CN112536540A

CN112536540A - 张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法

Info

Publication number: CN112536540A
Application number: CN202011357246.6A
Authority: CN
Inventors: 沈楠楠; 田雷; 程晋宜; 温志刚; 靳伟亮; 蔡新荣; 汪彬; 张耀; 李啸
Original assignee: Offshore Oil Engineering Co Ltd; Offshore Oil Engineering Qingdao Co Ltd
Current assignee: Offshore Oil Engineering Co Ltd; Offshore Oil Engineering Qingdao Co Ltd
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2021-03-23
Anticipated expiration: 2040-11-26
Also published as: CN112536540B

Abstract

本发明公开了一种张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法，用于母材为张力筋腱材质为抗拉强度不小于586MPa的API 5L X70碳钢管，通过设计一种双面复合坡口，减少填充焊材的用量，降低焊材成本，采用半自动氩弧焊和机械埋弧焊组合工艺，实现母材与焊材的最优性能匹配连接和高效焊接，实现焊缝性能的均匀性及高质量，有效保证张力筋腱焊接接头的疲劳性能，通过背部焊道设计，降低管道内部焊接工作量，同时大幅提高管道内部疲劳性能，具有焊接质量高、劳动强度小、施工成本低及生产效率高的优点，尤其适用于工况恶劣，对焊缝疲劳性能要求高的张力腿平台张力筋腱的焊接，并且适用于深水浮式平台管对接或板对接疲劳节点的焊接。

Description

张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体涉及海洋工程领域的张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法。

背景技术

张力腿平台(TLP) 因其优良运动性能、高性价比等特点, 逐渐发展成为深海油气田开发的主要平台之一，而整个TLP平台建造的重点和难点便是张力腿系统张力筋腱的焊接。目前在建的和现役的TLP全部为国外公司设计建造，国内公司尚无设计建造经验。

张力筋腱焊接接头要求具有较高的常规力学性能，其中拉伸、冲击韧性、硬度合格值都大大高于AWS D1.1和所用母材API 5L X70材料标准的要求；同时还要求具有较高的CTOD性能，合格值高达0.38；更为严格的是要求具有较高的疲劳性能，全尺寸疲劳性能试验结果需满足AWS C1曲线要求。焊接工艺研发难度极大，为发展张力腿平台，急需针对张力筋腱焊接工艺方法进行技术研发。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法，针对母材为张力筋腱材质为抗拉强度不小于586MPa的API 5L X70碳钢管，其包括以下步骤：

S1：设计和制作双面复合坡口；

S2：焊前准备：包括依次进行的焊接前坡口组对、坡口清理和焊前预热；

S3：焊接工序：设定焊接参数，进行焊接作业；

S4：焊缝疲劳打磨；

其中，所述焊接作业包括依次进行焊接的张力筋腱打底焊道、热焊道、填充焊道、盖面焊道和背部焊道；

所述打底焊道采用半自动氩弧焊焊接工艺，采用单层单道焊，焊接参数为：焊接电流130～150 A，焊接电压10～12 V，焊接速度40～50 mm/min，最大热输入量为2.5 KJ/mm；所述热焊道采用半自动氩弧焊焊接工艺，采用单层单道焊进行逢低焊接，焊接参数为：焊接电流210～240 A，焊接电压12～14 V，焊接速度60～90 mm/min，最大热输入量为2.5 KJ/mm；

所述填充焊道和所述盖面焊道采用机械埋弧焊工艺，采用多层单道焊，所述填充焊道的焊接参数为：焊接电流260～500 A，焊接电压27～34 V，焊接速度350～500 mm/Min，最大热输入量为2.5 KJ/mm；所述盖面焊道的焊接参数为：焊接电流400～450 A，焊接电压31～33 V，焊接速度420～500 mm/Min，最大热输入量为2.0 KJ/mm；

所述背部焊道采用机械埋弧焊工艺，采用单层单道焊，焊接参数为：焊接电流450～500 A，焊接电压32～34 V，焊接速度350～400 mm/Min，热输入量在2.5～3.0 KJ/mm间。

进一步的改进在于，S1中所述双面复合坡口包括连接为一体的外坡口和内坡口，其中：所述外坡口角度为40±5°，所述内坡口角度为60±5°，所述外坡口与所述内坡口之间设置有钝边，所述钝边的厚度为1mm~2mm，所述外坡口的坡口面包括平面段和圆弧段，所述平面段的倾斜角度为20±2.5°，所述圆弧段的半径为6mm~8mm，所述圆弧段上下端点的垂直距离为3mm~4mm，所述内坡口为V型坡口，内坡口面的倾斜角度为30±2.5°，所述内坡口高度为2mm~3mm。

