談海洋工程焊接裂紋的防治措施

摘要：隨著工業(yè)的蓬勃發(fā)展，焊接作為一門重要的金屬加工工藝在各項海洋工程中得到了廣泛的應(yīng)用。焊接作為生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)，尤其是在海工焊接中對焊縫的要求更高。但是，焊接缺陷，尤其是焊接裂紋是生產(chǎn)過程中十分危險的不利因素，會導(dǎo)致產(chǎn)品報廢，嚴(yán)重時對整個工程產(chǎn)生致命的影響。本文從焊接裂紋產(chǎn)生的原因出發(fā)，從冶金和工藝方面提出了海工

焊接冷裂紋的防治措施。

關(guān)鍵詞：海洋工程、焊接、冷裂紋、防治措施

引言

隨著海洋事業(yè)的發(fā)展，海洋石油的開發(fā)領(lǐng)域已經(jīng)由淺海領(lǐng)域逐漸向深海領(lǐng)域拓展，相應(yīng)地，海區(qū)的溫度也由溫暖地帶逐步過渡到低溫寒冷區(qū)域。除此之外，海洋平臺會受到風(fēng)浪襲擊、海水腐蝕及惡劣氣候條件等嚴(yán)峻工作環(huán)境的影響，以及工作平臺的結(jié)構(gòu)不斷大型化、復(fù)雜化，以致焊接的工作量增大，工作難度增加。隨著鋼種和焊接材料的應(yīng)用，加之海工作業(yè)中的不利因素，焊接生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了許多問題，尤為嚴(yán)重的是焊接裂紋，輕則導(dǎo)致停工停產(chǎn)，重則帶來災(zāi)難性事故。因此，為了保證海工作業(yè)正常進行，非常有必要找出焊接裂紋產(chǎn)生原因，制定相應(yīng)的防治措施。

1.焊接裂紋的分類

在海洋工程作業(yè)中，由于不合適的焊工工藝規(guī)程以及選用的鋼種的類型和結(jié)構(gòu)的不同，會產(chǎn)生焊接裂紋。根據(jù)焊接時的溫度及產(chǎn)生時間可以將裂紋分為熱裂紋、再熱裂紋、冷裂紋、層狀撕裂以及應(yīng)力腐蝕裂紋五類。根據(jù)形態(tài)和分布特征可以分為表面寒焊縫裂紋、內(nèi)部裂紋。橫向裂紋、縱向裂紋等形態(tài)。目前我國液壓支架結(jié)構(gòu)件大部分采用低合金高強度鋼，由于焊接熱循環(huán)不穩(wěn)定，高強鋼淬透性提高的同時脆硬組織增加的概率也大大提高，而且冷卻速度的快速提高又會導(dǎo)致較多的晶格缺陷?；谏鲜鲈?，冷裂紋是海洋工程焊接中最普遍的一種裂紋。

2.海洋工程焊接裂紋產(chǎn)生的原因

在海工作業(yè)中，焊接冷裂紋的產(chǎn)生與三種因素有關(guān)，即鋼材的淬硬傾向、焊接接頭的含氫量及焊接應(yīng)力[1]。

鋼材的淬硬傾向。根據(jù)海洋工程所用鋼材的化學(xué)成分，計算得到其中的含碳量為0.40-0.41，意味著這種鋼材存在著很強的淬硬傾向，而鋼材的淬硬傾向越大，越容易出現(xiàn)裂紋。這是因為，其一，鋼材淬硬之后易形成馬氏體組織，這是一種脆硬組織，其含量越多，裂紋越易形成和擴展;其二，鋼材淬硬后會出現(xiàn)晶格缺陷，主要是空位和位錯，在熱力不平衡時，就會?晶格缺陷會發(fā)生轉(zhuǎn)移，當(dāng)濃度達到一定值時，就會出現(xiàn)裂紋源。

焊接接頭的含氫量。尤其是在較低的溫度下殘余擴散氫的影響，并且具有一定的延遲性。當(dāng)焊縫中的氫濃度達到一定值時，裂紋會在在應(yīng)力作用下產(chǎn)生，一般裂紋會出現(xiàn)在熱影響區(qū)。但是當(dāng)焊接高強鋼時，由于焊縫的合金成分復(fù)雜，氫會從熱影響區(qū)向焊縫擴散，此時延遲裂紋就會出現(xiàn)在焊縫上。

焊接應(yīng)力。焊接裂紋的產(chǎn)生也與焊接接頭所處的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，甚至在某些情況下，應(yīng)力狀態(tài)起決定作用。在不均勻加熱和冷卻過程中，產(chǎn)生的熱應(yīng)力和金屬相變所產(chǎn)生的組織應(yīng)力會導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。一般鋼材厚度越大，產(chǎn)生的拘束應(yīng)力越大，產(chǎn)生裂紋的傾向越大。

3.?海工焊接裂紋的防治措施

3.1??從冶金方面采取防治措施

首先，采取優(yōu)質(zhì)的低氫焊接材料。對于超高強度鋼的焊接，需要采用含氫量為H10或H5的低氫焊接材料。但是這種材料DNV規(guī)范要求非常嚴(yán)格，而且不易找到。經(jīng)過反復(fù)的實驗研究證明采用藥芯焊絲CO2保護氣體保護焊，也可獲得低氫環(huán)境，減少裂紋。除此之外，還需要嚴(yán)格控制氫的來源。在焊接過程中，需要仔細(xì)烘干焊條、焊劑，保證一定的環(huán)境溫度，低氫焊條溫度保持在350攝氏度左右，超低氫焊條溫度保持在400-450攝氏度。此外，對于鋼材及其他材料上的油污、鐵銹等仔細(xì)清理，避免其制造含氫環(huán)境。

