环形焊缝裂纹返修技术应用实例.doc

曹妃甸11-2 FPSO是渤海上的大型浮式生产储油卸油船，集合了各种海上油田生产设施，诸如油气水分离、公共设施、生活设施等，由单点系泊系统连接，使FPSO围绕其随潮流方向而旋转。在年度检测过程中，发现在FPSO上通往单点系泊系统的栈桥底座的环形焊缝上发现多处裂纹，严重威胁安全生产。栈桥底座直径2 070 mm，厚度20 mm，根据业主要求，需要将环形焊缝的裂纹及未熔透等缺陷去除。在此过程中的顺序为，检验后进行焊道补焊，然后再进行无损检验直至合格。1 裂纹产生的原因经分析，裂纹的形成原因可能主要有以下几方面：安装施工时焊接工作并没有严格按照焊接程序进行；焊工水平有差异，导致焊接质量参差不齐；栈桥使用频繁，在外激励作用下，易产生裂纹；海水潮气常年对焊缝的腐蚀。以上只是工程层面上的一些分析，要想更深层的了解裂纹产生的原因，还有待材料力学方面的研究。2 焊接工艺2.1相关设备 对于整个焊道裂纹返修主要使用碳弧气刨设备，打磨设备，砂轮机，手工电弧焊，探伤设备等一系列设备。其中电弧焊设备采用的是日本Panasonic公司的直流电焊机。焊接设备由焊接电源，焊接机头，机头控制系统等部分组成。2.2焊接管材1）栈桥底座的材质为Q342）Q345 D抗拉强度b为470630 MPa，厚度小于等于16 mm时屈服点s不小于345 MPa，厚度大于16 mm小于35 mm时s不小于325 MPa，厚度大于35 mm小于50 mm时s不小于295 MPa，厚度大于50 mm小于100 mm时s不小于275MPa；Q345 D伸长率s不小于22%，并在-20情况下冲击功Akv（纵向）不小于34 J；当Q345 D刚才厚度小于等于16 mm时，d=2a，当厚度大于16 mm小于100 mm时，d=3a（d为弯心直径，a为试样厚度）1。2.3 焊接材料 管材的具体焊接方法为SMAW。打底焊接材料采用日本神钢的LB-52U，填充和盖面采用CHE58-1焊条来完成。2.4 坡口形式 焊接坡口采用管外侧单边斜削45坡口，先由碳弧气刨吹出大致坡口形状后，再使用砂轮机将坡口打磨成形。工程开始时准备采用K形坡口，经实际操作后，发现根部间隙过大，封底作业很难完成，且焊后出现冷裂，由于一半工作量是焊工在栈桥底座内部进行的，内部的回声噪音，无法扩散的焊接气体，对焊工的实际操作水平都有很大的影响，且焊后的焊缝质量很差。管外侧单边斜削45坡口的使用，焊缝金属填充量少，缩短了焊接时间，既节省焊材又保证焊接质量及焊接速度。2.5 焊接顺序完成现场准备工作后，施工人员将进行栈桥缺陷维修，由于栈桥焊缝为连续的长焊缝，长度达6500 mm，如果不按照一定次序进行焊接的话，栈桥会有倾倒的可能，会对工程造成不可估量的损失。因此在进行栈桥未熔透缺陷维修时，将整个环形焊缝等分为8个工作区域，按顺序进行维修，每段长度为812 mm。完成了一个区域的焊接后要在其对角区域进行下一区域的焊接，见图1。3 焊接工艺评定试验1） 实验依据和焊接参数。本项目主要依据AWS D1.1标准和业主提供的技术文件要求。焊接参数见表2。2） 力学性能试验。力学性能试验包括全焊缝拉伸试验、减截面拉伸试验和弯曲试验，取样方法、部位及数量和位置均按照AWS D1.1标准的要求，见表3。34 返修程序4.1 缺陷确定按照无损检验要求清理金属表面，应用磁粉和超声波检验确定缺陷的位置，大小和深度。4.2 缺陷清除 焊接金属或部分母材的去除可通过打磨或碳弧气刨来完成。浅表面或表面缺陷可以通过打磨来去除。