CN114178658A - 一种导管架tky节点双面焊焊接方法及海上风电导管架 - Google Patents
一种导管架tky节点双面焊焊接方法及海上风电导管架 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种导管架TKY节点双面焊焊接方法及海上风电导管架，该方法包括S1.通过焊接工艺评定试验，确定合格的焊接工艺参数，编制焊接工艺规程；S2.根据导管架的设计图纸的要求卷制TKY节点的支管和主管，并对支管进行马鞍形坡口切割；S3.焊前准备，包括坡口组对和焊前预热；S4.导管架TKY节点双面焊接。保证了在不同的二面角时TKY节点双面焊的支管马鞍形坡口均能够实现TKY节点的全位置全熔透双面焊焊接，使焊接接头力学性能和理化试验性能满足DNVGL‑OS‑C401标准规范和项目规格书的要求，且在提升TKY节点马鞍形坡口的切割水平和焊接质量的同时，也大幅提升TKY节点的焊接效率。
Description
技术领域
本发明属于焊接工艺技术领域，具体涉及一种导管架TKY节点双面焊焊接方法及海上风电导管架。
背景技术
在以往海洋工程平台导管架项目，TKY节点为单面焊，导管架项目的TKY节点，标准叫法为Tubular joint/Branch connection，不同管径的钢管相互交叉焊接时，因管径不同、连接的二面角不同、多段钢管相互连接焊接时，会呈现出T型、Y型或K型形状，故通俗称之为TKY节点。涉及到的导管架TKY节点，坡口形式由专用的坡口机设备切割成马鞍形坡口；支管的12点-3点-6点-9点位置，马鞍形坡口形式都均为单面坡口，角度不断变化，局部位置如12点，6点位置，TKY节点二面角角度小；难以保证熔透，且焊接速度慢，效率低。海洋工程导管架TKY节点的焊接评定设计和焊接执行标准为AWS D1.1，焊接位置包含全位置焊接，不同位置的坡口形式和坡口角度变化较大，操作位置和操作空间有限，焊接坡口均为单面坡口单面焊接，常规的焊接方法为SMAW+FCAW，SMAW单面焊双面成型+SMAW填充1-2层+FCAW-G填充盖面。单面焊焊接需要SMAW单面焊双面成型，操作难度大，效率较低，根部焊接熔透困难，质量难以保证；根部区域容易出现很多焊接缺陷，包含有NDT(无损检测)也难以检测到的缺陷；根据AWS D1.1标准和相关设计要求，以往海洋工程导管架项目的低温冲击要求较低0℃或者-20℃；TKY节点单面焊时的熔透要求和NDT检测要求接受准则等要求也较低。
Seagreen海上风电导管架项目位于北欧海域；英国Seagreen海上风电导管架项目，是英国政府开发的，Seagreen为大业主，Subsea7为总包方给到中国建造的第一个海上风电导管架项目，从材料选型、结构设计、焊接设计、焊接执行DNVGL-OS-C401标准、焊接工艺开发、现场建造、质量控制、精度尺寸控制等多方面都有极大的挑战及难度；若采用以往的焊接方法根本无法满足Seagreen海上风电导管架的要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够保证在不同二面角时TKY节点双面焊的支管马鞍形坡口均可实现TKY节点的全位置全熔透双面焊焊接，使焊接接头力学性能和理化试验性能满足DNVGL-OS-C401标准规范和项目规格书的要求，且在提升TKY节点马鞍形坡口的切割水平和焊接质量的同时，也大幅提升TKY节点的焊接效率的导管架TKY节点双面焊焊接方法，以及应用了该导管架TKY节点双面焊焊接方法的海上风电导管架。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供了一种导管架TKY节点双面焊焊接方法，包括：
S1.通过焊接工艺评定试验，确定合格的焊接工艺参数，编制焊接工艺规程；
S2.根据导管架的设计图纸的要求卷制TKY节点的支管和主管，并对支管进行马鞍形坡口切割；
S3.焊前准备，包括坡口组对和焊前预热；
S4.导管架TKY节点双面焊接，采用FCAW-G的焊接方法先在支管的内侧进行封底填充盖面焊接，然后对支管的外侧进行清根后进行填充和盖面焊接。
进一步地，所述焊接工艺评定试验包括焊接工艺评定试验方案设计和焊接工艺评定试验的检验及结果分析；其中，
所述焊接工艺评定试验方案设计具体步骤为：首先根据风电导管架项目的详细设计进行钢材选型、焊材选用、焊接方法选用；然后根据海上风电导管架项目和焊接工艺执行标准的要求，设计编制完整的焊接工艺详细设计方案和评定覆盖TKY节点双面焊的预焊接工艺规程提交业主批准；最后根据批准后的预焊接工艺规程准备材料、加工TKY坡口，完成焊接工艺评定试验；
