海洋鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的焊接變形控制

李明

中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司 天津 300459

1、前言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)在不斷的發(fā)展，海洋的工程受到了廣泛的關(guān)注。在海洋工程裝備制造的工程里面，主要的加工制造技術(shù)是焊接。焊接作為一種重要的應(yīng)用技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用和許多顯著的優(yōu)點(diǎn)。然而，鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形是不可避免的。

2、焊接在海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)中的特點(diǎn)

因?yàn)楹Ｑ笃脚_(tái)的特殊工作環(huán)境，與一般的鋼結(jié)構(gòu)相比，海洋平臺(tái)的鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上也有所不同，對(duì)其綜合焊接性能和鋼材本身都有較高的要求。一般來(lái)說，在低碳鋼的二次結(jié)構(gòu)里面，鋼結(jié)構(gòu)是熱軋和正火的高強(qiáng)度鋼，低碳回火的高強(qiáng)度鋼。為可以更好地發(fā)揮出鋼結(jié)構(gòu)的作用，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)在鋼的化學(xué)成分和性能方面的應(yīng)用有了明確的要求。所用鋼板大多用于軋管和復(fù)合梁焊接。焊接工藝對(duì)焊接質(zhì)量要求高，要嚴(yán)格的按照有關(guān)的規(guī)定執(zhí)行。焊接后，鋼結(jié)構(gòu)的接頭和關(guān)鍵部位或多或少存在殘余的應(yīng)力。為可以減少到熱應(yīng)力對(duì)平臺(tái)穩(wěn)定性的影響，一定要在有熱應(yīng)力的地方進(jìn)行熱處理。

3、海洋鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的焊接變形控制

3.1、焊前控制

在這個(gè)過程里面，不僅要確定到構(gòu)件的位置、尺寸以及材料，還要控制好構(gòu)件的槽角、角度以及間隙。同時(shí)，對(duì)易變形的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行支撐和加固。分析了坡口角度、組間隙和支撐形式對(duì)焊接變形的影響。在焊接的時(shí)候，因?yàn)殡娀〉臒嵝?yīng)，電弧周圍的金屬溫度會(huì)明顯的升高，而遠(yuǎn)離電弧的金屬溫度相對(duì)的比較低，導(dǎo)致焊接部位熱膨脹不均勻。加熱部分的金屬按不同的加熱程度延伸，但加熱部分的金屬長(zhǎng)度不能保持原來(lái)的固定。所以，冷金屬的加熱阻礙了金屬的延伸，限制了金屬加熱部件的延伸自由度。在加熱部分產(chǎn)生的應(yīng)力超過金屬的屈服強(qiáng)度的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生塑性的變形。一般來(lái)說，金屬的屈服強(qiáng)度隨溫度的升高而降低。在600℃的時(shí)候，鋼的屈服強(qiáng)度實(shí)際上等于零?？梢?，焊接量越大，鋼的后續(xù)變形越明顯。焊前支架能有效抑制焊接變形。然而，對(duì)海洋鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，焊前支撐的形式不同，一些特殊節(jié)點(diǎn)處支撐的增加會(huì)產(chǎn)生不利的影響。因?yàn)槟覆暮穸却?，板材尺寸小，后續(xù)的熱矯直方法不易矯直。焊接前應(yīng)該要加必要的支撐，防止焊接的變形。

3.2、冷裂紋控制

在焊接的過程里面，如果溫度得不到有效的控制，冷卻溫度會(huì)降到200℃以下，導(dǎo)致了鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋。冷裂紋作為海洋超大型鋼結(jié)構(gòu)焊接里面常見的質(zhì)量問題，其發(fā)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和安全性都有著非常不利的影響。對(duì)這種情況，有必要對(duì)焊接過程里面的冷裂紋質(zhì)量進(jìn)行控制。具體而言，在科學(xué)的原則指導(dǎo)下，在整個(gè)焊接的時(shí)候，應(yīng)該要建立一個(gè)靈活有效的溫度冷卻機(jī)制，避免溫度過快的冷卻，同時(shí)，應(yīng)該要提高到預(yù)熱的溫度，有效地減緩焊接的冷卻速度；在施工的時(shí)候，應(yīng)該要實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)好含氫指標(biāo)，一旦發(fā)現(xiàn)含氫量高，應(yīng)該及時(shí)的響應(yīng)。為可以控制到焊條和焊劑的吸水率，工人可以增加焊絲來(lái)科學(xué)地處理多余的水分。通過上述的操作方法，能夠最大限度地保證了海上超大型鋼結(jié)構(gòu)焊接過程里面出現(xiàn)冷裂紋的概率，實(shí)現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)功能。

