CN107414405B - 自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，包括以下步骤：步骤一，先在轴承座与T型肋板的腹板的焊缝区域进行预热，接着把轴承座与腹板的竖向连接焊缝断开，并在轴承座上留剩余焊缝，再刨开腹板与面板的横向连接焊缝；然后打磨剩余焊缝至轴承座的表面；步骤二，先将轴承座的表面堆焊区域预热，接着在轴承座的表面堆焊过渡层，过渡层堆焊完成之后立即进行后热处理，然后缓慢冷却至环境温度；步骤三，先在腹板上开设坡口，接着对轴承座及腹板的焊接区域进行整体预热，再将腹板与轴承座进行焊接，然后焊接面板和腹板的横向连接焊缝，焊接完成后立即进行后热处理。本发明能有效控制焊接裂纹的产生，确保了钻井平台的制造质量。

Description

自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺

技术领域

本发明涉及一种自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺。

背景技术

焊接技术是现代船舶工程的关键技术之一。船舶制造中的焊接工作约占船舶建造总工时的40％左右，焊接质量直接反映了船舶的制造质量。由于船用钢材的种类很多，焊接材料更新换代迅速，所以焊接工艺也需要持续改进。自升式钻井平台的上基层座分段的中高强度T形肋板的腹板2与轴承座1经过焊接连接的(见图1所示)。轴承座1的材料为A514高强度可焊接钢板，板厚为L＝265mm，腹板2的材料为EQ47高强度船板，其碳当量为0.77％。当碳当量大于0.6％时，淬硬倾向大，属于有淬硬倾向的钢。焊接时，钢的淬硬倾向越大，越容易产生裂纹。根据现场勘查焊接裂纹，裂纹出现在焊缝及热影响区，属于延迟裂纹中的焊趾裂纹，这种裂纹源于焊缝和母材的交界处，并有明显的应力集中，裂纹方向与焊缝纵向平行，一般由焊趾表面开始向母材的深处延伸。延迟裂纹的形成同其它裂纹一样，也是由于焊接接头局部位置的塑性不足以承受当时所发生的塑性应力变形所致。根据大量研究和实践证明，高强钢焊接时产生延迟裂纹的原因主要有以下三方面因素：

1.淬硬倾向的影响

焊接接头的淬硬倾向主要取决于钢种的化学成分，其次是焊接工艺、结构板厚及冷却条件等。焊接时，钢种的淬硬倾向越大，越容易产生裂纹。因为这类钢易生成脆硬的马氏体组织，这是一个硬度很高、性质很脆、对裂纹和氢脆都十分敏感的组织。所以焊接时，热影响区和焊缝的马氏体组织越多，则越容易产生裂纹。轴承座的A514板和肘板的EQ47板就是属于淬硬倾向大的材料。

2.焊接接头的含氢量的影响

氢是高强度钢焊接时引起延迟裂纹的重要因素之一，高强钢焊接接头的含氢量越高，则裂纹的倾向越大，当含氢量超过某一临界值时，便开始出现裂纹，随着含氢量的增多，裂纹的尺寸和数量也不断增加。在焊接条件下，焊接材料中的水分、焊件坡口及边缘的油污、铁锈以及空气中的湿气等，都是焊缝金属中富氢的主要因素。焊条药皮中水分越多，空气中湿度越大，则焊缝中的扩散氢含量越多。所以焊缝中的含氢量与焊条类型、烘干温度以及焊后的冷却速度等有关。如果工件冷却速度过快，氢来不及从焊缝中逸出，因而导致产生严重的延迟裂纹。

3.焊接接头的拘束应力的影响

结构自身拘束条件所造成的应力包括：结构的型式、焊缝的位置、施焊的顺序、部件的自重、冷却过程其它受热部位的收缩等都会使焊接接头承受不同的拘束应力，由于轴承座的板厚，而且焊缝位置都是被结构互相拘束，所以焊接后产生的拘束应力很大，这也是产生冷裂纹的重要因素之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，它能可有效的控制焊接裂纹的产生，确保了钻井平台的制造质量。

轴承座的外表面与自升式钻井平台的T形肋板的腹板的前端面焊接在一起，而T形肋板的腹板与面板也通过焊接连接；

本发明的目的是这样实现的：一种自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，包括以下步骤：

步骤一，清除焊接裂纹；先在轴承座与T形肋板的焊缝区域进行温度不低于120℃的预热，接着把轴承座与T形肋板的腹板的竖向连接焊缝采用火焰切割断开，并在轴承座上保留厚度不小于3mm的剩余焊缝，再采用碳弧气刨从轴承座的外表面开始刨开长度为150～180mm的T形肋板的腹板与面板的横向连接焊缝，以减小轴承座与腹板焊接时产生的拉应力；然后打磨所述3mm的剩余焊缝至轴承座的表面，最后对轴承座的表面进行磁粉探伤无损检测，确保裂纹清除干净；

