二次焊接在工程中的应用

张晋龙

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

海况和船舶稳定性对焊接影响较大，能直接影响焊口的组队质量和焊接效果。目前，海油工程多采用舷外作业来进行固定、焊接，对人员的技能水平提出较高要求。在舷外作业中，管线的2个端头在船的一侧分别从船头和船尾出水，在船舷的中部合拢、交叉。在交叉的部位搭建一个临时工作平台，供作业人员使用。利用船头和船尾的2个舷臂吊把管线提升到与船舷平齐的位置，然后进行固定，让管线尽可能地不随海浪和潮水影响而左右上下晃动。在管线交叉的部位用倒链尽可能地把管线的2个端头下拉，使其形成一个理想化的5G焊口。由于条件的限制和海况的影响，最终的焊口形成一个大的“八”字口，管线随着潮水的波动而波动，给作业人员的安全也带来很大隐患。依照常规的焊接方法是无法进行焊接的，因为组队出来的焊口下面没有间隙，上半部分还有很大的间隙，并且管线随时在移动，所以必须采取“刚性固定管线—调整间隙—焊接—气刨—修口—二次焊接”的流程进行焊接。

1 焊接具体流程

1.1 固定管线

选择一个相对较好的海况，首先调整好船位，把需要连接的2个管线的端头利用船上的主吊分别从船头和船尾吊出水面，管线形成大约45°角时离开水面，移动船位使其在船舷的一侧的中部回合交叉[1]。然后利用船头和船尾的2台舷臂吊分别吊住管线的第二、第三节的位置，起吊至管线与甲板面平齐或略高。这时候主吊脱钩，管线的端头处于自然下垂的状态，由于出离水面角度过大，在船舷一侧管线交叉部位形成一个大的“八”字形。这时开始在船舷外搭建临时的作业平台，搭建的临时作业平台位于船舷外侧管线交回处，略低于管线1 m左右，大约得需要5 m2，足以保障作业的活动空间和工机具的临时放置，并且临海三面还要有防护栏，防护栏高度大约为80 mm，防止人员落水。临时平台搭建好后立即进行管线的固定，根据管径的大小用槽钢或工字梁把管线的2个端头固定在距离船舷外临时平台中间大约1 m左右的位置，不能完全固定死管线，因为船体是随着潮水起伏而随时移动的，假如完全固定后会对船体或管线造成撕裂破坏，所以必须保持管线能够前后自由伸缩移动，但不能左右移动，因为人员在管线的两边进行作业，管线左右移动会对作业人员造成伤害。并且要使2个端头处在同一个平面上，以利于组队。作业人员必须劳保齐全并穿戴救生衣、佩戴安全带。

临时平台搭建完成、管线固定好后检查安全措施是否到位，检查合格后在距离管线2个端头约1 m的地方，用吊带固定管线的2个头，在船舷侧下方焊接临时吊点，用倒链把管线的2个端头尽可能地朝下拉，使其尽可能处于水平位置，但是船体和水深的影响再加上管线本身的因素很难达到水平位置，最终会出现一个角度。管线合拢前示意图如图1所示。

图1 管线合拢前示意图（单位：mm）

1.2 调整间隙

选择在高水位的平潮期进行管线切割。用磁力切割机切割掉2个端头的封头和富裕的管线，切割的破口角度在30°左右，用角磨机打磨出2～3 mm的钝边，并把坡口内外25 mm内的地方打磨干净，出现金属光泽。然后用外对口器开始组队坡口，使其形成一个焊缝，从而把2节管线连接起来[2]。组队起来的坡口大约形成一个“八”字形的口，下面有小间隙或没有间隙，而上面还是有很大的间隙，并随着船体上下随时移动，这时在管线的下方快速进行点焊并加固，以保障把2条管线先连接固定在一起，点焊加固的长度大约在100～150 mm。

点焊加固完成后拆掉外对口器，在管线上部焊缝处1 m外紧贴着管线分别加装1个挡头，使管线不至于弹出来伤到作业人员，挡头一定要牢固可靠。挡头焊接完成后拆掉下拉的2个倒链，也防止力量过大绷断伤人。然后在点焊的2个端点分别嵌入1个3 mm厚的薄楔子，嵌入深度不能过深，保障能拔出来而不至于由于挤压而断在管线里面。

1.3 焊接

船体随着潮水的回落下降，使舷臂吊固定的管线产生上拱力，当力量传递到已点焊固定的焊缝处时，由于管线的1个端头上部是固定的，迫使“八”字形焊缝从下往上慢慢地合拢，由于焊缝处有2个3 mm厚的楔子插入，所以当焊口立焊位置慢慢合拢到3 mm的理想间隙时，这时从插入楔子的上部开始用手工焊条进行打底焊接，分别从左右两边同时焊接保障打底的速度与合拢的速度一致。每根焊条焊接完成后都要打磨接头，以保障内部接头成型没有焊接缺陷。

当平焊位置也合拢到理想的间隙时，进行打底焊接。这时管线整个打底焊接完成，船体下沉结束进入平潮期，管线产生巨大的上拱力也相对稳定，这时要立即把打底焊表面的焊渣清理打磨干净，预热焊口预热后进行填充焊接，填充焊接结束后立即进行盖面。一次焊接如图2所示。

盖面结束后整个管线焊接完成了2/3部分，这时低平潮结束，潮水开始上涨，船体升高，管线由于舷臂吊的固定，管线的上拱力变成由焊缝处向外的拉力，并且随着潮水的升高而增加，管线的左右下45°到平焊已焊接完成，连接起来的管线将整体随着船体移动而移动。

