【正文】 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）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 ，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(huì)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(huì)發(fā)生移動(dòng)和聚集，當(dāng)它們的濃度達(dá)到一定的臨界值后，就會(huì)形成裂紋源。在應(yīng)力的繼續(xù)作用下，就會(huì)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(huì)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 第 11 頁 共 31 頁 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。 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(huì)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 MA組元。同時(shí)，這種鋼對(duì)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。 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(duì)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(jí)別越高，這問題越突出，尤其是我們所使用的 500級(jí)的超高強(qiáng)度鋼 針對(duì)以上的問題 進(jìn)行 綜合分析， 得出 解決方法是： 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(duì)防止裂紋沒有必要，而相反會(huì)使 800500℃ 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/15+V/10+5B）及焊件的厚度之和 Tb。 當(dāng)焊接件的厚度之和 Tb≥70mm 時(shí)，如果 Pcm, CE, 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) Pcm≤, CE≤ 時(shí)，如果 Tb≤75mm ，一般 第 12 頁 共 31 頁 不預(yù)熱；如果 Tb〉 75mm，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(jí)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。 氫除了來源于焊接材料的水份，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。 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。 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(duì)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。 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于氫的逸出，防止冷裂紋。 五 ． 海洋平臺(tái)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(tái)應(yīng)用比較普遍。特別是它們對(duì)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(tái)中，應(yīng)用于化 第 13 頁 共 31 頁 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 1— 1” 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(píng)定 海洋平臺(tái)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(tái)有哪些規(guī)格的管線，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(dòng)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(duì)試件焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，比如拉伸 (參考 ASME Ⅸ QW 一 150)、冷彎 (參考 ASME Ⅸ QW一 160)試驗(yàn)、沖擊 (參考 ASME IXQW 一 170)等，對(duì)照材料所采用的標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)定其力學(xué)性能。評(píng)定力學(xué)性能后，對(duì)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(duì)于雙相不銹鋼的焊接工藝評(píng)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(píng)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(duì)樣品進(jìn)行粗磨、細(xì)磨、拋光后，再進(jìn)行浸蝕處理；最后在 500 倍顯微鏡下觀察其晶粒情況。對(duì)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。 第 14 頁 共 31 頁 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 50mm25mmlOmm( 當(dāng) t1O 時(shí)取板厚 )。在 10％ FeCl。 6H O 溶液、溫度 22~2 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 5． 0g／ m 。具體方法和標(biāo)準(zhǔn)參見 ASTM G48。 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 Ⅲ 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(huì)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)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 9／ 6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 0． 5 9／ 6，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， 第 15 頁 共 31 頁 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(duì)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(tái)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 45176。 角，位置固定不允許變動(dòng)，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 ZX7— 400STG 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， 4,3． 2 mm，填充及蓋面焊條為四川自貢大西洋 CHE58— 1 焊條， 4,3． 2m m 。使用前焊條應(yīng)進(jìn)行 350℃ 烘干，保溫 1． 5 h，隨用隨取，施焊前對(duì)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(duì)與定位 焊接管的組對(duì)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，如果坡口形式、組對(duì)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(duì)接應(yīng)在專門的對(duì)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 第 16 頁 共 31 頁 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(dòng)，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(dòng)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 1／2在內(nèi)側(cè)， 1／ 2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)金屬給送的時(shí)間應(yīng)控制在 1～ 1． 5 s。 “ 聽 ” 注意聽是否有電弧擊穿管坡口邊發(fā)出的 “ 撲撲 ” 聲?！?送 ” 根據(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