海洋工程焊接技术

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1、第一个问题：海工焊接中焊缝的要求。主要是余高、包角、焊趾过度、焊缝设计形式、全焊 透焊缝焊接考前须知及焊接顺序。1余高：余高主要对焊缝起到增加强度的作用，但是并不是余高越高越好，应该控制在 一个范围内，一般选在 2-5mm 余高过高会引起焊缝横向的不连续，在焊趾处引起应力集 中问题等。2包角：包角是所有焊接过程中最不应该无视的问题。一条焊缝是否焊接完成主要看包 角包的是否合格和完美。包角包不好就会给这条焊缝的质量留下隐患，一般包角会有气孔、 夹杂和未交融等缺陷，这就有可能引起焊缝从包角处出现裂纹进展扩散，引起焊缝纵向断裂。3焊趾：焊趾是焊缝与母材的连接部位，一般情况下此处容易引起应力集中，所以

2、海工 焊缝焊接完毕后要对焊趾进展处理，一般式打磨过度等，也有用TIG熔修的。3焊缝形式：尽量采用减小收缩、减少引力集中的形式，可以适当的变直线焊缝为弧线 焊缝等方法。4全焊透：一般全焊透在海工工程中用于厚板、强度等级高的板材，当然此构造部分属 于受力较大部分，一般全焊透焊缝容易引起缺陷， UT 合格率下降。主要因为坡口形式不合 理、焊工操作不当、反面清根不彻底以及碳刨坡口形式不合理造成的。5焊接顺序：要根据构造情况来确定，属于现场经历类。有一个总体原那么就是：尽量 保持有自由端收缩、从中间向两边以及普通焊接中的一些方位顺序对于 50 的 F 级板在海工工程中用于厚板、强度等级高的板材，当然此构

3、造部分属于受力较 大部分，一般在焊缝立体穿插焊接节点处容易引起缺陷，主要受三项拉力，其中焊接应力中 主要为拉伸应力的作用下容易产生裂纹。我个人认为主要应考虑一下几个方面;1、定位焊必须有足够的长度和厚度，必要时应开一定的坡口。2、定位焊时，为进一步增加纵缝端部位的拘谨度，在纵缝终端部位的定位焊缝长度应不小 于100mm，并应有足够的焊缝厚度，且不得有裂纹、未熔合等缺陷。3、严格控制焊接热输入量；焊接过程中必须严格控制焊接热输入量，这不仅是为了确保焊 接接头力学性能的需要，而且对防止裂纹的产生有着非常重要的作用。焊接电流的大小对三 项力有很大的影响，因为焊接电流的大小直接与温度场和焊接热输入量相

4、关。4、严格控制熔池形状及焊缝成形系数。第二讲 海洋平台构造的焊接修理 随着海洋事业的开展，海洋石油开发逐渐由浅海向深海开展，由温暖海区向低温寒冷海 区开展。海洋平台要经受各种气候条件和风浪的袭击，遭受海水的腐蚀，工作环境非常苛 刻。其次，构造大型化趋势显著，构造复杂，焊接工作量大，节点焊接本来就很困难，加之 应力集中程度高，其构造处于更危险的状态，且随着构造大型化，导致构件厚度增加，其破坏 的危险性也就愈来愈大，因此在海洋平台修理时，对构造焊接的要求也越来越高。下面根据 我司修理“南海2 号“南海5 号 “南海6号 等海洋平台构造修理的成功经历，总结其结 构修理时的焊接要求和焊接方法如下，以

5、供同行参考使用。一、海洋平台构造焊接的特点1 为了防止冷裂缝和进步热影响区的韧性，多采用低氢型和超低氢型碱性焊条。2焊接热量输入通常限制在4050kJ / era的范围，以确保焊接接头的韧性和抗脆断性。3 厚板焊件，一般焊前需预热，以防止裂纹发生。4 管节点和关键部件焊后还需要进展热处理，以消除焊接剩余应力。5 管件桁架构造大多采用全位置、全熔透、多层多道手工焊接。6 承受交变应力的管节点和关键构件的角焊缝还需磨修或熔修，以修整焊缝和消除外表缺 陷，减少应力集中，进步疲劳寿命。二 对焊缝金属和焊接接头的性能要求1 韧性衡准材料韧性的指标主要是夏比V型缺口冲击韧性值。2 硬度限制热影响区最高硬度