所述焊接工艺评定试验检验及结果分析为：根据海上风电导管架项目的规格书和焊接工艺执行标准，对焊接工艺评定试验件进行无损检测和理化试验，所述无损检测是指在完成焊接48小时之后做100％VT、100％MT、100％UT的无损检验，所述理化试验是指根据焊接工艺执行标准和ISO相关标准取样和做拉伸、弯曲、-40℃冲击、硬度、宏观试验；而且该无损检测和理化试验的结果必须合格，满足规格书和DNV相关标准的验收准则；以验证焊接接头的性能完整，满足项目要求。
进一步地，在完成焊接工艺评定试验时，采用3个焊接工艺评定的组合覆盖到TKY支管的最小管径和壁厚范围，包括在TKY支管2G和3G位置的2组全熔透焊接工艺评定，以及模拟实际支管和主管最小二面角连接时TKY节点的全位置焊接的第3组焊接工艺评定。
进一步地，步骤S2中所述“对支管进行马鞍形坡口切割”是指根据海上风电导管架项目中规格书、图纸、单件图的要求，采用专用的TKY节点马鞍形坡口设备将支管切割成马鞍形坡口，所述马鞍形坡口在支管和主管的二面角角度不同时，每个位置的坡口形状均不同，具体为：
在二面角＜45°时，TKY节点马鞍形坡口位于裆部部位的坡口变换为内坡口；
在45°≤二面角＜60°时，TKY节点马鞍形坡口位于裆部部位的坡口由外坡口逐渐过渡变换为向内的坡口，呈K型坡口；
在60°≤二面角＜90°时，TKY节点马鞍形坡口为单面向外的坡口；
在二面角＝30°时，TKY节点马鞍形坡口位于裆部部位的坡口过渡变换为向内的坡口。
进一步地，步骤S3中所述“坡口组对”为根据焊接工艺规程和设计图纸的要求对TKY节点进行组对，控制组对的尺寸和根部间隙；所述焊前预热为根据焊接工艺规程对TKY节点焊接接头进行焊前预热。
进一步地，步骤S4还包括：在导管架TKY节点双面焊接之前进行焊接工艺参数的设计和不同二面角时的接头形式设计，以及在导管架TKY节点双面焊接之后进行焊接接头的检验。
进一步地，所述焊接工艺参数的设计具体为：基于焊接工艺评定试验的试验数据，根据焊接工艺执行标准的重要变素的评定范围，设计现场导管架TKY节点焊接时焊接工艺规程的工艺参数设计，包括：
(1)焊接方法限定为药芯焊丝二氧化碳气体保护焊FCAW-G，模式为半自动或半机械，保护气体选择为纯度＞99.95％的CO2；
(2)母材适用覆盖范围为EN 10025-3S355N/NL、EN 10025-4S355M/ML，EN10025-2S355J2/K2、EN 10210S355NLH或同等级别的ASTM材料，限制碳当量≤0.44％，母材厚度范围为工艺评定时母材厚度T的0.5T～2T；供货状态为正火或热机械轧制；
(3)焊材等级及品牌为AWS A5.20，AWS Classification为E71T-1CJ的二氧药芯焊丝，焊材牌号为TWE-711Ni，焊丝规格为Φ1.2mm；
(4)焊接位置为All全位置焊接，即可在PA平、PC横、PF立向上、PG仰焊等位置进行焊接作业；
(5)焊接最低预热温度为45℃，加热方式可为火焰加热或电加热；
(6)焊接最大层间温度为233℃，以保证焊接接头的组织和冲击性能；
(7)焊接最低盖面温度为85℃，以保证焊接接头的硬度和韧性；
(8)焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接热输入范围的设计规定限制，
具体如下表；
进一步地，所述不同二面角时的接头形式设计包括：根据海上风电导管架项目的规格书中导管架TKY节点详图和TKY节点的组对连接图，为不同二面角和坡口角度的TKY节点设计不同坡口形式变换的接头形式图，包括二面角为30°到45°时的坡口细节详图、二面角为45°到60°时的坡口细节详图、二面角为60°到90°时的坡口细节详图。
进一步地，焊接接头的检验包括：根据海上风电导管架项目的规格书和焊接工艺执行标准，对导管架产品TKY节点进行无损检测和理化试验，所述无损检测是指在完成焊接48小时之后做100％VT、100％MT、100％UT的无损检验，所述理化试验是指根据焊接工艺执行标准和ISO相关标准取样和做拉伸、弯曲、-40℃冲击、硬度、宏观试验。
本发明还提供了一种海上风电导管架，该海上风电导管架采用了上述的导管架TKY节点双面焊焊接方法焊接而成。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
