EH690 高強鋼焊管焊接工藝及質量控制

0 前 言

隨著海底管線、 海上風力發電、 鉆井平臺和海上打撈等海洋工業的蓬勃發展， 海上起重設備（浮吊和起重機）、 風電安裝船、 多功能鋪管船等海洋工程結構和裝備產品需求量巨大， 而這些產品的起升臂架主要采用EH690 高強鋼焊管， 以減輕自身質量， 提高承載能力和抗沖擊性能。 由于這些海洋結構的應用領域環境復雜， 對其焊接接頭的力學性能， 特別是低溫沖擊韌性的要求比普通結構鋼高很多， 因此， 高強鋼焊管的焊接接頭質量控制成為保證結構的服役壽命和使用安全性的關鍵技術和核心問題。

本研究開展了EH690 焊管的焊接工藝試驗，通過焊材匹配、 焊前預熱、 層間溫度控制、 焊接參數優化、 焊接過程質量控制、 焊后消氫和保溫緩冷等措施對焊接質量進行控制， 并對焊接接頭進行了無損檢測和力學性能試驗， 最終獲得性能優良的焊接接頭。

1 EH690 高強鋼性能

1.1 化學成分和力學性能

根據CCS 《材料與焊接規范》， EH690 鋼板的交貨狀態為淬火加回火， 對EH690 高強鋼的化學成分和力學性能進行檢測， 測試結果見表1和表2， 同時測得母材的維氏硬度值為240HV

～275HV

。

1.2 焊接性分析

通過對原材料鋼板的化學成分及力學性能測試可知， EH690 高強鋼的碳當量較高， 可焊性較差， 并且由于鋼中加入了多種提高淬透性的合金元素， 且合金元素含量較高， 如用Mo-Cr 微合金化和Nb-V-Ti 復合微合金化， 則屈服強度高， 淬硬傾向大， 因此焊接時冷裂紋傾向尤其嚴重。 另外， 焊接熱影響區受加熱溫度和冷卻速度的影響， 易形成淬硬組織， 且易產生冷裂紋； 由于EH690 鋼強度高， 鋼管直徑小，壁厚大， 因此增加了鋼管折彎時的管坯成型應力和焊接殘余應力。

從機制上保證審計組長責權利相統一，把審計組長負責制逐步落到實處。不僅要賦予審計組長一定的用人權、分工權和檢查復核權，還要建立審計組長獎懲制度、定期督導、考核評價機制，構建完善的審核把關體系，不斷提高審計工作整體水平。此外，上級審計部門要關心、支持和信任審計組長的工作，及時進行指導管理、排憂解難，對審計組長既不要事事干預，也不要撒手不管，關鍵時刻及時提醒，維護審計組長的威信，為審計工作創造良好的環境氛圍。

塑料打包帶(繩)具有質輕、牢固、易獲取等特點，廣泛應用于日常生活中。在各類案件現場中塑料打包帶(繩)出現頻率逐步提高：在入室盜竊案件中，犯罪人員常用塑料打包帶(繩)捆綁錢財和物品；在綁架案件中，塑料打包帶(繩)常被用于限制被害人的活動。進行塑料打包帶(繩)成分的分析比對，對縮小偵查范圍、有效打擊犯罪起著重要作用。

由表1、 表2 所示鋼的化學成分和力學性能測試結果以及焊接性分析可知， EH690 焊管在焊接過程中存在三個問題， 一是熱影響區的軟化， 二是熱影響區的脆化， 三是焊接冷裂紋， 其中焊接冷裂紋是最關鍵的問題。

2 焊接工藝設計和開發

由于焊縫采用X 形坡口， 外焊前需進行碳弧氣刨清根， 多層多道焊的焊接量大、 焊接時間長， 如何保證整個焊接過程的溫度對焊接生產過程質量控制至關重要。

2.1 焊前預熱及層間溫度的控制

本刊訊：中國釀酒裝備智能制造技術交流會于2018年11月16日在上海國家會展中心召開。會議由中國酒業協會組織。

經過多年的發展表明，只有將新型農村合作醫療制度和農村醫療救助銜接，才能在最大程度上滿足全體農民尤其是貧困農民的需求，才能將農村基本醫療保障制度均等化，使全體農民公平、切實地享受到農村基本醫療保障制度帶來的實惠。從救助對象的需求出發，從制度設計上將新型農村合作醫療與農村醫療救助制度無縫銜接才是最根本的解決辦法。

