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1、 毕 业 论 文材料焊接在海洋工程技术工艺分析姓 名： 学 号： 班 级： 专 业：船舶工程技术（舾装）指导老师： 时 间： 2012年5月31日 目 录摘要近年来，海工技术在中国正处于建国以来最好的一个发展时期。尽管我国海工技术的发展起步比较晚，但随着我国改革开放和经济建设的不断发展，海工技术在中国得到了迅速的发展。而材料焊接工艺又是其中的重要组成部分，本文主要说明的是材料焊接在海洋工程技术领域的应用及工艺分析。关键词海工技术，材料焊接，工艺分析AbstractIn recent years, The Offshore Technology be placed in to found a n
2、ation in China best of a development period. Though our country The Offshore Technology use a material of development start comparison night, along with our country reform open with economy construction of continuously development,and The material welding process is one of the important component .
3、This paper mainly that the welding materials in ocean engineering technology, application and process analysis. KeywordThe Offshore Technology; the welding materials; process analysis. 目 录一引言4二.海工焊接中焊缝的要求4三.海洋平台结构的焊接5I海洋平台结构焊接的特点5II对焊缝金属和焊接接头的性能要求5III海洋平台结构焊接材料的选择6IV海洋平台结构焊接前的准备工作6V导管架管节点圆管和相贯线的节点焊接
4、8VI焊后工艺处理8VII焊接检验8四超高强度钢焊接工艺9五海洋平台双相不锈钢管线的焊接12I 焊接工艺评定12II 现场焊接14六海上平台管节点6GR位置焊接工艺方法14七金属材料的焊接17I 金属材料的焊接性17II 可焊性试验20八焊接应力与焊接变形21焊接应力与变形产生的原因21I焊接变形的控制措施22II 焊接应力的控制措施24九低合金高强钢的焊接工艺25一、高强钢的焊接性分析25二、高强钢焊接影响因素的控制26三 工艺参数的选择27一引言海洋平台由于长期在恶劣的海洋环境里作业，结构在20-25年的使用期限内将受到约10*8次的周期性载荷，而且平台管节点有很高的应力集中。一个平台上有
5、数百甚至上千个管节点，实践证明，只要少数几个管节点发生疲劳破坏，就可能导致平台的整体事故，产生严重后果。平台的建造，焊接工程很重要！二.海工焊接中焊缝的要求海工焊接中焊缝的要求，主要是余高、包角、焊趾过度、焊缝设计形式、全焊透焊缝焊接注意事项及焊接顺序。(1)余高：余高主要对焊缝起到增加强度的作用，但是并不是余高越高越好，应该控制在一个范围内，一般选在2-5mm 余高过高会引起焊缝横向的不连续，在焊趾处引起应力集中问题等。(2)包角：包角是所有焊接过程中最不应该忽视的问题。一条焊缝是否焊接完成主要看包角包的是否合格和完美。包角包不好就会给这条焊缝的质量留下隐患，一般包角会有气孔、夹杂和未融合等
