海洋平台桩腿齿条精密氧气切割工艺试验研究

桩腿齿条是自升式钻井平台升降系统的核心零部件,其加工成形质量直接影响到自升式钻井平台的制造。桩腿齿条的加工,在国际上均采用数控火焰切割机完成,一次成形达到设计要求,且切割断面质量较高,产品直接投入使用,不再进行机械加工,可提高生产效率。目前国内对自升式钻井平台桩腿齿条的需求主要依赖进口,供货周期长、价格昂贵,限制了海洋平台的制造。文中针对CJ46,JU2000两种主流型号桩腿齿条,通过对齿条钢板材料、设计参数及制造标准,结合工艺要求对齿条成形所需的切割工装设备条件以及工艺参数进行探讨,并结合1:1试验件的切割工艺试验研究,形成桩腿齿条的精密氧气切割工艺,为桩腿齿条的自主生产奠定基础。     

大厚度钢锭氧-丙烷火焰切割热影响区组织及性能

火焰切割所产生的被切割金属材料的组织变化直接影响到精密金属切削机床的加工余量,因此对切割断面区域的金相组织研究是优化切割工艺参数和提高断面质量的前提和基础.通过对厚度为900 mm的34CrNiMo6钢以及厚度为450mm的45钢铸锭进行氧-丙烷火焰切割试验,并对切割断面热影响区宏观及微观组织进行观察,分析了热影响区组织变化对工件性能的影响,确定了切割热影响区的范围以及精密金属切削的机械加工余量,为进一步优化曲柄切割工艺参数及切割后加工起指导作用.     

桩腿热影响区冲击韧性不合格的原因分析

本文对深海钻井平台桩腿焊接件化学成分、硬度、金相组织及断口微观形貌的分析,找出了热影响区冲击韧性不合格的原因是母材的Ni含量远低于标准值。     

自升式海洋钻井平台中连接桩腿与齿条的座板焊接

中油海5#和中油海6#是中国石油海洋公司具有自主知识产权的、由青岛北海船舶重工建造的浅海钻井平台.单腿承重2930t左右,在高强度栽荷的作用下,设计桩腿为圆柱形结构,桩腿长度75.0m,桩腿直径为3 200mm,桩腿壁厚为45,36mm.齿条材质为A514Gr.Q,厚度δ=165mm.齿条与桩腿之间通过齿条座板过渡焊接,这就时座板与齿条和桩腿的焊接要求非常高,焊缝强度必须满足规范要求,并对焊接工艺和制作精度制定出技术规格书,保证桩腿的质量.     

CP-300自升式钻井平台桩腿齿条板焊接工艺的研究

桩腿齿条是CP-300自升式钻井平台核心零部件,主要起着支撑与稳定的作用,其制造精度及材料性能要求较高,焊接难度大。自升式钻井平台桩腿建造过程中,齿条板接长工艺是最为关键的工艺,齿条板是高强度超厚板,其焊接变形精度要求非常高。本文对厚大焊件匀速移动热源温度场分布进行分析,对齿条板接长精度管理技术进行研究,制定了厚板焊接的工艺规程,同时,将理论数据与现场数据进行对比分析,实现了齿条板焊接收缩,直线度,水平度等精度控制,为渤海装备辽河重工有限公司新产品加工工艺开发提供技术支撑。     

钻井平台用桩腿的焊接工艺

1项目简介 钻井平台用桩腿焊接是齐齐哈尔北方机器有限责任公司承揽的一个涉外项目,产品主要应用于海上钻井平台的升降机构.桩腿长8 m,重约13 t,由齿条板与两侧半圆板焊接而成,其中齿条板厚度为177.8mm,半圆板厚度为82.5 mm见图1.桩腿的焊缝布置主要包括半圆板与齿条板之间的4条单面V形坡口焊缝及半圆板之间的两条环形双面V形坡口焊缝.     