进一步的改进在于，焊接用的焊材型号包括用于氩弧焊的AWS A5.28 ER80S-G焊丝和用于埋弧焊的AWS A5.23 F9A8-EF3-F3-H4焊材。

更进一步地，所述打底焊道和热焊道焊材为Pipeliner 80Ni1氩弧焊丝，所述填充焊道及所述盖面焊道焊材为LA-84埋弧焊丝和配套842-H焊剂。

进一步的改进在于，S2中，所述坡口组对的步骤中，根部间隙为2mm~4mm。

进一步的改进在于，S3中所述坡口清理包括打磨和清洗擦拭，打磨的范围为沿焊缝向两侧25mm内区域到沿焊缝向两侧50mm内区域。

具体地，打磨时需要去除打磨范围内的油、锈、沙、涂料、飞溅、水汽或其他外界杂物，直至出现金属光泽。

进一步的改进在于，S2中，所述焊前预热工序是将焊缝两侧75mm范围内预热至80℃以上。

进一步的改进在于，S5中所述的焊缝疲劳打磨，焊缝打磨标准需要满足AWS D1.1要求。

本发明的技术效果在于：1、本发明的张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法，设计了一种双面复合坡口，通过这种独有的双面复合坡口设计，减少填充焊材的用量，降低焊材成本。

2、本发明的张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法，采用半自动氩弧焊和机械埋弧焊组合工艺，能够实现母材与焊材的最优性能匹配连接和高效焊接。

3、本发明的张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法，通过独有双面复合坡口设计、焊接热输入控制及多层多道焊等环节，实现焊缝性能的均匀性及高质量，有效保证张力筋腱焊接接头的疲劳性能。

4、本发明的张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法，通过背部焊道设计，降低管道内部焊接工作量，同时大幅提高管道内部疲劳性能。

附图说明

图1是本发明的张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法流程图；

图2是本发明张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法中的双面复合坡口示意图。

图中主要标号说明：

1-外坡口、2-外坡口平面段的倾斜角度、3-外坡口圆弧段上下端点的垂直距离、4-钝边、5-内坡口、6-根部间隙、7-外坡口圆弧段的半径、8-内坡口高度、9-内坡口面的倾斜角度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

图1是本发明的张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法流程图，图2是本发明张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法中的双面复合坡口示意图，如图1和图2所示，一种张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法，针对母材为张力筋腱材质为抗拉强度不小于586MPa的API 5LX70碳钢管，其包括以下步骤：

S1：设计和制作双面复合坡口；

S3：焊接工序：设定焊接参数，进行焊接作业；

S4：焊缝疲劳打磨；

其中，焊接作业包括依次进行焊接的张力筋腱打底焊道、热焊道、填充焊道、盖面焊道和背部焊道；

打底焊道采用半自动氩弧焊焊接工艺，采用单层单道焊，焊接参数为：焊接电流130～150 A，焊接电压10～12 V，焊接速度40～50 mm/min，最大热输入量为2.5 KJ/mm；热焊道采用半自动氩弧焊焊接工艺，采用单层单道焊进行逢低焊接，焊接参数为：焊接电流210～240 A，焊接电压12～14 V，焊接速度60～90 mm/min，最大热输入量为2.5 KJ/mm；

填充焊道和盖面焊道采用机械埋弧焊工艺，采用多层单道焊，填充焊道的焊接参数为：焊接电流260～500 A，焊接电压27～34 V，焊接速度350～500 mm/Min，最大热输入量为2.5 KJ/mm；盖面焊道的焊接参数为：焊接电流400～450 A，焊接电压31～33 V，焊接速度420～500 mm/Min，最大热输入量为2.0 KJ/mm；

背部焊道采用机械埋弧焊工艺，采用单层单道焊，焊接参数为：焊接电流450～500A，焊接电压32～34 V，焊接速度350～400 mm/Min，热输入量在2.5～3.0 KJ/mm间。