6、，不仅是为了防止焊接冷裂纹的发生，也是为了防止氢致应力腐蚀开 裂。降低焊缝热影响区硬度的主要措施是选择较高的焊接热输入量，采用回火焊道和选用碳 当量较低的材料。3 疲劳 由构造特点和焊接成形引起的应力集中，是影响焊接接头疲劳寿命的重要因素，特殊构件的 角焊缝对其形状和缺陷必须侈整。并与母材外表光滑过渡。4 腐蚀 为了防止焊缝金属的腐蚀。在焊接材料的选取上。应使焊缝金属的电极电位正于母材金属和 过热区。焊后热处理对减轻腐蚀也有好处。采用碳当量较低的钢材。第三讲三 海洋平台构造焊接材料的选择根据平台构件的用钢等级和平台设计要求。选用与之相匹配的焊条或焊丝和焊；f嚏。焊后焊缝金属和焊接接头的性能与母

7、材的性能根本一样。能阻止焊缝和热影响区焊接裂纹的 发生和扩展。不致发生脆断和疲劳。选择焊接材料。要考虑发生裂纹的可能性。约束度高 应力集中高的部件。选用塑性韧性好的低氢碱性焊条和韧性高的焊丝和碱性焊剂。 Z 向钢的焊 接选用低氢型和超低氢型焊接材料。焊接材料还要根据平台构件类别不同。分别选用不同 级别的材料。次要构件选用普通构造钢焊条。如J422、J423等；主要构件选用相应级别的 低氢型碱性焊条。如 J427、 J5o7 等；对于特殊构件。一定要用相应等级的低氢型或超低氢型碱 性焊接材料。以防止冷裂纹和进步焊缝金属和焊接头的韧性。四 海洋平台构造焊接前的准备工作1 焊接工艺认可 焊接工艺规程

8、是根据焊接工艺合格记录制定的规程。是对初步焊接工艺规程的修正。 焊接工艺规程应包括以下内容：(1) 钢材等级和尺寸；(2) 焊接材料(焊条、焊丝、焊剂)等级、牌号及规格；(3) 焊接方法；(4) 接头、坡口的设计及公差要求；(5) 焊接位置。包括平焊、横焊、立焊、仰焊等；(6) 焊接顺序；(7) 焊接参数。包括焊接电漉、电弧、电压、焊接速度和热量输入范围；(8) 焊前预热和层间温度；(9) 焊后热处理参数。2 焊工与无损检测人员认可 参加管接点焊缝焊接韵工人。要经过专门的考试认可。现场焊接收节点的焊工需获得6GR 位置合格性考试认可。3 焊前工艺准备(1) 焊件和装配；(2)焊缝坡口；(3)

9、焊前预热：为缓和焊接应力。降低焊缝扩散氢含量。减少裂纹发生几率。焊前对大厚 度焊件、约束度高的焊件以及平台特殊构件要进展预热。预热温度通常在100CI5OC之 间。五 常用的焊接方法1 手工电弧焊2 埋弧自动焊3 药芯焊丝电弧焊六 施焊工艺1 焊接环境和施焊条件 平台焊接工作在具有防风、防雨雪的遮蔽条件下进展，特别是在露天进展气体保护焊 时，一定要有防风措施。施焊时的环境温度不得低于经批准的焊接工艺认可试验所规定的最低温度，风速一般 不得超过5级，相对湿度不得大于90 。遇有以下情形之一时，焊接前应预热，预热温度应与认可的焊接工艺一致(1) 焊接高强度钢，特别是淬火圆钢，厚横截面钢材或承受高约

10、束的钢材；(2) 高湿度条件下；(3) 钢材的温度低于 OC 。2 对接缝和焊接坡口海上设施构造的对接缝一般应全焊透，对厚度超过6ram的对接全焊透焊缝，为保证全都厚度充分焊透，需将焊件连接边缘加工成坡口形状，并采用多层、多道单面或双面焊。坡 口的形式有U塑和X型。3 多层多道焊平台构造焊接，许多构件需采用多层、多道焊。4 角焊缝 大厚度板全熔透角焊缝，焊接应力高，应力集中严重。为减少应力集中，要求角焊缝表 面成为凹面形，并平滑地向母材外表过渡。对特殊构件(关键构件)的角焊缝施焊时，焊工 应仔细地焊成凹面形，并要求修整加工。第四讲七 导管架管节点圆管和相贯线的节点焊接 节点圆管和相贯线焊缝应分

