海洋石油工程（青島）有限公司（山東 266520）張劍利 靳偉亮 汪 彬 劉書慧劉 宏 王長軍 謝 偉

1.概述

荔灣3-1深水氣田位于中國南海珠江口盆地內(nèi)，距珠海約300km，水深約1500m。氣田探明儲量為1000億～1500億m3，項目建成后每年可處理120億m3天然氣。此規(guī)模相當于西氣東輸一期的規(guī)模，將為珠三角及我國東南部地區(qū)提供大量優(yōu)質清潔能源。荔灣3-1天然氣綜合處理平臺建造重量為28 000t，是國內(nèi)結構最重、尺寸最大的海洋深水天然氣平臺，是中國海油深水開發(fā)最為重要的一步，具有里程碑的意義。海上浮托安裝荔灣3-1組塊如圖1所示。本文就項目建造中涉及到的焊接方法、設備、材料以及關鍵焊接技術等做簡要介紹。

圖1 海上浮托安裝荔灣3-1組塊

2.關鍵焊接技術

（1）超厚板CTOD焊接工藝 荔灣3-1平臺所處深水工況以及其中心平臺功能定位，決定其結構中存在大量的D36鋼厚板，其中厚度最大達100mm。本項目規(guī)格書中對板厚超過50mm的焊接接頭要求進行焊后熱處理，同時規(guī)定若焊態(tài)下焊接接頭經(jīng)斷裂韌性（CTOD）測試合格，則可以免去焊后熱處理。由于進行焊后熱處理會增加焊口完工工序，增大現(xiàn)場質量風險，增加建造成本與工期，因此現(xiàn)場施工采用CTOD焊接工藝是最佳選擇。CTOD 受板材厚度的影響較大，板越厚，焊接接頭斷裂韌性值降低越嚴重。為覆蓋本項目全部厚板施工焊縫，試驗母材厚度選取最大板厚100mm，該厚度遠超出平常項目的厚度，工藝開發(fā)難度很大。

考慮到現(xiàn)場實際施工需要，焊接工藝選取埋弧焊與氣體保護焊。為了保證CTOD試驗的通過，前期進行大量調查和研究工作，最終選定了焊材型號及焊接參數(shù)。根據(jù)母材的碳當量以及材料的厚度，選擇預熱溫度為110℃。最大層間溫度控制為200℃。埋弧焊選取F7A6—EM14K焊絲與焊劑，焊接參數(shù)如表1所示，氣體保護焊選取E81T1—K2M焊絲進行焊接，焊接參數(shù)如表2所示。

表1

表2

按表1、表2中參數(shù)焊接完成的試驗件經(jīng)CTOD測試，結果合格，工藝開發(fā)取得成功。本工藝的成功使得公司具備了100mm厚板材的CTOD焊接工藝，能夠滿足本項目使用的同時也可滿足后續(xù)同類項目的需要。另外本次焊接工藝開發(fā)的母材使用了目前國內(nèi)主要的大厚度船用鋼生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，工藝開發(fā)成功進一步增強了工藝的適用性。

（2）大直徑大壁厚雙相不銹鋼焊接工藝 雙相不銹鋼因其良好的耐腐蝕性能以及與碳鋼相近的熱膨脹系數(shù)和熱傳導特性，在石油化工等領域得到廣泛應用。其在海工以往項目中已大量使用，但一般均為小管徑，薄壁管線。荔灣3-1項目中雙相不銹鋼數(shù)量眾多，管徑大，壁厚大，焊接接頭耐腐蝕性能要求高，其最大壁厚39.67mm，最大管徑36英寸（1英寸=25.4mm），耐腐蝕性能不僅要求點蝕試驗，而且對氫致裂紋和CO2應力腐蝕試驗也提出了要求。

基于項目中雙相不銹鋼數(shù)量多、管徑壁厚大的特點，選取開發(fā)埋弧焊高效焊接工藝。同時為滿足其耐腐蝕性能要求，對其焊材的選用以及預熱、熱輸入、層間溫度進行控制，保證奧氏體組織與鐵素體組織相平衡，避免出現(xiàn)氮化鉻和s相等有害組織。經(jīng)過一系列的控制措施，工藝開發(fā)取得成功。

