船舶工程畢業(yè)論文材料焊接在海洋工程技術(shù)工藝分析

1、 畢 業(yè) 論 文材料焊接在海洋工程技術(shù)工藝分析姓 名： 學(xué) 號： 班 級： 專 業(yè)：船舶工程技術(shù)（舾裝）指導(dǎo)老師： 時(shí) 間： 2012年5月31日 目 錄摘要近年來，海工技術(shù)在中國正處于建國以來最好的一個(gè)發(fā)展時(shí)期。盡管我國海工技術(shù)的發(fā)展起步比較晚，但隨著我國改革開放和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，海工技術(shù)在中國得到了迅速的發(fā)展。而材料焊接工藝又是其中的重要組成部分，本文主要說明的是材料焊接在海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用及工藝分析。關(guān)鍵詞海工技術(shù)，材料焊接，工藝分析AbstractIn recent years, The Offshore Technology be placed in to found a n

2、ation in China best of a development period. Though our country The Offshore Technology use a material of development start comparison night, along with our country reform open with economy construction of continuously development,and The material welding process is one of the important component .

3、This paper mainly that the welding materials in ocean engineering technology, application and process analysis. KeywordThe Offshore Technology; the welding materials; process analysis. 目 錄一引言4二.海工焊接中焊縫的要求4三.海洋平臺結(jié)構(gòu)的焊接5I海洋平臺結(jié)構(gòu)焊接的特點(diǎn)5II對焊縫金屬和焊接接頭的性能要求5III海洋平臺結(jié)構(gòu)焊接材料的選擇6IV海洋平臺結(jié)構(gòu)焊接前的準(zhǔn)備工作6V導(dǎo)管架管節(jié)點(diǎn)圓管和相貫線的節(jié)點(diǎn)焊接

4、8VI焊后工藝處理8VII焊接檢驗(yàn)8四超高強(qiáng)度鋼焊接工藝9五海洋平臺雙相不銹鋼管線的焊接12I 焊接工藝評定12II 現(xiàn)場焊接14六海上平臺管節(jié)點(diǎn)6GR位置焊接工藝方法14七金屬材料的焊接17I 金屬材料的焊接性17II 可焊性試驗(yàn)20八焊接應(yīng)力與焊接變形21焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因21I焊接變形的控制措施22II 焊接應(yīng)力的控制措施24九低合金高強(qiáng)鋼的焊接工藝25一、高強(qiáng)鋼的焊接性分析25二、高強(qiáng)鋼焊接影響因素的控制26三 工藝參數(shù)的選擇27一引言海洋平臺由于長期在惡劣的海洋環(huán)境里作業(yè)，結(jié)構(gòu)在20-25年的使用期限內(nèi)將受到約10*8次的周期性載荷，而且平臺管節(jié)點(diǎn)有很高的應(yīng)力集中。一個(gè)平臺上有

5、數(shù)百甚至上千個(gè)管節(jié)點(diǎn)，實(shí)踐證明，只要少數(shù)幾個(gè)管節(jié)點(diǎn)發(fā)生疲勞破壞，就可能導(dǎo)致平臺的整體事故，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。平臺的建造，焊接工程很重要！二.海工焊接中焊縫的要求海工焊接中焊縫的要求，主要是余高、包角、焊趾過度、焊縫設(shè)計(jì)形式、全焊透焊縫焊接注意事項(xiàng)及焊接順序。(1)余高：余高主要對焊縫起到增加強(qiáng)度的作用，但是并不是余高越高越好，應(yīng)該控制在一個(gè)范圍內(nèi)，一般選在2-5mm 余高過高會引起焊縫橫向的不連續(xù)，在焊趾處引起應(yīng)力集中問題等。(2)包角：包角是所有焊接過程中最不應(yīng)該忽視的問題。一條焊縫是否焊接完成主要看包角包的是否合格和完美。包角包不好就會給這條焊縫的質(zhì)量留下隱患，一般包角會有氣孔、夾雜和未融合等

6、缺陷，這就有可能引起焊縫從包角處出現(xiàn)裂紋進(jìn)行擴(kuò)散，引起焊縫縱向斷裂。(3)焊趾：焊趾是焊縫與母材的連接部位，一般情況下此處容易引起應(yīng)力集中，所以海工焊縫焊接完畢后要對焊趾進(jìn)行處理，一般式打磨過度等，也有用TIG熔修的。(4)焊縫形式：盡量采用減小收縮、減少引力集中的形式，可以適當(dāng)?shù)淖冎本€焊縫為弧線焊縫等辦法。(5)全焊透：一般全焊透在海工項(xiàng)目中用于厚板、強(qiáng)度等級高的板材，當(dāng)然此結(jié)構(gòu)部分屬于受力較大部分，一般全焊透焊縫容易引起缺陷，UT合格率下降。主要因?yàn)槠驴谛问讲缓侠怼⒑腹げ僮鞑划?dāng)、反面清根不徹底以及碳刨坡口形式不合理造成的。(6)焊接順序：要根據(jù)結(jié)構(gòu)情況來確定，屬于現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)類。有一個(gè)總體原則

7、就是：盡量保持有自由端收縮、從中間向兩邊以及普通焊接中的一些方位順序。三.海洋平臺結(jié)構(gòu)的焊接I海洋平臺結(jié)構(gòu)焊接的特點(diǎn)1.為了防止冷裂縫和提高熱影響區(qū)的韌性，多采用低氫型和超低氫型堿性焊條。2.焊接熱量輸入通常限制在4050kJera的范圍，以確保焊接接頭的韌性和脆斷性。3.厚板焊件，一般焊前需預(yù)熱，以防止裂紋發(fā)生。4.管節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵部件焊后還需要進(jìn)行熱處理，以消除焊接殘余應(yīng)力。5.管件桁架結(jié)構(gòu)大多采用全位置、全熔透、多層多道手工焊接。 6.承受交變應(yīng)力的管節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵構(gòu)件的角焊縫還需磨修或熔修，以修整焊縫和消除表面缺陷，減少應(yīng)力集中，提高疲勞壽命。II對焊縫金屬和焊接接頭的性能要求1.韌性衡準(zhǔn)材料

8、韌性的指標(biāo)主要是夏比V型缺口沖擊韌性值。2.硬度限制熱影響區(qū)最高硬度，不僅是為了防止焊接冷裂紋的發(fā)生，也是為了防止氫致應(yīng)力腐蝕開裂。降低焊縫熱影響區(qū)硬度的主要措施是選擇較高的焊接熱輸入量，采用回火焊道和選用碳當(dāng)量較低的材料。3.疲勞由結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和焊接成形引起的應(yīng)力集中，是影響焊接接頭疲勞壽命的重要因素，特殊構(gòu)件的角焊縫對其形狀和缺陷必須侈整。并與母材表面光滑過渡。4.腐蝕為了避免焊縫金屬的腐蝕。在焊接材料的選取上。應(yīng)使焊縫金屬的電極電位正于母材金屬和過熱區(qū)。焊后熱處理對減輕腐蝕也有好處。采用碳當(dāng)量較低的鋼材。III海洋平臺結(jié)構(gòu)焊接材料的選擇根據(jù)平臺構(gòu)件的用鋼等級和平臺設(shè)計(jì)要求。選用與之相匹配的焊