11、别采用封底焊条、填充焊条和盖面焊条进展焊接。焊接材料用与 母材强度和韧性等级相匹配的低氢塑或超低氢型碱性焊条，焊条直径根据焊件厚度和焊接层 次加以选择，其中盖面焊宜用小直径焊条，以改善节点的抗疲劳性能。八 焊后工艺处理 焊后工艺处理主要是指焊缝修整、缺陷修补和焊后热处理。焊后工艺处理的目的是进步焊缝 金属和焊接接头的韧性和疲劳强度。九 焊接检验 应对海上设施构造焊接作业施行全程质量监控，要有专职检验人员按照认可的建造检验工艺 和质量控制工艺对构造焊接质量进展检验，严格执行三级检验制度，即自检、互检和专检， 检验范围包括过程检验和完工检验，待全部合格后报验船师检验和船东认可。I 过程检验和控制(

12、1) 烧低氢焊条时，焊工在领取焊条前一定要带保温筒，而且保温筒在使用时一定要接上电 源。任何焊工不得随意将不是从烘箱中领取的焊条放入保温筒内，焊工在一天的工作完毕后 必须及时将保温筒内剩余的焊条放进烘箱内。(2) 每个焊工在施焊前要带好锤子、钢丝刷或风铲等必备工具，而且要检查电源线的连接是 否结实，检查施工区域的环境卫生及风力和风向，并采取一定的预防措施，这是保证焊缝质 量的前提条件。(3) 进展打底焊时，施工人员要非常认真，不能因为反面要气刨而大意，实际上对于焊缝质 量的好坏，打底焊的质量起着非常重要的作用。对于对接焊和全焊透的角焊缝，在焊接之前要进展50C IOOC预热，且在多层多道焊 时

13、,每道焊缝层间温度要控制在IOOC 一 150之间,每条焊缝要尽量一次性连接不断地焊完， 不能因为外界因素影响而间歇进展操作，这样才能保证层间温度。(5) 在多层多道焊时，下一道焊缝焊接之前要对前一道焊缝进展敲渣和适量的打磨并进展1OO 目检，在确保没有任何缺陷后才能进展下一道焊缝的焊接工作，否那么要及时消除缺 陷才能继续焊接。(6) 严格按工艺要求的焊接顺序进展焊接，以便最大限度地减少焊接应力和焊接变形。(7) 所有对接焊缝和全焊透角焊缝反面都要进展碳刨，碳刨深度一般为5ram左右，对于有缺 陷的部分可以适当刨深到消除缺陷为止。碳刨后不能马上进展打磨，必须100%目检发现 无缺陷后才能进展打

14、磨工作，否那么要进展消除缺陷的处理。2 完工检验(1) 外观检验 焊接完成48 小时后，在去除外表焊渣不涂防锈漆的状态下，外观经专检合格后报验船 师和船东检验。(2) 焊缝无损检测无损探伤一般应在焊后 48 小时进展，当焊件被要求做焊后热处理时，无损探伤应在热处理后进展无损检测的范围应包括：A对接焊缝；B全焊透的K、T、Y型节点焊缝；C部 分焊透的 K、 T、 Y 型节点焊缝或填角焊缝。海洋工程钢构造常用的无损检测方法有：射线检测、超声波检测和磁粉检测。第五讲 桩腿制造中的焊接难点及尺寸精度控制一桩腿及桩靴所用的材料中很多为屈从强度是500兆帕级的超高强钢，而齿条等部位为E500， 不仅屈从强

15、度高，而且要确保-40C的低温冲击性能，这给焊接带来很大的难题，也使得焊 接工艺的认可试验难上加难。在焊接工艺认可试验前的模拟试验中，通过钢的供货状态调 质状态,我们分析了以下焊接时易出现的问题：1. 裂纹(1) 据化学成分计算得到钢的碳当量：CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。结果是 CE 的值为，这说明存在着很强的淬硬倾向，钢中的淬硬倾向越大，越容易产生裂纹。 一方面，钢淬硬之后形成脆硬的马氏体组织，从金属的强度理论可以知道，马氏体是一种脆 硬的组织，发生断裂时只需消耗较低的能量，因此，焊接接头有马氏体存在时，裂纹易于形 成和扩展。另一方面，钢淬硬会形成更多的晶格缺陷，主要是空位和位错。在应力和热力不 平衡的条件下，空位和位错都会发生挪动和聚集，当它们的浓度到达一定的临界值后，就会 形成裂纹源。在应力的继续作用下，就会不断的发生扩展而形成宏观的裂纹。(2) 氢也是引起焊接冷裂纹的重要因素之一，并且具有延迟的特性。尤其是剩余扩散氢的影 响，即在较低温度下Ms点以下才具有致裂作用的氢的影响。焊缝中氢的浓度到达一定 值后，在应力的作用下就会产生裂纹。一般情况下，氢致裂纹出如今热影响区，但是焊接超 高强度钢时，由于焊缝的合金成分复杂，热影响区的组织转变可能先于焊缝，此时氢就相反 地从热影响区向