FPSO多點系泊鉻鎳合金堆焊焊接工藝

鄧 凱，蔣成龍

（中船澄西船舶（廣州）有限公司，廣州511462）

1 前言

鉻鎳合金材料作為一種高強度、高溫抗氧化和耐磨、耐腐蝕的材料，在軸系和發(fā)動機等領(lǐng)域很受人們的青睞。但由于其材料成本高、加工難度大，所以在一般的結(jié)構(gòu)中往往都采用在母體材料上面堆焊的方式，即在母體材料上面敷上一層鉻鎳合金材料，從而使母體材料達到使用要求。但是該種材料的焊接難度較大，對焊接的控制要求較高，同時在焊接過程中極易產(chǎn)生各種缺陷，特別是裂紋。

2 基本要求

FPSO作為海上大型的浮式生產(chǎn)儲存卸貨平臺長期在海上作業(yè)，系泊系統(tǒng)的可靠性直接影響到FPSO的正常運作和使用安全性。在海上作業(yè)的過程中，系泊系統(tǒng)每時每刻都受到海水從各個方向的沖擊力，使得錨鏈導(dǎo)向支座不斷地受到?jīng)_擊與摩擦。為了提高支撐面的耐磨能力，延長設(shè)備的使用周期，所以在普通鋼材支撐面上堆焊一層耐磨材料。由于FPSO的特殊工作環(huán)境，使得對堆焊層的質(zhì)量要求特別嚴格，除了要達到規(guī)定的物理性能之外，對堆焊層的各種化學(xué)元素也作出嚴格的要求,任何元素都不能超出規(guī)定的范圍。

由于鎳基材料對母材表面的雜質(zhì)元素和焊接熱輸入量比較敏感，以及液態(tài)熔敷金屬流動性差和焊縫金屬熔深淺的特點，這些特性對焊縫的質(zhì)量會造成較大的影響，容易導(dǎo)致氣孔及裂紋的產(chǎn)生，如何避免或?qū)⑦@些因素的影響降到最低是該工藝成功的關(guān)鍵。

3 實工方案

3.1 焊前清理

由于鎳基焊接材料對焊件表面的油污、濕銹等雜質(zhì)非常敏感，同時氧氣、氫氣、二氧化碳氣體在熔化的液態(tài)鎳基合金中溶解度極大，而在固態(tài)溶解度大大減小，鎳基合金焊接過程中從高溫變冷時，氣體在熔敷金屬中的溶解度也隨之下降，游離出來的氣體在流動性較差的液態(tài)鎳中不能在鎳基合金焊縫凝固前完全逸出而形成氣孔，所以堆焊前應(yīng)將母材表面打磨干凈或拋光，并用丙酮溶液將表面擦干凈。

3.2 焊前預(yù)熱

由于母材是厚度為50 mm的EH36D的Z向鋼，在母材表面清理完成后用烤槍對母材進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為90℃，防止在第一層焊接的過程中冷卻速度過快造成熱裂紋。

3.3 焊接

采用手工電弧焊的焊接方法，選用ENiCrMo-3焊條，焊接參數(shù)見表1。焊條在使用前需進行烘干處理，然后用保溫桶插電使用。

焊接時應(yīng)選用較小的焊接線能量，并嚴格控制層間溫度。由于鎳基材料導(dǎo)熱性差，如果焊接電流過大、電弧電壓過高、焊接速度較慢及層間溫度過高都易使焊接接頭過熱，產(chǎn)生粗大的晶粒，在粗大的柱狀晶粒邊界上集中了一些低熔點共晶體，他們的強度低、脆性大，在焊接應(yīng)力的作用下很容易形成裂紋。因此在保證熔合良好的情況下，盡量選用較小的焊接電流、較低的電弧電壓和較快的焊接速度，同時嚴格控制好層間溫度，在溫度降到150℃以下后再進行下一道的焊接。

表1 焊接參數(shù)

由于鎳基材料焊縫的熔深比較淺，焊接過程中要保證焊縫的平整度，盡量避免兩道焊縫之間出現(xiàn)凹槽，當出現(xiàn)凹槽時要將凹槽打磨光順填平后再進行下一層的焊接。在焊下一道前焊道上面的焊渣和其他的雜質(zhì)必須清理干凈，每道焊縫的接頭要錯開。焊接過程中，同一層的焊縫盡量保證相同的工藝參數(shù)，保證焊材中的合金元素在每一層都能夠均勻的分布，防止元素偏析，從而影響堆焊層的使用性能。

焊接過程中如果局部有少量氣孔或者裂紋產(chǎn)生，要用打磨機將缺陷全部打磨掉，并作著色探傷合格后再補焊，補焊完成后再對該區(qū)域進行著色探傷。

3.4 無損檢驗

外觀檢驗合格后，對整個焊縫表面進行100%著色探傷；著色探傷后，再對焊縫進行100%UT探傷；探傷合格后，再對焊縫表面進行機加工，表面拋光后再進行一次著色探傷。

4 效果檢測

對試樣堆焊層熔合面向上7 mm處取樣進行化學(xué)元素分析測試，試驗的環(huán)境溫度為23.5 ℃,58%RH，檢測標準是GB/T20123-2006，GB/T23942-2009，以上結(jié)果表明，堆焊層的化學(xué)元素含量符合要求）

對試樣鉻焊板（母材厚度t=50 mm）進行力學(xué)性能測試，試驗的環(huán)境溫度為25 ℃，試驗結(jié)果合格。

5 應(yīng)用

按照上述工藝程序，該材料的堆焊工藝得到了ABS和SBM船東的一致認可，并成功應(yīng)用到FPSO項目多點系泊的改裝工程中，達到了設(shè)計和使用要求，最終完成了該工程項目（見圖1）。

圖1 施工效果圖