海工焊接经验分享Word文档下载推荐.docx
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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，结构大型化趋势显著，结构复杂，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，其结构处于更危险的状态，且随着结构大型化，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，对结构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号等海洋平台结构修理的成功经验，总结其结
构修理时的焊接要求和焊接方法如下，以供同行参考使用。
一、海洋平台结构焊接的特点
1为了防止冷裂缝和提高热影响区的韧性，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40—50kJ／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行热处理，以消除焊接残余应力。
5管件桁架结构大多采用全位置、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，以修整焊缝和消除表面缺
陷，减少应力集中，提高疲劳寿命。
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，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
由结构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。
并与母材表面光滑过渡。
4腐蚀
为了避免焊缝金属的腐蚀。
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。
（明天待续）
三
海洋平台结构焊接材料的选择
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材的性能基本一样。
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。
次要构件选用普通结构钢焊条。
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。
以防止冷裂纹和提高焊缝金属和焊接头的韧性。
四
海洋平台结构焊接前的准备工作
1焊接工艺认可
焊接工艺规程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下列内容：
（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。
现场焊接管节点的焊工需取得
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）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行预热。
预热温度通常在100~C—l5O℃之
间。
五常用的焊接方法
I手工电弧焊
2埋弧自动焊
3药芯焊丝电弧焊
六施焊工艺
l
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行，特别是在露天进行气体保护焊
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％。
遇有下列情形之一时，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束的钢材；
（2）高湿度条件下；
（3）钢材的温度低于O℃。
2
对接缝和焊接坡口
海上设施结构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
平台结构焊接，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，并平滑地向母材表面过渡。
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。
第四讲接上期
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别采用封底焊条、填充焊条和盖面焊条进行焊接。
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提
高焊缝金属和焊接接头的韧性和疲劳强度。
九
焊接检验
应对海上设施结构焊接作业实施全程质量监控，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结构焊接质量进行检验，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。
l过程检验和控制
（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
结束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
接是否牢固，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）进行打底焊时，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。
（4）对于对接焊和全焊透的角焊缝，在焊接之前要进行50℃一l00℃预热，且在多层多
道焊时，每道焊缝层间温度要控制在l00℃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行操作，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行敲渣和适量的打磨．并
进行100％目检，在确保没有任何缺陷后才能进行下一道焊缝的焊接工作，否则要及时消除
缺陷才能继续焊接。
（6）严格按工艺要求的焊接顺序进行焊接，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背面都要进行碳刨，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。