通过采用本发明的导管架TKY节点双面焊焊接方法能够保证在不同二面角时TKY节点双面焊的支管马鞍形坡口均可实现TKY节点的全位置全熔透双面焊焊接，使焊接接头力学性能和理化试验性能满足DNVGL-OS-C401标准规范和项目规格书的要求，即焊接完成的导管架TKY节点的焊接接头，NDT检测结果合格，焊接质量完好，未出现焊接缺陷；获得的焊接接头力学性能(抗拉强度，弯曲韧性，冲击吸收功，硬度，宏观检测)满足标准规范和项目规格书的要求。拉伸试验焊缝的抗拉强度大于母材的抗拉强度；弯曲试验结果无开口缺陷；焊缝，热影响区和母材的硬度最大值低于325HV10；宏观试验焊缝熔合较好，无任何焊接缺陷；焊缝WM、熔合线FL、熔合线+2(FL+2)取样进行-40℃的冲击试验，每组冲击功的平均值大于34J，最小值不低于要求最小平均值的70％。
而且在提升TKY节点马鞍形坡口的切割水平和焊接质量的同时，也大幅提升TKY节点的焊接效率。
附图说明
图1是本发明所述导管架TKY节点双面焊焊接方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中Seagreen海上风电导管架的总览图；
图3是本发明实施例中Seagreen海上风电导管架的导管架部分的结构图；
图4是图3中a1-a9共9种TKY节点结构图；
图5是本发明实施例中所提供TKY节点支管马鞍形坡口的切割下料单件图；
图6是本发明实施例中提供的最小二面角30°时，实际切割完的TKY节点支管马鞍形坡口图；
图7是本发明实施例中提供的TKY节点的组对图；
图8是本发明实施例中所提供的不同二面角和坡口角度时的接头形式图，其中图8A、8B、8C、8D、8E为不同坡口形式变换的接头形式图。
图9是本发明实施例中所提供的二面角30°到45°时的坡口细节详图；
图10是本发明实施例中所提供的二面角45°到60°时的坡口细节详图；
图11是本发明实施例中所提供的二面角60°到90°时的坡口细节详图；
图12是本发明实施例中第1组焊接工艺评定试验件的TKY节点焊接接头的硬度打点示意图；
图13是本发明实施例中第1组焊接工艺评定试验件的TKY节点焊接接头的宏观形貌图；
图14是本发明实施例中第2组焊接工艺评定试验件的TKY节点焊接接头的宏观形貌图；
图15是本发明实施例中第3组焊接工艺评定试验件的TKY节点焊接接头的6点钟位置和12点钟位置的硬度打点示意图；
图16是本发明实施例中第3组焊接工艺评定试验件的TKY节点焊接接头的6点钟位置的宏观形貌图；
图17是本发明实施例中第3组焊接工艺评定试验件的TKY节点焊接接头的12点钟位置的硬度打点示意图；
图18是本发明实施例中提供的45°＜二面角＜60°时，实际切割完的TKY节点支管马鞍形坡口图；
图19是本发明实施例中提供的60°＜二面角＜90°时，实际切割完的TKY节点支管马鞍形坡口图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供了一种导管架TKY节点双面焊焊接方法，包括以下步骤：
步骤S1.通过焊接工艺评定试验，确定合格的焊接工艺参数，编制焊接工艺规程；
步骤S2.根据导管架的设计图纸的要求卷制TKY节点的支管和主管，并对支管进行马鞍形坡口切割；
步骤S3.焊前准备，包括坡口组对和焊前预热；
步骤S4.导管架TKY节点双面焊接，采用FCAW-G的焊接方法先在支管的内侧进行封底填充盖面焊接，然后对支管的外侧进行清根后进行填充和盖面焊接。
下面通过实施例对本发明所述的导管架TKY节点双面焊焊接方法做进一步说明。
实施例：
本实施例是本发明所述的导管架TKY节点双面焊焊接方法在Seagreen海上风电导管架项目的应用。
如图2和3，Seagreen海上风电导管架项目一共包含有1180多套导管架群，单套导管架总体包括三大部分：第一部分为最上部TP连接块，包含有TP中心筒、TP风机法兰、端部连接筒、底板、T型梁、外部平台等；其中TP中心筒和TP风机法兰对接焊连接，TP中心筒直径为6572mm，厚度有55mm和80mm，每节高度约4米，全部由钢板先卷制后拼接而成；第二部分为中间部分的导管架，包括上部导管架和下部导管架；其中，图2中A1为TKY节点；根据详细的结构设计，由各种规格的钢管焊接拼接组装成，该Seagreen海上风电导管架主要由图3a-3c的导管架组成，共包含了9种TKY节点，详见图3和4；第三部分为最下部的吸力桶(吸力锚)，固定整套风电导管架在海底，吸力桶的规格直径有10500mm和11500mm，厚度有50mm，55mm，60mm；总高度约12米，单节高度约4米，都是大壁厚重要节点，全部由钢板先卷制后拼接而成。
