【正文】 的條件下，空位和位錯都會發(fā)生移動和聚集，當它們的濃度達到一定的臨界值后，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。尤其是殘余擴散氫的影響，即在較低溫度下（Ms點以下）才具有致裂作用的氫的影響。焊縫中氫的濃度達到一定值后，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)，但是焊接超高強度鋼時，由于焊縫的合金成分復雜，熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變可能先于焊縫，此時氫就相反地從熱影響區(qū)向焊縫擴散，那么延遲裂紋就可能在焊縫上產(chǎn)生。(3)超高強鋼焊接時產(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)力和金屬相變時產(chǎn)生的組織應(yīng)力。綜上所述，超高強度鋼焊接時，產(chǎn)生冷裂紋的機理在于鋼種淬硬之后，受氫的誘發(fā)和促進使之脆化，在拘束應(yīng)力的作用下形成了裂紋。經(jīng)分析，高強度鋼都存在一個韌性最佳的冷卻時間t8/5，t8/5 過小或過大都會使韌性下降。t8/5 過小時，韌性下降的原因是由于全部得到了馬氏體，當t8/5增加時，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，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重要因素。這是QT狀態(tài)供貨的這種高強度鋼的普遍存在的問題，對焊后不再進行調(diào)質(zhì)處理的低碳鋼來說尤為重要。強度級別越高，這問題越突出，尤其是我們所使用的500級的超高強度鋼針對以上的問題進行綜合分析，得出解決方法是：通過預(yù)熱來降低馬氏體轉(zhuǎn)變時的冷卻速度，同時通過馬氏體的“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。 當焊接件的厚度之和Tb≥70mm時，如果Pcm, CE, 預(yù)熱溫度要求最小100℃，最高可達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、樁靴部位的超高強鋼部分將在冬季施工，更加大了裂紋傾向；當Pcm≤, CE≤，如果Tb≤75mm，一般不預(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)范要求又很嚴格，先后試驗了多種焊條及藥芯焊絲才得以確定。若用焊條修補缺陷時，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，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。另外把每個焊道形狀及大小標在WPS上，實際生產(chǎn)中嚴格按其執(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，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)用于化學藥劑注入系統(tǒng)。雙相不銹鋼的良好耐腐蝕性能是因為其具有鐵素體和奧氏體的混合結(jié)構(gòu)。正因為這種特異性能，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標準。設(shè)計焊接工藝之前，要了解平臺有哪些規(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。進行焊接試件時，要按照工藝要求嚴格控制焊接電流，電壓，焊接速度，保護氣體流量等，并做好記錄。按照ASNE IX QW一190標準，經(jīng)過外觀檢驗和無損探傷合格后，對試件焊接接頭進行力學性能試驗，比如拉伸(參考ASME Ⅸ QW一150)、冷彎(參考ASME Ⅸ QW一160)試驗、沖擊(參考ASME IXQW一170)等，對照材料所采用的標準，評定其力學性能。評定力學性能后，對焊縫金屬進行化學成分分析，確定焊縫金屬化學成分含量是否滿足材料標準要求。對于雙相不銹鋼的焊接工藝評定，還需要進行金相試驗和耐腐蝕性能試驗，才能證明焊接質(zhì)量是否達到要求。這就是雙相不銹鋼的特點，也是工藝評定的重點。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；接著對樣品進行粗磨、細磨、拋光后，再進行浸蝕處理；最后在500倍顯微鏡下觀察其晶粒情況。對每一個樣品取20個視場進行觀察，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標準統(tǒng)計其平均值、標準偏差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。耐腐蝕性能試驗用來驗證材料的耐腐蝕性能：在焊縫金屬取兩個試樣，尺寸為50mm25mmlOmm(當t1O時取板厚)。在10％FeCl。6H O溶液、溫度22~2 C條件下浸漬24小時后取出。測量耐點蝕性能。要求在2O倍的放大鏡下沒有可見點蝕。重量損失不超過5．0g／m 。具體方法和標準參見ASTM G48。II 焊工資質(zhì)考試依據(jù)認可的合格工藝。焊工資質(zhì)按照ASME IX第Ⅲ章進行焊接考試考試試件經(jīng)過外觀檢驗和現(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格按照認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，會造成點蝕。(2)焊道兩側(cè)最好敷防飛濺劑，焊件表面最好覆蓋保護膜。(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，必要時可以采用強冷措施。(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)進行，不允許擦傷母材。被擦傷部位須進行打磨、探傷，然后酸化、鈍化處理。(9)用氬弧焊進行打底焊接時，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，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10mm時，都應(yīng)在管內(nèi)用氬氣進行背部保護,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。只有嚴格控制焊接各個要素、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，這些管節(jié)點中以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，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。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，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)進行350℃烘干，保溫1．5 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。為了保證管子錯邊量，管對接應(yīng)在專門的對管器上進行，定位采用肋板固定，肋板材料為20鋼。3 6GR操作特點及難點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，實際上反面成形是一個全焊透角焊縫形式，打底焊難度極大，通過大量摸索實踐，找到一套切實可行方法，使之達到要求。I. 打底焊打底焊操作主要難點是管子斜仰焊位置，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，保證電弧在根部焊接時處在合適位置是實現(xiàn)單面焊雙面成形的關(guān)鍵。焊條在過6點鐘位置約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1／2在內(nèi)側(cè)，1／2在坡口外側(cè)，每次電弧跟進的時間以熔池接近凝固為宜，跟進太快，液態(tài)熔池增大，液態(tài)金屬易下淌形成焊瘤，跟進太慢，液態(tài)熔池向內(nèi)壓縮，液態(tài)金屬補充不及時，易在背面焊縫形成凹陷，一般每次液態(tài)金屬給送的時間應(yīng)控制在1～1．5 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、焊接速度及運條方式調(diào)節(jié)電弧長度和熔池大小，把鐵水準確地送到坡口根部，三者相互配合恰當，就可以達到良好的反面成形。收弧時，先在熔池上方做一熔孔，然后慢慢將熔池鐵水向后帶出10～15 mm，在坡口側(cè)?；?，以減慢熔池凝固速度，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，成為難以修復的缺陷，當弧坑還在紅熱狀態(tài)時，在熔池下方10～15 mm處斜坡上引弧，并焊至收弧處，此時弧坑溫度逐步升高，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，然后恢復正常焊接，這個階段關(guān)鍵要點是焊條運送要到位，更換焊條要快，觀察熔孔要準，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)