6、缺陷，这就有可能引起焊缝从包角处出现裂纹进行扩散，引起焊缝纵向断裂。(3)焊趾：焊趾是焊缝与母材的连接部位，一般情况下此处容易引起应力集中，所以海工焊缝焊接完毕后要对焊趾进行处理，一般式打磨过度等，也有用TIG熔修的。(4)焊缝形式：尽量采用减小收缩、减少引力集中的形式，可以适当的变直线焊缝为弧线焊缝等办法。(5)全焊透：一般全焊透在海工项目中用于厚板、强度等级高的板材，当然此结构部分属于受力较大部分，一般全焊透焊缝容易引起缺陷，UT合格率下降。主要因为坡口形式不合理、焊工操作不当、反面清根不彻底以及碳刨坡口形式不合理造成的。(6)焊接顺序：要根据结构情况来确定，属于现场经验类。有一个总体原则
7、就是：尽量保持有自由端收缩、从中间向两边以及普通焊接中的一些方位顺序。三.海洋平台结构的焊接I海洋平台结构焊接的特点1.为了防止冷裂缝和提高热影响区的韧性，多采用低氢型和超低氢型碱性焊条。2.焊接热量输入通常限制在4050kJera的范围，以确保焊接接头的韧性和脆断性。3.厚板焊件，一般焊前需预热，以防止裂纹发生。4.管节点和关键部件焊后还需要进行热处理，以消除焊接残余应力。5.管件桁架结构大多采用全位置、全熔透、多层多道手工焊接。 6.承受交变应力的管节点和关键构件的角焊缝还需磨修或熔修，以修整焊缝和消除表面缺陷，减少应力集中，提高疲劳寿命。II对焊缝金属和焊接接头的性能要求1.韧性衡准材料
8、韧性的指标主要是夏比V型缺口冲击韧性值。2.硬度限制热影响区最高硬度，不仅是为了防止焊接冷裂纹的发生，也是为了防止氢致应力腐蚀开裂。降低焊缝热影响区硬度的主要措施是选择较高的焊接热输入量，采用回火焊道和选用碳当量较低的材料。3.疲劳由结构特点和焊接成形引起的应力集中，是影响焊接接头疲劳寿命的重要因素，特殊构件的角焊缝对其形状和缺陷必须侈整。并与母材表面光滑过渡。4.腐蚀为了避免焊缝金属的腐蚀。在焊接材料的选取上。应使焊缝金属的电极电位正于母材金属和过热区。焊后热处理对减轻腐蚀也有好处。采用碳当量较低的钢材。III海洋平台结构焊接材料的选择根据平台构件的用钢等级和平台设计要求。选用与之相匹配的焊
9、条或焊丝，焊后焊缝金属和焊接接头的性能与母材的性能基本一样。能阻止焊缝和热影响区焊接裂纹的发生和扩展。不致发生脆断和疲劳。选择焊接材料。要考虑发生裂纹的可能性。约束度高、应力集中高的部件。选用塑性韧性好的低氢碱性焊条和韧性高的焊丝和碱性焊剂。Z向钢的焊接选用低氢型和超低氢型焊接材料。焊接材料还要根据平台构件类别不同。分别选用不同级别的材料。次要构件选用普通结构钢焊条。如J422、J423等；主要构件选用相应级别的低氢型碱性焊条。如J427、J5o7等；对于特殊构件。一定要用相应等级的低氢型或超低氢型碱性焊接材料，以防止冷裂纹和提高焊缝金属和焊接头的韧性。IV海洋平台结构焊接前的准备工作1 焊接
10、工艺认可焊接工艺规程是根据焊接工艺合格记录制定的规程。是对初步焊接工艺规程的修正。焊接工艺规程应包括下列内容：(1)钢材等级和尺寸；(2)焊接材料(焊条、焊丝、焊剂)等级、牌号及规格；(3)焊接方法；(4)接头、坡口的设计及公差要求；(5)焊接位置。包括平焊、横焊、立焊、仰焊等；(6)焊接顺序；(7)焊接参数。包括焊接电漉、电弧、电压、焊接速度和热量输入范围；(8)焊前预热和层间温度；(9)焊后热处理参数。2 焊工与无损检测人员认可参加管接点焊缝焊接韵工人。要经过专门的考试认可。现场焊接管节点的焊工需取得6GR位置合格性考试认可。3 焊前工艺准备(1)焊件和装配；(2)焊缝坡口；(3)焊前预热
