蓝疆号起铺管船拖挂结构设计

蓝疆号起铺管船拖挂结构设计

兰亭号的大型制造船是无限长途航线上的一艘大型工程船只。主甲板上船艉部装有起吊能力为37240kN的全回转起重机,右舷设有先进的海管铺设系统,可在水深6～150m范围内铺设直径为114.3～914.4mm的海底管道,在水深6～100m范围内,铺设管道最大直径达1219.2mm。拖挂结构连接船体和长达87m、重3136kN的托管架,承受较复杂的疲劳荷载作用及海水腐蚀作用,其制造质量直接关系到结构的使用寿命及海上管道铺设施工的安全。1挂挂结构特点1.1特厚钢板拖挂设计方案拖挂结构按照有关设计规范及AWSD1.1最新版本设计并制造。其结构主体是由150mm和200mm国产ABSDH36级的特厚钢板组焊而成,结构设计形式如图1、图2及图3所示。该结构设计复杂,技术要求高。由特厚钢板组焊而成的拖挂结构,其钢板的化学成分中合金元素含量较高,导致碳当量偏高,钢材焊接性能较差。其中碳当量高达0.508%的200mm钢板占相当大的焊接工作量,由于所用钢板较厚,焊缝又相对集中,焊缝距离近,形成焊件的焊接应力面积大,应力分布状态复杂;结构在制造过程中,焊缝及热影响区在焊接应力的作用下,产生裂纹的可能性大,由此造成的返修,增加了焊接工作量,且相当一部分焊缝只能单面焊接,焊接变形较难控制。1.2结构材料焊接过程复杂该结构用钢量达140多t,不但焊接工作量大,组对、焊接的难度也较大。按照工艺规程的要求,施工时必须经过焊前预热、焊接变形控制及焊后热保温缓冷等一系列复杂的工艺过程。该结构的绝大部分焊缝为隐蔽焊缝,一些构件必须先焊接完成,进行无损探伤(NDE)检验合格后,方能进行其他构件的组对、焊接等后续工作。这样施工人员的安排受到了限制,特别是决定工程进度的焊工数量无法安排太多。此外,由于多种原因,拖挂结构钢材在距交船日期不足1个半月的时间才到货。以上多种因素给施工进度的控制增加了难度。2项目进度控制2.1现场焊接工作的管理该项工程能否按期完工,直接关系到蓝疆号的交船日期。为此,项目组对施工所用设备及必备工具做了充分的准备,对施工人员进行了周密的安排和严格的管理。在全面考虑现场施工需要的前提下,配备所需的各个工种,合理定员。鉴于该结构的主要工作量是焊接,项目组抽调焊接技能良好的持证焊工80人,分成4班,24h作业,现场焊接工作不间断,同时要求其他相关工种做好密切配合。为保证工程进度及焊接质量,每班设立项目总负责人1名,焊接监督员1名,焊接专业质检员1名。现场施工人员组成复杂,人员较多,穿插作业频繁,管理难度大。为对施工人员进行有效管理,提高生产效率,明确了每班设立的项目总负责人、焊接监督员、质检员的职责。项目总负责人在各部门及施工人员各工种之间进行协调,综合管理。焊接监督员负责现场焊工的管理,对焊接效率及现场操作实行动态管理。对每个班每个焊工的焊接情况、焊接工作量进行现场统计,对每个焊工的施焊焊缝位置做详细记录,以此考察焊接合格率,并据最终的检验结果给以奖惩。质检员负责现场焊接质量控制。对焊前预热、焊接层间温度、焊接参数等进行详细记录,严格掌握施工工艺的执行情况。要求每班交接时,各相关人员必须将有关事项交代清楚,以保证焊接工作的连续进行。2.2焊种及密度估计该工程进度主要是由焊接工作进度决定的。项目组采取倒计时方法做出施工计划。首先将总焊材用量准确计算,再根据总焊材用量估计实际工作日,同时考虑焊接准备所用工时及其他工种所需工时。在各工种互不影响的前提下,尽可能安排同时施工,缩短施工周期。此外,对每班焊条消耗做详细统计。