9、條或焊絲，焊后焊縫金屬和焊接接頭的性能與母材的性能基本一樣。能阻止焊縫和熱影響區(qū)焊接裂紋的發(fā)生和擴(kuò)展。不致發(fā)生脆斷和疲勞。選擇焊接材料。要考慮發(fā)生裂紋的可能性。約束度高、應(yīng)力集中高的部件。選用塑性韌性好的低氫堿性焊條和韌性高的焊絲和堿性焊劑。Z向鋼的焊接選用低氫型和超低氫型焊接材料。焊接材料還要根據(jù)平臺構(gòu)件類別不同。分別選用不同級別的材料。次要構(gòu)件選用普通結(jié)構(gòu)鋼焊條。如J422、J423等；主要構(gòu)件選用相應(yīng)級別的低氫型堿性焊條。如J427、J5o7等；對于特殊構(gòu)件。一定要用相應(yīng)等級的低氫型或超低氫型堿性焊接材料，以防止冷裂紋和提高焊縫金屬和焊接頭的韌性。IV海洋平臺結(jié)構(gòu)焊接前的準(zhǔn)備工作1 焊接

10、工藝認(rèn)可焊接工藝規(guī)程是根據(jù)焊接工藝合格記錄制定的規(guī)程。是對初步焊接工藝規(guī)程的修正。焊接工藝規(guī)程應(yīng)包括下列內(nèi)容：(1)鋼材等級和尺寸；(2)焊接材料(焊條、焊絲、焊劑)等級、牌號及規(guī)格；(3)焊接方法；(4)接頭、坡口的設(shè)計(jì)及公差要求；(5)焊接位置。包括平焊、橫焊、立焊、仰焊等；(6)焊接順序；(7)焊接參數(shù)。包括焊接電漉、電弧、電壓、焊接速度和熱量輸入范圍；(8)焊前預(yù)熱和層間溫度；(9)焊后熱處理參數(shù)。2 焊工與無損檢測人員認(rèn)可參加管接點(diǎn)焊縫焊接韻工人。要經(jīng)過專門的考試認(rèn)可?，F(xiàn)場焊接管節(jié)點(diǎn)的焊工需取得6GR位置合格性考試認(rèn)可。3 焊前工藝準(zhǔn)備(1)焊件和裝配；(2)焊縫坡口；(3)焊前預(yù)熱

11、：為緩和焊接應(yīng)力。降低焊縫擴(kuò)散氫含量。減少裂紋發(fā)生幾率。焊前對大厚度焊件、約束度高的焊件以及平臺特殊構(gòu)件要進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱溫度通常在100Cl5O 之間。4 常用的焊接方法(1) 手工電弧焊(2）埋弧自動焊(3) 藥芯焊絲電弧焊5 施焊工藝1.焊接環(huán)境和施焊條件平臺焊接工作在具有防風(fēng)、防雨雪的遮蔽條件下進(jìn)行，特別是在露天進(jìn)行氣體保護(hù)焊時(shí)，一定要有防風(fēng)措施。 施焊時(shí)的環(huán)境溫度不得低于經(jīng)批準(zhǔn)的焊接工藝認(rèn)可試驗(yàn)所規(guī)定的最低溫度，風(fēng)速一般不得超過5級，相對濕度不得大于90 。遇有下列情形之一時(shí)，焊接前應(yīng)預(yù)熱，預(yù)熱溫度應(yīng)與認(rèn)可的焊接工藝一致(1)焊接高強(qiáng)度鋼，特別是淬火圓鋼，厚橫截面鋼材或承受高約束的鋼材

12、；(2)高濕度條件下；(3)鋼材的溫度低于O 。2.對接縫和焊接坡口海上設(shè)施結(jié)構(gòu)的對接縫一般應(yīng)全焊透，對厚度超過6mm的對接全焊透焊縫，為保證全都厚度充分焊透，需將焊件連接邊緣加工成坡口形狀，并采用多層、多道單面或雙面焊。坡口的形式有U塑和X型。3.多層多道焊平臺結(jié)構(gòu)焊接，許多構(gòu)件需采用多層、多道焊。4 角焊縫 大厚度板全熔透角焊縫，焊接應(yīng)力高，應(yīng)力集中嚴(yán)重。為減少應(yīng)力集中，要求角焊縫表面成為凹面形，并平滑地向母材表面過渡。對特殊構(gòu)件(關(guān)鍵構(gòu)件)的角焊縫施焊時(shí)，焊工應(yīng)仔細(xì)地焊成凹面形，并要求修整加工。V導(dǎo)管架管節(jié)點(diǎn)圓管和相貫線的節(jié)點(diǎn)焊接節(jié)點(diǎn)圓管和相貫線焊縫應(yīng)分別采用封底焊條、填充焊條和蓋面焊條

13、進(jìn)行焊接。焊接材料用與母材強(qiáng)度和韌性等級相匹配的低氫塑或超低氫型堿性焊條,焊條直徑根據(jù)焊件厚度和焊接層次加以選擇，其中蓋面焊宜用小直徑焊條，以改善節(jié)點(diǎn)的抗疲勞性能。VI焊后工藝處理焊后工藝處理主要是指焊縫修整、缺陷修補(bǔ)和焊后熱處理。焊后工藝處理的目的是提高焊縫金屬和焊接接頭的韌性和疲勞強(qiáng)度。VII焊接檢驗(yàn)應(yīng)對海上設(shè)施結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)實(shí)施全程質(zhì)量監(jiān)控，要有專職檢驗(yàn)人員按照認(rèn)可的建造檢驗(yàn)工藝和質(zhì)量控制工藝對結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，嚴(yán)格執(zhí)行三級檢驗(yàn)制度，即自檢、互檢和專檢，檢驗(yàn)范圍包括過程檢驗(yàn)和完工檢驗(yàn)，待全部合格后報(bào)驗(yàn)船師檢驗(yàn)和船東認(rèn)可。l 過程檢驗(yàn)和控制(1)燒低氫焊條時(shí)，焊工在領(lǐng)取焊條前一定要帶保溫

14、筒，而且保溫筒在使用時(shí)一定要接上電源。任何焊工不得隨意將不是從烘箱中領(lǐng)取的焊條放入保溫筒內(nèi)，焊工在一天的工作結(jié)束后必須及時(shí)將保溫筒內(nèi)剩余的焊條放進(jìn)烘箱內(nèi)。(2)每個(gè)焊工在施焊前要帶好錘子、鋼絲刷或風(fēng)鏟等必備工具，而且要檢查電源線的連接是否牢固，檢查施工區(qū)域的環(huán)境衛(wèi)生及風(fēng)力和風(fēng)向，并采取一定的預(yù)防措施，這是保證質(zhì)量的前提條件。(3)進(jìn)行打底焊時(shí)，施工人員要非常認(rèn)真，不能因?yàn)榉疵嬉獨(dú)馀俣笠?，?shí)際上對于焊縫質(zhì)量的好壞，打底焊的質(zhì)量起著非常重要的作用。(4)對于對接焊和全焊透的角焊縫，在焊接之前要進(jìn)行50 一l00 預(yù)熱，且在多層多道焊時(shí)，每道焊縫層間溫度要控制在l00 一150'之間，每條

15、焊縫要盡量一次性連接不斷地焊完，不能因?yàn)橥饨缫蛩赜绊懚g歇進(jìn)行操作，這樣才能保證層間溫度。(5)在多層多道焊時(shí)，下一道焊縫焊接之前要對前一道焊縫進(jìn)行敲渣和適量的打磨并進(jìn)行100 目檢，在確保沒有任何缺陷后才能進(jìn)行下一道焊縫的焊接工作，否則要及時(shí)消除缺陷才能繼續(xù)焊接。(6)嚴(yán)格按工藝要求的焊接順序進(jìn)行焊接，以便最大限度地減少焊接應(yīng)力和焊接變形。(7)所有對接焊縫和全焊透角焊縫背面都要進(jìn)行碳刨，碳刨深度一般為5ram左右，對于有缺陷的部分可以適當(dāng)刨深到消除缺陷為止。碳刨后不能馬上進(jìn)行打磨，必須100 目檢發(fā)現(xiàn)無缺陷后才能進(jìn)行打磨工作，否則要進(jìn)行消除缺陷的處理。2 完工檢驗(yàn)(1)外觀檢驗(yàn) 焊接完成4