碳刨后不能马上进行打磨，必须100％目
检发现无缺陷后才能进行打磨工作，否则要进行消除缺陷的处理。
2完工检验
（1）外观检验．
焊接完成48小时后，在清除表面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小时进行，当焊件被要求做焊后热处理时，无损探伤应在热
处理后进行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。
海洋工程钢结构常用的无损检测方法有：
射线检测、超声波检测和磁粉检测。
（完）
下行焊焊接，是在焊接薄板控制变形的最好的一种焊接方法。
该工艺的特点是生产效率高、焊接质量好，与焊条电弧向上焊相比可提高工效2倍以上。
特别是CO2焊接的效率就更高了。
采用此工艺方法，必须要有一定的工艺文件作支撑才可以。
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服强度是500兆帕级的超高强钢，而齿条等部位为E500，不仅屈服强度高，而且要确保-40℃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）,我们分析了下列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0.40-0.41，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移动和聚集，当它们的浓度达到一定的临界值后，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。
尤其是残余扩散氢的影响，即在较低温度下（Ms点以下）才具有致裂作用的氢的影响。
焊缝中氢的浓度达到一定值后，在应力的作用下就会产生裂纹。
一般情况下，氢致裂纹出现在热影响区，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焊缝扩散，那么延迟裂纹就可能在焊缝上产生。
（3）超高强钢焊接时产生冷裂纹不仅取决于钢的淬硬倾向和氢的有害作用，而且还决定于焊接接头所处的应力状态，甚至在某些情况下，应力状态还起取决性的作用。
焊接接头所承受的拘束应力还包括不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力和金属相变时产生的组织应力。
综上所述，超高强度钢焊接时，产生冷裂纹的机理在于钢种淬硬之后，受氢的诱发和促进使之脆化，在拘束应力的作用下形成了裂纹。
2.晶粒长大引起的冲击韧性的下降
经分析，高强度钢都存在一个韧性最佳的冷却时间t8/5，t8/5过小或过大都会使韧性下降。
t8/5过小时，韧性下降的原因是由于全部得到了马氏体，当t8/5增加时，引起脆化的原因除了奥氏体晶粒粗化引起的脆化外，主要原因是由于上贝氏体和块状的M-A组元。
同时，这种钢对线能量是非常敏感的，也就是说，线能量也是使冲击韧性下降的一个重要因素。
3.热影响区的软化
这是QT状态供货的这种高强度钢的普遍存在的问题，对焊后不再进行调质处理的低碳钢来说尤为重要。
强度级别越高，这问题越突出，尤其是我们所使用的500级的超高强度钢。
（二）
针对以上的问题我们进行了综合分析，解决方法是：
1.焊前预热
通过预热来降低马氏体转变时的冷却速度，同时通过马氏体的“自回火”作用来提高抗裂性。
但是预热温度不能过高，否则不仅对防止裂纹没有必要，而相反会使800-500℃的冷却速度低于出现脆性混合组织的临界冷却速度，使焊接热影响区的韧性大大降低。
根据DNV的规范要求，预热温度的确定不仅要考虑碳当量CE值，还要考虑裂纹敏感系数Pcm值（Pcm=C+（Mn+Cu+Cr）/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B）及焊件的厚度之和Tcomb。
当焊接件的厚度之和Tcomb≥70mm时，如果Pcm>
0.26,CE>
0.41,预热温度要求最小100℃，最高可达175℃。
这种预热温度下，工人的操作条件极差，致使无法焊接。
而且桩腿、桩靴部位的超高强钢部分将在冬季施工，更加大了裂纹倾向；
当Pcm≤0.26,CE≤0.41时，如果Tcomb≤75mm，一般不预热；
如果Tcomb〉75mm，预热温度不小于75℃。
通过分析及讨论厚度的覆盖情况，我们选用厚度为40mm的，级别为E500的钢板作试件，这样一来，不仅给施焊带来了方便，冷裂纹也比较好控制。
2.选择适当的焊接材料
氢除了来源于焊接材料的水份，焊件坡口处的铁锈、油污以及环境湿度等因素以外，主要是焊接材料的含氢量。
超高强度钢的焊接需要使用含氢量为H10或H5的低氢焊接材料。
这种材料很难找到，而且DNV规范要求又很严格，先后试验了多种焊条及药芯焊丝才得以确定。
若用焊条修补缺陷时，必须使用含氢量为H5的超低氢焊条，且热输入大，效率低。
最后确定采用效率高、焊后残余应力小的药芯焊丝。
3.严格控制层间温度
层间温度起着与预热同样的作用。
最小层间温度为75℃，最大为200℃，也就是说，层间温度最小控制在预热温度的下限，而最大层间温度也不能过高。
4.线能量的控制
为了确保立焊位置冲击值在34J以上，其他位置在47J以上，我们选用小线能量的方法，也就是多层小焊道焊缝，这样不仅可以使焊接热影响区和焊缝金属有较好的韧性，而且还可以减小焊接变形。
根据经验，我们将最大线能量控制在21600J/cm。
t8/5对于焊接接头熔合线处最薄弱的粗晶区冲击韧性的影响很大，如果控制在10秒-30秒之间，则熔合线处粗晶区能保证很好的冲击韧性，甚至比母材还好。
另外把每个焊道形状及大小标在WPS上，实际生产中严格按其执行。
5.焊后热处理
这类钢的合金化原理就是在低碳的基础上通过加入多种提高淬透性的合金元素来保证获得强度高、韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体的混合组织。
冷却速度不能过快。
我们选用的是焊后立即后热，温度为200℃，保温2小时，随后在空气中冷却下来。
这样做的目的是有利于氢的逸出，防止冷裂纹。
（待续）
（三）
TIV-1是一个特殊的工程船，原因之一就是他的六条桩腿的尺寸精度比海洋平台的要求高得多.