日本伊藤等根據鋼的化學成分、 板厚、 擴散氫含量建立了冷裂敏感指數Pcm、 冷裂紋敏感性P

的計算公式為

公式（2） 的適用條件是擴散氫含量［H］=1.0～5.0 mL/100 g， h=19～50 mm， 線能量為17～30 kJ/cm。該公式不僅考慮了化學成分的影響， 還考慮到鋼板厚度以及熔敷金屬中的氫含量。

利用公式（1） 和（2） 可以計算出焊縫防止冷裂紋所需的預熱溫度T

（℃）， 即

根據本研究中EH690 鋼的化學成分、 鋼板厚度和熔敷金屬擴散氫含量計算出防止冷裂紋的最低預熱溫度應大于150 ℃， 根據相關標準規定并結合有關文獻， 確定預熱溫度上限為200 ℃，層間溫度不低于預熱溫度， 最高不超過200 ℃。過高的預熱溫度造成焊工操作環境惡劣并且會降低焊縫和熱影響區的冷卻速率， 引發奧氏體向鐵素體或貝氏體轉變， 導致強度、 韌性下降； 過高的層間溫度易產生熱裂紋和較大的應力。 采用履帶式電加熱片在焊縫坡口兩側不少于150 mm 范圍進行加熱， 預熱溫度的測量點應在預熱面的反面，宜采用跟蹤預熱方式并用溫控設備實時測溫。

2.2 焊接熱輸入的控制

控制焊接時的冷卻速度是防止焊接產生冷裂紋及焊縫熱影響區脆化的關鍵。 快速冷卻對防止脆化有利， 但對防止冷裂紋不利； 反之， 減緩冷卻速度可防止冷裂紋， 卻易引起熱影響區的脆化。因此必須找到兩者兼顧的最佳冷卻速度， 而冷卻速度主要由焊接熱輸入決定， 但又受到焊件散熱條件和預熱等因素影響。

氫是引起高強鋼冷裂紋的主要原因， 焊接材料的烘干與保管著眼于控制擴散氫的來源， 是降低擴散氫濃度最有效可行的措施， 因此使用前應滿足： ①焊絲去除油、 銹； ②保護氣體保持干燥； ③焊劑嚴格烘干， 烘干溫度為300～350 ℃，保溫2 h， 經烘干之后可放入保溫箱內 （100～150 ℃） 待用。 焊材質量管理滿足JB/T 3223—2017 《焊接材料質量管理規程》 的要求。

2.3 焊后緊急后熱和保溫緩冷

焊后緊急后熱即在焊管外焊完成后必須“立即” 加熱到280 ℃±20 ℃并保持2 h。 后熱的主要作用是提高冷卻時間， 促進焊縫中的擴散氫盡快逸出， 降低焊縫和熱影響區的氫含量， 同時降低殘余應力， 改善焊縫淬硬組織， 因此又稱“焊后消氫熱處理”， 對預防冷裂紋效果明顯。 保溫緩冷即在后熱時間結束后采用保溫材料（一般用硅酸鋁纖維毯） 覆蓋焊縫， 使其自然冷卻至室溫， 也有利于焊縫擴散氫逸出， 降低焊縫氫含量。

在組織關系比較弱散的農村，各級政府的資金、政策等無法直接對接分散的村民，需要村干部將政策學習領會以后，再傳達給村民，因此，村干部的素質和人格魅力決定了村民對政策理解的程度，進而影響村民對閑置宅旅游開發的意愿和積極性。