11、：为缓和焊接应力。降低焊缝扩散氢含量。减少裂纹发生几率。焊前对大厚度焊件、约束度高的焊件以及平台特殊构件要进行预热。预热温度通常在100Cl5O 之间。4 常用的焊接方法(1) 手工电弧焊(2）埋弧自动焊(3) 药芯焊丝电弧焊5 施焊工艺1.焊接环境和施焊条件平台焊接工作在具有防风、防雨雪的遮蔽条件下进行，特别是在露天进行气体保护焊时，一定要有防风措施。 施焊时的环境温度不得低于经批准的焊接工艺认可试验所规定的最低温度，风速一般不得超过5级，相对湿度不得大于90 。遇有下列情形之一时，焊接前应预热，预热温度应与认可的焊接工艺一致(1)焊接高强度钢，特别是淬火圆钢，厚横截面钢材或承受高约束的钢材
12、；(2)高湿度条件下；(3)钢材的温度低于O 。2.对接缝和焊接坡口海上设施结构的对接缝一般应全焊透，对厚度超过6mm的对接全焊透焊缝，为保证全都厚度充分焊透，需将焊件连接边缘加工成坡口形状，并采用多层、多道单面或双面焊。坡口的形式有U塑和X型。3.多层多道焊平台结构焊接，许多构件需采用多层、多道焊。4 角焊缝 大厚度板全熔透角焊缝，焊接应力高，应力集中严重。为减少应力集中，要求角焊缝表面成为凹面形，并平滑地向母材表面过渡。对特殊构件(关键构件)的角焊缝施焊时，焊工应仔细地焊成凹面形，并要求修整加工。V导管架管节点圆管和相贯线的节点焊接节点圆管和相贯线焊缝应分别采用封底焊条、填充焊条和盖面焊条
13、进行焊接。焊接材料用与母材强度和韧性等级相匹配的低氢塑或超低氢型碱性焊条,焊条直径根据焊件厚度和焊接层次加以选择，其中盖面焊宜用小直径焊条，以改善节点的抗疲劳性能。VI焊后工艺处理焊后工艺处理主要是指焊缝修整、缺陷修补和焊后热处理。焊后工艺处理的目的是提高焊缝金属和焊接接头的韧性和疲劳强度。VII焊接检验应对海上设施结构焊接作业实施全程质量监控，要有专职检验人员按照认可的建造检验工艺和质量控制工艺对结构焊接质量进行检验，严格执行三级检验制度，即自检、互检和专检，检验范围包括过程检验和完工检验，待全部合格后报验船师检验和船东认可。l 过程检验和控制(1)烧低氢焊条时，焊工在领取焊条前一定要带保温
14、筒，而且保温筒在使用时一定要接上电源。任何焊工不得随意将不是从烘箱中领取的焊条放入保温筒内，焊工在一天的工作结束后必须及时将保温筒内剩余的焊条放进烘箱内。(2)每个焊工在施焊前要带好锤子、钢丝刷或风铲等必备工具，而且要检查电源线的连接是否牢固，检查施工区域的环境卫生及风力和风向，并采取一定的预防措施，这是保证质量的前提条件。(3)进行打底焊时，施工人员要非常认真，不能因为反面要气刨而大意，实际上对于焊缝质量的好坏，打底焊的质量起着非常重要的作用。(4)对于对接焊和全焊透的角焊缝，在焊接之前要进行50 一l00 预热，且在多层多道焊时，每道焊缝层间温度要控制在l00 一150之间，每条焊缝要尽量
