第21卷第2期
2009年4月
中国海上油气
CHINAOFFSHORE011。ANDGAS
Vol-21No．2
Apr．2009
海洋石油平台制管焊接新工艺的开发与评价
孙有辉 曹 军 李 凡 靳伟亮 温志刚 韦 生
(海洋石油工程股份有限公司)
摘 要 针对海洋石油平台建造中传统制管焊接工艺存在的工序多、焊材用量大、噪声大、效率低
等问题，设计开发出了大钝边无间隙埋弧焊焊接新工艺。该工艺采用埋弧焊方法，将焊接坡口改为
大钝边无间隙X形坡口，取消了传统制管焊接工艺中的STT封底焊工序和碳弧气刨作业，从而减
少了焊接工序，节约了焊材用量，显著地提高了焊接效率。试验评价结果表明，应用新工艺，焊缝尺
寸满足工程要求，焊缝机械性能均符合相关标准要求。
关键词 海洋石油平台 制管 焊接工艺 埋弧焊 大钝边 无间隙
海洋石油平台的上部组块和导管架都是大型的
钢结构，其建造周期较长，工作量巨大。作为整个结
构建造的第一步，钢管卷制和接长工作约占导管架
建造工作量的40％，约占组块建造工作量的15％，
因此制管工作的生产效率直接影响着整个工程的建
造进度，而焊接作业的质量和效率在整个工程的建
造中起着至关重要的作用。
随着海洋石油工业的迅速发展，传统的海洋结
构钢管焊接方法因采用STT(气保护半自动根焊)
焊接+埋弧焊工艺已不能满足制管焊接作业的需
要。为此，设计开发出了～种大钝边无间隙埋弧焊
焊接新工艺，这种焊接工艺改进了坡口形式，采用机
械的埋弧焊方法，焊接工序简单，速度快，质量良好，
在海洋结构焊接工艺中属于首创。
1传统制管焊接工艺存在的问题
传统的制管焊接工艺用STT进行封底焊，用埋
弧焊进行填充、盖面，焊接接头形式为X形坡口(图
1)，组对间隙为3～5mm，钝边宽为1～2mm，焊接
时在钢板正反两面施焊。这种焊接工艺在海洋结构
制管中已使用多年，但随着工程建造任务的增加，该
焊接工艺在使用中也显露出一些弊端，主要表现为：
焊接工序多；焊材用量大；焊接过程中需要进行碳弧
气刨。噪声大，工作环境恶劣；焊接中断多，对焊接质
量有着很大的影响。
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图1传统焊接工艺焊接坡口形式
2制管焊接新工艺的开发与评价
2．1焊接新工艺的开发
针对传统制管焊接工艺存在的问题，我们设计
开发出了一种大钝边无间隙埋弧焊焊接工艺：采用
单丝埋弧焊，取消STT封底焊工序，这样可以大大
减少焊接工序，提高焊接效率；同时改进焊接坡口形
式⋯，将坡口组对间隙减少到0mm，将坡口钝边增
大到4--一8mm，这样可以取消碳弧气刨作业，节约
焊材。新焊接工艺焊接坡口形式如图2所示。
2．2焊接新工艺的试验评价
(1)试验母材 采用APISpec2HGr．50钢
板材，厚度为38mm。
(2)试验焊材 采用国产锦州锦泰JW-1埋
弧焊焊丝，化学成分如表1所示，基本力学性能如表
2所示。 ·
第一作者简介：孙有辉。男，2007年毕业于天津大学材料加工工程专业，获硕士学位，现主要从事焊接技术工作。地址：天津市塘沽区渤海
石油路688号595信箱(邮编：300452)。
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第21卷第2期 孙有辉等：海洋石油平台制管焊接新工艺的开发与评价 143
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图2大钝边无间隙埋弧焊焊接坡口形式
表1 J、Ⅳ-l埋弧焊焊丝化学成分 ％
化学成分 实测值
C
Si
Mn
P
S
O．180
0．050
1．790
0．020
0．023
表2 J、Ⅳ-l埋弧焊焊丝力学性能 MPa
(3)试验工艺参数 为了保证焊接质量，焊
接时要严格控制线能量【2]。钢材正面根部焊道焊接
时，电流的大小应选择适当，既要防止电流过大焊穿
根部焊道，又要保证至少熔化50％以上的钝边；背
面根部焊道焊接时，应选择较大的焊接电流，以保证
获得足够的熔深[3]，从而排除未焊透和存在气孔等
缺陷；而填充焊道焊接时，应采用中等电流多层(道)
次焊接。此外，在焊接参数选择上还应注意焊接电
流、电压和焊接速度相匹配L4]。试验用焊接工艺参
数见表3。
表3试验用焊接工艺参数
(4)试验结果 用大钝边无间隙埋弧焊焊接
新工艺进行焊接后，焊接试验件的焊缝表面成型良
好且光亮均匀，无表面气孔、咬边等缺陷，焊缝尺寸
能满足工艺要求。对试验件进行NDT检测显示，
UT、RT、MT检测均无夹渣、裂纹等缺陷，结果合格
(图3)。焊缝机械性能试验显示，拉伸、弯曲、硬度、
冲击、宏观等试验结果均符合相关标准㈨要求。
图3 采用焊接新工艺焊缝横截面照片
2．3焊接新工艺的优势
所开发的焊接新工艺具有以下优势：
(1)焊接参数选择合理，焊接时又严格控制了
线能量大小，因此能够得到机械性能良好的焊接接
头；同时新工艺全部采用埋弧焊工艺，完全由机器操
作，不仅可以大大提高焊接速度，而且焊接质量也能
得到保证。
(2)取消了碳弧气刨作业，可以明显减少气刨
噪声，降低烟尘污染，显著改善车间施工环境。
(3)与传统制管焊接工艺相比减少了STT焊
接设备的投入和相应的人力投入，同时节约了STT
封底焊所用焊材和坡口焊材填充量，可节约大量的
焊材。
(4)采用了较大的焊接参数，可提高焊丝的熔
覆率，增大单层焊的厚度，减少整个焊缝焊接时间。
与传统工艺比较，新工艺减少了近一半的焊接工序，