2.4 焊材的選擇

選擇低氫的焊接材料， 必要時需測定焊材的擴散氫含量（熔敷金屬氫含量一般要求＜5 mL/100 g）。焊材的選擇采用低強等韌性匹配的原則， 選擇焊縫韌性不低于管體母材金屬的焊材來匹配焊接接頭能改善焊縫塑性， 也可減輕接頭的拘束應力， 從而減小冷裂紋傾向。 經過摸索試驗， 焊材基本實現了國產化。 其中， GMAW 預焊和打底焊選擇牌號THQ80-1 焊材， 型號ER80-G （ER110S-G）； 埋弧焊絲和焊劑牌號BHG-4M/XUN-123， 型號F76A6-EG。 以上焊材匹配不僅力學性能得到滿足， 而且具有良好的焊接性能。 研究表明在增加焊縫強度的同時也能提高韌性， 當焊絲中w（Ni）=1.4%、 抗拉強度為780 MPa 時， 強度接近標準要求值的下限， 后增加至w（Ni）=2.6%時， 抗拉強度達到820 MPa以上， 滿足標準規定值的要求。 有文獻指出， 增加Ni 含量還可以減少焊縫中側板條鐵素體來控制冷裂紋的產生。

2.5 焊接工藝參數

經過焊接工藝分析與設計， 板厚26 mm 的EH690 鋼焊接工藝參數見表3。

3 焊管焊接生產過程質量控制

通過對焊接性能的分析， EH690 鋼有明顯脆硬和冷裂紋傾向， 冷裂紋是由顯微組織、 應力和氫含量綜合作用而導致的局部開裂（晶內或穿晶開裂）， 即產生冷裂紋的三個要素是擴散氫、淬硬組織和拘束應力。 因此， 如何改善焊縫組織、 減少擴散氫含量和殘余應力， 是控制EH690 焊管焊接冷裂紋產生的主要工藝措施。因此， 焊接工藝應采用小熱輸入量的單絲多層多道埋弧焊， 輔以焊前預熱、 控制層間溫度（不推薦采用太高的層間溫度， 層間溫度不應低于預熱溫度）、 焊后消氫熱處理以及保溫緩冷。 同時應盡量減小拘束度及合理安排焊道次序（焊道寬度控制在15 mm 左右、 焊層厚度控制在4～6 mm），降低焊縫的殘余應力， 選擇低強配比的低氫焊材。 最終確定采用80%Ar+20%CO

的GMAW 合縫和預焊打底的雙面單絲多層多道埋弧焊工藝。

焊前預熱可降低焊后冷卻速度， 適當延長t

，減少或避免淬硬組織馬氏體的形成， 并可減少焊接殘余應力， 加快擴散氫的逸出， 因此焊前預熱能有效地防止焊接冷裂紋的發生。 預熱溫度的確定主要依據鋼種的化學成分、 淬硬傾向大小、 板厚、 冷卻條件、 拘束度、 預熱方式、 焊接線能量、焊縫金屬氫含量及施焊環境等因素。

3.1 焊材的儲存控制

冷卻時間t

是決定高強鋼焊接接頭性能的一個重要參數， 冷卻時間主要取決于焊接熱輸入、 預熱溫度和層間溫度。 每種低碳調質鋼有各自的最佳t

， 在這冷卻速度下， 使得熱影響區具有良好的抗裂性能和韌性。 t

可以通過試驗或者借助鋼材的焊接CCT 曲線來確定， 然后根據該t

來確定出焊接熱輸入。 通過試驗， 焊接熱輸入控制在26 kJ/cm 以下可使熱影響區獲得較高的沖擊韌性。

3.2 下料

對鋼管焊縫進行全長范圍的打底預焊， 焊前需對焊接區域進行150～200 ℃的預熱， 預焊完成后， 應及時進行內焊。 打底焊縫最終將被氣刨清根去除。

3.3 成型工藝控制

控制好成型后的管坯圓度、 開口尺寸、 噘嘴量和直邊量， 以減小成型合縫時的拘束應力。

3.4 合縫和焊接引熄弧板

使用合縫機對鋼管進行合縫， 合縫時控制錯邊量小于1 mm， 并進行牢固的定位焊， 焊前需對焊接區域進行150～200 ℃的預熱， 在焊接過程中也可采用火焰烘烤的方式保持預熱溫度。 引熄弧板需采用同厚度的EH690 鋼板， 引熄弧板應焊平、 焊牢、 坡口對正且平直。

3.5 預焊

采用機械銑邊的方式加工坡口， 幾乎沒有熱影響區。 產生冷裂紋的原因之一是焊縫存在應力且夾雜擴散氫， 因此坡口加工后應對坡口邊緣的水分、 氧化皮、 鐵銹、 油污等進行徹底清除， 保證坡口邊緣至少25 mm 范圍經修磨后露出金屬光澤。 焊接坡口形式及尺寸如圖1 所示。