16、8小時(shí)后，在清除表面焊渣不涂防銹漆的狀態(tài)下，外觀經(jīng)專檢合格后報(bào)驗(yàn)船師和船東檢驗(yàn)。(2)焊縫無損檢測無損探傷一般應(yīng)在焊后48小時(shí)進(jìn)行，當(dāng)焊件被要求做焊后熱處理時(shí)，無損探傷應(yīng)在熱處理后進(jìn)行無損檢測的范圍應(yīng)包括：A 對接焊縫；B 全焊透的K、T、Y型節(jié)點(diǎn)焊縫；C 部分焊透的K、T、Y型節(jié)點(diǎn)焊縫或填角焊縫。海洋工程鋼結(jié)構(gòu)常用的無損檢測方法有：射線檢測、超聲波檢測和磁粉檢測。四超高強(qiáng)度鋼焊接工藝樁腿及樁靴所用的材料中很多為屈服強(qiáng)度是500兆帕級的超高強(qiáng)鋼，而齒條等部位為E500，不僅屈服強(qiáng)度高，而且要確保-40的低溫沖擊性能，這給焊接帶來很大的難題，也使得焊接工藝的認(rèn)可試驗(yàn)難上加難。在焊接工藝認(rèn)可試驗(yàn)前

17、的模擬試驗(yàn)中，通過鋼的供貨狀態(tài)（調(diào)質(zhì)狀態(tài)）,分析出下列焊接時(shí)易出現(xiàn)的問題：1.裂紋（1）根據(jù)化學(xué)成分計(jì)算得到鋼的碳當(dāng)量：（CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ）。結(jié)果是CE的值為0.40-0.41，這說明存在著很強(qiáng)的淬硬傾向，鋼中的淬硬傾向越大，越容易產(chǎn)生裂紋。一方面，鋼淬硬之后形成脆硬的馬氏體組織，從金屬的強(qiáng)度理論可以知道，馬氏體是一種脆硬的組織，發(fā)生斷裂時(shí)只需消耗較低的能量，因此，焊接接頭有馬氏體存在時(shí)，裂紋易于形成和擴(kuò)展。另一方面，鋼淬硬會形成更多的晶格缺陷，主要是空位和位錯(cuò)。在應(yīng)力和熱力不平衡的條件下，空位和位錯(cuò)都會發(fā)生移動和聚集，當(dāng)它們的濃度達(dá)到一定的臨

18、界值后，就會形成裂紋源。在應(yīng)力的繼續(xù)作用下，就會不斷的發(fā)生擴(kuò)展而形成宏觀的裂紋。(2)氫也是引起焊接冷裂紋的重要因素之一，并且具有延遲的特性。尤其是殘余擴(kuò)散氫的影響，即在較低溫度下（Ms點(diǎn)以下）才具有致裂作用的氫的影響。焊縫中氫的濃度達(dá)到一定值后，在應(yīng)力的作用下就會產(chǎn)生裂紋。一般情況下，氫致裂紋出現(xiàn)在熱影響區(qū)，但是焊接超高強(qiáng)度鋼時(shí)，由于焊縫的合金成分復(fù)雜，熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變可能先于焊縫，此時(shí)氫就相反地從熱影響區(qū)向焊縫擴(kuò)散，那么延遲裂紋就可能在焊縫上產(chǎn)生。(3)超高強(qiáng)鋼焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂紋不僅取決于鋼的淬硬傾向和氫的有害作用，而且還決定于焊接接頭所處的應(yīng)力狀態(tài)，甚至在某些情況下，應(yīng)力狀態(tài)還起取決性的

19、作用。焊接接頭所承受的拘束應(yīng)力還包括不均勻加熱及冷卻過程中所產(chǎn)生的熱應(yīng)力和金屬相變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力。綜上所述，超高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)，產(chǎn)生冷裂紋的機(jī)理在于鋼種淬硬之后，受氫的誘發(fā)和促進(jìn)使之脆化，在拘束應(yīng)力的作用下形成了裂紋。2.晶粒長大引起的沖擊韌性的下降經(jīng)分析，高強(qiáng)度鋼都存在一個(gè)韌性最佳的冷卻時(shí)間t8/5，t8/5 過小或過大都會使韌性下降。t8/5 過小時(shí)，韌性下降的原因是由于全部得到了馬氏體，當(dāng)t8/5增加時(shí)，引起脆化的原因除了奧氏體晶粒粗化引起的脆化外，主要原因是由于上貝氏體和塊狀的M-A組元。同時(shí)，這種鋼對線能量是非常敏感的，也就是說，線能量也是使沖擊韌性下降的一個(gè)重要因素。3.熱影響區(qū)的

20、軟化這是QT狀態(tài)供貨的這種高強(qiáng)度鋼的普遍存在的問題，對焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的低碳鋼來說尤為重要。強(qiáng)度級別越高，這問題越突出，尤其是我們所使用的500級的超高強(qiáng)度鋼針對以上的問題進(jìn)行綜合分析，得出解決方法是：1.焊前預(yù)熱通過預(yù)熱來降低馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的冷卻速度，同時(shí)通過馬氏體的“自回火”作用來提高抗裂性。但是預(yù)熱溫度不能過高，否則不僅對防止裂紋沒有必要，而相反會使800-500的冷卻速度低于出現(xiàn)脆性混合組織的臨界冷卻速度，使焊接熱影響區(qū)的韌性大大降低。根據(jù)DNV的規(guī)范要求，預(yù)熱溫度的確定不僅要考慮碳當(dāng)量CE值，還要考慮裂紋敏感系數(shù) Pcm值（Pcm=C+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/

21、15+V/10+5B）及焊件的厚度之和Tcomb。 當(dāng)焊接件的厚度之和Tcomb70mm時(shí)，如果Pcm>0.26, CE>0.41, 預(yù)熱溫度要求最小100，最高可達(dá)175。這種預(yù)熱溫度下，工人的操作條件極差，致使無法焊接。而且樁腿、樁靴部位的超高強(qiáng)鋼部分將在冬季施工，更加大了裂紋傾向；當(dāng)Pcm0.26, CE0.41時(shí)，如果Tcomb75mm，一般不預(yù)熱；如果Tcomb75mm，預(yù)熱溫度不小于75。通過分析及討論厚度的覆蓋情況，我們選用厚度為40mm的，級別為E500的鋼板作試件，這樣一來，不僅給施焊帶來了方便，冷裂紋也比較好控制。2.選擇適當(dāng)?shù)暮附硬牧蠚涑藖碓从诤附硬牧系乃?/p>

22、，焊件坡口處的鐵銹、油污以及環(huán)境濕度等因素以外，主要是焊接材料的含氫量。超高強(qiáng)度鋼的焊接需要使用含氫量為H10或H5的低氫焊接材料。這種材料很難找到，而且DNV規(guī)范要求又很嚴(yán)格，先后試驗(yàn)了多種焊條及藥芯焊絲才得以確定。若用焊條修補(bǔ)缺陷時(shí)，必須使用含氫量為H5的超低氫焊條，且熱輸入大，效率低。最后確定采用效率高、焊后殘余應(yīng)力小的藥芯焊絲。3.嚴(yán)格控制層間溫度層間溫度起著與預(yù)熱同樣的作用。最小層間溫度為75，最大為200，也就是說，層間溫度最小控制在預(yù)熱溫度的下限，而最大層間溫度也不能過高。4.線能量的控制為了確保立焊位置沖擊值在34J以上，其他位置在47J以上，我們選用小線能量的方法，也就是多層