步骤二，在轴承座上进行过渡层的堆焊；先采用电加热方式将轴承座的表面堆焊区域预热至150～200℃，并保持该温度不少于30分钟，接着在轴承座的表面堆焊过渡层，该过渡层的厚度为10～15mm左右，该过渡层的高度为70mm左右，过渡层堆焊完成之后立即进行后热处理，后热处理的温度为230～250℃，并在温度达到230～250℃时保持2小时，然后缓慢冷却，冷却的速度为每小时不得超过50℃，直到冷却至环境温度；后热处理完成后72小时后进行磁粉探伤无损检测；

步骤三，焊接轴承座与T形肋板的腹板之间的竖向连接焊缝以及T形肋板的面板与腹板之间的横向连接焊缝；先在腹板的断面上开设坡口，并把坡口边缘打磨干净，并根据过渡层的高度将腹板上的坡口修整合适，接着对轴承座及腹板的焊接区域进行整体预热，预热温度为150～200℃，并保持该温度30分钟以上，再将腹板与轴承座上的过渡层进行焊接，焊接过程为多层多道焊接，并严格控制焊接线能量；然后焊接T形肋板的面板和腹板之间的横向连接焊缝；焊接完成之后立即进行后热处理，后热处理的温度为230～250℃，并在温度达到230～250℃时保持2小时，然后缓慢冷却，冷却的速度为每小时不得超过50℃，直到冷却至环境温度；后热处理完成后72小时进行无损检测，包括磁粉探伤和超声波检查。

上述的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，其中，在进行所述步骤一时，断开过程中不拆除加热片并保持预热温度，在断开结束后，所述焊缝区域应缓慢冷却到环境温度。

上述的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，其中，在进行所述步骤二的无损检测时，若所述腹板不影响超声波检查操作，应进行超声波检查。

上述的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，其中，进行所述步骤二和步骤三时，焊接用的焊条使用前必须经过烘焙处理。

上述的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，其中，进行步骤二和步骤三时，为防止轴承座的温度散发过快，轴承座中间的孔须用保温棉塞实；在焊接过程中，为了减少反复加热冷却而产生裂纹，轴承座的焊道间的温度应维持在200～250℃；焊接暂时中止时，轴承座也要始终保持在200～250℃。

上述的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，其中，进行所述步骤三时，所述腹板上预留的过焊孔不要补焊堵住，以减少应力集中。

本发明的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺具有以下特点：采用清除焊接裂纹、堆焊过渡层、焊接的方式对轴承座焊接裂纹进行修补，并在堆焊过渡层和焊接过程中通过焊前预热、焊接过程中的保温、焊接顺序、焊后热处理等焊接工艺的优化，能降低钢种的淬硬程度，有利于氢的逸出和改善应力条件，可有效的控制焊接裂纹的产生，确保了钻井平台的制造质量。

附图说明

图1是自升式钻井平台的轴承座焊接后的结构示意图；

图2是在进行本发明的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺的步骤一时的结构示意图；

图3是在进行本发明的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺中步骤二时的结构示意图；

图4是在进行本发明的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺中步骤三时的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，自升式钻井平台的轴承座1与T形肋板的高强度腹板2的前端面焊接在一起，腹板2与T形肋板的面板3也通过焊接连接。

再请参阅图2至图4，本发明的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，包括以下步骤：

步骤一，清除焊接裂纹；先在轴承座1与T形肋板的腹板2的焊缝区域通过加热片进行温度不低于120℃的预热，接着把轴承座1与腹板2的竖向连接焊缝10采用火焰切割断开，断开竖向连接焊缝10时应在轴承座1上留下厚度不小于3mm的剩余焊缝，以防止碳弧气刨时裂纹延伸至轴承座1，断开过程中不拆除加热片并保持轴承座1与腹板2的预热温度，再采用火焰切割或碳弧气刨从轴承座1的外表面开始刨开长度为L1＝150～180mm的T形肋板的腹板2与面板3的横向连接焊缝20(见图2)，以减小轴承座1与T形肋板的腹板2焊接时产生的拉应力；在断开结束后，打磨3mm的剩余焊缝至轴承座1的表面，焊缝区域应缓慢冷却到环境温度，最后对轴承座的表面进行磁粉探伤无损检测，确保裂纹清除干净；

步骤二，再在轴承座上进行过渡层的堆焊；异种钢焊接时，由于金属的线膨胀系数不同，焊缝及母材的冷却收缩不一致，会产生较大焊接应力；另外，焊后焊缝金属化学成分不均匀，也会造成焊接接头的金相组织、力学性能和应力分布不均匀；因此为了减小焊接应力，采用电加热方式将轴承座的表面堆焊区域预热至150～200℃，并保持该温度不少于30分钟，接着在轴承座1的表面堆焊过渡层11，焊接用的焊条使用前必须经过烘焙处理；该过渡层11的厚度A＝10～15mm，该过渡层11的高度B＝70mm左右，该过渡层11的横截面形状为条状(见图3)；为防止轴承座的温度散发过快，轴承座中间的孔须用保温棉塞实；在焊接过程中，为了减少反复加热冷却而产生裂纹，轴承座的焊道间的温度应维持在200～250℃；焊接暂时中止时，轴承座也要始终保持在200～250℃；过渡层11堆焊完成之后立即进行后热处理，后热处理的温度为230～250℃，并在温度达到230～250℃时保持2小时，然后缓慢冷却，冷却的速度为每小时不得超过50℃，直到冷却至环境温度；后热处理完成后72小时后进行磁粉探伤无损检测，如果肘板不影响超声波检查操作，还应进行超声波检查；