具體措施為：選用氬弧焊進行打底與熱焊道的焊接，埋弧焊填充蓋面。氬弧焊焊絲選用：Sandvik22.8.3.L；埋弧焊焊材選用：Sandvik22.8.3.L/15w，背面保護氣體為99.99%氬氣，氣體流量20～25L/min，開始焊接要保證管內(nèi)氧含量不超過100×10-6，且背面保護氣體需至少保留到第三道焊接完成。焊前不預熱，層間溫度控制在150℃以內(nèi)，熱輸入不超過2.0kJ/mm，焊接參數(shù)如表3所示。

表3

大壁厚雙相不銹鋼埋弧焊焊接工藝的成功開發(fā)，在保證焊接質量的同時，大幅度地提高焊接效率，保證了項目的按期完工。

3.焊接材料、設備使用情況

工程焊接中“人、機、料、法、環(huán)”會對工程項目的質量與工期產(chǎn)生重大影響。以下就本項目中涉及到的部分焊接材料與設備進行著重介紹。

（1）焊接材料 項目中使用的結構焊接材料有以下幾種：

第一，埋弧焊焊材：林肯錦州公司生產(chǎn)的焊絲JW—1與SJ101焊劑配合使用。其用于D36鋼多層多道焊和窄間隙埋弧焊，具有耐氣孔性及脫渣性佳，焊縫韌性好等特點。

第二，氣體保護焊焊材：昆山天泰TWE—711Ni，使用純CO2為保護氣體，適用于全位置焊接，電弧穩(wěn)定、飛濺少、脫渣容易，具有良好的低溫沖擊韌性。

第三，焊條電弧焊焊材：四川大西洋CHE58—1，其具有優(yōu)異的焊接工藝性能，電弧挺度好，不易產(chǎn)生磁偏吹，焊縫成形美觀，飛濺少，脫渣容易；焊縫金屬具有優(yōu)良穩(wěn)定的低溫韌性及抗裂性能。

（2）焊接設備 項目中使用的焊接設備主要有以下幾種：

第一，埋弧焊采用林肯DC—1000（見圖2），它也可適用于碳弧氣刨。其輸出電流為150～1300A，輸出電壓為16～46V。它具有的電壓波動補償電路在電源電壓變化10%時仍能保持輸出電壓和電流恒定，使焊接質量得以保障。

第二，氣體保護焊采用松下YD—500ER1（見圖3）高送絲性能逆變通用CO2/MAG焊機，額定負載持續(xù)率為100%，輸出電流為60～550A，輸出電壓為17～41V。其對焊工技能要求較低，容易上手操作，焊接調節(jié)簡單輕松，焊絲送給穩(wěn)定，適應各種惡劣的送絲環(huán)境和長距離延長電纜工作條件。

第三，焊條電弧焊主要采用唐王ZX7—500（見圖4）。其具有較強的電網(wǎng)自動補償能力，適用范圍廣?？刂齐娐凡捎脭?shù)字邏輯電路，性能穩(wěn)定可靠，具有良好的動特性，引弧容易，焊接飛濺小，噪聲小，具有完善的自動保護功能，能配接無線遙控裝置，電流調節(jié)方便，特別適合遠距離和高空作業(yè)。其額定焊接電流為30～500A，額定負載持續(xù)率為60%。

圖2

圖3

圖4

4.結語

荔灣3-1天然氣綜合處理平臺的建造，極大地推動了海工焊接技術的發(fā)展。超厚板CTOD焊接工藝的開發(fā)成功，免去了焊后熱處理，大大降低了施工強度與成本，也保證了施工質量。大直徑大壁厚雙相不銹鋼焊接工藝在滿足項目耐腐蝕性能等要求的同時，既提高了施工效率，降低了成本，又提升了企業(yè)自身的競爭力。

荔灣3-1天然氣綜合處理平臺的建成表明我國在深水超大型油氣平臺設計、建造能力上取得了標志性突破，我國海洋石油工業(yè)也因此正式從淺水領域跨向深水領域。

【鏈接】

2014年1月3日，中國海洋學會、中國太平洋學會和中國海洋湖沼學會常務理事及理事聯(lián)合投票，評選出“2013年中國十大海洋科技進展”。

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