23、小焊道焊縫，這樣不僅可以使焊接熱影響區(qū)和焊縫金屬有較好的韌性，而且還可以減小焊接變形。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們將最大線能量控制在21600J/cm。t8/5對于焊接接頭熔合線處最薄弱的粗晶區(qū)沖擊韌性的影響很大，如果控制在10秒-30秒之間，則熔合線處粗晶區(qū)能保證很好的沖擊韌性，甚至比母材還好。另外把每個(gè)焊道形狀及大小標(biāo)在WPS上，實(shí)際生產(chǎn)中嚴(yán)格按其執(zhí)行。5.焊后熱處理這類鋼的合金化原理就是在低碳的基礎(chǔ)上通過加入多種提高淬透性的合金元素來保證獲得強(qiáng)度高、韌性好的低碳馬氏體和部分下貝氏體的混合組織。冷卻速度不能過快。我們選用的是焊后立即后熱，溫度為200，保溫2小時(shí)，隨后在空氣中冷卻下來。這樣做的目的是有利

24、于氫的逸出，防止冷裂紋。五海洋平臺雙相不銹鋼管線的焊接雙相不銹鋼管以其優(yōu)良的耐腐蝕、高強(qiáng)度和易于加工制造等優(yōu)異性能在海洋平臺應(yīng)用比較普遍。特別是它們對抗氯化物的侵蝕有很好的效果，最適合在富含氯離子的介質(zhì)中，以及某些酸介質(zhì)中使用，比如，在海洋采油平臺中，應(yīng)用于化學(xué)藥劑注入系統(tǒng)。雙相不銹鋼的良好耐腐蝕性能是因?yàn)槠渚哂需F素體和奧氏體的混合結(jié)構(gòu)。正因?yàn)檫@種特異性能，使雙相不銹鋼的焊接工藝的要求不同于其他鋼材，本文以“東方11”項(xiàng)目為例，側(cè)重于雙相不銹鋼焊接的特殊方面，介紹雙相不銹鋼管線的焊接。I 焊接工藝評定海洋平臺管線焊接工藝一般采用ASME IX標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)焊接工藝之前，要了解平臺有哪些規(guī)格的管線，

25、然后參考ASME IX QW一250條要求的工藝重要變素，確定采用哪些焊接方法，盡量采用有利于現(xiàn)場施工并且覆蓋范圍廣的焊接工藝。一般而言，用氬弧焊進(jìn)行底道焊可獲得優(yōu)良的底邊成型；用手工電弧焊或埋弧自動焊填充可提高焊接效率，比較適合厚壁管材。進(jìn)行焊接試件時(shí)，要按照工藝要求嚴(yán)格控制焊接電流，電壓，焊接速度，保護(hù)氣體流量等，并做好記錄。按照ASNE IX QW一190標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過外觀檢驗(yàn)和無損探傷合格后，對試件焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，比如拉伸(參考ASME QW一150)、冷彎(參考ASME QW一160)試驗(yàn)、沖擊(參考ASME IXQW一170)等，對照材料所采用的標(biāo)準(zhǔn)，評定其力學(xué)性能。評定力學(xué)

26、性能后，對焊縫金屬進(jìn)行化學(xué)成分分析，確定焊縫金屬化學(xué)成分含量是否滿足材料標(biāo)準(zhǔn)要求。對于雙相不銹鋼的焊接工藝評定，還需要進(jìn)行金相試驗(yàn)和耐腐蝕性能試驗(yàn)，才能證明焊接質(zhì)量是否達(dá)到要求。這就是雙相不銹鋼的特點(diǎn)，也是工藝評定的重點(diǎn)。雙相不銹鋼的鐵素體和奧氏體比例要與母材相近才能保證比其他不銹鋼有更優(yōu)良的抗氯化物腐蝕性能，金相試驗(yàn)就是通過金相分析確定焊縫鐵素體和奧氏體含量是否與母材相近。其程序是：焊接斷面經(jīng)過切割后取樣，取樣位置為焊縫頂部(即最后一道蓋面焊縫，距表面約lmm)焊縫中心、焊縫根部(距管件內(nèi)表面約lmm)、焊縫根部兩側(cè)的熱影響區(qū)、焊縫兩側(cè)母材；接著對樣品進(jìn)行粗磨、細(xì)磨、拋光后，再進(jìn)行浸蝕處理；

27、最后在500倍顯微鏡下觀察其晶粒情況。對每一個(gè)樣品取20個(gè)視場進(jìn)行觀察，觀察有沒有晶問碳化物和沉淀相的形成，測量鐵素體相的百分比。根據(jù)所測量到的鐵素體含量，按照ASTME562標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)其平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差95cIRA 。所得的數(shù)據(jù)應(yīng)滿足雙相不銹鋼生產(chǎn)廠家推薦的要求。耐腐蝕性能試驗(yàn)用來驗(yàn)證材料的耐腐蝕性能：在焊縫金屬取兩個(gè)試樣，尺寸為50mm×25mm×lOmm(當(dāng)t<1O時(shí)取板厚)。在10FeCl。·6H O溶液、溫度222 C條件下浸漬24小時(shí)后取出。測量耐點(diǎn)蝕性能。要求在2O倍的放大鏡下沒有可見點(diǎn)蝕。重量損失不超過50gm 。具體方法和標(biāo)準(zhǔn)參見ASTM G

28、48。II 焊工資質(zhì)考試依據(jù)認(rèn)可的合格工藝。焊工資質(zhì)按照ASME IX第章進(jìn)行焊接考試·考試試件經(jīng)過外觀檢驗(yàn)和現(xiàn)場拍片探傷合格后。焊工才具有相應(yīng)的資質(zhì)。具體考試辦法與其他鋼材類似，本文不再論述。II 現(xiàn)場焊接現(xiàn)場焊接雙相不銹鋼除了嚴(yán)格按照認(rèn)可的工藝控制焊接參數(shù)外，還要執(zhí)行下列焊接注意事項(xiàng)和技巧，才能保證現(xiàn)場的焊接質(zhì)量。(1)清理工具如鋼絲刷、刨錘等一律由雙相不銹鋼制成，打磨用的砂輪必須專用于磨雙相不銹鋼。不能讓雙相不銹鋼與鋼材直接接觸，否則，由于粘有鋼材粉末或鐵屑，會造成點(diǎn)蝕。(2)焊道兩側(cè)最好敷防飛濺劑，焊件表面最好覆蓋保護(hù)膜。(3)要采用短弧焊、斷弧焊，打底最好采用氬弧焊。(4)

29、不預(yù)熱，焊后不保溫，層間溫度要小于150 C，必要時(shí)可以采用強(qiáng)冷措施。(5)要采用盡可能小的線能量母材的熔化量要控制在焊縫斷面的35 96以下。(6)由于雙相不銹鋼的熱膨脹系數(shù)大，定位焊縫長度要增加至100mm。厚度也相應(yīng)增加。(7)焊縫表面應(yīng)打磨光滑，然后進(jìn)行酸洗，鈍化處理，再用清水洗干凈。如果需要，可采用拋光處理，石英砂磨刷等進(jìn)行表面焊后顏色處理，以提高抗腐蝕性。(8)引弧須在坡口內(nèi)進(jìn)行，不允許擦傷母材。被擦傷部位須進(jìn)行打磨、探傷，然后酸化、鈍化處理。(9)用氬弧焊進(jìn)行打底焊接時(shí)，要在管內(nèi)充氬氣，測定管內(nèi)含氧量，保證小于05 96，然后把氬氣流量調(diào)節(jié)到15I min方可焊接。焊接底層收口處

