劉彭超，蘇衍福，夏仲輝，李景強(qiáng)，蔡忠彪，張國(guó)南

海洋石油工程股份有限公司 天津 300452

1 序言

隨著國(guó)家開(kāi)發(fā)海洋資源技術(shù)和海洋工程裝備的快速發(fā)展，我國(guó)海洋采油平臺(tái)陸地建造水平和海上安裝能力逐步提升。同時(shí)海洋石油開(kāi)發(fā)由淺水走向深水，這對(duì)海洋采油平臺(tái)焊接質(zhì)量及工藝提出了極其嚴(yán)格的要求，尤其對(duì)主結(jié)構(gòu)立柱承重環(huán)板要求更為嚴(yán)格。全熔透的主結(jié)構(gòu)立柱承重環(huán)板焊接一般采用人工半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接作業(yè)，與埋弧焊方法相比，其焊接效率低，焊工勞動(dòng)強(qiáng)度大。但由于環(huán)板焊縫呈弧形，所以埋弧焊和我公司現(xiàn)有的CO2氣體保護(hù)焊接小車無(wú)法實(shí)現(xiàn)環(huán)板焊縫焊接。為此，本文主要針對(duì)主結(jié)構(gòu)立柱承重環(huán)板焊接，通過(guò)精心研究，對(duì)現(xiàn)有CO2氣體保護(hù)焊接小車設(shè)備零件進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)化；并通過(guò)合理選擇焊接參數(shù)，改造后設(shè)備已在全熔透的立柱承重環(huán)板焊接中成功應(yīng)用，在保證焊接質(zhì)量的同時(shí)，提高了生產(chǎn)效率。

2 對(duì)自動(dòng)化焊接小車進(jìn)行創(chuàng)新改造

CO2氣體保護(hù)焊接小車的焊接質(zhì)量好、效率高，但由于焊接小車零部件的構(gòu)造受限，因此在以往的生產(chǎn)中，其只能應(yīng)用于焊接角焊縫，例如筋板立焊、甲板對(duì)接平焊以及仰角焊位置的焊接工作。

焊接小車零部件構(gòu)造受限主要是由于焊槍夾具過(guò)短，因此無(wú)法滿足對(duì)立柱的焊接要求，并且定位輪不能旋轉(zhuǎn)，只能直線運(yùn)行，不適用帶弧度的環(huán)縫焊接。通過(guò)自制焊槍夾具加長(zhǎng)桿，來(lái)解決焊槍夾具過(guò)短問(wèn)題的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了焊槍焊接角度的變化；通過(guò)增加兩個(gè)方向定位輪，來(lái)改變焊接小車只能直線行走的軌跡，同時(shí)可根據(jù)環(huán)焊縫的焊接弧度進(jìn)行弧線軌跡行走。焊接小車改造前后對(duì)比如圖1所示。

圖1 焊接小車改造前后對(duì)比

根據(jù)車間的施工環(huán)境、設(shè)備及海洋鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，海洋采油平臺(tái)立柱承重環(huán)板坡口形式一般選擇單邊V形或K形（見(jiàn)圖2），坡口角度為45°±5°，間隙為2～4mm。本文以渤海油田某海洋采油平臺(tái)承重環(huán)板的陸地建造為例，介紹CO2氣體保護(hù)焊接小車在其焊接過(guò)程中的應(yīng)用。

圖2 坡口節(jié)點(diǎn)形式

3 焊前準(zhǔn)備

1）海洋采油平臺(tái)立柱承重環(huán)板組對(duì)前，使用砂輪機(jī)、磨光機(jī)等打磨工具將坡口及兩側(cè)母材各25mm范圍內(nèi)（以距坡口邊緣的距離計(jì)算）的氧化皮、鐵銹、油污及其他有害雜質(zhì)打磨干凈，露出金屬光澤，并打磨出厚度為1～2mm的鈍邊。

2）選用松下NBC-350型焊機(jī)，施工時(shí)保證焊機(jī)通風(fēng)條件、接地良好。按照焊接工藝程序要求，采用直流反接法。將焊槍固定在改造后的CO2氣體保護(hù)焊接小車上，并調(diào)試好小車行走軌跡及焊槍在坡口中的位置。

3）本項(xiàng)目選用TWE-711Ni型號(hào)的焊絲，其焊接工藝性能良好，電弧穩(wěn)定，成形美觀，飛濺少，脫渣容易，能夠獲得塑性良好、抗低溫沖擊性能穩(wěn)定的焊縫金屬。焊絲要求放置在專用焊接材料庫(kù)，需在領(lǐng)取后的8h內(nèi)使用。超出8h未用完的焊絲要退還焊接材料庫(kù)專門(mén)管理。

4）焊前預(yù)熱的目的主要是減緩焊縫及熱影響區(qū)的冷卻速度。在海洋鋼結(jié)構(gòu)焊接中，對(duì)預(yù)熱的要求特別高，否則容易造成焊接裂紋等缺陷。焊前按照焊接工藝程序選擇預(yù)熱方法，使其達(dá)到焊接工藝所要求的最低預(yù)熱溫度以上，以保證焊接質(zhì)量。焊接過(guò)程中要保持焊縫溫度不低于預(yù)熱溫度，如中途停止焊接，再次焊接時(shí)則需重新對(duì)焊縫處進(jìn)行預(yù)熱[1，2]。

4 焊接參數(shù)

根據(jù)選用的焊接材料、焊接方法、坡口形式，經(jīng)過(guò)不斷摸索并進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，最終確定的最佳焊接參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 焊接參數(shù)

5 焊接過(guò)程注意事項(xiàng)