15、一次性连接不断地焊完，不能因为外界因素影响而间歇进行操作，这样才能保证层间温度。(5)在多层多道焊时，下一道焊缝焊接之前要对前一道焊缝进行敲渣和适量的打磨并进行100 目检，在确保没有任何缺陷后才能进行下一道焊缝的焊接工作，否则要及时消除缺陷才能继续焊接。(6)严格按工艺要求的焊接顺序进行焊接，以便最大限度地减少焊接应力和焊接变形。(7)所有对接焊缝和全焊透角焊缝背面都要进行碳刨，碳刨深度一般为5ram左右，对于有缺陷的部分可以适当刨深到消除缺陷为止。碳刨后不能马上进行打磨，必须100 目检发现无缺陷后才能进行打磨工作，否则要进行消除缺陷的处理。2 完工检验(1)外观检验 焊接完成48小时后，
16、在清除表面焊渣不涂防锈漆的状态下，外观经专检合格后报验船师和船东检验。(2)焊缝无损检测无损探伤一般应在焊后48小时进行，当焊件被要求做焊后热处理时，无损探伤应在热处理后进行无损检测的范围应包括：A 对接焊缝；B 全焊透的K、T、Y型节点焊缝；C 部分焊透的K、T、Y型节点焊缝或填角焊缝。海洋工程钢结构常用的无损检测方法有：射线检测、超声波检测和磁粉检测。四超高强度钢焊接工艺桩腿及桩靴所用的材料中很多为屈服强度是500兆帕级的超高强钢，而齿条等部位为E500，不仅屈服强度高，而且要确保-40的低温冲击性能，这给焊接带来很大的难题，也使得焊接工艺的认可试验难上加难。在焊接工艺认可试验前的模拟试验
17、中，通过钢的供货状态（调质状态）,分析出下列焊接时易出现的问题：1.裂纹（1）根据化学成分计算得到钢的碳当量：（CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ）。结果是CE的值为0.40-0.41，这说明存在着很强的淬硬倾向，钢中的淬硬倾向越大，越容易产生裂纹。一方面，钢淬硬之后形成脆硬的马氏体组织，从金属的强度理论可以知道，马氏体是一种脆硬的组织，发生断裂时只需消耗较低的能量，因此，焊接接头有马氏体存在时，裂纹易于形成和扩展。另一方面，钢淬硬会形成更多的晶格缺陷，主要是空位和位错。在应力和热力不平衡的条件下，空位和位错都会发生移动和聚集，当它们的浓度达到一定的临界值后，就
18、会形成裂纹源。在应力的继续作用下，就会不断的发生扩展而形成宏观的裂纹。(2)氢也是引起焊接冷裂纹的重要因素之一，并且具有延迟的特性。尤其是残余扩散氢的影响，即在较低温度下（Ms点以下）才具有致裂作用的氢的影响。焊缝中氢的浓度达到一定值后，在应力的作用下就会产生裂纹。一般情况下，氢致裂纹出现在热影响区，但是焊接超高强度钢时，由于焊缝的合金成分复杂，热影响区的组织转变可能先于焊缝，此时氢就相反地从热影响区向焊缝扩散，那么延迟裂纹就可能在焊缝上产生。(3)超高强钢焊接时产生冷裂纹不仅取决于钢的淬硬倾向和氢的有害作用，而且还决定于焊接接头所处的应力状态，甚至在某些情况下，应力状态还起取决性的作用。焊接
19、接头所承受的拘束应力还包括不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力和金属相变时产生的组织应力。综上所述，超高强度钢焊接时，产生冷裂纹的机理在于钢种淬硬之后，受氢的诱发和促进使之脆化，在拘束应力的作用下形成了裂纹。2.晶粒长大引起的冲击韧性的下降经分析，高强度钢都存在一个韧性最佳的冷却时间t8/5，t8/5 过小或过大都会使韧性下降。t8/5 过小时，韧性下降的原因是由于全部得到了马氏体，当t8/5增加时，引起脆化的原因除了奥氏体晶粒粗化引起的脆化外，主要原因是由于上贝氏体和块状的M-A组元。同时，这种钢对线能量是非常敏感的，也就是说，线能量也是使冲击韧性下降的一个重要因素。3.热影响区的软化这是Q