Seagreen海上风电导管架项目的所有焊接执行DNVGL-OS-C401标准，焊接要求较严，从焊接工艺的开发到现场施工焊接，难度较大，焊接要求较高，要求双面焊接。
Seagreen海上风电导管架项目，焊接设计、焊接工艺评定、工艺开发执行DNVGL-OS-C401标准；特殊结构和主结构材料和焊接接头均要求满足-40℃的低温冲击性能要求。项目的TKY节点(图1中的A)焊接要求较高，焊接难度大，主结构TKY节点支管管径最小为770mm，图纸和规格书要求双面焊接，需保证不同支管和主管二面角时支管马鞍形坡口的正确切割，保证熔透。
本实施例选用EN 10025-3S355NL，厚度为25mm的钢板和钢管作为母材，TKY节点支管和主管连接的二面角为30°。在进行导管架TKY节点焊接时，采用双面焊焊接方法，具体步骤包括：
步骤1、通过焊接工艺评定试验，确定合格的焊接工艺参数，编制焊接工艺规程；其中，所述焊接工艺评定试验包括焊接工艺评定试验方案设计和焊接工艺评定试验的检验及结果分析。
所述焊接工艺评定试验方案设计包括：
(1)根据Seagreen风电导管架项目的详细设计的钢材选型，选择EN 10025S355级别的钢材作为焊接母材；TKY节点双面焊焊接的焊材选用AWS A5.20，AWS Classification为E71T-1CJ的二氧药芯焊丝，案例中选用焊材牌号为TWE-711Ni，焊丝规格为Φ1.2mm；选用半自动FCAW-G药芯焊丝二氧气保焊进行TKY节点双面焊焊接；具有TKY节点的可操作性，且能保证焊接效率。
(2)根据Seagreen海上风电导管架项目的要求，焊接工艺须执行DNVGL-OS-C401标准的要求，设计编制完整的焊接工艺详细设计方案welding procedure matrix和能评定覆盖TKY节点双面焊的预焊接工艺规程pWPS提交业主批准，根据批准的PWPS，准备材料，使用专用的马鞍形坡口切割设备加工TKY坡口，并完成焊接工艺评定试验。
采用3个焊接工艺评定的组合，覆盖到TKY支管的最小管径和壁厚范围。拟定采用S355NL钢板，采用半自动FCAW-G焊接方法，背面清根，在2G和3G位置，完成2组全熔透焊接工艺评定PQR；PQR编号分别为：DNVGL-C401-33002，DNVGL-C401-33003。采用S355NL或S355ML的钢板，卷制成项目主结构最小支管和主管管径的钢管，模拟实际支管和主管最小二面角连接时TKY节点的全位置焊接为第3组焊接工艺评定试验，PQR编号为：DNVGL-C401-33008。
先卷制规格为φ1020*25*2500的主管2段；规格为φ765*25*2410的管子2段，根据需求的主管和支管规格，安排切割下料及卷制，保证椭圆度。后将规格为φ765*25*2410支管根据单件图切割成最小二面角为30°的马鞍形双面过渡坡口，与φ1020*25*2500的主管拼接成最小二面角30°的TKY节点，支管马鞍形坡口的切割下料单件图如图5所示；实际切割完的该TKY节点支管马鞍形坡口如图6所示；TKY节点的组对图如图7所示，主管100与支管200组对焊接，实际焊接时TKY节点的12点及附近位置放置成1G位置焊接，3点及附近位置放置成2G位置焊接，9点及附近位置放置成3G位置焊接，6点及附近位置放置成4G位置焊接。先水平放置TKY节点试验件，使3点及附近位置为2G位置并进行焊接；然后吊装旋转整个TKY试验件为垂直位置，在进行TKY节点1G，3G和4G位置的焊接。采用半自动FCAW-G焊接方法在支管内侧和外侧进行双面焊焊接工艺评定试验。支管内侧为受限空间，操作困难，应先在支管内侧封底焊和填充盖面，在支管外侧清根，清根至完好光亮的焊缝金属，然后再进行支管外侧的填充和盖面焊接。
所述焊接工艺评定试验检验及结果分析包括：
无损检测和理化试验要求参照项目规格书和DNVGL-OS-C401标准要求完成；焊接完成48小时后，做100％VT、100％MT、100％UT的无损检验；理化试验安排根据DNVGL-OS-C401和ISO相关标准取样和试验，做拉伸、弯曲、-40℃冲击、硬度、宏观试验。无损检测和理化试验的结果必须合格，满足规格书和DNV相关标准的验收准则；以验证焊接接头的性能完整，满足项目要求。
详细的焊接工艺评定试验结果为：
PQR(焊接工艺评定报告)编号DNVGL-C401-33002，焊接位置为2G横焊；完成焊接后获得的焊接接头，100％VT、100％MT、100％UT的无损检验均合格。
理化试验结果如下：
拉伸试验结果如下表1所示：
表1：DNVGL-C401-33002拉伸试验结果