减少了碳弧气刨时间和焊接中断时间，可以显著提
高焊接生产效率。
3结束语
大钝边无间隙埋弧焊焊接新工艺由于具有特有
的优势，一经开发使用就受到了现场的普遍好评。
经初步使用，这种焊接新工艺明显提高了制管合格
率，减少了焊材使用量，显著地降低了成本，提高了
生产效率。我们相信，随着进一步的推广和应用，这
种制管焊接新工艺必将成为海洋石油平台制管工作
的主要焊接工艺。
万方数据
144 中国海上油气 2009年
DJ
[2]
[3]
[4]
[53
参 考文 献
隋永莉，黄福祥．厚壁大口径X70钢管的焊接坡口形式设计
口]．焊接技术。2002，31(4)：49—50．
孙占．新型EH40船板钢大热输入量埋弧焊焊接接头组织性能
研究[J]．热加工工艺，2007，36(1)：15—17，19．
刘市君．厚壁管窄问隙全位置焊接侧壁熔透技术研究口]．电焊
机。2001。31(7)：6-9．
黎剑峰．钢管直缝埋弧焊焊接规范对焊缝形状的影响[J]．钢
管，2002，31(4)：33—36．
AmericanWeldingSociety．AWSD1．1／D1．1MStructuralwelding
code-steel[s]．Miami：AWS，2004．
收稿日期：2008—07—18改回日期：2008—10-15
(编辑：张金棣)
Developmentandevaluationonanewweldingprocess
formanufacturingpipeforoffshorejacketplatform
SunYouhuiCaoJunLiFan
WeiliangWenZhigangWeiSheng
(OffshoreOilEngineeringCo．，Ltd．，CNOOC，
Tianjin，300452)
Abstract：Aimingtoovercomethedrawbacksof
manyoperationsteps，largeconsumptionofweld—
ingmaterial，bignoiseandlowefficiencyexisting
intheconventionalweldingprocessofmanufactur—
ingpipesforoffshorejacketplatform，anewweld—
ingprocessisdevelopedbyemployingthesub—
mergedarcweldingmethod，inwhichprocessthe
weldinggroovethusformedisX-shapedwitha
largerootfaceandnorootopening，andSTTroot
welding(sealingrun)andcarbonarcairgouging
proceduresareeliminated，thusreducingtheweld—
ingprocedures，mi’ni。mi。zi。ngtheconsumptionof
weldingmaterialandimprovingtheweldingeffi—
ciencygreatly．Theexperimentalevaluationresult
showsthattheweldedseamobtainedbythenew
weldingprocessmeetstheengineeringrequire—
mentsandthemechanicalpropertiesofthewelded
seamallfullycomplywiththerelevantstandards．
Keywords：offshoreplatform；manufacturingpipe；
weldingprocess；submergedarcwelding；large
rootface；norootopening
(上接第141页)
Anewmethodtosimulatefreakwave
withfewetcosinewaves
JiangYichenLiMuYangShugeng
(CollegeofCivilEngineering，TianjinUniversity，
Tianjin，300072)
Abstract：Themethodisproposedtosimulatefreak
wavesnumericallybyusinglittlecosinewaves
basedonLonguet—Higginsmodel．Embodiedbya
linearsuperpositionof20cosinewaves，themeth—
odcanefficientlysimulatefreakwavethatiSsimi—
lartotheactuallymeasuredwavepatternandsatis—
tiesthequalificationsoftheadopteddefinitionby
adjustingtheinitialphaseofcosinewaveand
addingcorrectedwave．CombiningwithANSYS
software，themethodcanmakefastcalculationfor
thewaveforceonthestructureappliedbyfreak
wave．
Keywords：freakwave；simulationmethod；
Longuet—Higginsmodel：correctedwave
万方数据