30、，應(yīng)將氬氣流量調(diào)節(jié)至5I min，待壓力降低后方可收口焊接，可防止收口處內(nèi)凹。另外,焊接前三道焊縫或者焊縫金屬未達(dá)10mm時(shí)，都應(yīng)在管內(nèi)用氬氣進(jìn)行背部保護(hù),以防止根部焊縫金屬性能惡化。雙相不銹鋼管線的焊接除了要滿足力學(xué)性能外，還要滿足耐腐蝕性能，所以焊接工藝要求比較特殊，對焊工能力和現(xiàn)場條件要求也比較高。只有嚴(yán)格控制焊接各個(gè)要素、焊工操作規(guī)范和環(huán)境條件，才能保證良好的焊接質(zhì)量。六海上平臺管節(jié)點(diǎn)6GR位置焊接工藝方法在海洋工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中主要有T形、K形和Y形管節(jié)點(diǎn)，這些管節(jié)點(diǎn)中以6GR位置難度最大，6GR為帶有障礙環(huán)的管子傾斜45。固定焊，其管子的軸線與水平面成45°角，位置固定不允

31、許變動，障礙環(huán)的外徑比厚壁管的外徑約大300 mm，且安裝在厚壁管外緣，距兩管接縫及厚壁管端面的距離13 mm。下面是一套6GR焊接的操作工藝方法及其要點(diǎn)。1 焊接工藝及參數(shù)管材選用20無縫鋼管，設(shè)備選用山東奧太ZX7400STG逆變式焊機(jī)，直流反接電源，打底焊條為日本產(chǎn)單面焊雙面成形用焊條LB一52U，4,32 mm，填充及蓋面焊條為四川自貢大西洋CHE581焊條，4,32m m 。使用前焊條應(yīng)進(jìn)行350烘干，保溫15 h，隨用隨取，施焊前對坡口內(nèi)外兩側(cè)各20 mm范圍內(nèi)進(jìn)行除銹，使其露出金屬光澤。2 管子組對與定位焊接管的組對與定位是保證6GR焊接質(zhì)量和管接頭背面成形良好的關(guān)鍵，如果坡口形

32、式、組對間隙和鈍邊大小合適，易造成下塌、焊瘤及未焊透等缺陷。為了保證管子錯(cuò)邊量，管對接應(yīng)在專門的對管器上進(jìn)行，定位采用肋板固定，肋板材料為20鋼。3 6GR操作特點(diǎn)及難點(diǎn)6GR管子有障礙環(huán)，兩管內(nèi)壁厚度相差6 mm，技術(shù)要求管子反面成形和厚壁管內(nèi)平齊，實(shí)際上反面成形是一個(gè)全焊透角焊縫形式，打底焊難度極大，通過大量摸索實(shí)踐，找到一套切實(shí)可行方法，使之達(dá)到要求。I. 打底焊打底焊操作主要難點(diǎn)是管子斜仰焊位置，由于管子承受熱量不均勻，熔滴難于向背面焊縫過渡，且受重力作用，使熔滴下淌，欲使熔滴能夠克服重力和坡口上兩端受熱不均勻帶來的不利影響，使熔滴順利向熔池過渡，形成正反面飽滿的焊縫，保證電弧在根部焊

33、接時(shí)處在合適位置是實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形的關(guān)鍵。焊條在過6點(diǎn)鐘位置約5mm處引弧，引燃電弧后焊條在坡口內(nèi)上下輕微擺動，待根部熔化形成熔孔后，焊條應(yīng)迅速上頂并壓低電弧，焊條角度應(yīng)偏向厚壁管側(cè)，采用微小斜鋸齒形往返運(yùn)條，動作應(yīng)快速、均勻、平穩(wěn)、要求焊工注意力高度集中，做到“看”、“聽”、“送”，所謂“看”要注意觀察熔池的溫度和熔孔形狀的保持基本一致，特別注意觀察電弧長度是否熔化厚壁管根部，熔池尺寸要求12在內(nèi)側(cè)，12在坡口外側(cè)，每次電弧跟進(jìn)的時(shí)間以熔池接近凝固為宜，跟進(jìn)太快，液態(tài)熔池增大，液態(tài)金屬易下淌形成焊瘤，跟進(jìn)太慢，液態(tài)熔池向內(nèi)壓縮，液態(tài)金屬補(bǔ)充不及時(shí)，易在背面焊縫形成凹陷，一般每次液態(tài)金屬給送

34、的時(shí)間應(yīng)控制在115 s?！奥牎弊⒁饴犑欠裼须娀舸┕芷驴谶叞l(fā)出的“撲撲”聲?！八汀备鶕?jù)施焊過程中間隙收縮的情況，通過合適的電弧長度，焊條角度、焊接速度及運(yùn)條方式調(diào)節(jié)電弧長度和熔池大小，把鐵水準(zhǔn)確地送到坡口根部，三者相互配合恰當(dāng)，就可以達(dá)到良好的反面成形。收弧時(shí)，先在熔池上方做一熔孔，然后慢慢將熔池鐵水向后帶出1015 mm，在坡口側(cè)?；。詼p慢熔池凝固速度，防止熔池產(chǎn)生冷縮孔，并使接頭處形成斜坡狀，以利于下次接頭，此時(shí)注意不可在焊縫熔池中心處回焊收弧，以防止產(chǎn)生冷縮孔，更不能在熔池上直接收弧，否則有可能在背面焊縫熔池表面產(chǎn)生冷縮孔，成為難以修復(fù)的缺陷，當(dāng)弧坑還在紅熱狀態(tài)時(shí)，在熔池下方1015

35、 mm處斜坡上引弧，并焊至收弧處，此時(shí)弧坑溫度逐步升高，應(yīng)將焊條沿著預(yù)先做好的熔孔向坡口根部頂一下，聽到“撲撲”聲后稍微停頓，做橫向擺動，然后恢復(fù)正常焊接，這個(gè)階段關(guān)鍵要點(diǎn)是焊條運(yùn)送要到位，更換焊條要快，觀察熔孔要準(zhǔn)，手勢要穩(wěn)，接頭盡可能采用熱接以保證焊縫反面成形光滑、美觀。II. 填充焊打底焊結(jié)束后，用角向砂輪機(jī)把接頭不平處打磨干凈，利用電弧吹力對焊縫兩側(cè)形成挖掘作用，有效地防止夾渣產(chǎn)生，運(yùn)條采用斜鋸齒形擺動，焊條在坡IZl兩側(cè)稍作停頓，熔池始終保持水平位置，并注意相鄰層的起焊和熄弧點(diǎn)，應(yīng)相互錯(cuò)開1015 mm，填充焊完成后，焊縫應(yīng)低于母材12 mm，以利于蓋面層焊接。III. 蓋面焊施焊前

36、，先降低電弧吹力，減弱電弧剛性，電弧柔軟，可以控制焊縫咬邊的缺陷產(chǎn)生，使焊縫外觀光潔平滑，提高了蓋面層外觀質(zhì)量。前半圈焊條在仰焊部位首先形成待焊三角區(qū)域，以月牙形運(yùn)條法沿水平方向施焊，當(dāng)焊條擺動到坡口邊緣時(shí)，應(yīng)稍作停頓，其熔池基本處于水平狀態(tài)，后半圈焊條在斜仰焊位置引弧后，從前半圈留下的待焊三角區(qū)域尖端向左橫拉至坡口下邊緣，使熔池與前半圈起頭部位的待焊縫搭接上，用橫向鋸齒形運(yùn)條法運(yùn)條，后半圈收口方法將焊條運(yùn)條至收口部位的待焊區(qū)域尖端時(shí)，使熔池逐個(gè)縮小，直至填滿三角區(qū)后收弧，蓋面層焊接的收弧和熄弧部位應(yīng)做到平整，熄弧前應(yīng)填滿弧坑?？偨Y(jié)：(1)焊縫外觀經(jīng)CCS中國船級社、ABS美國船級社、DNN挪