弯曲试验类型为侧弯，弯轴直径为40mm，弯曲角度180°；弯曲试验结果如下表2所示：
表2：DNVGL-C401-33002弯曲试验结果
| 弯曲类型 | 试样编号 | 结论 | 弯曲类型 | 试样编号 | 结论 |
| 侧弯 | A3 | 合格 | 侧弯 | A5 | 合格 |
| 侧弯 | A4 | 合格 | 侧弯 | A6 | 合格 |
冲击试验试样的尺寸为10*10*55mm，冲击试验温度为-40℃；冲击试验结果如下表3所示：
表3：DNVGL-C401-33002冲击试验结果
硬度试验打HV10显微硬度，硬度打点的示意图如图12所示(图中B为硬度打点的位置)；硬度试验结果如下表4所示：
表4：DNVGL-C401-33002硬度试验结果
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | |
| 1 | 176 | 174 | 181 | 224 | 291 | 290 | 284 | 283 | 182 | 213 | 237 | 335 | 342 | 321 | 324 | 284 | 172 | 174 | 171 |
| 2 | 180 | 178 | 183 | 190 | 211 | 241 | 246 | 219 | 213 | 227 | 233 | 245 | 249 | 224 | 206 | 197 | 181 | 177 | 175 |
| 3 | 173 | 179 | 186 | 237 | 305 | 315 | 315 | 306 | 193 | 209 | 219 | 303 | 308 | 293 | 237 | 198 | 176 | 173 | 171 |
PQR#DNVGL-C401-33002的宏观形貌图如图13所示。
PQR编号DNVGL-C401-33003，焊接位置为3G立向上焊；完成焊接后获得的焊接接头，100％VT、100％MT、100％UT的无损检验均合格。理化试验结果如下：
拉伸试验结果如下表5所示：
表5：DNVGL-C401-33003拉伸试验结果
弯曲试验类型为侧弯，弯轴直径为40mm，弯曲角度180°；弯曲试验结果如下表6所示：
表6：DNVGL-C401-33003弯曲试验结果
冲击试验试样的尺寸为10*10*55mm，冲击试验温度为-40℃；冲击试验结果如下表7所示：
表7：DNVGL-C401-33003冲击试验结果
硬度试验打HV10显微硬度，硬度打点示意图如图12所示；硬度试验结果如下表8所示：
表8：DNVGL-C401-33003硬度试验结果
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | |
| 1 | 168 | 164 | 172 | 208 | 276 | 305 | 327 | 307 | 221 | 236 | 225 | 278 | 279 | 263 | 216 | 190 | 179 | 179 | 172 |
| 2 | 173 | 177 | 177 | 197 | 201 | 224 | 228 | 201 | 217 | 214 | 212 | 209 | 213 | 206 | 196 | 197 | 176 | 177 | 174 |
| 3 | 176 | 178 | 176 | 214 | 225 | 263 | 280 | 262 | 220 | 212 | 213 | 275 | 265 | 254 | 240 | 196 | 172 | 168 | 171 |
PQR#DNVGL-C401-33003的宏观形貌图如图14所示。
PQR编号DNVGL-C401-33008，焊接位置为支管对主管二面角30°的模拟试验的全位置焊接；完成焊接后获得的焊接接头，100％VT、100％MT、100％UT的无损检验均合格；理化试验在TKY节点焊接接头的6点钟位置和12点钟位置取样做硬度测试和宏观试验；结果如下：
硬度试验打HV10显微硬度，TKY节点焊接接头的6点钟位置和12点钟位置的硬度打点示意图如图15所示，图中的A、B、C是指硬度打点的线，即线A、线B、线C，沿每条线上的硬度打点位置进行硬度测试，每条线包含有15个硬度测试点；6点钟位置试样的硬度试验结果如下表9所示，12点钟位置试样的硬度试验结果如下表10所示；
表9：DNVGL-C401-33008接头6点钟位置硬度试验结果
表10：DNVGL-C401-33008接头12点钟位置硬度试验结果