每天做总的用量统计,以最多焊条消耗量为标准,估算剩余工作量。如果哪个班焊条消耗量较少,则分析产生原因,及时进行人员调整,并增加其他焊接辅助工种人员,保证施工进度按计划进行。3工程的质量管理在保证工程进度的同时,项目组严格执行相关的工艺规程的要求,把握住焊接前准备、焊接施工、焊后处理的关键环节,保证了现场施工质量。3.1施工前的注意事项1)创造良好的施工环境。该结构制造,在车间内进行是最佳方案,但受现有施工条件的限制,只能户外作业,而且是在海边施工,环境比较恶劣。为了创造良好的焊接环境,临时搭建了可移动式施工工棚,以提供一个相对稳定的“室内”焊接环境,既有效地解决了防风、防雨等问题,又可以全天侯施工。2)让施工人员了解熟悉工艺规程。施工前,组织施工人员对相关施工工艺重新进行学习,特别是对影响焊接质量的焊接工艺规程,要求每个焊工对工艺中的每项要求都必须熟悉,以便在施焊时严格遵照执行。3)结构的组装质量会影响最终的焊接质量,因此,项目组在焊前对组对质量进行了严格检查,并对结构的组装尺寸认真核对。焊接前对结构适当加固,以防止焊接变形的产生,并确保焊后尺寸。4)焊接特厚钢材且碳当量相当高的结构,防止冷裂纹产生是关键。焊前预热、焊后保温缓冷是防止焊缝产生冷裂纹的主要手段。为了有效、均匀地对焊缝加热,严格控制加热温度,采用电脑温控电加热设备,并合理分布电加热片。由于电加热片用量较大,且控制较为复杂,项目组选用了有较高专业水平及现场经验丰富的电加热人员进行操作,使得焊缝加热工作顺利进行。3.2成形焊缝的成型1)由于受现场焊接位置的限制,焊接操作采用操作简单灵活、易于掌握和控制的手工电弧焊工艺。为确保焊缝金属的韧性、塑性和强度,选用具有优良的低温韧性和抗裂性能的CHE58-1低氢型焊条焊接。单面焊双面成形焊缝打底焊道选用日本神钢的LB-52U专用封底焊条。结构施焊时,依照经过评定的合格的焊接工艺规程实施。2)焊接过程中,要求焊工严格按照有关的焊接工艺文件要求进行。为保证焊接操作的正确实施,现场质检人员24h进行监督检查,对每个焊工的工艺执行情况进行随机抽查,发现问题及时纠正,特别是对焊接冷裂纹产生有很大影响的焊前预热及层间温度重点监测,并将检查数据做详细记录。3)由于结构刚性较大,对焊缝的拘束度大,焊接应力无法释放。合理的焊接顺序及施焊工艺不仅能减小焊接变形及焊接应力,还可以防止冷裂纹的产生;因此,施焊时焊工要尽可能分散,并采用对称焊、连续焊、窄焊道、焊接热输入小的操作方式施焊。3.3缓冷处理为防止焊接冷裂纹的产生,焊后对所有焊缝进行消氢处理后缓冷。焊缝及其周围至少200mm范围内加热到200℃左右保温4h,然后用保温岩棉保温缓冷至环境温度。4焊缝表面预处理项目组对焊后结构进行了严格的尺寸测量,焊后结构未产生较大的焊接变形,数据完全满足使用要求。同时按照AWSD1.1第6章相关条款的要求对所有焊缝进行了100%无损检验:1)外观检验。该结构承受较复杂的疲劳荷载作用,因此对焊缝的外观有严格的要求,并且焊缝都是T型接头。为避免焊缝的应力集中,所有盖面焊道打磨光滑,焊缝与母材熔合边缘进行打磨处理,以实现焊缝与母材间的平滑过渡。2)磁粉、超声波检验。焊缝时效处理48h后,进行100%磁粉、超声波检验。由于结构母材较厚,1种探头不能完全探到整个焊缝区,必须采用多种探头。选用直探头从“T”型接头背面及用45°、60°、70°探头从正面分别进行探伤。3天后对所有焊缝进行磁粉、超声波复验,以确保无延迟裂纹的产生。3)焊后经过磁粉、超声波检查,焊件合格率达到98%,质量良好,避免了过多的返修给结构增加更大的应力,提高了结构使