20、T状态供货的这种高强度钢的普遍存在的问题，对焊后不再进行调质处理的低碳钢来说尤为重要。强度级别越高，这问题越突出，尤其是我们所使用的500级的超高强度钢针对以上的问题进行综合分析，得出解决方法是：1.焊前预热通过预热来降低马氏体转变时的冷却速度，同时通过马氏体的“自回火”作用来提高抗裂性。但是预热温度不能过高，否则不仅对防止裂纹没有必要，而相反会使800-500的冷却速度低于出现脆性混合组织的临界冷却速度，使焊接热影响区的韧性大大降低。根据DNV的规范要求，预热温度的确定不仅要考虑碳当量CE值，还要考虑裂纹敏感系数 Pcm值（Pcm=C+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/
21、10+5B）及焊件的厚度之和Tcomb。 当焊接件的厚度之和Tcomb70mm时，如果Pcm0.26, CE0.41, 预热温度要求最小100，最高可达175。这种预热温度下，工人的操作条件极差，致使无法焊接。而且桩腿、桩靴部位的超高强钢部分将在冬季施工，更加大了裂纹倾向；当Pcm0.26, CE0.41时，如果Tcomb75mm，一般不预热；如果Tcomb75mm，预热温度不小于75。通过分析及讨论厚度的覆盖情况，我们选用厚度为40mm的，级别为E500的钢板作试件，这样一来，不仅给施焊带来了方便，冷裂纹也比较好控制。2.选择适当的焊接材料氢除了来源于焊接材料的水份，焊件坡口处的铁锈、油污以
22、及环境湿度等因素以外，主要是焊接材料的含氢量。超高强度钢的焊接需要使用含氢量为H10或H5的低氢焊接材料。这种材料很难找到，而且DNV规范要求又很严格，先后试验了多种焊条及药芯焊丝才得以确定。若用焊条修补缺陷时，必须使用含氢量为H5的超低氢焊条，且热输入大，效率低。最后确定采用效率高、焊后残余应力小的药芯焊丝。3.严格控制层间温度层间温度起着与预热同样的作用。最小层间温度为75，最大为200，也就是说，层间温度最小控制在预热温度的下限，而最大层间温度也不能过高。4.线能量的控制为了确保立焊位置冲击值在34J以上，其他位置在47J以上，我们选用小线能量的方法，也就是多层小焊道焊缝，这样不仅可以使
23、焊接热影响区和焊缝金属有较好的韧性，而且还可以减小焊接变形。根据经验，我们将最大线能量控制在21600J/cm。t8/5对于焊接接头熔合线处最薄弱的粗晶区冲击韧性的影响很大，如果控制在10秒-30秒之间，则熔合线处粗晶区能保证很好的冲击韧性，甚至比母材还好。另外把每个焊道形状及大小标在WPS上，实际生产中严格按其执行。5.焊后热处理这类钢的合金化原理就是在低碳的基础上通过加入多种提高淬透性的合金元素来保证获得强度高、韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体的混合组织。冷却速度不能过快。我们选用的是焊后立即后热，温度为200，保温2小时，随后在空气中冷却下来。这样做的目的是有利于氢的逸出，防止冷裂纹。五
24、海洋平台双相不锈钢管线的焊接双相不锈钢管以其优良的耐腐蚀、高强度和易于加工制造等优异性能在海洋平台应用比较普遍。特别是它们对抗氯化物的侵蚀有很好的效果，最适合在富含氯离子的介质中，以及某些酸介质中使用，比如，在海洋采油平台中，应用于化学药剂注入系统。双相不锈钢的良好耐腐蚀性能是因为其具有铁素体和奥氏体的混合结构。正因为这种特异性能，使双相不锈钢的焊接工艺的要求不同于其他钢材，本文以“东方11”项目为例，侧重于双相不锈钢焊接的特殊方面，介绍双相不锈钢管线的焊接。I 焊接工艺评定海洋平台管线焊接工艺一般采用ASME IX标准。设计焊接工艺之前，要了解平台有哪些规格的管线，然后参考ASME IX Q
