EEMUA 158標(biāo)準(zhǔn)下SAW原始焊縫的FCAW-G返修工藝研究

蔣丁存 陳哲 閔祥軍 孫強(qiáng) 劉亞杰

摘要：基于EEMUA 158標(biāo)準(zhǔn)要求，返修焊接工藝與原焊縫不同時(shí)需要進(jìn)行返修焊接工藝評(píng)定。針對(duì)S355級(jí)別結(jié)構(gòu)鋼，原始焊縫采用埋弧自動(dòng)焊工藝，焊接完成后進(jìn)行外觀和無損檢測(cè)以及碳弧氣刨和打磨處理，返修深度為母材壁厚的1/2，返修范圍包含原始焊縫和母材，返修工藝使用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊，返修完成后進(jìn)行外觀、無損檢測(cè)，對(duì)返修焊縫進(jìn)行橫向拉伸、全焊縫拉伸、沖擊試驗(yàn)、宏觀腐蝕及硬度測(cè)試等相關(guān)理化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足EEMUA 158標(biāo)準(zhǔn)要求，并取得DNV GL的認(rèn)證。

關(guān)鍵詞：EEMUA 158;SAW;FCAW-G返修;焊接工藝

中圖分類號(hào)：TG457.11? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C? ? ? ? ?文章編號(hào)：1001-2003（2021）07-0086-03

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.07.16

0? ? 前言

EEMUA 158[1]規(guī)范由工程設(shè)備及材料使用者協(xié)會(huì)（EEMUA）海洋服務(wù)材料（MOS）技術(shù)委員會(huì)編制，定義了海洋安裝重要結(jié)構(gòu)中建造工作的基本要求。根據(jù)該規(guī)范的要求，當(dāng)結(jié)構(gòu)焊縫返修焊接工藝與原焊縫不同時(shí)，需進(jìn)行單獨(dú)的返修焊接工藝評(píng)定。

在海洋石油工程（青島）有限公司承接的工程項(xiàng)目中，存在大量結(jié)構(gòu)管的卷制接長工作，原始焊縫使用埋弧自動(dòng)焊工藝（SAW）焊接，當(dāng)出現(xiàn)較小缺陷時(shí)，缺陷去除后一般需要使用半自動(dòng)的藥芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝（FCAW-G）進(jìn)行局部返修。

針對(duì)此種情況，文中按照EEMUA 158標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)原始焊縫進(jìn)行藥芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝（FCAW-G）返修焊接工藝評(píng)定，返修深度為母材壁厚的1/2，返修范圍包含原始焊縫和母材，焊接返修完成后進(jìn)行外觀、無損檢測(cè)和理化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足EEMUA 158標(biāo)準(zhǔn)要求，取得DNV GL與項(xiàng)目業(yè)主的全程見證和確認(rèn)。

1 EEMUA 158返修焊接工藝評(píng)定要求分析

對(duì)于試件母材的選取，EEMUA 158 第4.5.1章節(jié)對(duì)母材的供貨狀態(tài)、碳當(dāng)量、屈服強(qiáng)度的評(píng)定范圍均有說明。需要注意的是生產(chǎn)中所用母材的供貨狀態(tài)必須與焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)中所用母材的供貨狀態(tài)一致;生產(chǎn)中所用母材的碳當(dāng)量必須小于等于焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)中所用母材碳當(dāng)量+0.03%;生產(chǎn)中所用母材的最低屈服強(qiáng)度必須小于等于焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)中所用母材的最低屈服強(qiáng)度。

對(duì)于試件母材尺寸的要求，EEMUA 158第4.5.2章節(jié)對(duì)母材的直徑和壁厚評(píng)定范圍進(jìn)行了規(guī)定，其中壁厚T按照0.5T至1.5T進(jìn)行評(píng)定，并指出單邊坡口可以評(píng)定V型坡口。

對(duì)于試件返修的要求，EEMUA 158第4.4.2.3.1章節(jié)中提出，試件返修位置在熔合線上，深度為原始焊縫壁厚的1/2時(shí)，返修焊接使用立焊，采用與已經(jīng)評(píng)定的全熔透對(duì)接焊縫一致的焊接參數(shù)進(jìn)行返修，返修焊縫熱影響區(qū)的機(jī)械性能應(yīng)分別在原焊縫和母材處測(cè)試，并要求對(duì)焊態(tài)和焊后熱處理分別進(jìn)行評(píng)定。

對(duì)于試件的測(cè)試要求，EEMUA158第4.4.3.2章節(jié)提出需要進(jìn)行外觀、超聲和磁粉檢測(cè);第4.4.4章節(jié)中提出需要進(jìn)行橫向拉伸、全焊縫拉伸、夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)、宏觀腐蝕試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)等理化試驗(yàn)。

2 返修焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)

2.1 試件母材

綜合考慮試件母材的供貨狀態(tài)、碳當(dāng)量、屈服強(qiáng)度、尺寸的評(píng)定范圍要求，并結(jié)合工程圖紙和材料實(shí)際情況，與業(yè)主溝通后，選用DNV GL-OS-B101E36，板材壁厚40 mm，供貨狀態(tài)TMCP，碳當(dāng)量為0.35%。