3.3、應(yīng)該對(duì)焊接設(shè)備的質(zhì)量進(jìn)行檢查

在施焊之前，施工的人員一定要對(duì)可能用于施焊的設(shè)備、工具進(jìn)行一個(gè)檢查以及整理。設(shè)備的有效性決定了焊接后的最終質(zhì)量。在焊接的時(shí)候，如果焊接設(shè)備的質(zhì)量不合格，無(wú)論焊接工藝多么專業(yè)，最終都會(huì)影響到焊接的整體質(zhì)量，從而形成焊接的缺陷。所以，在進(jìn)行海洋平臺(tái)焊接工藝的時(shí)候，有必要進(jìn)行詳細(xì)的檢驗(yàn)。此外，在日常工作的過程里面，還應(yīng)該定期對(duì)焊接所需設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，確保每臺(tái)設(shè)備處于良好的狀態(tài)，以加快焊接過程，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4、坡口情況檢驗(yàn)

鋼結(jié)構(gòu)主體焊接前，有關(guān)的技術(shù)人員應(yīng)該要詳細(xì)的檢查好坡口的實(shí)際情況，確保到所有焊接工作都符合有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。焊接標(biāo)準(zhǔn)和要求包括了許多的方面，斜角、鋼板預(yù)熱和焊接材料的選擇。在實(shí)際施工的時(shí)候，需要張貼焊接標(biāo)準(zhǔn)，以便所有的工人都可以看到。在坡口的焊接里面，應(yīng)該要特別的注意到以下幾個(gè)方面：1.根部間隙不宜過大或過小，間隙過大不能填滿焊接的材料，電極過小不能進(jìn)入；2.坡口角度和坡口坡度過大，傳熱過大，焊接的時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，且效率降低。如果坡度太小，根部不易焊穿，從而影響到鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。所以，相關(guān)的技術(shù)人員需要嚴(yán)格的按照焊接要求進(jìn)行操作，這樣才可以減少到焊接的誤差，保證鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

3.5、抗疲勞性控制

超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)中存在大量的T、y、K節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)應(yīng)力非常復(fù)雜，可以有效地避免到了大型鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中的金屬疲勞。在接頭焊接過程里面，對(duì)接焊縫需要手工的打磨，以保證焊縫的平整度，實(shí)現(xiàn)焊縫的輪廓控制。具體來(lái)說，需要明確整個(gè)焊縫的打磨工作，在實(shí)用原則的指導(dǎo)下規(guī)劃輪廓方向和打磨。例如，在實(shí)際磨削的時(shí)候，磨削方向應(yīng)垂直于焊縫軸線，以提高焊縫的性能并使其成為焊縫。磨削過程里面出現(xiàn)凹形，提高了接頭的抗應(yīng)力性能，提高了大型船用鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和抗疲勞控制水平，提高了焊接質(zhì)量控制的水平。

4、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，因?yàn)楹Ｑ笃脚_(tái)工作環(huán)境的特殊性，施工的最終質(zhì)量會(huì)直接的影響到平臺(tái)人員的生命安全。所以，海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接的時(shí)候，一定要嚴(yán)格的按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行施工。超大鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量檢測(cè)與控制技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)用性、穩(wěn)定性和安全性都有著深遠(yuǎn)的影響。通過對(duì)海上特大型鋼結(jié)構(gòu)的分析，在科學(xué)原理與實(shí)用原理相結(jié)合的框架體系下，從多維的角度逐步形成了現(xiàn)代焊接質(zhì)量控制與檢測(cè)體系。