桥底座内部进行的，内部的回声噪音，无法扩散的焊接气体，对焊工的实际操作水平都有很大的影响，且焊后的焊缝质量很差。管外侧单边斜削45°坡口的使用，焊缝金属填充量少，缩短了焊接时间，既节省焊材又保证焊接质量及焊接速度。 2.5 焊接顺序 完成现场准备工作后，施工人员将进行栈桥缺陷维修，由于栈桥焊缝为连续的长焊缝，长度达6500 mm，如果不按照一定次序进行焊接的话，栈桥会有倾倒的可能，会对工程造成不可估量的损失。因此在进行栈桥未熔透缺陷维修时，将整个环形焊缝等分为8个工作区域，按顺序进行维修，每段长度为812 mm。完成了一个区域的焊接后要在其对角区域进行下一区域的焊接，见图1。 3 焊接工艺评定试验 实验依据和焊接参数。本项目主要依据AWS D1.1标准和业主提供的技术文件要求。焊接参数见表2。 力学性能试验。力学性能试验包括全焊缝拉伸试验、减截面拉伸试验和弯曲试验，取样方法、部位及数量和位置均按照AWS D1.1标准的要求，见表3。3 4 返修程序 4.1 缺陷确定按照无损检验要求清理金属表面，应用磁粉和超声波检验确定缺陷的位置，大小和深度。 4.2 缺陷清除 焊接金属或部分母材的去除可通过打磨或碳弧气刨来完成。浅表面或表面缺陷可以通过打磨来去除。深部缺陷可以通过碳弧气刨或打磨来去除。使用电弧气刨后，坡口边缘和坡口面都应打磨，确保碳化层完全去除，打磨后坡口尺寸应满足外形要求并清理干净。不允许使用火焰气刨。气刨时，应先在缺陷两端无缺陷处刨开一段，以防止缺陷在气刨时延伸。在进行栈桥未熔透缺陷维修时，当返修长度超过300 mm时，应加焊两个固定马排，用以防止焊缝因受重力间隙减小。返修长度每增加300 mm另外增加一个固定马排减小焊缝受力，返修长度不应超过900 mm，以防止焊缝受力过大，见图2。 4.3 坡口准备 焊接坡口采用单边斜削45°坡口，先由碳弧气刨吹出大致形状后，再使用砂轮机将单V形坡口打磨成形。使用单边斜削45°坡口，焊缝金属填充量Applied Technology应用技术-095-SCI-TECH INNOVATIONPRODUCTIVITYNo．7 July.2012，Total No．222少，缩短了焊接时间，既节省焊材又保证焊接质量及焊接速度[2]。4.4预热焊接返修前必须预热，最低预热温度不低于30℃。预热区域绝对不能小于整个修理区域周围150