特厚板GMAW和SAW的焊接热影响区宽度

采用宏观金相试验和显微硬度测试的方法,测量了ZG300-500H/Q345R异种钢二氧化碳气体保护焊(GMAW)和Q345R钢埋弧焊(SAW)的热影响区宽度。宏观金相观察结果表明：GMAW焊接接头的ZG300-500H和Q345R两侧热影响区平均宽度分别为2.01 mm、1.71 mm; SAW焊接接头的热影响区平均宽度为4.63 mm。硬度试验结果表明：GMAW焊接接头的ZG300-500H和Q345R两侧热影响区平均宽度分别为2.33 mm、2.17 mm; SAW焊接接头热影响区宽度为4.71 mm。     

690 MPa级齿条钢板高周疲劳行为研究

由于加工过程中热输入历史的影响,在切割及焊接过程中会形成热影响区。热影响区和基体组织性能的差异导致海洋平台用特厚齿条钢板在长期服役过程中的疲劳寿命和疲劳极限不同。为探究热输入历史对材料基础疲劳性能的影响,研究了690 MPa海洋平台用齿条钢板火焰切割和焊接热影响区的高周疲劳行为,并与基体疲劳性能进行了对比。结果表明,切割热影响区和基体的疲劳强度分别为520 MPa和560 MPa,焊接热影响区和基体的疲劳强度分别为640 MPa和660 MPa。切割区基体和焊接区基体的平均有效晶粒尺寸分别为6.9 μm和5.6 μm,晶粒细化提高疲劳强度。由于热输入的影响导致组织不均匀,热影响区晶粒粗化,晶粒尺寸增加,在疲劳载荷作用下,晶界处应力集中增大,易在晶界处萌生裂纹源,使得试样在相同应力水平下,疲劳寿命和疲劳极限降低。     

X70/316L双金属复合管全自动TIP TIG焊接接头热影响区宽度

通过试验和有限元模拟的方法,对全自动Tip Tig焊接工艺对X70/316L双金属复合海管焊接接头热影响区(HAZ)宽度的影响进行研究。试验方法包括宏观金相试验、硬度试验、冲击试验和透射电镜(TEM)试验,试验结果依次为:全自动TT焊的热影响区宽度超出原焊缝熔合线1.71 mm;焊接对母材硬度的影响仍在原焊接接头的热影响区范围之内;焊缝中心线和熔合线位置冲击值较低,其他位置冲击值很接近,无明显区别;在热影响区(1.58 mm)晶粒内部有大量应变存在,衍射斑点证明所选区域为单晶组织,取向一致,而在焊缝中心及母材位置几乎没有形变。有限元模拟的结果表明:以焊缝中心为0点,最大塑性区宽度为-21.7 mm(左)和23.4 mm(右)。     

Q345E低合金钢热切割热影响区的组织和性能研究

通过不同板厚热切割热影响区宽度、组织、硬度及切割面的形貌分析,对Q345E低合金钢热切割热影响区的组织和性能进行研究.结果表明:Q345E低合金钢热影响区宽度上表面比下表面宽;等离子切割热影响区明显减少,切割面除了氧化皮开裂外,基体均没有切割开裂;母材组织为带状分布的铁素体和珠光体,火焰切割过热区组织为先共析无定形铁素体间夹杂有少量珠光体;等离子切割边缘过热区组织为明显的板条马氏体,正火区为铁素体和珠光体.     

A517Q齿条钢的焊接性

通过斜Y坡口焊接裂纹试验、焊接热影响区最高硬度试验和焊接接头力学性能试验,系统地研究了A517Q齿条钢的焊接性. 结果表明,在拘束焊接时,A517Q齿条钢的焊接冷裂纹敏感性随钢板厚度由30 mm增大至60 mm而增大;提高预热温度有助于降低该钢的焊接冷裂倾向和热影响区的淬硬程度. 177.8 mm厚A517Q齿条钢板的焊接接头具有高强度和高韧性,能够满足使用性能要求;焊接热影响区的显微组织以低碳板条马氏体和板条贝氏体为主,该区硬度明显高出焊缝区和母材区,淬硬倾向较大,存在一定的冷裂风险.     

X80钢级海洋自升式钻井平台桩腿支撑管的研制

从化学成分设计、高纯均质化冶炼-连铸工艺、轧管工艺、热处理等方面,介绍了X80钢级海洋自升式钻井平台桩腿支撑管的生产情况;分析统计了该桩腿支撑管的力学性能,并与国外产品进行对比;依据相关焊接规范进行焊接工艺评定试验。结果表明:生产的X80钢级桩腿支撑管的各项性能指标达到或者超过国外同类产品,低温韧性远高于国外产品,且可焊性高。     

钛合金的激光切割

介绍了用1.5kWCO_2激光器切割厚度为1.6～4mm的TC_4钛合金板材,影响切割速度及切割质量的主要工艺因素。采用了氩气及压缩空气两种辅助气体。观察了切缝的形貌及测量了切缝宽度;并对热影响区(HAZ)进行了金相及显微硬度的分析。两种不同的辅助气体切割钛合金对切缝质量无明显的影响,而用压缩空气的切割速度比用氩气切割速度高。     