PQR#DNVGL-C401-33008 TKY节点焊接接头的6点钟位置的宏观形貌图如图16所示；12点钟位置的硬度打点示意图如图16所示。
以上3组焊接工艺评定试验，焊接完成48小时后进行100％VT、100％MT、100％UT无损检测，确保整个TKY节点焊缝合格，无未熔合、未焊透、夹渣、裂纹等焊接缺陷。实际焊接工艺评定试验，NDT检测结果合格，焊接质量完好，未出现焊接缺陷；获得的焊接接头力学性能(抗拉强度，弯曲韧性，冲击吸收功，硬度，宏观检测)满足标准规范和项目规格书的要求。拉伸试验焊缝的抗拉强度大于母材的抗拉强度；弯曲试验结果无开口缺陷；焊缝，热影响区和母材的硬度最大值低于325HV10；宏观试验焊缝熔合较好，无任何焊接缺陷；焊缝WM、熔合线FL、熔合线+2(FL+2)取样进行-40℃的冲击试验，每组冲击功的平均值大于34J，最小值不低于要求最小平均值的70％。焊接接头所有的理化试验性能均满足项目规格书和DNVGL-OS-C401标准的接收准则要求。
根据合格的焊接工艺评定记录，确定合格的焊接工艺参数；根据DNVGL-OS-C401标准的重要变素及评定范围，编制审核并提交焊接工艺规程WPS至业主审批。
步骤2、根据导管架的设计图纸的要求卷制TKY节点的支管和主管，并对支管进行马鞍形坡口切割，具体为：
准备好足够强度和性能的碳钢S355NL或S355ML钢板，根据设计图纸的要求卷制成TKY节点的支管和主管，根据规格书，图纸，单件图的要求，采用专用的TKY节点马鞍形坡口设备将支管切割成马鞍形坡口。
所述马鞍形坡口会随支管管径、壁厚、支管和主管二面角角度等变量的改变而改变。每个位置的坡口形状和角度均不同。具体为：
在二面角＜45°时：TKY节点马鞍形坡口裆部部位(即6点钟位置)，坡口变换为内坡口；需要使用专用马鞍形坡口切割设备2次切割而成；实际成品图可参考图6；
在45°≤二面角＜60°时：TKY节点马鞍形坡口的6点钟位置，由外坡口逐渐过渡变换为向内的坡口，呈K型坡口；需要使用专用马鞍形坡口切割设备2次切割而成；实际成品图可参考图18；
在60°≤二面角＜90°时：TKY节点马鞍形坡口可全部为单面向外的坡口，可以通过专用马鞍形坡口切割设备1次切割而成；实际成品图可参考图19；
该实际案例中，在二面角＝30°时：TKY节点马鞍形坡口裆部部位，过渡变换为向内的坡口；需要使用马鞍形坡口切割2刀形成；切割完成之后的支管马鞍形坡口实物图如图6所示。
步骤3、焊前准备，包括：坡口组对和焊前预热。所述坡口组对为根据批准的WPS工艺和图纸要求对TKY节点进行组对，控制组对的尺寸和根部间隙；所述预热为焊前根据已批准WPS要求对TKY节点焊接接头进行严格预热。
步骤4、导管架TKY节点双面焊接，具体为：根据实际施工图纸的要求，完成TKY节点坡口的切割后，根据批准的WPS工艺，进行组对焊接；不同壁厚和管径的支管，支管和主管的二面角不同，支管不同方位的坡口形状和坡口角度不同，根据完成的PQR和标准评定范围，控制TKY节点的组对间隙可为0-11mm。焊接位置为全位置(1G+2G+3G+4G)，在TKY节点的不同方位，焊接位置不同。采用FCAW-G的焊接方法，在支管内侧先进行封底填充盖面焊接；然后在支管外侧清根，进行填充和盖面焊接。
步骤4还包括：在导管架TKY节点双面焊接之前进行焊接工艺参数的设计和不同二面角时的接头形式设计，以及在导管架TKY节点双面焊接之后进行焊接接头的检验；
所述焊接工艺参数的设计具体为：
基于已完成的3组焊接工艺评定PQR组合的试验数据，根据焊接设计标准DNVGL-OS-C401的重要变素的评定范围，设计现场导管架TKY节点焊接时焊接工艺规程的工艺参数设计；包括：
(1)焊接方法限定为药芯焊丝二氧化碳气体保护焊FCAW-G，模式为半自动或半机械，保护气体选择为纯度＞99.95％的CO2；
(2)母材适用覆盖范围为EN 10025-3S355N/NL，EN 10025-4S355M/ML，EN10025-2S355J2/K2，EN 10210S355NLH等或同等级别的ASTM材料；限制碳当量≤0.44％，供货状态为正火或热机械轧制；
(3)焊材等级及品牌为AWS A5.20，AWS Classification为E71T-1CJ的二氧药芯焊丝，焊材牌号为TWE-711Ni，焊丝规格为Φ1.2mm；
(4)焊接位置为All全位置焊接，即可在PA平、PC横、PF立向上、PG仰焊等位置进行焊接作业；
(5)焊接最低预热温度为45℃，加热方式可为火焰加热或电加热；
(6)焊接最大层间温度为233℃，以保证焊接接头的组织和冲击性能；
