深水钢悬链立管焊接工艺及焊缝性能试验研究

许可望; 孙有辉; 刘永贞; 王伟; 刘岩磊

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2022.02.14

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专辑

深水钢悬链立管焊接工艺及焊缝性能试验研究
Welding Process Development and Mechanical Tests for Deepwater Steel Catenary Riser
2022年52卷第2期页码：97-102
收稿：2021-07-12，

网络首发：2021-09-01，

纸质出版：2022-02-20
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.02.14
稿件说明：

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许可望，孙有辉，刘永贞，等.深水钢悬链立管焊接工艺及焊缝性能试验研究［J］.电焊机，2022，52（02）：97-102. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.02.14.

Xu Kewang, Sun Youhui, Liu Yongzhen, et al.Welding Process Development and Mechanical Tests for Deepwater Steel Catenary Riser[J].Electric Welding Machine, 2022, 52(02): 97-102. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.02.14.

摘要

深水钢悬链立管（Steel Catenary Riser，SCR）是浮式平台的主要部件，在服役条件下由于受到海洋特殊的海浪、潮汐、台风等各种环境因素的影响，极其容易发生疲劳破坏。为解决钢悬链立管在深水服役环境中受循环载荷的作用容易产生疲劳失效的问题，采用冷金属过渡（Cold Metal Transition，CMT）打底、脉冲模式填充盖面的熔化极气体保护焊（Gas Metal Arc Welding，GMAW），开发了钢悬链立管S型铺设全自动焊工艺并进行了焊缝性能试验研究。结果表明，横向拉伸、全焊缝拉伸、侧弯、缺口断裂、冲击、宏观硬度及全尺寸疲劳等试验结果均满足SCR焊接规格书要求；SCR环焊缝通过全尺寸疲劳试验测试，所有焊缝疲劳性能满足BS7608（1993）的外径D曲线和内径E曲线的95%置信水平要求；由于CMT冷金属过渡封底为无衬垫单面焊双面成型技术，具有焊接热输入量小、无飞溅等优点，可确保焊缝根部成形与母材圆滑过渡，减小SCR焊缝应力集中，从而提高其抗疲劳性能。

Abstract

Steel catenary riser (SCR) is the main component of floating platform. It is extremely prone to fatigue damage under service conditions due to the influence of various environmental factors such as ocean waves

tides and typhoons. In order to solve the problem about fatigue failure of steel catenary riser（SCR）affected by cyclic load in deep water environment

full-automatic GMAW welding process and mechanical tests were developed by using cold metal transition（CMT）for root pass and pulse mode for fill and cap pass for SCR S-lay. The test results of mechanical properties meet the requirements of SCR welding specification. The fatigue properties of all test welds meet or exceed the 95% level of confidence based on BS7608(1993) D mean curve as OD and E mean curve as ID.Because cold metal transition for root pass without backing is the technology of single side welding and double side forming

it has the advantages of smaller welding heat input and no spatter

ensuring the smooth transition between weld root forming and base metal

so as to reduce stress concentration and improve the fatigue resistance of SCR welds.

关键词

Keywords

references

许可望，刘永贞，栾陈杰，等 . 深水SCR X65管线钢环缝无衬垫全自动GMAW焊接接头疲劳行为 [J]. 中国海洋平台， 2019 ， 34 （ 1 ）： 96 - 100 .

XU Kewang ， LIU Yongzhen ， LUAN Chenjie ， et al . Fatigue Behavior of Girth Joint of X65 Pipeline Steel by Full-Automatic Gas Metal Arc Welding Without Backing in Deepwater SCR Riser [J]. China Offshore Platform ， 2019 ， 34 ( 1 )： 96 - 100 .

黄维平，李华军 . 深水开发的新型立管系统——钢悬链线立管（SCR） [J]. 中国海洋大学学报（自然科学版）， 2006 ， 36 （ 5 ）： 755 - 780 .

HUANG Weiping , LI Huajun . A New Type of Deepwater Riser in Offshore Oil & Gas Production:the Steel Catenary Riser (SCR) [J]. Periodical of Ocean University of China ， 2006 ， 36 （ 5 ）： 755 - 780 .

许可望，李维锋，赵翠华，等 . 钢悬链线立管环焊缝ECA断裂疲劳评估技术 [J]. 中国海洋平台， 2019 ， 34 （ 6 ）： 85 - 89 .

XU Kewang ， LI Weifeng ， ZHAO Cuihua ， et al . ECA Fracture Fatigue Assessment Technology for Girth Weld of Steel Catenary Riser [J]. China Offshore Platform , 2019 ， 34 （ 6 ）： 85 - 89 .

梁辉 . 深水开发中的SCR立管系统 [J]. 中国造船， 2008 ， 49 （ S2 ）： 80 - 85 .

LIANG Hui . Steel Catenary Risers in Deepwater [J]. Shipbuilding of China ， 2008 ， 49 （ S2 ）： 80 - 85 .

董永强，宋儒鑫，孙丽萍 . 深水钢悬链立管疲劳寿命评估分析 [J]. 海洋工程， 2014 ， 32 （ 2 ）： 119 - 124 .

DONG Yongqiang ， SONG Ruxin ， SUN Liping . Deepwater steel catenary riser fatigue life estimation [J]. The Ocean Engineering ， 2014 ， 32 （ 2 ）： 119 - 124 .

周灿丰，焦向东，曹静，等 . 海洋深水立管环缝疲劳性能研究现状及建议 [J]. 焊接， 2011 ( 4 )： 5 - 10 .

ZHOU Canfeng ， JIAO Xiangdong ， CAO Jing ， et al . Investigation of fatigue performance of girth weld in deep-water riser pipe [J]. Welding & Joining ， 2011 ( 4 )： 5 - 10 .

API 1104-2013 ，美国管道和相关设施的焊接标准，Welding of Pipelines and Related Facilities [S].

ASTM A370-15 ，钢制品力学性能试验的标准试验方法和定义，Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products [S].

BS7608-1993 ，钢制产品疲劳设计与评估导论，Guide to fatigue design and assessment of steel products [S].

A WS D1.1-2016 ，美国国家标准钢结构焊接规范，Structure Welding Code-steel [S].

ASME IX ，美国锅炉和压力容器标准-焊接工艺评定，ASME Boiler and Pressure Vessel Code [S].

王震，程方杰，张彦燊，等 . 错边对钢悬链立管横焊接头疲劳性能的影响 [J]. 焊接学报， 2019 ， 40 ( 3 )： 6 .

WANG Zhen ， CHENG Fangjie ， ZHANG Yanshen ， et al . Effect of misalignment on fatigue performance of horizontal welded joints in steel catenary riser system [J]. Transactions of the China Welding Institution ， 2019 ， 40 ( 3 )： 6 .

何星，赵焕霆，张天江，等 . 浅谈钢悬链立管环焊缝无损检验方法的适用性 [J]. 化工装备技术， 2021 ， 42 ( 3 )： 5 .

HE Xing ， ZHAO Huanting ， ZHANG Tianjiang ， et al . Analysis on the Applicability of the Non-Destructive Inspection Method for the Girth Weld of the Steel Catenary Riser [J]. Chemical Equipment Technology ， 2021 ， 42 ( 3 )： 5 .

孙涛 . 钢悬链线立管焊接头断裂性能及安全性评定方法研究 [D]. 北京：北京化工大学， 2013 .

SUN Tao . A New Type of Deepwater Riser in Offshore Oil & Gas Production:the Steel Catenary Riser (SCR) [D]. Periodical of Ocean University of China ， 2006 ， 36 （ 5 ）： 755 - 780 .