3.6 內焊

使用電加熱片進行150～200 ℃的預熱， 焊接過程中應用烘槍火焰在鋼管外部對即將焊接的區域進一步預熱， 火焰芯距焊縫表面的距離應＞50 mm， 以維持預熱溫度。 多層多道焊的層間溫度不低于預熱溫度且不高于200 ℃。

3.7 氣刨清根

內焊后立即通過碳弧氣刨在鋼管外部對焊縫進行清根， 預焊縫需要完全清除。 若焊后未及時對焊縫清根， 導致溫度低于150 ℃， 需先預熱至150 ℃后， 方可進行清根， 以免因為碳刨造成淬硬組織。 清根后需用磨光機修磨坡口內外的氣刨積碳層， 露出金屬光澤， 以免增加的碳導致熱影響區冷裂紋。

3.8 外焊

清根后進行多層多道的外焊縫焊接， 外焊前需進行150～200 ℃的預熱。 控制好多層多道焊的層間溫度不低于預熱溫度且不高于200 ℃， 整個焊接過程都應控制預熱溫度， 保證層間溫度， 可增加擴散氫逸出時間， 降低焊縫擴散氫含量。

3.9 焊后緊急消氫熱處理及保溫緩冷工藝

（1） 拉伸試驗。 按照AWS D1.1/D1.1M 標準,取樣進行拉伸試驗， 試驗結果見表4。 從表4 可以看出， 焊縫的抗拉強度均高于標準規定的母材抗拉強度， 且斷裂在母材區域。

4 焊接接頭試驗結果分析

4.1 無損檢測

焊接完成48 h 后進行無損檢測， 無損檢測采用超聲和磁粉檢測方法， 超聲波檢測應特別注意橫向裂紋缺陷的檢測方法（采用45°小晶片斜探頭沿磨平的焊縫或帶余高表面做兩個相對方向的掃查）， 磁粉檢測采用磁軛法、 非熒光濕連續法檢測焊縫內外表面。 檢測結果滿足AWS D1.1/D1.1M 標準和技術規格書的要求。 對焊縫進行外觀檢查，焊縫表面平滑過渡， 無表面氣孔和裂紋等缺陷。

第二個方面，益智區游戲材料的投放要根據主題開展，講究層次性。在幼兒園時期的每個階段都會有不同的主題設定，每一個主題都有不同的活動內容和重點、難點。所以，在進行游戲材料投放時一定要結合主題，適時投放，讓幼兒可以在每個主題下集中的學習，掌握一方面的知識或者能力，得到更好的實踐。在投放游戲材料的時候一定要講究層次性，一方面，要按照由易到難，由淺入深的規律進行投放，做到與幼兒的認知發展相吻合；另一方面，要考慮到每個幼兒之間在能力、興趣、愛好等方面的差異性。這需要教師根據幼兒的特點提供不同層次的游戲材料，實行因材施教的教育方式，根據幼兒的興趣和能力進行投放，以此來促進每一個幼兒能力的提高。

4.2 理化性能試驗

結合AWS D1.1/D1.1M 標準關于焊接工藝評定及補充技術規范的要求， 對焊接接頭進行板狀橫向拉伸試驗、 導向彎曲（側彎） 試驗、 系列溫度 （-20 ℃、 -40 ℃、 -60 ℃） 沖擊試驗、 宏觀金相和硬度試驗。

后熱可以增加擴散氫的逸出， 減少擴散氫的局部聚集， 降低殘余應力， 同時對降低熱影響區硬度非常重要。 焊后采用履帶加熱片在焊縫周圍150 mm 范圍進行消氫熱處理， 溫度控制在（280±20） ℃， 后熱時間最少2 h， 然后采用硅酸鋁纖維毯覆蓋保溫緩冷。 保溫緩冷不僅防止冷裂紋效果好， 且焊管車間現場操作方便， 成本較低。

（2） 導向彎曲試驗。 按照AWS D1.1/D1.1M標準， 取樣進行導向彎曲試驗， 彎曲試驗采用側彎代替正彎和反彎試驗， 取4 個側彎試樣， 彎軸直徑63.5 mm， 彎曲角度180°， 彎曲后觀察受彎表面沒有出現裂紋等缺陷， 試樣全部合格。