25、W一250条要求的工艺重要变素，确定采用哪些焊接方法，尽量采用有利于现场施工并且覆盖范围广的焊接工艺。一般而言，用氩弧焊进行底道焊可获得优良的底边成型；用手工电弧焊或埋弧自动焊填充可提高焊接效率，比较适合厚壁管材。进行焊接试件时，要按照工艺要求严格控制焊接电流，电压，焊接速度，保护气体流量等，并做好记录。按照ASNE IX QW一190标准，经过外观检验和无损探伤合格后，对试件焊接接头进行力学性能试验，比如拉伸(参考ASME QW一150)、冷弯(参考ASME QW一160)试验、冲击(参考ASME IXQW一170)等，对照材料所采用的标准，评定其力学性能。评定力学性能后，对焊缝金属进行化学
26、成分分析，确定焊缝金属化学成分含量是否满足材料标准要求。对于双相不锈钢的焊接工艺评定，还需要进行金相试验和耐腐蚀性能试验，才能证明焊接质量是否达到要求。这就是双相不锈钢的特点，也是工艺评定的重点。双相不锈钢的铁素体和奥氏体比例要与母材相近才能保证比其他不锈钢有更优良的抗氯化物腐蚀性能，金相试验就是通过金相分析确定焊缝铁素体和奥氏体含量是否与母材相近。其程序是：焊接断面经过切割后取样，取样位置为焊缝顶部(即最后一道盖面焊缝，距表面约lmm)焊缝中心、焊缝根部(距管件内表面约lmm)、焊缝根部两侧的热影响区、焊缝两侧母材；接着对样品进行粗磨、细磨、抛光后，再进行浸蚀处理；最后在500倍显微镜下观察
27、其晶粒情况。对每一个样品取20个视场进行观察，观察有没有晶问碳化物和沉淀相的形成，测量铁素体相的百分比。根据所测量到的铁素体含量，按照ASTME562标准统计其平均值、标准偏差95cIRA 。所得的数据应满足双相不锈钢生产厂家推荐的要求。耐腐蚀性能试验用来验证材料的耐腐蚀性能：在焊缝金属取两个试样，尺寸为50mm25mmlOmm(当t1O时取板厚)。在10FeCl。6H O溶液、温度222 C条件下浸渍24小时后取出。测量耐点蚀性能。要求在2O倍的放大镜下没有可见点蚀。重量损失不超过50gm 。具体方法和标准参见ASTM G48。II 焊工资质考试依据认可的合格工艺。焊工资质按照ASME IX
28、第章进行焊接考试考试试件经过外观检验和现场拍片探伤合格后。焊工才具有相应的资质。具体考试办法与其他钢材类似，本文不再论述。II 现场焊接现场焊接双相不锈钢除了严格按照认可的工艺控制焊接参数外，还要执行下列焊接注意事项和技巧，才能保证现场的焊接质量。(1)清理工具如钢丝刷、刨锤等一律由双相不锈钢制成，打磨用的砂轮必须专用于磨双相不锈钢。不能让双相不锈钢与钢材直接接触，否则，由于粘有钢材粉末或铁屑，会造成点蚀。(2)焊道两侧最好敷防飞溅剂，焊件表面最好覆盖保护膜。(3)要采用短弧焊、断弧焊，打底最好采用氩弧焊。(4)不预热，焊后不保温，层间温度要小于150 C，必要时可以采用强冷措施。(5)要采用
29、尽可能小的线能量母材的熔化量要控制在焊缝断面的35 96以下。(6)由于双相不锈钢的热膨胀系数大，定位焊缝长度要增加至100mm。厚度也相应增加。(7)焊缝表面应打磨光滑，然后进行酸洗，钝化处理，再用清水洗干净。如果需要，可采用抛光处理，石英砂磨刷等进行表面焊后颜色处理，以提高抗腐蚀性。(8)引弧须在坡口内进行，不允许擦伤母材。被擦伤部位须进行打磨、探伤，然后酸化、钝化处理。(9)用氩弧焊进行打底焊接时，要在管内充氩气，测定管内含氧量，保证小于05 96，然后把氩气流量调节到15I min方可焊接。焊接底层收口处，应将氩气流量调节至5I min，待压力降低后方可收口焊接，可防止收口处内凹。另外