进一步的改进在于，S1中双面复合坡口包括连接为一体的外坡口1和内坡口5，其中：外坡口1的角度为40±5°，内坡口5的角度为60±5°，外坡口1与内坡口5之间设置有钝边4，钝边4的厚度为1mm~2mm，如图2所示，外坡口1的坡口面包括平面段和圆弧段，外坡口平面段的倾斜角度2为20±2.5°，外坡口圆弧段的半径7为6mm~8mm，圆弧段上下端点的垂直距离3为3mm~4mm，内坡口5为V型坡口，内坡口面的倾斜角度9为30±2.5°，内坡口高度8为2mm~3mm。

具体地，焊接用的焊材型号包括用于氩弧焊的AWS A5.28 ER80S-G焊丝和用于埋弧焊的AWS A5.23 F9A8-EF3-F3-H4焊材，高性能焊材能够更好地保证张力筋腱焊接接头的优良力学性能。

具体地，参见图2，S2中，坡口组对的步骤中，根部间隙6为2mm~4mm。

具体地，S3中坡口清理包括打磨和清洗擦拭，打磨的范围为沿焊缝向两侧25mm内区域到沿焊缝向两侧50mm内区域。

具体地，S2中，焊前预热工序是将焊缝两侧75mm范围内预热至80℃以上。

具体地，S5中的焊缝疲劳打磨，焊缝打磨标准需要满足AWS D1.1要求。

本发明的一个较佳实施例中：

张力腿平台张力筋腱的规格Φ914.4mm×38.1mm，其材质为API 5L标准的API 5LX70 PSL2埋弧焊管。根据张力腿平台张力筋腱施工特点和性能要求，采用半自动氩弧焊和机械埋弧焊组合工艺，以减少焊接接头数量，保证焊缝性能均匀性及实现高效焊接，打底和热焊道焊材选用Pipeliner 80Ni1氩弧焊焊丝，填充及盖面焊道焊材为LA-84埋弧焊丝和配套842-H焊剂。

张力腿平台张力筋腱具体焊接过程为：

设计和制作双面复合坡口：根据图2，采用机加工的方式，按设计图加工制作双面复合坡口。

焊前准备：

（1）坡口组对：检查坡口加工质量，确保坡口及其附件区域的完好性后进行坡口组对，坡口组对根部间隙6为2mm至4mm；

（2）坡口清理：打磨去除焊缝两侧25mm范围内的油、锈、沙、涂料、飞溅和水汽或者其他外界杂物；

（3）焊前预热：焊缝两侧75mm范围内预热至80℃以上。

焊接工序：

（1）张力筋腱打底焊道和热焊道焊接工序：

采用半自动氩弧焊焊接工艺，采用单层单道焊由管线外侧（40°坡口侧）进行打底焊道和热焊道焊接，两名焊工分别立于张力筋腱的两侧，1人由6点钟位置顺时针焊接至12点钟位置，另一人由6点钟位置逆时针焊接至12点钟位置。

打底焊道焊接参数设定：钨极类型为含2% CeO2的铈钨极，氩气纯度99.99%，流量18 L/Min，焊接电流130～150 A，焊接电压10～12 V，焊接速度40～50 mm/min，最大热输入量2.5 KJ/mm。

热焊道焊接参数设定：钨极类型为含2% CeO2的铈钨极，氩气纯度99.99%，流量18L/Min，焊接电流210～240 A，焊接电压12～14 V，焊接速度60～90 mm/min，最大热输入量2.5 KJ/mm。

