1.概述
海洋石油981深水半潛式鉆井平臺于2008年4月在上海外高橋造船有限公司開工建造，是中國首座自主設計、建造的第六代3000m深水半潛式鉆井平臺。海洋石油981整合了全球一流的設計理念和一流設備，是世界上首次按照南海惡劣海況設計的平臺，能抵御200年一遇的臺風，選用DP3動力定位系統。該平臺型長114m，寬90m，高132m，最大作業水深3000m，鉆井深度可達12000m。入級ccs（中國船級社）、ABS（美國船級社）雙船級。該平臺的建成，標志著中國在海洋工程裝備領域已經具備了自動研發能力和國際競爭能力。
半潛式鉆井平臺系統龐大，設計、建造、營運的難度都非常高，“海洋石油981”號在設計階段就目標定為全球最先進的平臺，是目前全球浮式鉆井平臺中最復雜的一種。該平臺大量應用不同種類的高強鋼，技鋼量約為21000t，再加上國內無建造經驗可尋，因此該平臺的焊接工作面臨很大的挑戰，如何順利完成大量高強鋼的焊接工作是亟待解決的問題。本文介紹平臺建造過程中應用到的重點焊接工藝及設備，剖析了焊接工作在海洋工程建造中的重要地位。
2.重點焊接工藝及技術
(1)大厚度高強鋼板焊接工藝
平臺全部為360級以上的高強鋼，其中EQ56銅板的使用量為350t,EQ70銅板為50t。有關EQ56及EQ70高強度鋼的研究和應用報道較多，該類低碳惆質鋼具有高的屈服強度，滿意的塑韌性，焊接性良好，裂紋敏感性相對較低，是一種較典型的成熟材料。但由于材料強度高，焊接熱影響區，特別是粗晶區仍有產生冷裂紋和韌性下降的傾向。
EQ56及EQ70主要應用于平臺的立柱與上船體連接的關鍵強力構件區域，雖然常用的SMAW、GMAW、FCAW等方位均適用于EQ70級高強度鋼的焊接，但是從裂紋敏感性及平臺使用安全性考慮，并參照國內外海洋工程建造經驗，選用了林肯電器生產的Conarc80焊條進行焊條電弧焊焊接。和一般強度和低合金高強鋼相比，EQ56及EQ70高強度鋼對于預熱溫度、層間溫度的控制、焊接熱輸入量及焊后殘余應力的控制等較為敏感，要求嚴格。EQ70級高強度調質銅加工和焊接時有諸多限制，如不能免除工藝評定：不推薦焊后火焰矯正；熱輸入嚴格控制；預熱和層間溫度有上限要求，更嚴格的焊條焙烘和焊條允許暴露時間；定位焊有嚴格要求；延遲72h以上檢測等。
根據鋼材的焊接性，分別針對EQ56及EQ70向ABS及ccs申請，實施了若干項焊接工藝評定，來驗證；焊材適配性及焊接工藝的適用性。經雙船級社認證及現場實踐證明，相關工藝參數合理有效，具有較好的操作性及可實施性。EQ56及EQ70推薦焊接參數如表1、表2所示。
海洋石油981平臺上應用的EQ56厚度規格為32mm,EQ70的厚度規格為38mm、70mm，隨著板厚的增加及結構的復雜性，現場焊接的工作難度增加，應提前做好措施來應對。
主要體現在以下幾個方面：
第一、由于船廠目前主力推CO2氣體保護焊接，普遍缺少高技能的三類焊條電弧焊焊工,往往通過短期培訓采取得船級社三類悍工資格，因此焊接人員水平層次不齊，實際焊接純驗不足往往會導致焊接過程中產生缺陷。另外，Conarc80焊條與507焊條相比，在操作性能上表現出熔地鐵被流動性差、焊縫邊緣易產生夾渣等缺陷，所以應提前準備對相關人員進行EQ系列銅板焊接培訓，特別需聘請高技能焊工示范并講解操作技能和注惹事項，有必要讓培訓人員模擬現場環境，比如高溫、狹小空間等，人員半躺著進行焊接。
第二，現場作業屬于室外交叉立體作業，存在焊縫所在位置空間狹小，操作人員不方便等問題。特別是EQ板施焊前焊縫需預熱到80℃，連續在高溫環境下作業對焊工的體力是很大的考驗。因此要做好相關的生產準備及后勤保障工作。
第三，冬季寒冷的自然環境對焊接質量有很大影響。較強的風速會影響焊條的保護作用，造成電弧吹偏、飛濺，產生氣孔、夾渣等缺陷。另外低溫狀態會加快焊縫的冷卻速度，淬硬傾向加大，應在施工前用電陶瓷加熱片對銅板進行預熱，層間溫度保持在80～210℃之間。焊接完畢后用石棉保溫并進行后熱處理，使擴散氫有足夠的時間逸出，起到很好的消氫作用，減少冷裂紋的產生幾率。
(2）局部復雜結構的高強鋼焊接工藝