（3） 沖擊試驗。 按照AWS D1.1/D1.1M 標準， 取樣進行夏比V 形缺口沖擊試驗， 按照標準和補充技術規范要求， 分別取焊縫中心、 熔合線、 熔合線+2 mm 和熔合線+5 mm 處4 組沖擊試樣， 試樣尺寸均為10 mm×10 mm×55 mm， 試驗溫度采用標準規定和補充系列溫度 （-20 ℃、-40 ℃、 -60 ℃）， 試驗結果見表5。 由沖擊試驗結果可知， 4 組試樣各溫度條件下沖擊性能均滿足標準要求， 沖擊功相比標準有較大的富余量。

（4） 維氏硬度試驗。 EH690 高強鋼焊接后最高硬度多出現在熔合線附近的熱影響區， 因此測得熱影響區硬度值的大小對預測焊接接頭的力學性能及開裂傾向有重要意義。 通過對焊接接頭取樣進行維氏硬度試驗， 焊縫和熱影響區的硬度和母材相當， 說明熱影響區沒有出現軟化和硬化現象， 焊接工藝正確。 維氏硬度試驗打點位置如圖2 所示， 試驗結果見表6。

用語言去學專業知識的同時也在學習使用這種語言。教師應該鼓勵學生在教室參加有意義的互動互動。增加學生發言時間，減少教師發言時間。這種交流也包括適當的母語及語碼轉換等，這些主要是幫助教學活動順利進行，如教師用母語發出指令等。經過一段時間的適應后，無論教師還是學生都要盡力減少使用母語和語碼轉換。學生如果能較多地使用目標語討論學科知識內容，則教學目標相對較好地實現了。

（5） 宏觀金相試驗。 通過對焊接接頭取樣進行金相組織分析和宏觀腐蝕檢查， 焊縫成形良好， 平滑過渡， 焊縫完全焊透， 無裂紋和未熔合缺陷， 內外焊縫的重合量為2.5 mm， 焊偏量1 mm， 焊縫宏觀形貌如圖3 所示。

在焊接熱輸入≤26 kJ/cm 的情況下， 焊接接頭組織形貌如圖4 所示。 從圖4 可以看出， 焊縫組織以粒狀貝氏體 （B

） 和針狀鐵素體 （IAF）為主， 還包含有多邊鐵素體（PF） 和珠光體（P），晶粒比較細小， 所以韌性較好； 熔合區以粒狀貝氏體 （B

） 和珠光體 （P） 為主， 韌性也較好；細晶區以多邊鐵素體（PF） 和珠光體（P） 為主。

根據本課題研究初級階段的情況，做好資料收集，比如：師生關于“數學基本活動經驗”現狀調查報告、學生基本活動經驗成長記錄袋，整理初步提煉本課題階段研究成果。

通過調查發現，老年人生活質量下降主要表現在心理健康和身體健康兩個方面。其中心理健康方面較差的老年人占54.98%，差的占17.53%；身體健康方面較差的老年人占52.21%，差的占14.75%（見表4）。造成老年人生活質量下降的原因主要是老年人有慢性疾病以及病痛，影響生活功能，易緊張、憂郁，智力明顯下降，生活滿意度低，家庭矛盾多，生活孤獨無規律，嗜煙酗酒，生活困難。應積極提高老年人生活自理能力，改善生活質量，延長期望壽命。部分老年人生活質量良好，應進一步關注其生活方式、自我保健、情緒調節和慢性疾病，及時發現問題并改善，從而維護健康。

5 結束語

通過對EH690 高強鋼的焊接性分析， 制定了可靠的焊接工藝規范， 即采用富氬氣體保護焊打底、 埋弧焊填充蓋面的工藝， 對焊管生產過程進行全面質量控制， 獲得了性能優良的焊接接頭， 焊管焊接接頭的無損檢測、 理化性能試驗結果完全滿足標準和補充技術規范的要求。 采用本研究工藝和質量控制措施實現了鋪管船和起重機臂架用焊管的批量生產， 應用于800～3 600 t 起重機、 5 000 t 打撈船、 7 500 t全回轉浮吊、 8 000 t 雙臂架浮吊等， 保證了浮吊的施工質量要求， 滿足了浮吊臂架結構的使用安全。

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