37、威船級社驗(yàn)船師檢驗(yàn)，結(jié)果符合船規(guī)技術(shù)要求。(2)焊縫內(nèi)部質(zhì)量按照J(rèn)B4730-2000(無損檢測標(biāo)準(zhǔn)，100RT探傷，II級合格。(3)進(jìn)行側(cè)彎試驗(yàn)，取4塊試樣，在驗(yàn)船師監(jiān)督下，試樣彎曲角度180度，完好、無裂紋。七金屬材料的焊接I 金屬材料的焊接性可焊性：是指被焊金屬在采用一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度，即金屬材料在一定的焊接工藝條件下，表現(xiàn)出“好焊”和“不好焊”的差別。內(nèi)涵：1 結(jié)合性能 ：金屬焊接時(shí)對缺陷的敏感性。2 使用性能 ：焊成的接頭在指定的使用條件下可靠運(yùn)行的能力?？珊感缘暮x：通常把金屬在焊接時(shí)形成裂紋的傾向及焊接接頭性能變壞的傾

38、向，作為材料可焊性的主要指標(biāo)。可焊性好的材料，通常不需采用附加工藝措施就能獲得沒有焊接缺陷，而有良好機(jī)械性能的焊接接頭。金屬材料可焊性涉及的內(nèi)容：首先決定于金屬本身的性質(zhì)，另一方面也決定于焊接方法、焊接工藝參數(shù)、焊接材料、接頭形式、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、焊件使用條件和接頭受力情況等。主要是冶金因素和熱的因素，所以可焊性分為冶金可焊性和熱可焊性。冶金可焊性在一定工藝條件下，焊縫金屬對冶金過程和結(jié)晶過程的適應(yīng)性。熱可焊性在一定工藝條件下，近縫區(qū)金屬對熱作用的適應(yīng)能力。1.冶金可焊性熔池中的金屬與熔渣和氣相間發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，以及合金元素的蒸發(fā)、氧化、還原等，可能造成焊縫金屬的成分、金相組織或性能的改變O

39、、N、H、S、P等雜質(zhì)的溶入和析出，可能形成氣孔或影響焊縫金屬的性能，熔池金屬結(jié)晶時(shí)，成分偏析及結(jié)晶方向等原因可能導(dǎo)致熱裂紋。被焊金屬的性質(zhì)對其冶金可焊性很重要焊接材料、焊接方法、保護(hù)條件以及其它工藝措施對被焊金屬的冶金可焊性也有較大影響熱可焊性：熱影響區(qū)金屬在熱循環(huán)下發(fā)生相變，引起機(jī)械性能的變化，導(dǎo)致產(chǎn)生冷裂紋、晶粒長大和局部脆化等缺陷的可能性。熱可焊性基本取決于母材的化學(xué)成分、熱處理過程和焊接時(shí)的熱循環(huán)條件。熱作用又決定于焊接方法、焊接工藝參數(shù)、焊件形狀、接頭形式以及預(yù)熱溫度等?？珊感允窍鄬Ρ容^的概念：把材料在焊接時(shí)形成裂縫的傾向及焊接接頭性能變壞的傾向作為評定材料可焊性的主要指標(biāo)?？珊感?/p>

40、好的材料，在焊接時(shí)不需要采用其它工藝措施(如預(yù)熱、緩冷、后熱等)，就能獲得無焊接缺陷，并且有良好機(jī)械性能的接頭。絕對不能焊接的材料是沒有的，可焊性是相對比較的概念。金屬材料可焊性的好壞主要取決于材料的化學(xué)成分，并且與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、剛性，焊接方法，采用的焊接工藝等也有密切關(guān)系。2.鋼的可焊性鋼的化學(xué)成分不同，可焊性也不同，一般分為四個(gè)等級 良好、一般、差和不好。可焊性較差的鋼材在焊接時(shí)需要采取相應(yīng)的措施(預(yù)熱、焊接緩冷)，以防產(chǎn)生裂紋等缺陷。對鋼的可焊性的評價(jià)方法有理論計(jì)算方法和試驗(yàn)方法?？珊感缘睦碚撚?jì)算方法：根據(jù)母材和焊縫金屬的化學(xué)成分考慮某些條件(如焊接接頭拘束度、焊縫的擴(kuò)散氫含量)。利用

41、經(jīng)驗(yàn)公式估算產(chǎn)生熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋等傾向的大小。常用的理論計(jì)算方法：1、 碳當(dāng)量法 2、冷裂紋敏感系數(shù)法碳當(dāng)量(1)：在鋼的各種化學(xué)元素中，對可焊性影響最大的是碳，所以常用鋼中含碳量的多少作為判別鋼材可焊性的主要標(biāo)志。鋼中含碳量越高，可焊性越差 。鋼中除碳元素以外，其它元素如錳、鎳、鉻、銅、鉬等根據(jù)它們對鋼的淬硬和焊接熱影響的大小折合成相當(dāng)?shù)奶荚睾?，稱為碳當(dāng)量。用CE表示，并以此來判別可焊性的好壞 。碳當(dāng)量(2)：用碳當(dāng)量方法確定鋼的可焊性，具有快捷、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但一般只能作出一個(gè)大致的定性估計(jì)，不能定量地?cái)喽ㄤ摬娜娴目珊感?。確定碳當(dāng)量的公式很多，每一公式都有一定 的前提和適用范圍

42、，很難通用。國際焊接學(xué)會(IIW)推薦的碳當(dāng)量公式為：W(C)當(dāng)量=w(c)+w(Mn)/6+w(Cr)+w(Mo)+w(V)/5+w(Ni)+w(Cu)/15(%)碳當(dāng)量(3):根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：C當(dāng)量0.4%時(shí)，鋼材塑性良好，淬硬傾向不明顯，可焊性良好。在一般的焊接工藝條件下，焊件不會產(chǎn)生裂縫，但對厚大工件或低溫下焊接時(shí)應(yīng)考慮預(yù)熱。C當(dāng)量=0.4%0.6%時(shí)，鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯，可焊性較差。焊前工件需要適當(dāng)預(yù)熱，焊后應(yīng)注意緩冷，要采取一定的焊接工藝措施才能防止裂縫。C當(dāng)量0.6%時(shí)，鋼材塑性較低，淬硬傾向很強(qiáng)，可焊性不好。焊前工件必須預(yù)熱到較高溫度，焊接時(shí)要采取減少焊接應(yīng)力和防止開裂的工藝

43、措施，焊后要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚拍鼙ＷC焊接接頭質(zhì)量。碳當(dāng)量(4)：用碳當(dāng)量判斷可焊性只是近似估計(jì)，不能完全代表材料的可焊性對于某些碳當(dāng)量較高，可焊性差的材料，在采取一定的工藝措施后，同樣能得到滿意的焊接接頭，所以可焊性差的材料也是可以焊接的。所謂鋼材的可焊性只是相對一定條件下而言的可焊性試驗(yàn)：用新材料制造焊接產(chǎn)品，為了解其在焊接中可能出現(xiàn)的問題，以及應(yīng)采取的工藝措施，使用前應(yīng)進(jìn)行可焊性試驗(yàn)。從能否適應(yīng)焊接加工并獲得具有一定使用性能的焊接接頭角度，可焊性試驗(yàn)包含四方面內(nèi)容：檢查焊縫金屬抵抗產(chǎn)生熱裂紋的能力。檢查焊縫及熱影響區(qū)金屬抵抗產(chǎn)生冷裂紋的能力。檢查焊接接頭抗脆性斷裂的能力。檢查焊接接頭的使