(7)焊接最低盖面温度为85℃，以保证焊接接头的硬度和韧性；
(8)焊接电流，焊接电压，焊接速度，焊接热输入范围等的设计规定限制，详见下表11；
所述不同二面角时的接头形式设计包括：根据海上风电导管架项目的规格书中导管架TKY节点详图和TKY节点的组对连接图，为不同二面角和坡口角度的TKY节点设计不同坡口形式变换的接头形式图，包括二面角为30°到45°时的坡口细节详图、二面角为45°到60°时的坡口细节详图、二面角为60°到90°时的坡口细节详图；具体为：
图3和图4的导管架的结构图和TKY节点典型详图；
图7的TKY节点的组对连接图；
图8的不同二面角和坡口角度时的接头形式图，其中8A、8B、8C、8D、8E为不同坡口形式变换的接头形式图，Ψ表示局部二面角，Φ表示支管马鞍形坡口外侧坡口角度，ω表示端部坡口角度，α表示支管和主管的夹角；8A中135°＜Ψ＜180°，Φ＝min.45°/max.90°；8B中72.5°＜Ψ＜135°Φ≥45°，ω＞35°；8C中60°＜Ψ＜72.5°，Φ＜45°，ω＝35°；8D中45°＜Ψ＜72.5°，15°≤Φ≤20°；8E中Ψ≤45°Φ＝Ψ＝α；
图9的二面角30°到45°时的坡口细节详图，参照图8中的8A、8B、8D和8E；
图10为二面角45°到60°时的坡口细节详图，参照图8中的8A、8B、8D；
图11为二面角60°到90°时的坡口细节详图，参照图8中的8A、8B、8C。
所述焊接接头的检验包括：TKY焊接工艺评定试验件的无损检验及破坏性检验合格，导管架TKY节点的无损检验合格；具体为：
(1)TKY焊接工艺评定试验件的无损检验及破坏性检验合格，其详细要求和试验结果分析，见S1中焊接工艺评定试验方案设计描述。
(2)导管架不同规格，支管和主管不同二面角角度的TKY节点焊接完成后，48小时后进行100％VT，100％MT，100％UT无损检测。确保整个TKY节点焊缝合格，无未熔合、未焊透、夹渣、裂纹等焊接缺陷。
本发明一种导管架TKY双面焊焊接工艺的优点：解决了现有在建英国海上风电导管架项目主结构TKY节点双面焊的焊接问题，开发海上风电导管架TKY节点的双面焊焊接工艺，保证不同支管和主管二面角时实现TKY节点双面焊的支管马鞍形坡口，不同焊接位置时TKY节点的全熔透焊接；提升TKY节点马鞍形坡口的切割水平和焊接质量的同时，也大幅提升TKY节点的焊接效率。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、“优选实施例”等，指的是结合该实例描述的具体特征、结构或者特点包含在本申请概括描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明内。尽管这里参照本发明的多个解释性实例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式降落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题结合布局的组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (10)
1.一种导管架TKY节点双面焊焊接方法，其特征在于，包括：
S1.通过焊接工艺评定试验，确定合格的焊接工艺参数，编制焊接工艺规程；
S2.根据导管架的设计图纸的要求卷制TKY节点的支管和主管，并对支管进行马鞍形坡口切割；
S3.焊前准备，包括坡口组对和焊前预热；
S4.导管架TKY节点双面焊接，采用FCAW-G的焊接方法先在支管的内侧进行封底填充盖面焊接，然后对支管的外侧进行清根后进行填充和盖面焊接。
2.根据权利要求1所述的导管架TKY节点双面焊焊接方法，其特征在于，所述焊接工艺评定试验包括焊接工艺评定试验方案设计和焊接工艺评定试验的检验及结果分析；其中，
所述焊接工艺评定试验方案设计具体步骤为：首先根据风电导管架项目的详细设计进行钢材选型、焊材选用、焊接方法选用；然后根据海上风电导管架项目和焊接工艺执行标准的要求，设计编制完整的焊接工艺详细设计方案和评定覆盖TKY节点双面焊的预焊接工艺规程提交业主批准；最后根据批准后的预焊接工艺规程准备材料、加工TKY坡口，完成焊接工艺评定试验；
所述焊接工艺评定试验检验及结果分析为：根据海上风电导管架项目的规格书和焊接工艺执行标准，对焊接工艺评定试验件进行无损检测和理化试验，所述无损检测是指在完成焊接48小时之后做100％VT、100％MT、100％UT的无损检验，所述理化试验是指根据焊接工艺执行标准和ISO相关标准取样和做拉伸、弯曲、-40℃冲击、硬度、宏观试验；而且该无损检测和理化试验的结果必须合格，满足规格书和DNV相关标准的验收准则；以验证焊接接头的性能完整，满足项目要求。