2.2 填充材料

根據(jù)EEMUA 158 第3.2章關(guān)于焊接材料的要求，所選焊接填充材料和保護(hù)氣體情況如下：原始焊縫打底采用熔化極氣體保護(hù)焊（GMAW），焊材AWS A5.18 ER70S-G，直徑1.2 mm，保護(hù)氣體為CO2（體積分?jǐn)?shù)≥99.8%）;填充蓋面采用埋弧自動(dòng)焊（SAW），焊材AWS A5.17M F48A4-EH14，直徑4.0 mm。

返修焊縫采用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊（FCAW-G），焊材AWS A5.20 E71T-1CJ，直徑1.2 mm，保護(hù)氣體為CO2（體積分?jǐn)?shù)≥99.8%）。

2.3 坡口及焊接位置

坡口示意如圖1所示，原始焊縫采用單邊坡口，返修焊縫采用V型坡口。原始焊縫焊接位置為：GMAW 3G（立向下），SAW 1G;返修焊縫焊接位置為：FCAW-G? 3G（立向上）。返修處理采取碳弧氣刨和打磨處理，返修深度為原始焊縫厚度的1/2，返修范圍包括原始焊縫和母材。

2.4 焊接工藝參數(shù)

分別記錄原始焊縫和返修焊縫的焊接工藝參數(shù)。原始焊道示意如圖2所示，返修焊道示意如圖3所示，焊接工藝參數(shù)分別如表1、表2所示，其中GMAW、SAW及FCAW-G的電流極性均為DCEP，熱輸入計(jì)算執(zhí)行ISO 17671[2-4]，需要考慮不同焊接工藝的影響系數(shù)。

2.5 焊后無損檢驗(yàn)及理化試驗(yàn)

按照EEMUA 158第4.4.3.2章節(jié)要求，原始焊縫完成后進(jìn)行試件外觀檢驗(yàn)，結(jié)果合格。焊后48 h進(jìn)行磁粉檢測(cè)和超聲檢測(cè)結(jié)果均符合要求。隨后進(jìn)行返修焊接，返修焊縫外觀檢驗(yàn)合格，磁粉檢測(cè)和超聲檢測(cè)結(jié)果均符合要求。

按照EEMUA 158第4.4.4章節(jié)要求，對(duì)返修焊縫進(jìn)行橫向拉伸、全焊縫拉伸、夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)、宏觀腐蝕試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示，抗拉強(qiáng)度結(jié)果≥490 MPa， 全焊縫拉伸屈服強(qiáng)度≥355 MPa，斷后伸長率≥20%;沖擊位置選取返修焊縫根部、返修焊縫中心、返修焊縫熔合線（母材側(cè)）、返修焊縫熔合線（原始焊縫側(cè)），沖擊結(jié)果均滿足EEMUA 158 表4要求（均值≥36 J，單值≥27 J）;硬度測(cè)試位置如圖4所示，測(cè)試硬度值均低于325 HV10;焊縫宏觀腐蝕照片如圖5所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，該返修工藝的焊縫力學(xué)性能均合格。

2.6 其他注意事項(xiàng)

（1）原始焊縫預(yù)熱溫度執(zhí)行ISO 17671-2要求，返修焊縫預(yù)熱溫度高出原始焊縫50～150 ℃;（2）注意記錄焊道最大寬度;（3）記錄GMAW和FCAW-G的保護(hù)氣氣體流速;（4）記錄SAW、GMAW和FCAW-G的送絲速度;（5）記錄SAW導(dǎo)電嘴距試件的距離及垂直行走方向角度;（6）蓋面前需將層間溫度降低到最小預(yù)熱溫度;（7）GMAW和FCAW-G焊絲直徑不可增加;（8）FCAW-G熱輸入除了根部的立焊焊道，其他部位不得超1.5 kJ/mm。

3 結(jié)論

分析了EEMUA 158標(biāo)準(zhǔn)下S355級(jí)別鋼結(jié)構(gòu)返修焊接工藝評(píng)定的要求，同時(shí)提出焊接工藝評(píng)定過程中的注意事項(xiàng)，基于EEMUA 158標(biāo)準(zhǔn)開展對(duì)SAW原始焊縫的FCAW-G返修焊接工藝評(píng)定，焊接返修完成后進(jìn)行外觀、無損檢測(cè)和理化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足EEMUA 158標(biāo)準(zhǔn)要求，取得了DNV GL和項(xiàng)目業(yè)主的認(rèn)證。

參考文獻(xiàn)：

EEMUA Publication 158 Construction Specification for Fixed Offshore Structures[S].England：The Engineering Equipment and Materials Users’ Association，2014.

ISO/TR 17671 Welding—Recommendations for Welding of Metallic Materials[S]. Switzerland：The International Organization for Standardization，2002.

EN ISO 17639 Destructive Tests on Welds in Metallic Materials-Macroscopic and Microscopic Examination of Welds[S]. 2013.

EN ISO 9016 Destructive tests on welds in metallic materials-Impact tests-Test specimen location，notch orientation and examination[S]. 2012.