44、用性能。可焊性試驗(yàn)?zāi)康模壕唧w地說，可焊性試驗(yàn)可達(dá)到以下目的：選擇適用于基本金屬的焊接材料；確定合理的工藝規(guī)范和工藝方法(如焊接電流，電弧、電壓、焊接速度、預(yù)熱溫度、熱處理方法等)；確定新材料的適應(yīng)性并做出評價(jià)；摸清焊接接頭金屬產(chǎn)生裂紋的敏感程度和焊接對材料韌性的影響以及焊接接頭性能?？珊感栽囼?yàn)方法：按其試驗(yàn)手段可分為直接法和間接法兩類按試驗(yàn)內(nèi)容可分為抗裂性試驗(yàn)、接頭性能試驗(yàn)和工藝適應(yīng)性試驗(yàn)?？沽研栽囼?yàn)的目的在于了解材料焊接后產(chǎn)生裂紋的傾向，通過改變焊接條件可初步提出減少或防止裂紋的工藝措施。接頭性能試驗(yàn)的目的是通過對焊接接頭部位的塑性和韌性進(jìn)行試驗(yàn)，為焊接產(chǎn)品在使用中安全可靠、為設(shè)計(jì)和施工提供

45、依據(jù)。II 可焊性試驗(yàn)用新材料制造焊接產(chǎn)品，為了解其在焊接中可能出現(xiàn)的問題，以及應(yīng)采取的工藝措施，使用前應(yīng)進(jìn)行可焊性試驗(yàn)從能否適應(yīng)焊接加工并獲。得具有一定使用性能的焊接接頭角度，可焊性試驗(yàn)包含四方面內(nèi)容：檢查焊縫金屬抵抗產(chǎn)生熱裂紋的能力；檢查焊縫及熱影響區(qū)金屬抵抗產(chǎn)生冷裂紋的能力；檢查焊接接頭抗脆性斷裂的能力；檢查焊接接頭的使用性能。可焊性試驗(yàn)?zāi)康模壕唧w地說，可焊性試驗(yàn)可達(dá)到以下目的：選擇適用于基本金屬的焊接材料；確定合理的工藝規(guī)范和工藝方法(如焊接電流，電弧、電壓、焊接速度、預(yù)熱溫度、熱處理方法等)；確定新材料的適應(yīng)性并做出評價(jià)；摸清焊接接頭金屬產(chǎn)生裂紋的敏感程度和焊接對材料韌性的影響以及焊

46、接接頭性能?？珊感栽囼?yàn)方法：按其試驗(yàn)手段可分為直接法和間接法兩類按試驗(yàn)內(nèi)容可分為抗裂性試驗(yàn)、接頭性能試驗(yàn)和工藝適應(yīng)性試驗(yàn)。抗裂性試驗(yàn)的目的在于了解材料焊接后產(chǎn)生裂紋的傾向，通過改變焊接條件可初步提出減少或防止裂紋的工藝措施。接頭性能試驗(yàn)的目的是通過對焊接接頭部位的塑性和韌性進(jìn)行試驗(yàn)，為焊接產(chǎn)品在使用中安全可靠、為設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)?？珊感栽囼?yàn)結(jié)論：工藝適應(yīng)性試驗(yàn)主要是根據(jù)實(shí)際施工條件而設(shè)計(jì)的，如多次重復(fù)焊，碳弧氣刨，定位焊等方法在可焊性試驗(yàn)時(shí)不能以一種試驗(yàn)方法的結(jié)果，輕易得出可焊性的結(jié)論。必須分析具體產(chǎn)品的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用合適的試驗(yàn)方法，比較試驗(yàn)和產(chǎn)品之間的差別，然后再對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，

47、得出結(jié)論。八焊接應(yīng)力與焊接變形焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因(1)不受外界約束的桿件在自由狀態(tài)下均勻加熱和均勻冷卻，不會有任何內(nèi)應(yīng)力，也不會有殘余應(yīng)力與變形，在焊接中利用這個(gè)基本原理，以減小和消除焊接應(yīng)力與變形，如鑄鐵和鑄鋼件的焊件，焊前將焊件均勻地加熱到高溫，并在焊后造成均勻冷卻的條件，則在焊件中的應(yīng)力和變形很小，(2) 有約束的均勻加熱不許伸長，可自由縮短，桿不彎曲變形熱伸長l，相當(dāng)壓短l，T=El / l若TS,為彈性變形，冷卻后無殘余應(yīng)力和變形若TS,為彈塑性變形，冷卻后有殘余變形而無殘余應(yīng)力(3) 桿件兩端固定桿件不能自由伸長或縮短，冷卻后有殘余應(yīng)力而無變形。去除固定取下后同(4)不均勻加

48、熱引起應(yīng)力與變形，三板相關(guān)，加熱中間，加熱區(qū)：高溫受壓、冷卻后受拉。其他部位相反(5)焊接時(shí)的變形與應(yīng)力焊接的應(yīng)力與變形與2的情況基本一致，只是焊接時(shí)，溫度均勻分布更為復(fù)雜，且熱源是移動的，金屬的局部不均勻加熱和冷卻、工件剛性以及焊縫金屬的組織變化是造成焊接應(yīng)力和變形的基本原因。(6)焊接時(shí)的約束條件結(jié)構(gòu)的相互作用對焊接的應(yīng)力與變形有影響，根據(jù)焊接時(shí)限制構(gòu)件膨脹和收縮的情況，可將約束條件分為外界固定、相互變形和構(gòu)件內(nèi)部各部分之間變形等三類。在剛性很大的胎架上焊接剛性較小的構(gòu)件，多半屬于外界固定約束，用定位焊裝配的結(jié)構(gòu)，焊接時(shí)受到的是相互變形的約束，在板面上與堆焊屬于典型的內(nèi)部各部分之間變形的約

49、束。常見的焊接應(yīng)力有：1)縱向應(yīng)力；2)橫向應(yīng)力；3)厚度方向應(yīng)力。常見的焊接變形有：1)縱向收縮變形；2)橫向收縮變形；3)角變形；4)彎曲變形；5)扭曲變形；6)波浪變形。針對這些不同種類的焊接變形和應(yīng)力分布，追溯根源，具體進(jìn)行研究控制。I焊接變形的控制措施全面分析各因素對焊接變形的影響，掌握其影響規(guī)律，即可采取合理的控制措施。1.1焊縫截面積的影響焊縫截面積是指熔合線范圍內(nèi)的金屬面積。焊縫面積越大，冷卻時(shí)收縮引起的塑性變形量越大，焊縫面積對縱向、橫向及角變形的影響趨勢是一致的，而且是起主要的影響，因此，在板厚相同時(shí)，坡口尺寸越大，收縮變形越大。1.2焊接熱輸入的影響一般情況下，熱輸入大時(shí)

50、，加熱的高溫區(qū)范圍大，冷卻速度慢，使接頭塑性變形區(qū)增大。1.3焊接方法的影響多種焊接方法的熱輸入差別較大，在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接常用的幾種焊接方法中，除電渣以外，埋弧焊熱輸入最大，在其他條件如焊縫斷面積等相同情況下，收縮變形最大，手工電弧焊居中，CO2氣體保護(hù)焊最小。1.4接頭形式的影響在焊接熱輸入、焊縫截面積、焊接方面等因素條件相同時(shí)，不同的接頭形式對縱向、橫向、角變形量有不同的影響。常用的焊縫形式有堆焊、角焊、對接焊。1)表面堆焊時(shí)，焊縫金屬的橫向變形不但受到縱橫向母材的約束，而且加熱只限于工件表面一定深度而使焊縫的收縮同時(shí)受到板厚、深度、母材方面的約束，因此，變形相對較小。2)T形角接接頭和搭