（2）张力筋腱填充焊道及盖面焊道焊接工序：

张力筋腱填充焊道及盖面焊道焊接工序采用多层多道焊。

采用机械埋弧焊焊接工艺，焊丝LA-84，焊剂842-H，焊丝直径Φ2.4mm。

填充焊道焊接工艺参数：焊接电流260～500 A，焊接电压27～34 V，焊接速度350～500 mm/Min，控制热输入量不大于2.5 KJ/mm。

盖面焊道焊接工艺参数：焊接电流400～450 A，焊接电压31～33 V，焊接速度420～500 mm/Min，控制热输入量不大于2.0 KJ/mm。

（3）张力筋腱背部焊道焊接工序：

采用机械埋弧焊，采用单层单道焊。

背部焊道焊接工艺参数：焊接电流450～500 A，焊接电压32～34 V，焊接速度350～400 mm/Min，控制热输入量在2.5～3.0 KJ/mm间。

焊缝疲劳打磨：

按照AWS D1.1标准疲劳节点打磨要求打磨焊缝。

本发明通过设计和采用一种双面复合坡口，减少填充焊材的用量，降低焊材成本；采用半自动氩弧焊和机械埋弧焊组合工艺，实现母材与焊材的最优性能匹配连接和高效焊接；通过独有双面复合坡口设计、焊接热输入控制及多层多道焊等环节，实现焊缝性能的均匀性及高质量，有效保证张力筋腱焊接接头的疲劳性能；通过背部焊道设计，降低管道内部焊接工作量，同时大幅提高管道内部疲劳性能。通过上述方法焊接成形的张力筋腱焊接接头具有较高的常规力学性能，其中拉伸、冲击韧性、硬度合格值都大大优于AWS D1.1和API5L X70材料标准的要求；并且具有较高的CTOD性能，和具有较高的疲劳性能，使张力筋腱焊接接头满足实际强度要求。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种张力腿平台张力筋腱的焊接工艺方法，针对母材为张力筋腱材质为抗拉强度不小于586MPa的API 5L X70碳钢管，其特征在于，其包括以下步骤：

S1：设计和制作双面复合坡口；

S3：焊接工序：设定焊接参数，进行焊接作业；

S4：焊缝疲劳打磨；

所述打底焊道采用半自动氩弧焊焊接工艺，采用单层单道焊进行逢低焊接，焊接参数为：焊接电流130～150 A，焊接电压10～12 V，焊接速度40～50 mm/min，最大热输入量为2.5 KJ/mm；所述热焊道采用半自动氩弧焊焊接工艺，采用单层单道焊进行逢低焊接，焊接参数为：焊接电流210～240 A，焊接电压12～14 V，焊接速度60～90 mm/min，最大热输入量为2.5 KJ/mm；

所述背部焊道采用机械埋弧焊工艺，采用单层单道焊，焊接参数为：焊接电流450～500A，焊接电压32～34 V，焊接速度350～400 mm/Min，热输入量在2.5～3.0 KJ/mm间。

2.根据权利要求1所述的张力筋腱的焊接工艺方法，其特征在于，S1中所述双面复合坡口包括连接为一体的外坡口和内坡口，其中：所述外坡口角度为40±5°，所述内坡口角度为60±5°，所述外坡口与所述内坡口之间设置有钝边，所述钝边的厚度为1mm~2mm，所述外坡口的坡口面包括平面段和圆弧段，所述平面段的倾斜角度为20±2.5°，所述圆弧段的半径为6mm~8mm，所述圆弧段上下端点的垂直距离为3mm~4mm，所述内坡口为V型坡口，内坡口面的倾斜角度为30±2.5°，所述内坡口高度为2mm~3mm。

3.根据权利要求1所述的张力筋腱的焊接工艺方法，其特征在于：焊接用的焊材型号包括用于氩弧焊的AWS A5.28 ER80S-G焊丝和用于埋弧焊的AWS A5.23 F9A8-EF3-F3-H4焊材。

4.根据权利要求3所述的张力筋腱的焊接工艺方法，其特征在于：所述打底焊道和热焊道焊材为Pipeliner 80Ni1氩弧焊丝，所述填充焊道及所述盖面焊道焊材为LA-84埋弧焊丝和配套842-H焊剂。

5.根据权利要求1所述的张力筋腱的焊接工艺方法，其特征在于：S2中，所述坡口组对的步骤中，根部间隙为2mm~4mm。

6.根据权利要求1所述的张力筋腱的焊接工艺方法，其特征在于：S3中所述坡口清理包括打磨和清洗擦拭，打磨的范围为沿焊缝向两侧25mm内区域到沿焊缝向两侧50mm内区域。

7.根据权利要求6所述的张力筋腱的焊接工艺方法，其特征在于：打磨时需要去除打磨范围内的油、锈、沙、涂料、飞溅、水汽或其他外界杂物，直至出现金属光泽。

8.根据权利要求1所述的张力筋腱的焊接工艺方法，其特征在于：S2中，所述焊前预热工序是将焊缝两侧75mm范围内预热至80℃以上。

9.根据权利要求1所述的张力筋腱的焊接工艺方法，其特征在于：S5中所述的焊缝疲劳打磨，需要满足AWS D1.1的要求。

10.根据权利要求1所述的张力筋腱的焊接工艺方法，其特征在于：采用半自动氩弧焊接工艺对张力筋腱进行打底和热焊道焊接时，两名焊工分别立于张力筋腱的两侧，1人由6点钟位置顺时针焊接至12点钟位置，另一人由6点钟位置逆时针焊接至12点钟位置，所用钨极类型为含2% CeO2的铈钨极，氩气纯度99.99%，流量18～22 L/Min。