談海洋工程焊接裂紋的防治措施

摘要：隨著工業的蓬勃發展，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用。焊接作為生產的一個重要環節，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過程中十分危險的不利因素，會導致產品報廢，嚴重時對整個工程產生致命的影響。本文從焊接裂紋產生的原因出發，從冶金和工藝方面提出了海工

焊接冷裂紋的防治措施。

關鍵詞：海洋工程、焊接、冷裂紋、防治措施

引言

隨著海洋事業的發展，海洋石油的開發領域已經由淺海領域逐漸向深海領域拓展，相應地，海區的溫度也由溫暖地帶逐步過渡到低溫寒冷區域。除此之外，海洋平臺會受到風浪襲擊、海水腐蝕及惡劣氣候條件等嚴峻工作環境的影響，以及工作平臺的結構不斷大型化、復雜化，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用，加之海工作業中的不利因素，焊接生產過程中產生了許多問題，尤為嚴重的是焊接裂紋，輕則導致停工停產，重則帶來災難性事故。因此，為了保證海工作業正常進行，非常有必要找出焊接裂紋產生原因，制定相應的防治措施。

1.焊接裂紋的分類

在海洋工程作業中，由于不合適的焊工工藝規程以及選用的鋼種的類型和結構的不同，會產生焊接裂紋。根據焊接時的溫度及產生時間可以將裂紋分為熱裂紋、再熱裂紋、冷裂紋、層狀撕裂以及應力腐蝕裂紋五類。根據形態和分布特征可以分為表面寒焊縫裂紋、內部裂紋。橫向裂紋、縱向裂紋等形態。目前我國液壓支架結構件大部分采用低合金高強度鋼，由于焊接熱循環不穩定，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致較多的晶格缺陷。基于上述原因，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生的原因

在海工作業中，焊接冷裂紋的產生與三種因素有關，即鋼材的淬硬傾向、焊接接頭的含氫量及焊接應力[1]。

鋼材的淬硬傾向。根據海洋工程所用鋼材的化學成分，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?晶格缺陷會發生轉移，當濃度達到一定值時，就會出現裂紋源。

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。當焊縫中的氫濃度達到一定值時，裂紋會在在應力作用下產生，一般裂紋會出現在熱影響區。但是當焊接高強鋼時，由于焊縫的合金成分復雜，氫會從熱影響區向焊縫擴散，此時延遲裂紋就會出現在焊縫上。

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

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，采取優質的低氫焊接材料。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規范要求非常嚴格，而且不易找到。經過反復的實驗研究證明采用藥芯焊絲CO2保護氣體保護焊，也可獲得低氫環境，減少裂紋。除此之外，還需要嚴格控制氫的來源。在焊接過程中，需要仔細烘干焊條、焊劑，保證一定的環境溫度，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、鐵銹等仔細清理，避免其制造含氫環境。

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、硫等有害雜質的含量，也可減少裂紋的產生。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力狀態，利用焊縫的塑性儲備，可以減輕熱影響區的負擔[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，制造低氫環境，采用這種焊條焊接某些高強鋼，產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焊前預熱，焊后熱處理

通過焊接前的預熱，可以降低鋼材淬硬后轉變為馬氏體的冷卻速度，同時也通過馬氏體的“自回火”作用降低裂紋的產生。但是需要控制預熱溫度，防止其冷卻速度低于出現馬氏體的臨界冷卻速度，致使焊接熱影響區的韌性降低。焊前預熱溫度的確定需要考慮如下因素：碳當量、裂紋敏感系數以及焊件的厚度之和，在不同的焊接外界條件下，采取相應的預熱溫度，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嚴格控制層間溫度和線能量

層間溫度與預熱溫度所起作用相似，最低溫度控制在預熱溫度的下限，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處有較好的沖擊韌性，防止裂紋的產生。

4.結語

本文詳細的闡述了在海洋工程作業中焊接裂紋產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依據，有助于以后的焊接生產工作。同時，在以后的海工焊接作業中，要采取措施盡量減少冷裂紋的產生，保證焊接結構質量，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].科技創新與應用.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.2012.09：151.

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

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

新出臺的關于一萬公里以上的高速鐵路建設，加大中部地區的建設，實質性的實踐東北老工業基地的改造及1000億元農村公路建設等，都可以從一定程度上使中國工程機械在超高速的發展基礎上會再次騰飛。通過這一次的次超高速發展，中國工程機械在數量上超過美國，成為世界上第一大工程機械產銷大國，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備對液壓件不管是從數量、質量、技術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展的歷史機遇，如何抓住這次發展機遇，是所有相關工作人員需要提起足夠重視的問題。

6.結束語

隨著社會經濟的不斷發展，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，第一要滿足國內企業的要求，第二滿足在華外資企業的需要，第三才能考慮到我國本土企業的需要。這一局面對我國工程機械的生產企業的制約作用將越來越明顯，使我國機械液壓閥的發展始終處于發達國家之后，影響我國綜合經濟的發展，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，創造更符合市場發展需求的營銷模式與研發模式，通過該方式來提升機械液壓閥的市場份額，促進國家經濟發展。

參考文獻：

[1]劉小康，李家樂，葉偉標，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狀及前景展望[J].流體傳動與控制.2010.12（02）：111-113.