为了克服尺寸精度控制的问题，通过与船东及设计公司协商，采取以下措施：
1.间隙装配焊接
通常CO2药芯焊采用陶瓷衬垫，装配间隙为5-9mm，变形难于控制。
现在则采用3-4mm的钝边，彼此装配间隙为零，焊一面，背面气刨，这样就使得收缩量不超过0.3mm.
2.不使用马板，而是设计专用胎架
施焊时如果使用马板，则马板必须为与焊件同等级材料，如果使用了马板而不预热，就容易产生裂纹。
这样一来，且不说提高了价格，马板的预热也成了大难题。
虽然做焊接工艺认可实验时可以做到，但是在实际生产中就很难做到。
因此，我们设计了可调压紧件、可调顶杆等方式的胎架，既解决了上述问题，又能使尺寸精度得以提高。
3.采用合理的装焊顺序。
根据我厂的生产能力，乃至全国范围内的生产设备情况，如果要做到先装焊后切齿是非常困难的。
不仅仅是因为装焊后的切割，就装配与焊接而言就很难达到所要求的精度。
所以采用合理的装焊顺序，即先装箱体后装已切割好的齿条的方法，每一段都能使变形量得到严格的控制，这样整体精度就得以保证。
为了提高试验的成功率，针对每个位置、不同方法都先进行试验前的试验，做到及时发现问题，分析问题产生的原因，找到解决问题的措施。
还有针对性地对焊工进行培训，提高焊工的素质，尤其是3G（立焊）位置，如果焊丝的摆动不当，就容易造成夹渣等缺陷。
只有这样，我们的焊接工艺规程及焊接工艺合格试验才圆满地完成，为生产提供保障。
第七讲海洋平台双相不锈钢管线的焊接
双相不锈钢管以其优良的耐腐蚀、高强度和易于加工制造等优异性能在海洋平台应用比较普遍。
特别是它们对抗氯化物的侵蚀有很好的效果，最适合在富含氯离子的介质中，以及某些酸介质中使用，比如，在海洋采油平台中，应用于化学药剂注入系统。
双相不锈钢的良好耐腐蚀性能是因为其具有铁素体和奥氏体的混合结构。
正因为这种特异性能，使双相不锈钢的焊接工艺的要求不同于其他钢材，本文以“东方1—1”项目为例，侧重于双相不锈钢焊接的特殊方面，介绍双相不锈钢管线的焊接。
2焊接工艺评定
海洋平台管线焊接工艺一般采用ASMEIX标准。
设计焊接工艺之前，要了解平台有哪些规格的管线，然后参考ASMEIXQW一250条要求的工艺重要变素，确定采用哪些焊接方法，尽量采用有利于现场施工并且覆盖范围广的焊接工艺。
一般而言，用氩弧焊进行底道焊可获得优良的底边成型；
用手工电弧焊或埋弧自动焊填充可提高焊接效率，比较适合厚壁管材。
进行焊接试件时，要按照工艺要求严格控制焊接电流，电压，焊接速度，保护气体流量等，并做好记录。
按照ASNEIXQW一190标准，经过外观检验和无损探伤合格后，对试件焊接接头进行力学性能试验，比如拉伸（参考ASMEⅨQW一150）、冷弯（参考ASMEⅨQW一160）试验、冲击（参考ASMEIXQW一170）等，对照材料所采用的标准，评定其力学性能。
评定力学性能后，对焊缝金属进行化学成分分析，确定焊缝金属化学成分含量是否满足材料标准要求。
对于双相不锈钢的焊接工艺评定，还需要进行金相试验和耐腐蚀性能试验，才能证明焊接质量是否达到要求。
这就是双相不锈钢的特点，也是工艺评定的重点。
双相不锈钢的铁素体和奥氏体比例要与母材相近才能保证比其他不锈钢有更优良的抗氯化物腐蚀性能，金相试验就是通过金相分析确定焊缝铁素体和奥氏体含量是否与母材相近。
其程序是：
焊接断面经过切割后取样，取样位置为焊缝顶部（即最后一道盖面焊缝，距表面约lmm）焊缝中心、焊缝根部（距管件内表面约lmm）、焊缝根部两侧的热影响区、焊缝两侧母材；
接着对样品进行粗磨、细磨、抛光后，再进行浸蚀处理；
最后在500倍显微镜下观察其晶粒情况。