51、接接頭時(shí)，其焊縫橫向收縮情況與堆焊相似，其橫向收縮值與角焊縫面積成正比，與板厚成反比。3)對接接頭在單道(層)焊的情況下，其焊縫橫向收縮比堆焊和角焊大，在單面焊時(shí)坡口角度大，板厚上、下收縮量差別大，因而角變形較大。雙面焊時(shí)情況有所不同，隨著坡口角度和間隙的減小，橫向收縮減小，同時(shí)角變形也減小。1.5焊接層數(shù)的影響1)橫向收縮：在對接接頭多層焊接時(shí)，第一層焊縫的橫向收縮符合對接焊的一般條件和變形規(guī)律，第一層以后相當(dāng)于無間隙對接焊，接近于蓋面焊道時(shí)與堆焊的條件和變形規(guī)律相似，因此，收縮變形相對較小。2)縱向收縮：多層焊接時(shí)，每層焊縫的熱輸入比一次完成的單層焊時(shí)的熱輸入小得多，加熱范圍窄，冷卻快，產(chǎn)

52、生的收縮變形小得多，而且前層焊縫焊成后都對下層焊縫形成約束，因此，多層焊時(shí)的縱向收縮變形比單層焊時(shí)小得多，而且焊的層數(shù)越多，縱向變形越小。在工程焊接實(shí)踐中，由于各種條件因素的綜合作用，焊接殘余變形的規(guī)律比較復(fù)雜，了解各因素單獨(dú)作用的影響便于對工程具體情況做具體的綜合分析。所以，了解焊接變形產(chǎn)生的原因和影響因素，則可以采取以下控制變形的措施：1)減小焊縫截面積，在得到完整、無超標(biāo)缺陷焊縫的前提下，盡可能采用較小的坡口尺寸(角度和間隙)。2)對屈服強(qiáng)度345MPA以下，淬硬性不強(qiáng)的鋼材采用較小的熱輸入，盡可能不預(yù)熱或適當(dāng)降低預(yù)熱、層間溫度；優(yōu)先采用熱輸入較小的焊接方法，如CO2氣體保護(hù)焊。3)厚板

53、焊接盡可能采用多層焊代替單層焊。4)在滿足設(shè)計(jì)要求情況下，縱向加強(qiáng)肋和橫向加強(qiáng)肋的焊接可采用間斷焊接法。5)雙面均可焊接操作時(shí)，要采用雙面對稱坡口，并在多層焊時(shí)采用與構(gòu)件中和軸對稱的焊接順序。6)T形接頭板厚較大時(shí)采用開坡口角對接焊縫。7)采用焊前反變形方法控制焊后的角變形。8)采用剛性夾具固定法控制焊后變形。9)采用構(gòu)件預(yù)留長度法補(bǔ)償焊縫縱向收縮變形，如H形縱向焊縫每米長可預(yù)留0.50.7。10)對于長構(gòu)件的扭曲，主要靠提高板材平整度和構(gòu)件組裝精度，使坡口角度和間隙準(zhǔn)確，電弧的指向或?qū)χ袦?zhǔn)確，以使焊縫角度變形和翼板及腹板縱向變形值與構(gòu)件長度方向一致。11)在焊縫眾多的構(gòu)件組焊時(shí)或結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，

54、要采取合理的焊接順序。12)設(shè)計(jì)上要盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，合理布置焊縫，除了要避免焊縫密集以外，還應(yīng)使焊縫位置盡可能靠近構(gòu)件的中和軸，并使焊縫的布置與構(gòu)件中和軸相對稱。II 焊接應(yīng)力的控制措施構(gòu)件焊接時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)內(nèi)應(yīng)力，焊接后產(chǎn)生殘余應(yīng)力，并同時(shí)產(chǎn)生殘余變形，這是不可避免的現(xiàn)象。焊接變形的矯正費(fèi)時(shí)費(fèi)工，構(gòu)件制造和安裝企業(yè)首先考慮的是控制變形，往往對控制殘余應(yīng)力較為忽視，常用一些卡具、支撐以增加剛性來控制變形，與此同時(shí)實(shí)際上增大了焊后的殘余應(yīng)力。對于一些本身剛性較大的構(gòu)件，如板厚較大，截面本身的慣性矩較大時(shí)，雖然變形會較小，但卻同時(shí)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，甚至產(chǎn)生裂紋。因此，對于一些構(gòu)件截面厚大，焊

55、接節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，拘束度大，鋼材強(qiáng)度級別高，使用條件惡劣的重要結(jié)構(gòu)要注意焊接應(yīng)力的控制?？刂茟?yīng)力的目標(biāo)是降低其峰值使其均勻分布，其控制措施有以下幾種：1)減小焊縫尺寸：焊接內(nèi)應(yīng)力由局部加熱循環(huán)而引起，為此，在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，不應(yīng)加大焊縫尺寸和層高，要轉(zhuǎn)變焊縫越大越安全的觀念。2)減小焊接拘束度：拘束度越大，焊接應(yīng)力越大，首先應(yīng)盡量使焊縫在較小拘束度下焊接，盡可能不用剛性固定的方法控制變形，以免增大焊接拘束度。3)采取合理的焊接順序：在焊縫較多的組裝條件下，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件形狀和焊縫的布置，采取先焊收縮量較大的焊縫，后焊收縮量較小的焊縫；先焊拘束度較大而不能自由收縮的焊縫，后焊拘束度較小而能自由收縮的

56、焊縫的原則。4)降低焊件剛度，創(chuàng)造自由收縮的條件。5)錘擊法減小焊接殘余應(yīng)力：在每層焊道焊完后立即用圓頭敲渣小錘或電動錘擊工具均勻敲擊焊縫金屬，使其產(chǎn)生塑性延伸變形，并抵消焊縫冷卻后承受的局部拉應(yīng)力。但根部焊道、坡口內(nèi)及蓋面層與母材坡口面相鄰的兩側(cè)焊道不宜錘擊，以免出現(xiàn)熔合線和近縫區(qū)的硬化或裂紋。高強(qiáng)度低合金鋼，如屈服強(qiáng)度級別大于345MPa時(shí)，也不宜用錘擊法消除焊接殘余應(yīng)力。6)采用拋丸機(jī)除銹：通過鋼丸均勻敲打來抵消構(gòu)件的焊接應(yīng)力。綜上所述，在施工過程中，一定要了解焊接工藝，采用合理的焊接方法和控制措施，以便減少和消除焊后殘余應(yīng)力和殘余變形。在實(shí)踐中不斷總結(jié)、積累焊接經(jīng)驗(yàn)，綜合分析考慮的各種

57、因素，可以保證工程中的焊接質(zhì)量。九低合金高強(qiáng)鋼的焊接工藝目前我國液壓支架結(jié)構(gòu)件大部分采用16M n 鋼板作為主材, 體積及自重普遍較大, 給支架的運(yùn)輸及安裝都帶來困難。近十幾年來, 國外將屈服強(qiáng)度在295M Pa 460M Pa 的低合金高強(qiáng)度鋼(以下簡稱高強(qiáng)鋼) 廣泛于液壓支架結(jié)構(gòu)件中, 在保證其性能的同時(shí)也取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)由于受高強(qiáng)度鋼焊接難度大、工藝復(fù)雜、易出現(xiàn)焊接缺陷等因素的限制,在這方面起步晚。我們近年來開始在高強(qiáng)鋼的焊接方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和應(yīng)用, 從焊絲的選擇、焊前預(yù)熱、焊后處理、工藝參數(shù)等方面出發(fā)進(jìn)行了工藝研究, 保證了支架結(jié)構(gòu)件焊接質(zhì)量的可靠性。一、高強(qiáng)鋼的焊接性分析1、熱裂紋高強(qiáng)鋼一般含C、S 量較低, 含M n 量較高, 而且