此平臺船體結構較為復雜，局部存在著6GR位置的焊接工作，復雜結構容易形成應力集中、變形過大等問題。應重點研究立柱與上都船體外底板、橫撐和立柱、克令吊基座、導向輪基座、推進器基座及鋪機基座等關節接頭的焊接技術，包括鋼板的加工方法、坡口形式和計、焊接順序等技術。
(3）局部復雜結構焊接殘余應力控制
殘余應力是當物體沒有外部因素作用時，在物體內部保持平衡而存在的應力。復雜結構在焊接熱應力場的作用下構件內部往往會產生應力，當過大的殘余拉應力沒有消除時，有產生延遲裂紋的傾向。因此如何降低殘余應力對焊縫質量的影響也是關鍵之處。
可通過數值計算和試驗驗證的方式，對重要局部結構焊接殘余應力控制進行了初步研究。從焊接熱輸入、焊腳重熔、焊縫打磨、焊前預熱且焊后熱處理有效手段降低殘余應力。研究證明，對焊接接頭進行打磨可降低應力集中，使焊縫與焊接部位連接光順，改善焊接殘余應力的分布，在實際建造過程中易干操作。焊前預熱和焊后熱處理對焊接殘余應力的減少起到很好作用，雖然因加熱裝置復雜而不容易實現，但由于在EQ56/EQ70鋼板焊接時從本身焊接性來講需要進行，因此在實際建造過程中對保證焊接質量和減少殘余同力起到關鍵的作用。
(4）高壓泥漿管線4130鋼焊接技術
ASTM4130高壓泥漿管工作壓力很大，在管線中強度級別較高，化學成分較復雜，管壁較厚。因此對4130管焊接性、焊接接頭及熱影響區的力學性能、焊接接頭的韌性及焊接參數的研究也是關鍵之處。最終要確定4130管的現場施工工藝。
3.重點焊接設備及方法
深水半潛式鉆井平臺是通過分段建造陸進行建造的。第一階段是部件裝配建造；第二階段是分段建造；第三階段是船塢搭載總裝。提高生產效率在制造業中是永恒的話題，在船舶及海洋工程制造過程中尤為重要，甚至把生產周期的長短作為考量企業總體水平的重要指標。同時，焊接工時一般占船體建造工時的30%~40%，為此如何提高焊接的生產效率是各船舶企業的重頭戲，因此各類自動化焊接、高效大熱輸入焊接方法也都孕育而生。
（1）部件裝配及分段建造階段
部件裝配建造又稱小組立或小合攏，分段裝配建造又稱中組主或中合攏。首先所有的部件需要進行拼板，此階段通常采用埋弧焊作業、雙絲埋弧焊作業和FCB法（焊劑銅襯墊單面埋弧焊）進行大面積流水線焊接。
拼板之后各種船體零件組合成船體部件，如T形構件（T排）、工字形構件、底板縱骨框架拼接及肋骨框架等，分別采用HS-MAG多電極CO2自動焊、CO2自動角焊機、CO2自動立角焊機等。
平直流水線的建立和應用是造船運用成組技術原理，將單一生產轉向同類批量流水線生產方式的標忐，是實現柔性制造技術的機械化和自動化作業的重要途徑之一?，F代造船中為提高分段制造速度，將平面分段中的平直列板、縱橫構件大拼板通過流水線生產方式進行制造，并運用FCB能焊接工藝實現大面積拼板，加快了平直分段的制造進度，同時還確保了平直拼板的焊接質量。FCB法的原理是在銅版上敷設一層厚度均勻的襯墊焊劑（熱固化焊劑)，用壓縮空氣通入軟管，把敷好焊劑的銅墊板升起，并以一定的壓力緊貼銅板背面接縫處，正面進行多絲埋弧焊焊接，通過電弧熔化鋼板坡口根部，借助焊劑和銅襯墊的作用獲得單面焊雙面成形的焊縫。由于焊劑和鋼板接縫反面直接接觸使焊縫反而成形良好，焊劑下的銅襯墊既不與熔融金屬接觸，又有良好的導熱性，它可以有效控制焊縫反面的余高，并且允許使用較大的焊接電流進行焊接，因此FCB法已成為各船廠在平直拼板焊接中的主要焊接工藝之一。
(2）總組及搭載階段
總組搭載階段時，各結構分段和部件分段都在船塢平臺及船塢中進行搭載總組，如底部分段、舷側分段、甲極分段等。舷側立對接采用EGW垂直氣焊進行焊接作業；部分舷側立對接焊采用CS-100C硬軌道式全位置焊挫小車進行焊接作業；甲板對接焊縫采用CO2氣體保護焊打底，埋弧焊填充蓋面進行焊接。
4.結語
海洋石油981深水半潛式鉆井平臺從建造初期到交船都是一個探索、進步的過程。面對紛繁復雜的焊接技術難點和緊迫的建造周期，全體焊接技術人員攻克了一個個難關，在實際生產建造中積累了豐富的經驗及技術儲備，為未來海洋工程事業的發展奠定了堅實的基礎。
