海洋钻井平台用EQ51钢焊接工艺研究

摘要：本文通过分析EQ51钢板的化学成分、冷裂纹敏感性及力学性能，针对自升式海洋钻井平台提升装置和悬臂 梁的特点，采用CO2气体保护焊对不同的坡口型式进行了试验研究和焊接工艺评定，确定了生产中EQ51钢板的焊接工艺，为今后相关工艺研究及生产应用提供参考依据。 1.引言

石油天然气是国家立足于当今世界的重要战略性资源，随着我国石油天然气产业的发展，陆地 油气资源已不能满足经济增长的需要，海洋的油气开采发展迅速。国务院十二五规划中海洋经济发 展目标为年均增长 8%，到 2015 年占 GDP 比重达到 10%。在 2013 年海洋发展报告中提出，海洋经 济比重到 2020 年要达到 GDP 的 12%，到 2030 年达到 20 万亿，占 GDP 比重 15%。海洋平台是海洋 石油天然气资源开发的基础性设施，是海上作业活动的基地，为开发和利用海上资源提供了海上作 业与生活的场所，海洋平台的建造水平在一定程度上标志着海上石油的开发水平。海洋平台是目前 人类开发海洋资源的重要大型焊接构件，在风浪，海潮，暴风严寒的恶劣工作环境下服役，对于材 料的选择就有着很高的要求，普通的 360MPa 和 400MPa 级海洋平台用钢已经不能满足需要，开发 新型的耐海洋大气腐蚀的海洋平台用钢非常必要。在某型自升式钻井平台的提升装置和悬臂梁部位 采用了屈服强度 500MPa 级的 EQ51 钢，该钢材由于强度等级较高、合金元素含量亦相应较高，给焊 接带来了一定的困难，如何在生产中更好的保证焊接质量，对其焊接工艺进行研究显得尤为重要。 2.试验材料和方案

试验母材采用国内某公司生产的30mm板厚的EQ51钢板，表1、表2是试验用母材的力学性能和化学成分。

试验用焊接材料选用进口的 Dual Shield II 91-K2 药芯焊丝，表 3、表 4 为试验用焊材的力学性能及化学成分

根据生产中接头型式的不同，试验中采用 V 型及 K 型坡口进行 CO2 气体保护焊药芯焊丝焊接。 3. 冷裂纹敏感性分析与预热温度的选择

钢的淬硬性是衡量钢的抗裂性的主要指标之一，碳当量（CE）与冷裂纹敏感指数（Pcm）在钢的焊接性评定中具有重要作用，可以作为衡量钢焊接裂纹倾向的依据。对于 EQ51 钢的冷裂纹敏感性可以采用 Pcm 值进行评价，所以本文采用 Pcm 值来评价 EQ51 钢的冷裂纹敏感性，即

将表 2 带入公式(1)经过计算得到的 Pcm 值为 0.214%。

根据 AWS D1.1 中关于预热温度确定的方法，在考虑冷裂纹敏感指数、扩散氢及拘束应力的情况下， 同时结合生产现场的实际情况，得出预热温度为 80℃。 4. EQ51 钢的焊接工艺

试验采用 30mmEQ51 钢板进行焊接试验，根据生产中接头型式的不同，试验坡口型式为 V 型和 K 型两种。考虑到不同线能量对焊接接头性能的影响，两种坡口型式的焊接都分别取横焊（2G）、立 焊（3G）两种焊接位置。

5.试验结果

5.1 接头力学性能见表6、7、8