对每一个样品取20个视场进行观察，观察有没有晶问碳化物和沉淀相的形成，测量铁素体相的百分比。
根据所测量到的铁素体含量，按照ASTME562标准统计其平均值、标准偏差95cIRA。
所得的数据应满足双相不锈钢生产厂家推荐的要求。
下表为“东方1—1”项目一个双相不锈钢管的焊接工艺在上海交通大学焊接工程研究所进行铁素体
测试的试验数据。
耐腐蚀性能试验用来验证材料的耐腐蚀性能：
在焊缝金属取两个试样，尺寸为50mm×
25mm×
lOmm（当t<
1O时取板厚）。
在10％FeCl。
·
6HO溶液、温度22~2C条件下浸渍24小时后取出。
测量耐点蚀性能。
要求在2O倍的放大镜下没有可见点蚀。
重量损失不超过5．0g／m。
具体方法和标准参见ASTMG48。
3焊工资质考试
依据认可的合格工艺。
焊工资质按照ASMEIX第Ⅲ章进行焊接考试·
考试试件经过外观检验和现场拍片探伤合格后。
焊工才具有相应的资质。
具体考试办法与其他钢材类似，本文不再论述。
4现场焊接
现场焊接双相不锈钢除了严格按照认可的工艺控制焊接参数外，还要执行下列焊接注意事项和技巧，才能保证现场的焊接质量。
（1）清理工具如钢丝刷、刨锤等一律由双相不锈钢制成，打磨用的砂轮必须专用于磨双相不锈钢。
不能让双相不锈钢与钢材直接接触，否则，由于粘有钢材粉末或铁屑，会造成点蚀。
（2）焊道两侧最好敷防飞溅剂，焊件表面最好覆盖保护膜。
（3）要采用短弧焊、断弧焊，打底最好采用氩弧焊。
（4）不预热，焊后不保温，层间温度要小于150C，必要时可以采用强冷措施。
（5）要采用尽可能小的线能量．母材的熔化量要控制在焊缝断面的359／6以下。
（6）由于双相不锈钢的热膨胀系数大，定位焊缝长度要增加至100mm。
厚度也要相应增加。
（7）焊缝表面应打磨光滑，然后进行酸洗，钝化处理，再用清水洗干净。
如果需要，可采用抛光处理，石英砂磨刷等进行表面焊后颜色处理，以提高抗腐蚀性。
（8）引弧须在坡口内进行，不允许擦伤母材。
被擦伤部位须进行打磨、探伤，然后酸化、钝化处理。
（9）用氩弧焊进行打底焊接时，要在管内充氩气，测定管内含氧量，保证小于0．59／6，然后把氩气流量调节到15I／min方可焊接。
焊接底层收口处，应将氩气流量调节至5I／min，待压力降低后方可收口焊接，可防止收口处内凹。
另外，焊接前三道焊缝或者焊缝金属未达10mm时，都应在管内用氩气进行背部保护，以防止根部焊缝金属性能恶化。
双相不锈钢管线的焊接除了要满足力学性能外，还要满足耐腐蚀性能，所以焊接工艺要求比较特殊，对焊工能力和现场条件要求也比较高。
只有严格控制焊接各个要素、焊工操作规范和环境条件，才能保证良好的焊接质量。
第八讲金属材料的焊接与焊接应力
一
金属材料的焊接性
可焊性：
是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出“好焊”和“不好焊”的差别。
内涵：
1
结合性能：
金属焊接时对缺陷的敏感性。
2
使用性能：
焊成的接头在指定的使用条件下可靠运行的能力。
可焊性的含义：
通常把金属在焊接时形成裂纹的倾向及焊接接头性能变坏的倾向，作为材料可焊性的主要指标。
可焊性好的材料，通常不需采用附加工艺措施就能获得没有焊接缺陷，而有良好机械性能的焊接接头。
可焊性的概念是相对的。
金属材料可焊性涉及的内容：
首先决定于金属本身的性质，另一方面也决定于焊接方法、焊接工艺参数、焊接材料、接头形式、结构复杂程度、焊件使用条件和接头受力情况等。
主要是冶金因素和热的因素，所以可焊性分为冶金可焊性和热可
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