3.根据权利要求2所述的导管架TKY节点双面焊焊接方法，其特征在于，在完成焊接工艺评定试验时，采用3个焊接工艺评定的组合覆盖到TKY支管的最小管径和壁厚范围，包括在TKY支管2G和3G位置的2组全熔透焊接工艺评定，以及模拟实际支管和主管最小二面角连接时TKY节点的全位置焊接的第3组焊接工艺评定。
4.根据权利要求1或2或3所述的导管架TKY节点双面焊焊接方法，其特征在于，步骤S2中所述“对支管进行马鞍形坡口切割”是指根据海上风电导管架项目中规格书、图纸、单件图的要求，采用专用的TKY节点马鞍形坡口设备将支管切割成马鞍形坡口，所述马鞍形坡口在支管和主管的二面角角度不同时，每个位置的坡口形状均不同，具体为：
在二面角＜45°时，TKY节点马鞍形坡口位于裆部部位的坡口变换为内坡口；
在45°≤二面角＜60°时，TKY节点马鞍形坡口位于裆部部位的坡口由外坡口逐渐过渡变换为向内的坡口，呈K型坡口；
在60°≤二面角＜90°时，TKY节点马鞍形坡口为单面向外的坡口；
在二面角＝30°时，TKY节点马鞍形坡口位于裆部部位的坡口过渡变换为向内的坡口。
5.根据权利要求1或2或3所述的导管架TKY节点双面焊焊接方法，其特征在于，步骤S3中所述“坡口组对”为根据焊接工艺规程和设计图纸的要求对TKY节点进行组对，控制组对的尺寸和根部间隙；所述焊前预热为根据焊接工艺规程对TKY节点焊接接头进行焊前预热。
6.根据权利要求1或2或3所述的导管架TKY节点双面焊焊接方法，其特征在于，步骤S4还包括：在导管架TKY节点双面焊接之前进行焊接工艺参数的设计和不同二面角时的接头形式设计，以及在导管架TKY节点双面焊接之后进行焊接接头的检验。
7.根据权利要求6所述的导管架TKY节点双面焊焊接方法，其特征在于，所述焊接工艺参数的设计具体为：基于焊接工艺评定试验的试验数据，根据焊接工艺执行标准的重要变素的评定范围，设计现场导管架TKY节点焊接时焊接工艺规程的工艺参数设计，包括：
(1)焊接方法限定为药芯焊丝二氧化碳气体保护焊FCAW-G，模式为半自动或半机械，保护气体选择为纯度＞99.95％的CO2；
(2)母材适用覆盖范围为EN 10025-3 S355N/NL、EN 10025-4 S355M/ML，EN10025-2S355J2/K2、EN 10210 S355NLH或同等级别的ASTM材料，限制碳当量≤0.44％，母材厚度范围为工艺评定时母材厚度T的0.5T～2T；供货状态为正火或热机械轧制；
(3)焊材等级及品牌为AWS A5.20，AWS Classification为E71T-1CJ的二氧药芯焊丝，焊材牌号为TWE-711Ni，焊丝规格为Φ1.2mm；
(4)焊接位置为All全位置焊接，即可在PA平、PC横、PF立向上、PG仰焊等位置进行焊接作业；
(5)焊接最低预热温度为45℃，加热方式可为火焰加热或电加热；
(6)焊接最大层间温度为233℃，以保证焊接接头的组织和冲击性能；
(7)焊接最低盖面温度为85℃，以保证焊接接头的硬度和韧性；
(8)焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接热输入范围的设计规定限制，具体如下表；
8.根据权利要求6所述的导管架TKY节点双面焊焊接方法，其特征在于，所述不同二面角时的接头形式设计包括：根据海上风电导管架项目的规格书中导管架TKY节点详图和TKY节点的组对连接图，为不同二面角和坡口角度的TKY节点设计不同坡口形式变换的接头形式图，包括二面角为30°到45°时的坡口细节详图、二面角为45°到60°时的坡口细节详图、二面角为60°到90°时的坡口细节详图。
9.根据权利要求6所述的导管架TKY节点双面焊焊接方法，其特征在于，焊接接头的检验包括：根据海上风电导管架项目的规格书和焊接工艺执行标准，对导管架产品TKY节点进行无损检测和理化试验，所述无损检测是指在完成焊接48小时之后做100％VT、100％MT、100％UT的无损检验，所述理化试验是指根据焊接工艺执行标准和ISO相关标准取样和做拉伸、弯曲、-40℃冲击、硬度、宏观试验。
10.一种海上风电导管架，其特征在于，采用了权利要求1-9中任一所述的导管架TKY节点双面焊焊接方法焊接而成。
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