步骤三，焊接轴承座1与T形肋板的腹板2之间的竖向连接焊缝以及T形肋板的面板3与腹板2之间的横向连接焊缝；先在腹板2的断面上开设坡口21，并把坡口21边缘打磨干净，并根据过渡层11的高度B将腹板2上的坡口21修整合适，接着对轴承座1及腹板2的焊接区域进行整体预热，预热温度为150～200℃，并保持该温度30分钟以上；再将腹板2与轴承座1进行焊接(见图4)，然后焊接T形肋板的面板3和腹板2之间的横向连接焊缝20(见图2)；焊接用的焊条使用前必须经过烘焙处理，焊接过程为多层多道焊接，严格控制焊接线能量，腹板2上预留的过焊孔20’不要补焊堵住，以减少应力集中；为防止轴承座1的温度散发过快，轴承座1中间的孔须用保温棉塞实；在焊接过程中，为了减少反复加热冷却而产生裂纹，要保持轴承座的焊道间的温度维持在200～250℃；焊接暂时中止时，轴承座也要始终保持在200～250℃；焊接完成之后立即进行后热处理，后热处理的温度为230～250℃，并在温度达到230～250℃时保持2小时，然后缓慢冷却，冷却的速度为每小时不得超过50℃，直到冷却至环境温度；后热处理完成后72小时进行无损检测，包括磁粉探伤和超声波检查。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (6)

1.一种自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，轴承座的外表面与自升式钻井平台的T形肋板的腹板的前端面焊接在一起，而T形肋板的腹板与面板也通过焊接连接，其特征在于，所述修补工艺包括以下步骤：

步骤一，清除焊接裂纹；先在轴承座与T形肋板的焊缝区域进行温度不低于120℃的预热，接着把轴承座与T形肋板的腹板的竖向连接焊缝采用火焰切割断开，并在轴承座上保留厚度不小于3mm的剩余焊缝，再采用碳弧气刨从轴承座的外表面开始刨开长度为150～180mm的T形肋板的腹板与面板的横向连接焊缝，以减小轴承座与腹板焊接时产生的拉应力；然后打磨所述3mm的剩余焊缝至轴承座的表面，最后对轴承座的表面进行磁粉探伤无损检测，确保裂纹清除干净；

步骤二，在轴承座上进行过渡层的堆焊；先采用电加热方式将轴承座的表面堆焊区域预热至150～200℃，并保持该温度不少于30分钟，接着在轴承座的表面堆焊过渡层，该过渡层的厚度为10～15mm左右，该过渡层的高度为70mm左右，过渡层堆焊完成之后立即进行后热处理，后热处理的温度为230～250℃，并在温度达到230～250℃时保持2小时，然后缓慢冷却，冷却的速度为每小时不得超过50℃，直到冷却至环境温度；后热处理完成后72小时后进行磁粉探伤无损检测；

步骤三，焊接轴承座与T形肋板的腹板之间的竖向连接焊缝以及T形肋板的面板与腹板之间的横向连接焊缝；先在腹板的断面上开设坡口，并把坡口边缘打磨干净，并根据过渡层的高度将腹板上的坡口修整合适，接着对轴承座及腹板的焊接区域进行整体预热，预热温度为150～200℃，并保持该温度30分钟以上，再将腹板与轴承座上的过渡层进行焊接，焊接过程为多层多道焊接，并严格控制焊接线能量；然后焊接T形肋板的面板和腹板之间的横向连接焊缝；焊接完成之后立即进行后热处理，后热处理的温度为230～250℃，并在温度达到230～250℃时保持2小时，然后缓慢冷却，冷却的速度为每小时不得超过50℃，直到冷却至环境温度；后热处理完成后72小时进行无损检测，包括磁粉探伤和超声波检查。

2.根据权利要求1所述的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，其特征在于，在进行所述步骤一时，断开过程中不拆除加热片并保持预热温度，在断开结束后，所述焊缝区域应缓慢冷却到环境温度。

3.根据权利要求1所述的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，其特征在于，在进行所述步骤二的无损检测时，若所述腹板不影响超声波检查操作，应进行超声波检查。

4.根据权利要求1所述的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，其特征在于，进行所述步骤二和步骤三时，焊接用的焊条使用前必须经过烘焙处理。

5.根据权利要求1所述的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，其特征在于，进行步骤二和步骤三时，为防止轴承座的温度散发过快，轴承座中间的孔须用保温棉塞实；在焊接过程中，为了减少反复加热冷却而产生裂纹，轴承座的焊道间的温度应维持在200～250℃；焊接暂时中止时，轴承座也要始终保持在200～250℃。

6.根据权利要求1所述的自升式钻井平台的轴承座焊接裂纹的修补工艺，其特征在于，进行所述步骤三时，所述腹板上预留的过焊孔不要补焊堵住，以减少应力集中。