焊接過(guò)程中的質(zhì)量控制對(duì)產(chǎn)品最終質(zhì)量起著重要作用，施焊焊工必須持有所施工項(xiàng)目審批合格的相應(yīng)資質(zhì)，焊接過(guò)程中還要考慮各種因素的影響，并采取有效的控制措施，從而避免焊接缺陷的產(chǎn)生，有效保證焊接質(zhì)量。

1）在點(diǎn)焊過(guò)程中，要選擇與正式焊接相同的焊接材料、預(yù)熱溫度，且點(diǎn)焊長(zhǎng)度應(yīng)適當(dāng)加長(zhǎng)。保證焊槍焊嘴與立柱的夾角（也就是焊嘴傾角）保持在15°～35°，焊嘴傾角隨著焊接層和焊道排列道數(shù)的增多而變化。由于焊嘴是傾斜的，所以熟練掌握傾角角度對(duì)操作者來(lái)說(shuō)尤為重要。

2）電弧引燃后及時(shí)觀察傾角的變化，通過(guò)調(diào)整上下、左右微調(diào)旋鈕，調(diào)整到合適的焊接電流、電弧電壓、行走速度等參數(shù)，且保證以上參數(shù)均在焊接工藝規(guī)定的范圍內(nèi)。時(shí)刻保持焊槍及機(jī)頭的有序跟進(jìn)，嚴(yán)防小車行走軌跡及焊槍因偏離焊縫而影響焊接質(zhì)量。

3）在進(jìn)行多層多道焊接時(shí)，如果道與道之間熔合覆蓋比例不合理，則易造成層間未熔合、夾渣等焊接缺陷，因此多道焊焊接過(guò)程中要注意，施焊焊道一定要覆蓋上一焊道長(zhǎng)度的1/2～2/3，避免出現(xiàn)焊接缺陷。

6 焊接質(zhì)量控制及檢測(cè)

CO2氣體保護(hù)焊具有焊接速度快、電流密度大等特點(diǎn)，相比焊條電弧焊熔敷率高，焊后一般不需要清渣，生產(chǎn)效率比焊條電弧焊高1～3倍，且電弧熱量集中，熱影響區(qū)小，變形小，因此在低碳鋼和低合金鋼焊接中廣泛應(yīng)用。

CO2氣體保護(hù)焊在焊接過(guò)程中，當(dāng)焊接參數(shù)匹配不當(dāng)時(shí)，會(huì)造成金屬飛濺多。飛濺不僅會(huì)黏在導(dǎo)電嘴端部和噴嘴內(nèi)壁，造成送絲不暢，降低氣體保護(hù)效果，使電弧燃燒不穩(wěn)定，還會(huì)降低焊絲熔敷系數(shù)，增加焊接成本，且抗風(fēng)能力較弱，室外作業(yè)需要有防風(fēng)措施。另外，CO2氣體保護(hù)焊的半自動(dòng)焊槍比焊條電弧焊焊鉗重，操作靈活性較差，焊工勞動(dòng)強(qiáng)度大，這也是采用CO2氣體保護(hù)焊接小車代替人工操作的主要原因。

采用改進(jìn)后的CO2氣體保護(hù)焊接小車進(jìn)行海洋采油平臺(tái)立柱承重環(huán)板焊接，由于操作簡(jiǎn)單，焊接速度均勻，焊接參數(shù)按照操作規(guī)程選擇，因此成形后的外觀光滑均勻，焊道之間圓滑過(guò)渡無(wú)溝槽、寬窄均勻、熔合良好（見(jiàn)圖3）。焊后進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)和力學(xué)性能試驗(yàn)均符合《海洋鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量體系》要求。首次焊接焊縫長(zhǎng)度為3.9m，經(jīng)MT、UT檢測(cè)（見(jiàn)圖4）一次性合格率均達(dá)到100%，高于公司的質(zhì)量目標(biāo)。

圖3 采用CO2氣體保護(hù)焊接小車焊接的焊縫外觀

圖4 檢測(cè)人員進(jìn)行焊縫無(wú)損檢測(cè)

7 焊接效率及推廣價(jià)值

對(duì)于海洋采油平臺(tái)立柱承重環(huán)板的焊接，以往通常要求具有豐富經(jīng)驗(yàn)、焊接技能水平高的焊工進(jìn)行焊接，但焊工技能水平參差不齊，焊接質(zhì)量和焊接外觀的控制就會(huì)不同，產(chǎn)品的焊接效率也無(wú)法保證。

改造后的CO2氣體保護(hù)焊接小車與傳統(tǒng)手工半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊相比，承重環(huán)板焊縫成形質(zhì)量良好，減少了焊后修復(fù)環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率，且改善了施工環(huán)境，滿足了環(huán)保要求，保證了員工的身心健康。同時(shí)由于自動(dòng)化程度高，對(duì)焊工焊接技能要求低，焊工只需時(shí)刻注意焊接情況的變化并做出相應(yīng)的調(diào)整，小車的焊接效率相比手工焊接提升效率超過(guò)30%。在提升效率、節(jié)省成本的同時(shí)，改造后的CO2氣體保護(hù)焊接小車今后可以應(yīng)用到更多海洋采油平臺(tái)立柱承重環(huán)板的焊接，為公司高質(zhì)量發(fā)展提供更高效的技術(shù)支持。

8 結(jié)束語(yǔ)

此次通過(guò)對(duì)CO2氣體保護(hù)焊接小車進(jìn)行改造，使其從以往只能進(jìn)行焊接直線形焊縫到目前成功應(yīng)用于弧形焊縫的全熔透焊接，大大降低了焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境。本次改造具有廣泛的適用性，凸顯了技術(shù)創(chuàng)新在實(shí)際生產(chǎn)中的重要性。