刘传军
海洋石油工程（青岛）有限公司 青岛市黄岛区 266520
【摘要】：因为使用的环境特殊，海洋钢结构的TKY关节点焊接点数量多、对整个焊接体系影响大，因此焊接时候对原材料、操作人员的技术和质量检验都有严格的要求。传统的焊接工艺都是采用手工电焊封底，焊丝气体保护焊填充盖面，操作的焊条成本高，而且封底的速度慢，工作位置特殊因此安全隐患较高。且TKY关节焊接需要技术人员掌握二氧化碳保护焊和手工焊两种技术，操作难度大且劳动节强度极高，焊接合格率也不高。针对此，现提出药芯焊丝封底焊接工艺。本文针对药芯焊丝在海洋钢结构TKY管节点的焊接特点进行分析，结合试验件的外观检查、力学性能等试验进行研究，探讨该工艺的可行性和合理性，希望能够为促进生产有所参考。
【关键词】：海洋钢结构；TKY管节点；焊接工艺
作为海上石油生产的重要操作平台，“导管架式平台”是一种大型装置，可以满足海上生活、生产需求。从生产结构来看，导管架式平台采用了大量的钢管、型钢和板材，内部设置大量的工艺管线、通信设施设备、压力容器等，结构建设十分复杂，其焊接工艺也是十分复杂，具有建设周期长，工序复杂和干扰因素多等特点。为了满足导管架的工作量大、工作质量要求严格、变形控制要求高等特点，相关焊接操作人员要了解钢管焊接的整体特点，不断提升焊接效率。
1.传统的焊接存在的问题
针对导管架式平台，传统的工艺是采用手工电弧焊封底，药芯焊丝气体保护焊填充面的形式。采用的焊条为LB-52U，属于进口材料，生产的成本较高且封底的效率低，存在安全隐患。与此同时，TKY光节点焊接需要不断切换手工焊机、二氧化碳气体保护焊机，操作的灵活性要求高且劳动强度较大，对此提出药芯焊丝封底焊接的工艺技术。
2.分析海洋钢结构的焊接要点和确定方法
海洋钢结构的整体施工中需要消耗大量的材料，其中包括了H型钢等，在实际的焊接组装过程中，需要采用特殊的焊接方式并对其冷却后才能够使用，若处理不当可能导致焊接效果不佳，出现局部变形的问题。针对次，相关单位要结合实际的施工环境，仔细分析施工过程的各个内容和关键知识，并提出一些有效的应用管控措施。
在海洋钢结构控制中，大多是采用全熔透的方式进行操作，首先需要结合材料的厚度以及组合方式进行分别施工，在实际的焊接过程中，电弧热会发挥主要作用，之后周围的温度会随之增加，一般距离电弧较远的金属温度较低，若焊件受热不均匀就会出现热膨胀问题，此外，没有接受加热的金属也要保持之前的长度并接受固定，在实际的加热环境中，若整个加热过程中应力超过了金属的强度就可能出现变形问题。以上研究可知，结合钢材组合的坡口角度和根系间隙都需要遵循相应的规范操作，若焊接的方式不对，可能会导致缝隙开裂，无法达到理想的焊接效果。
其次，焊接的支撑形式也会对海洋钢结构有所影响，在实际的焊接中要注意避免构件缺乏支撑导致整个焊接的不稳定。考虑到海洋钢结构的关键步骤较多，在进行支撑时候若应力计算不正确就可能出现偏移，扭曲等问题，直接影响整个焊接的效果。此时，可以针对材料的厚度、尺寸和整体结构进行分析，对于一些强度很高的钢材，可以进行后续加热后调直，一般钢板的宽度为50mm，而上下板材的厚度是32mm，整体的板材强度和厚度的尺寸也需要结合实际的情况分析，若母材的材料强度不高就有可能出现变形，因此在焊接过程中需要针对结构的受力点加大支撑，预防焊接后的板材出现波浪形的问题。
最后，要利用机械进行机械矫正操作，目前大多采用液压千斤顶，操作时候要避免直接在焊道上加压或者是直接加热。
而针对焊缝进行焊接控制时候都需要采用液压机，但是不需要同时加热和加压，尽量将最大矫正的变形坡度控制在2%-4%以内，若超过这个范围建议加热调直。针对手工热调直，就需要在加热前，在加热的区域用笔进行标识做上记号，不要再焊道外采取加热的处理。外，焊趾到火焰顶端的位置是不能进行加热而且在加热调制中不能够采用水雾冷却的方法。
3.药芯焊丝封底焊接的工艺技术研究
3.1分析评定原理
焊接过程中，整个焊接的重要要素发生了变化，如焊条的形态、性能、操作风险等；本次试验选取美国焊接学会1.11的焊接要求来评估焊接工艺效果。后对焊接工艺试验件进行力学性质、射线拍片、外观检验等检测。
3.2钢材和焊材
本次研究选取的钢材选取导管架常用材料D36，选取的焊丝材料为TWE-77（直径为1.2mm），可结合焊接规范的要求评定试验件，分别选取板厚为13mm、19mm多焊接试验位置，将钢板制成直径为400mm的圆管。
3.3检验分析
3.3.1外观检验分析
检验后的焊接工艺评定试验件外观符合钢结构的焊接规范要求，观察试验件表面，其质地均匀，无裂缝裂纹、焊缝饱满且无咬边，整体余高小于3mm。可对试验件进行射线拍片处理，选用X射线装置，用双臂单影法拍摄，结果符合实际的焊接规范关于射线检验的实际要求。
3.3.2力学性能试验分析
可结合检验标准对试验件进行力学试验分析，其中的主要性能包括了缩短断面拉伸试验、侧弯试验以及硬度试验、宏观腐蚀试验等。
首先，缩短断面拉伸试验，可以结合规范要求从试验件的相应部位切取试件，后将其放置拉伸试验机上进行拉伸，经过测定后，拉伸后的强度大于最低强度，因此试件的拉伸试验结果合格。
其次，进行侧弯试验，可以根据具体的操作结果要求将试验件上切去相应的试件，后加工侧弯成所需要的尺寸之后将其放在侧弯试验机上进行试验，结果可知压头的尺寸为50.6mm，弯曲角度为180读，目检后表示试验件表面没有缺陷，符合规范的各个要求。
再者，进行冲击试验，按照标准的要求在试验件上切去部分的试件，后将其加工成冲击试验所需要的尺寸，并在试验机上进行反复试验，可将冲击温度设置在-20摄氏度，进行夏比冲击试验，在焊缝位置分别检验（中心线、熔合线、熔合线1-3mm位置），结果表示，融合位置的冲击韧性理想，所有的试验结果都大于34J。
最后，硬度、宏观腐蚀试验。操作可知，硬度试验和宏观腐蚀试验的焊缝轮廓十分清晰，没有明显缺陷，可以在试件上进行硬度试验，采用的是HV试验，结果表示硬度最大值为241；检测试件的外观，表面平整，完好，无腐蚀，目测及试验结果均满足标准。
4.结语
本次研究对海洋钢结构TKY管节点的焊接工艺进行研究，探讨了传统的焊接问题存在的不足，并提出了药芯焊丝封底的焊接措施，经过后期试验件的外观检测、力学性能分析、冲击试验和侧弯试验等，试验件的各个标准的均符合焊接规范标准，表示该工艺技术可行，可在导管架式平台中运用。
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