1.4 气刨

需要拿掉插在焊缝的2个楔子，把水分排干净，准备6 mm的碳棒、1 000 A左右的直流电源，然后检查气刨工具的功能是否完善、风线是否正、有没偏吹的现象[3]。一切检查无误后开始刨掉焊口仰焊到下45°处最先点焊加固处，气刨的时候每一次用小的参数薄薄的刨掉焊肉，边刨边修坡口，坡口角度修成原始角度，当刨到距离管线内壁4 mm左右时，停止气刨，改用砂轮机进行打磨坡口、间隙，砂轮机选用Φ150 mm、厚度3 mm的砂轮片修理坡口，用Φ100 mm、厚度2 mm的直磨片修理间隙。打磨掉坡口上的渗碳层、氧化物，然后用砂轮机修出一个3 mm的间隙，钝边也大概保持在3 mm左右。这时一定要注意钝边和间隙的变化，间隙过大不利于焊接，甚至无法焊接；间隙过小焊不透造成背部成型不好。钝边过小造成烧穿，过大造成未融合，影响焊接质量。所以要求在打磨修理焊口的时候边观察钝边和间隙的变化。修理出来的间隙一定要与原来组队的间隙保持在同一个水平面上，间隙修理好以后用小锯片把坡口间隙处内壁上的毛刺、铁皮等杂物清理干净。再把两边下45°焊缝接头处打磨掉起弧气孔并打磨成一个马蹄形，原来插楔子的地方坡口钝边有损伤的也用砂轮机进行修理。

图2 一次焊接

1.5 二次焊接

坡口修理好并检查无误后，进行MT检验是否有裂纹，有裂纹进行修理，无裂纹就打磨掉磁粉进行焊预热，预热温度比原始预热温度高30℃左右，预热范围是坡口两侧25 mm内，用测温枪进行测量。预热的同时焊工检查焊条是否经过烘干并用保温桶承装，保温桶是否能保温在75℃左右，焊机功能是否齐全，是否需要进行挡风措施，用试板测试焊接参数是否合适，当一切检查无误后2个焊工找好自己的位置等待。二次焊接如图3所示。

预热合格后2个焊工从6点位置分别向左右2个方向进行打底焊接，打磨接头直到打底焊接结束。起弧和收弧都在坡口内，严禁在坡口外的地方起弧、收弧和电弧察伤。打底结束后将表面打磨干净进行填充焊接，填充结束后进行盖面焊接，盖面结束打磨整个焊道的外观。焊道完全冷却到自然温度后进行UT检验，UT检验合格后进行进行除锈打磨、防腐、保温处理。

图3 二次焊接

一切工序完成后经相关的检验人员检查合格后，拆掉临时平台，切割掉固定管线的所有工装，打磨平切割点并涂装与船体一致颜色的油漆[4]。2个舷臂吊脱钩，移动船体管线下水。管线下水稳定后潜水员下水检查管线在海床上是否扭曲变形、焊口处是否撕裂、保温层是否完好。当一切检查完成并合格后，2段管线的连接结束，可以进行后续整条管线的清管、施压作业。

2 焊接工艺注意事项

所有的焊接作业都要遵循海管的焊接工艺来执行，焊接人员需要持有5G证书，并且需要是经验丰富的熟练焊工，且经过项目的认证。所用的打底焊材和填充焊材都必须是焊接工艺要求的焊材，并经过高温烘焙2 h后进行150℃保温，承装焊条的焊条桶也必须能持续保温在75℃左右。所使用的工机具和设备也都是校验合格并在有效期内且功能完好。由于海上湿度较大，每一次焊接之前都必须严格按照工艺来进行预热，焊接中断的时间也不能太久，焊接中断再次焊接也必须进行预热，严格控制热输入。此外还需要船方的密切配合，才能顺利完成此项工作。

焊接工艺应当遵守经过焊接工艺评定合格后，采用焊接工艺和返修工艺结合来进行完成此项作业。海管材质为X65，打底焊材选用LB-52U，也就是E6010，填充盖面选用的是E7018。

2.1 焊接前的准备工作

做好焊接工艺的准备工作可以很好地保障石油天然气的管道安全及质量。焊接的技术人员不仅要详细了解管道工程的施工状况，还要依据这些数据制定科学的焊接方案及指导书。在焊接时需要选择合适的焊接技术，除了这些之外还要谨慎分析焊接过程中可能会出现的一些其他问题，从而进行对应的预警措施及解决方法。与此同时，还要严格检查焊接方式、焊接材料及焊丝，检查它们的质量是否符合规定和标准。此外，还要评定焊接工艺的科学性，依据评定出来的结果制定焊接的工艺卡。

2.2 焊接施工阶段

焊接施工开始时要严格遵守已定的焊接工艺，需要选择经过考试并取得合格证的焊工进行焊接工作，保证焊接工作的质量，严格根据规定做好每一步工作，只有这样才能让焊接工作正常进行，让管道铺设工作更加顺利[5]。

3 结束语

二次焊接在实际应用中相对较为简便，可以进行电焊参数的比较和分析，并从中找出二次焊接的相关要素，另外焊接也有一定的参数要求，不同的材料和焊接工艺对于焊接电流、温度的需求不同，只有进行全面的分析，才能提高二次焊接的成功率。二次焊接极大缩短了项目的工期，减少了项目的总投入，经受了项目的验证，保证了项目的质量。