最后，可以向材料中加入適量的合金元素，提高焊縫金屬的韌性，同時也要控制磷、硫等有害雜質(zhì)的含量，也可減少裂紋的產(chǎn)生。硒、硼、碲、稀土等合金元素的加入，可以改變焊接接頭所處的應(yīng)力狀態(tài)，利用焊縫的塑性儲備，可以減輕熱影響區(qū)的負(fù)擔(dān)[2]，使焊接接頭降低冷裂紋敏感性。此外，奧氏體焊條塑性好，同時奧氏體焊縫可以溶解更多的氫，制造低氫環(huán)境，采用這種焊條焊接某些高強鋼，產(chǎn)生冷裂紋的概率也會大大降低。

3.2?從工藝方面采取防治措施

3.2.1焊前預(yù)熱，焊后熱處理

通過焊接前的預(yù)熱，可以降低鋼材淬硬后轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的冷卻速度，同時也通過馬氏體的“自回火”作用降低裂紋的產(chǎn)生。但是需要控制預(yù)熱溫度，防止其冷卻速度低于出現(xiàn)馬氏體的臨界冷卻速度，致使焊接熱影響區(qū)的韌性降低。焊前預(yù)熱溫度的確定需要考慮如下因素：碳當(dāng)量、裂紋敏感系數(shù)以及焊件的厚度之和，在不同的焊接外界條件下，采取相應(yīng)的預(yù)熱溫度，不僅給施焊帶來方便，冷裂紋也比較好控制。在焊接完成后需要立即后熱，溫度為200攝氏度，保溫2個小時，自然冷卻。這樣做有利于氫的逸出，防止冷裂紋。

3.2.2嚴(yán)格控制層間溫度和線能量

層間溫度與預(yù)熱溫度所起作用相似，最低溫度控制在預(yù)熱溫度的下限，最高溫度也不能過高，范圍控制在75-200攝氏度。為了保證立焊位置與其他位置的沖擊值分別達到34J與47J之上，需要采用小線能量，即多層小焊道焊縫，最大線能量需控制在21600J/cm。這樣可以保證焊接熱影響區(qū)和焊縫金屬有較好的韌性，如果控制的較好，也可保證熔合線處粗晶區(qū)處有較好的沖擊韌性，防止裂紋的產(chǎn)生。

4.結(jié)語

本文詳細(xì)的闡述了在海洋工程作業(yè)中焊接裂紋產(chǎn)生的原因及防治措施，為以后的施工過程提供了可靠的科學(xué)依據(jù)，有助于以后的焊接生產(chǎn)工作。同時，在以后的海工焊接作業(yè)中，要采取措施盡量減少冷裂紋的產(chǎn)生，保證焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量，延長焊縫壽命。

參考文獻：

[1]楊萍.實際施焊過程中焊接裂紋及防止措施探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2012.10：39-40.

[2]劉慶.焊接熱裂紋的危害及其防治措施[J].科技風(fēng).2012.09：151.

作者簡介：孔凡玉（1973.7.15-），中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，大本，工程師。

0pt; li? W e g? ?o? background：rgb（255，255，255）; " >5.液壓閥的未來發(fā)展

新出臺的關(guān)于一萬公里以上的高速鐵路建設(shè)，加大中部地區(qū)的建設(shè)，實質(zhì)性的實踐東北老工業(yè)基地的改造及1000億元農(nóng)村公路建設(shè)等，都可以從一定程度上使中國工程機械在超高速的發(fā)展基礎(chǔ)上會再次騰飛。通過這一次的次超高速發(fā)展，中國工程機械在數(shù)量上超過美國，成為世界上第一大工程機械產(chǎn)銷大國，同時也將成為世界上工程機械出口的大國及制造強國。因此，在此期間中國工程機械準(zhǔn)備對液壓件不管是從數(shù)量、質(zhì)量、技術(shù)水平上都會提出更高的要求。中國超高液壓壓件在此期間將再次迎來千載難逢的發(fā)展的歷史機遇，如何抓住這次發(fā)展機遇，是所有相關(guān)工作人員需要提起足夠重視的問題。

6.結(jié)束語

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的工程機械尤其是小型工程機械的市場前景逐漸變的更加廣闊，小型挖掘機的市場也十分明確。預(yù)但迄今為止，小型工程機械所需要的泵、閥、液壓件等配件在基本上全部依靠進口。而國外配套件企業(yè)，第一要滿足國內(nèi)企業(yè)的要求，第二滿足在華外資企業(yè)的需要，第三才能考慮到我國本土企業(yè)的需要。這一局面對我國工程機械的生產(chǎn)企業(yè)的制約作用將越來越明顯，使我國機械液壓閥的發(fā)展始終處于發(fā)達國家之后，影響我國綜合經(jīng)濟的發(fā)展，想要改善這一情況，必須要不斷的完善機械液壓閥的研究工作，創(chuàng)造更符合市場發(fā)展需求的營銷模式與研發(fā)模式，通過該方式來提升機械液壓閥的市場份額，促進國家經(jīng)濟發(fā)展。

參考文獻：

[1]劉小康，李家樂，葉偉標(biāo)，李勇.機床與液壓[J]2012（20）：22-24.

[2]劉良臣.我國工程機械液壓件的現(xiàn)狀及前景展望[J].流體傳動與控制.2010.12（02）：111-113.