深部缺陷可以通过碳弧气刨或打磨来去除。使用电弧气刨后，坡口边缘和坡口面都应打磨，确保碳化层完全去除，打磨后坡口尺寸应满足外形要求并清理干净。不允许使用火焰气刨。气刨时，应先在缺陷两端无缺陷处刨开一段，以防止缺陷在气刨时延伸。在进行栈桥未熔透缺陷维修时，当返修长度超过300 mm时，应加焊两个固定马排，用以防止焊缝因受重力间隙减小。返修长度每增加300 mm另外增加一个固定马排减小焊缝受力，返修长度不应超过900 mm，以防止焊缝受力过大，见图2。4.3 坡口准备 焊接坡口采用单边斜削45坡口，先由碳弧气刨吹出大致形状后，再使用砂轮机将单V形坡口打磨成形。使用单边斜削45坡口，焊缝金属填充量Applied Technology应用技术-095-SCI-TECH INNOVATION&PRODUCTIVITYNo7 July.2012，Total No222少，缩短了焊接时间，既节省焊材又保证焊接质量及焊接速度2。4.4预热焊接返修前必须预热，最低预热温度不低于30。预热区域绝对不能小于整个修理区域周围150 mm，并且在厚度方向也要预热透。预热温度应保持到返修完成。预热可以通过电加热器或火焰加热器来实施，用测温仪进行测量3。4.5 焊接 焊接返修是按照焊接程序来严格执行的，根据返修深度和长度选择了合适的焊接参数，焊接返修采用直径3.2 mm焊条，摆动的最大宽度为2.5倍焊丝直径，最大层间温度不能超过焊接程序规格书的规定。 即使缺陷不大，返修的长度最少为50.8 mm。在任何情况下在缺陷的任何一端外的25 mm无缺陷金属都要去掉。针孔状气孔缺陷或其他缺陷不允许用点焊进行返修，气刨和打磨后要用磁粉检验来确定是否将缺陷彻底去除。再次焊接前要清理磁粉检验残余物，裂纹通过碳弧气刨或打磨去掉（裂纹的每一端加上50.8 mm的金属都应去除）并通过磁粉检验确定已露出无缺陷金属，在焊道或母材上裂纹的去除和返修要经过业主或其代表的批准和现场监督。 对接焊时，如果根部间隙超过AWS D1.12004美国钢结构焊接规范中的允许或焊接程序中规定的数值，但是没有超过较薄部件厚度的2倍或20 mm（取较小者），过大的间隙可在组对之前通过焊接修正到可以接受的尺寸，咬边要通过打磨或碳弧气刨去掉。 外观检验后，要按照与焊接原焊道相同的焊接工艺进行补焊。如果出现加强高过高，多余的加强高可以通过打磨去掉以达到可以接受的尺寸，最终加强高的外型应平滑，引弧应该在坡口面内。所有的焊接都要使用临时性挡板，遮掩物，防水油布（能防火）来保护，以免风雨或其他不利条件的影响。所有的焊接都应当是连续进行的。如果焊接过程中有干扰发生，要对焊接区域采取保温措施施以缓冷。 在恢复焊接之前，要检查焊接区域有无裂纹出现。如果出现温度低于最低预热温度，再焊接之前要重新预热；返修完的表面要有平滑完整的轮廓并且和母材平滑的融合在一起。焊道的轮廓要符合AWS D1.12004美国钢结构焊接规范的要求，焊缝接点的同一位置可返修两次。所有缺陷的细节及随后的返修都要形成文档归入项目检验报告中。4.6 无损检验 焊接返修应进行100%的无损检验，其检验方法根据原检验方法根据现场情况采取外观检验后，采用MT（磁粉探伤检验）检测焊缝表面是否有裂纹，最后使用UT（超声波检验）无损检验方法对焊缝进行检验。检验和无损检验要在返修完成48小时以后进行。焊接返修处应使用同型号的油漆进行修补。5 结论 在曹妃甸CFD11-2 FPSO裂纹返修施工中，共检测到八处焊缝裂纹及未熔透，气孔等缺陷，其中包括一条长约6 500 mm的缺陷需焊接返修，经过