低合金高强耐磨钢焊接接头软化现象研究

采用显微硬度、拉伸试验及金相显微组织等测试方法,对JFE-EH400/ZG30SiMn与NM400/ZG30SiMn两种组合的异种钢焊接接头各区域的组织性能进行分析。结果表明,焊接接头均存在软化现象,软化现象是由于焊接热影响区发生相变重结晶,导致板条状马氏体组织转变为铁素体与碳化物颗粒,硬度明显下降。软化区附近高强钢耐磨性下降以及焊接接头整体强度下降,强度级别高的接头软化现象更为严重。降低焊接热输入能够缩短软化区宽度。     

钛合金的激光切割

研究了不同辅助气体和工艺参数对激光切割钛合金板的影响，分析了激光切割切缝的断面特征和热影响区特点。试验结果表明，用氩气作辅助气体，切割质量最好；激光功率和切割速度对切缝宽度和热影响区宽度有一定影响；切缝断面可分为形貌不同的两个区，两区之间有明显界线；切缝上表面和下表面热影响区宽度不同，特点为上窄下宽。     

高强度钢差厚板激光拼焊焊缝成形及组织分析

选取2.0 mm,1.5 mm厚的HSA340板材和0.7 mm厚的H340LAD Z板材,按强度相近厚度不同原则两两搭配进行激光拼焊.焊后选取具有代表性的焊缝横截面进行金相组织检验,并对焊缝接头各区域进行硬度测量,分析了激光焊缝接头各区域金相组织及其硬度的变化.结果表明,差厚板激光拼焊过程中,母材散热情况不同,会造成焊缝金相组织在各自靠近母材的局部区域有很大差异;激光拼焊板的热影响区宽度窄,与母材及焊缝间有明显的界线,生成的组织细密;焊缝及热影响区的硬度值均大于母材;合理调整激光光束的入射位置和入射角度,可以显著改善焊缝成形,提高拼焊板的接头质量.     

6061铝合金冷弧焊工艺研究

为了研究6061铝合金板的精密焊接工艺,进行热输入量小的冷弧焊工艺研究。通过金相分析、力学性能试验和SEM、EDS研究了铝合金冷弧焊焊接接头的金相组织、力学性能和断口形貌特征。结果表明:在脉冲电流40 A、钨极长度在2 mm~3 mm、焊接倾角75°左右、氩气流量8 L/min时,得到最佳成形接头;接头熔合区组织主要为等轴晶和树枝状晶,热影响区为粗大的柱状晶且有长大趋势,母材区呈纤维状沿着轧制方向晶粒被拉长;熔合区和热影响区的硬度均低于母材的,熔合区硬度最低,有裂纹和气孔的部位硬度显著降低;焊接接头的拉伸强度低于母材的;焊接接头的拉伸断口断面上分布少量的韧窝且尺寸较小,有些呈河流状,分析可知断裂类型为韧脆混合型断裂。     

激光切割热影响区的分析

为确定不同厚度钢产品的激光切割热影响区的具体数值,在大量试验的基础上,采用硬度检测和金相组织分析方法,研究总结出了热影响区的变化规律,结果表明,对于同一种材料来说,被切割材料厚度对热影响区有显著影响,随着厚度的增大,热影响区随之增加。结合本试验结果,提出了GB/T 2975的修订建议,将激光切割方法作为资料性附录首次写入标准,按照标准中推荐保留的加工余量,可去除激光切割产生的热影响区。     

自升式钻井平台桩腿半圆板的热处理工艺

采用自主设计的压制设备对A517Gr.Q钢板进行半圆成型压制,制备了500英尺自升式钻井平台桩腿半圆板部件,并用自主研发的定量精准热处理技术对其进行热处理。结果表明:自制半圆板部件具有细小的强韧化组织结构,力学性能得到明显提高,尤其是低温冲击韧性大大提高,比美国船级社(ABS)的技术要求高出1～2倍,延长了桩腿的服役寿命。     

海洋平台用钢A710焊接接头的耐蚀性研究

通过金相显微镜、扫描电镜、电化学试验和浸泡失重等手段研究了海洋平台用钢A710焊接接头各区域的组织及耐蚀性。试验结果表明:焊接接头的母材、热影响区和焊缝的组织不一致,导致各区域的耐蚀性差别,各区域的腐蚀速率大小为焊缝热影响区母材。焊缝区组织存在板条马氏体,其耐蚀性最差。焊接接头各区域的腐蚀速率均在0.2~0.5 mm/a之间,焊接接头耐蚀性符合海洋环境要求。