【正文】 第 1 頁 共 31 頁 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(hào)： 班 級(jí)： 專 業(yè)： 船舶工程技術(shù)（舾裝） 指導(dǎo)老師： 時(shí) 間： 2021 年 5 月 31 日 第 2 頁 共 31 頁 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 第 3 頁 共 31 頁 Abstract In recent years, The Offshore Technology be placed in to found a nation in China best of a development period. Though our country The Offshore Technology use a material of development start parison night, along with our country reform open with economy construction of continuously development,and The material welding process is one of the important ponent . This paper mainly that the welding materials in ocean engineering technology, application and process analysis. [Keyword]The Offshore Technology。 the welding materials。 process analysis. 第 4 頁 共 31 頁 目 錄 一．引言 5 二 .海工焊接中焊縫的要求 5 三 .海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的焊接 5 I 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)焊接的特點(diǎn) 5 II 對(duì)焊縫金屬和焊接接頭的性能要求 6 III 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)焊接材料的選擇 6 IV海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)焊接前的準(zhǔn)備工作 7 V導(dǎo)管架管節(jié)點(diǎn)圓管和相貫線的節(jié)點(diǎn)焊接 8 VI 焊后工藝處理 8 VII 焊接檢驗(yàn) 9 四．超高強(qiáng)度鋼焊接工藝 10 五．海洋平臺(tái)雙相不銹鋼管線的焊接 12 I 焊接工藝評(píng)定 13 II 現(xiàn)場焊接 14 六．海上平臺(tái)管節(jié)點(diǎn) 6GR 位置焊接工藝方法 15 七．金屬材料的焊接 17 I 金屬材料的焊接性 17 II 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 21 I 焊接變形的控制措施 22 II 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 26 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 第 5 頁 共 31 頁 一．引言 海洋平臺(tái)由于長期在惡劣的海洋環(huán)境里作業(yè)，結(jié)構(gòu)在 2025 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(tái)管節(jié)點(diǎn)有很高的應(yīng)力集中。一個(gè)平臺(tái)上有數(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(tái)的整體事故，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。平臺(tái)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(duì)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 25mm 余高過高會(huì)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(huì)給這條焊縫的質(zhì)量留下隱患，一般包角會(huì)有氣孔、夾雜和未融合等缺陷，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(duì)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(jí)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?、焊工操作不?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(tái)結(jié)構(gòu)的焊接 I海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)焊接的特點(diǎn) 第 6 頁 共 31 頁 ，多采用低氫型和超低氫型堿性 焊條 。 40— 50kJ／ era 的范圍，以確保焊接接頭的韌性和 脆 斷性。 ，一般焊前需預(yù)熱，以防止裂紋發(fā)生。 ，以消除焊接殘余應(yīng)力。 、全熔透、多層多道手工焊接。 ，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(duì)焊 縫金屬和焊接接頭的性能要求 衡準(zhǔn)材料韌性的指標(biāo)主要是夏比 V型缺口沖擊韌性值。 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。 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(duì)其形狀和缺陷必須侈整。并與母材表面光滑過渡。 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(duì)減輕腐蝕也有好處。采用碳當(dāng)量較低的鋼材。 III 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)焊接材料的選擇 根據(jù)平臺(tái)構(gòu)件的用鋼等級(jí)和平臺(tái)設(shè)計(jì)要求。選用與之相匹配的焊條或焊絲 ，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 第 7 頁 共 31 頁 料還要根據(jù)平臺(tái)構(gòu)件類別不同。分別選用不 同 級(jí)別的材料。次要構(gòu)件選用普通結(jié)構(gòu) 鋼焊條。如 J42 J423 等；主要構(gòu)件選用相應(yīng)級(jí)別的低氫型堿性焊條。如 J42J5o7 等；對(duì)于特殊構(gòu)件。一定要用相應(yīng)等級(jí)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(tái)結(jié)構(gòu)焊接前的準(zhǔn)備工作 1 焊接工藝認(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(duì)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(jí)和尺寸； (2)焊接材料 (焊條、焊絲、焊劑 )等級(jí)、牌號(hào)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：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(duì)大厚度焊件、約束度高的焊件以及平臺(tái)特殊構(gòu)件要進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱溫度通常在 100~C— l5O℃ 之間。 4 常用的焊接方法 (1) 手工電弧焊 第 8 頁 共 31 頁 (2） 埋弧自動(dòng)焊 (3) 藥芯焊絲電弧焊 5 施焊工藝 平臺(tái)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(jí)，相對(duì)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； (2)高濕度條件下； (3)鋼材的溫度低于 O℃ 。 海上設(shè)施結(jié)構(gòu)的對(duì)接縫一般應(yīng)全焊透，對(duì)厚度超過 6mm 的對(duì)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。 平臺(tái)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(duì)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進(jìn)行焊接。 焊接材料用與母材強(qiáng)度和韌性等級(jí)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 第 9 頁 共 31 頁 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(duì)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(duì)結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，嚴(yán) 格執(zhí)行三級(jí)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笠猓瑢?shí)際上對(duì)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(duì)于對(duì)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 15039。之間，每條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(duì)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(duì)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(duì)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) 第 10 頁 共 31 頁 (1)外觀檢驗(yàn) 焊接完成 48 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(duì)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(jí)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)前的模擬試驗(yàn)中，