【正文】 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受到板厚、深度、母材方面的約束，因此，變形相對較小。 在焊接熱輸入、焊縫截面積、焊接方面等因素條件相同時， 不同的接頭形式對縱向、橫向、角變形量有不同的影響。 一般情況下，熱輸入大時，加熱的高溫區(qū)范圍大，冷卻速度慢，使接頭塑性 第 23 頁 共 31 頁 變形區(qū)增大。 焊縫截面積是指熔合線范圍內(nèi)的金屬面積。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。 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。 (6)焊接時的約束條件 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。去除固定取下后同 (4)不均勻加熱引起應(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。 必須分析具體產(chǎn)品的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點，選用合適的試驗方法，比較試驗和產(chǎn)品之間的差別，然后再對試驗結(jié)果進(jìn)行分析，得出結(jié)論。 接頭性能試驗的目的是通過對焊接接頭 部位的塑性和韌性進(jìn)行試驗，為焊接產(chǎn)品在使用中安全可靠、為設(shè)計和施工提供依據(jù)。 可焊性試驗方法：按其試驗手段可分為直接法和間接法兩類 按試驗內(nèi)容可分為抗裂性試驗、接頭性能試驗和工藝適應(yīng)性試驗。得具有一定使用性能的焊接接頭角度，可焊性試驗包含四方面內(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。 接頭性能試驗的目的是通過對焊接接頭部位的塑性和韌性進(jìn)行試驗，為焊接產(chǎn)品在使用中安全可靠、為設(shè)計和施工提供依據(jù)。 可焊性試驗方法：按其試驗手段可分為直接法和間接法兩類 按試驗內(nèi)容可分為抗裂性試驗、接頭性能試驗和工藝適應(yīng)性試驗。 檢查焊接接頭的使用性能。 檢查焊縫及熱影響區(qū)金屬抵抗產(chǎn)生冷裂紋的能力。 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：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。焊前工件必須預(yù)熱到較高溫度，焊接時要采取減少焊接應(yīng)力和防止開裂的工藝措施，焊后要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚拍鼙ＷC焊接接頭質(zhì)量。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。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應(yīng)考慮預(yù)熱。 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，很難通用。用 CE 表示，并以此來判別可焊性的好壞 。鋼中含碳量越高，可焊性越差 。 利用經(jīng)驗公式估算產(chǎn)生熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋等傾向的大小。對鋼的可焊性的評價方法有理論計算方法和試驗方法。 鋼的化學(xué)成分不同，可焊性也不同，一般分為四個等級 良好、一般、差和不好。 絕對不能焊接的材料是沒有的，可焊性是相對比較的概念。 可焊性是相對比較的概念：把材料在焊接時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)。 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的熱循環(huán)條件。 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、 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，成分偏析及結(jié)晶方向等原因可能導(dǎo)致熱裂紋。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。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、 第 18 頁 共 31 頁 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。 可焊性的含義： 通常把金屬在焊接時形成裂紋的傾向及焊接接頭性能變壞的傾向，作為材料可焊性的主要指標(biāo)。 內(nèi)涵： 1 結(jié)合性能 ：金屬焊接時對缺陷的敏感性。 (3)進(jìn)行側(cè)彎試驗，取 4 塊試樣，在驗船師 監(jiān)督下，試樣彎曲角度 180 度，完好、無裂紋。 總結(jié)： (1)焊縫外觀經(jīng) CCS 中國船級社、 ABS 美國船級社、 DNN挪威船級社驗船師檢驗，結(jié)果符合船規(guī)技術(shù)要求。 III. 蓋面焊 施焊前， 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。 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(fù)的缺陷，當(dāng)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(fù)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(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。 “ 聽 ” 注意聽是否有電弧擊穿管坡口邊發(fā)出的 “ 撲撲 ” 聲。 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 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處在合適位置是實現(xiàn)單面焊雙面成形的關(guān)鍵 。為了保證管子錯邊量，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 。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。 下面是 一套 6GR 焊接的操作工藝方法及其要點。固定焊，其管子的軸線與水平面成 45176。只有嚴(yán)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。另外 ,焊接前三道焊縫或者焊縫金屬未達(dá) 10mm 時，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。 (9)用氬弧焊進(jìn)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。 (8)引弧須在坡口內(nèi)進(jìn)行，不允許擦傷母材。 (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。 (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。 (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(qiáng)冷措施。 (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。 (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。具體考試辦法與其他鋼材類似，本文不再論述。 考試試件經(jīng)過外觀檢驗和現(xiàn)場拍片探傷合格后。 II 焊工資質(zhì)考試 依據(jù)認(rèn) 可的合格工藝。重量損失不超過 5． 0g／ m 。測量耐點蝕性能。 第 14 頁 共 31 頁 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(dāng) t1O 時取板厚 )。根據(jù)所測量到的鐵素體含量，按照 ASTME562 標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計其平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差 95cIRA 。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；最后在 500 倍顯微鏡下觀察其晶粒情況。這就是雙 相不銹鋼的特點，也是工藝評定的重點。評定力學(xué)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。進(jìn)行焊接試件時，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。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。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。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 第 13 頁 共 31 頁 學(xué)藥劑注入系統(tǒng)。這樣做的目的是有利于氫的逸出，防止冷裂紋。冷卻速度不能過快。另外把每個焊道形狀及大小標(biāo)在 WPS 上，實際生產(chǎn)中嚴(yán)格按其執(zhí)行。根據(jù)經(jīng)驗，我們將最大線能量控制在21600J/cm。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。最后確定采用效率高、焊后殘余應(yīng)力小的藥芯焊絲。這種材料很難找到，而且 DNV 規(guī)范要求又很嚴(yán)格，先后試驗了多種焊條及藥芯焊絲才得以確定。 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。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，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℃ 。 當(dāng)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(dá) 175℃ 。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。 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。 t8/5 過小 時，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，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。 綜上所述，超高強(qiáng)度鋼焊接時，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。 (3)超高強(qiáng)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。 (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。在應(yīng)力和熱力不平衡的條 件下，空位和位錯都會發(fā)生移動和聚集，當(dāng)它們的濃度達(dá)到一定的臨界值后，就會形成裂紋源。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)生斷裂時只需消耗較低的能量，因此，焊接接頭有馬氏體存在時，裂紋易于形成和擴(kuò)展。在焊接工藝認(rèn)可試驗前的模擬試驗中，通過鋼的供貨狀態(tài)（調(diào)質(zhì) 狀態(tài)） ,分析 出 下列焊接時易出現(xiàn)的問題： （ 1）根據(jù)化學(xué)成分計算得到鋼的碳當(dāng)量 ： （ CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ）。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。 2 完工檢驗 第 10 頁 共 31 頁 (1)外觀檢驗 焊接完成 48 小時后，在清除表面焊渣不涂防銹漆的狀態(tài)下，外觀經(jīng)專檢合格后報驗船師和船東檢驗。 (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。 (5)在多層多道焊時，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 則要及時消除缺陷才能繼續(xù)焊接。 (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，每道焊縫層間溫度要控制在 l00℃ 一 15039。 (2)每個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。 l 過程檢驗和控制 (1)燒低氫焊條時，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一定要接上電源。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。 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)點的抗疲勞性能。對特殊構(gòu)件 (關(guān)鍵構(gòu)件 )的角焊縫施焊時，焊工應(yīng)仔細(xì)地焊成凹面形，并要求修整加工。 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。坡口的形式有 U塑和 X 型。 遇有下列情形之一時，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； (