30、,焊接前三道焊缝或者焊缝金属未达10mm时，都应在管内用氩气进行背部保护,以防止根部焊缝金属性能恶化。双相不锈钢管线的焊接除了要满足力学性能外，还要满足耐腐蚀性能，所以焊接工艺要求比较特殊，对焊工能力和现场条件要求也比较高。只有严格控制焊接各个要素、焊工操作规范和环境条件，才能保证良好的焊接质量。六海上平台管节点6GR位置焊接工艺方法在海洋工程结构的构件中主要有T形、K形和Y形管节点，这些管节点中以6GR位置难度最大，6GR为带有障碍环的管子倾斜45。固定焊，其管子的轴线与水平面成45角，位置固定不允许变动，障碍环的外径比厚壁管的外径约大300 mm，且安装在厚壁管外缘，距两管接缝及厚壁管端面
31、的距离13 mm。下面是一套6GR焊接的操作工艺方法及其要点。1 焊接工艺及参数管材选用20无缝钢管，设备选用山东奥太ZX7400STG逆变式焊机，直流反接电源，打底焊条为日本产单面焊双面成形用焊条LB一52U，4,32 mm，填充及盖面焊条为四川自贡大西洋CHE581焊条，4,32m m 。使用前焊条应进行350烘干，保温15 h，随用随取，施焊前对坡口内外两侧各20 mm范围内进行除锈，使其露出金属光泽。2 管子组对与定位焊接管的组对与定位是保证6GR焊接质量和管接头背面成形良好的关键，如果坡口形式、组对间隙和钝边大小合适，易造成下塌、焊瘤及未焊透等缺陷。为了保证管子错边量，管对接应在专门
32、的对管器上进行，定位采用肋板固定，肋板材料为20钢。3 6GR操作特点及难点6GR管子有障碍环，两管内壁厚度相差6 mm，技术要求管子反面成形和厚壁管内平齐，实际上反面成形是一个全焊透角焊缝形式，打底焊难度极大，通过大量摸索实践，找到一套切实可行方法，使之达到要求。I. 打底焊打底焊操作主要难点是管子斜仰焊位置，由于管子承受热量不均匀，熔滴难于向背面焊缝过渡，且受重力作用，使熔滴下淌，欲使熔滴能够克服重力和坡口上两端受热不均匀带来的不利影响，使熔滴顺利向熔池过渡，形成正反面饱满的焊缝，保证电弧在根部焊接时处在合适位置是实现单面焊双面成形的关键。焊条在过6点钟位置约5mm处引弧，引燃电弧后焊条在
33、坡口内上下轻微摆动，待根部熔化形成熔孔后，焊条应迅速上顶并压低电弧，焊条角度应偏向厚壁管侧，采用微小斜锯齿形往返运条，动作应快速、均匀、平稳、要求焊工注意力高度集中，做到“看”、“听”、“送”，所谓“看”要注意观察熔池的温度和熔孔形状的保持基本一致，特别注意观察电弧长度是否熔化厚壁管根部，熔池尺寸要求12在内侧，12在坡口外侧，每次电弧跟进的时间以熔池接近凝固为宜，跟进太快，液态熔池增大，液态金属易下淌形成焊瘤，跟进太慢，液态熔池向内压缩，液态金属补充不及时，易在背面焊缝形成凹陷，一般每次液态金属给送的时间应控制在115 s。“听”注意听是否有电弧击穿管坡口边发出的“扑扑”声。“送”根据施焊过
34、程中间隙收缩的情况，通过合适的电弧长度，焊条角度、焊接速度及运条方式调节电弧长度和熔池大小，把铁水准确地送到坡口根部，三者相互配合恰当，就可以达到良好的反面成形。收弧时，先在熔池上方做一熔孔，然后慢慢将熔池铁水向后带出1015 mm，在坡口侧停弧，以减慢熔池凝固速度，防止熔池产生冷缩孔，并使接头处形成斜坡状，以利于下次接头，此时注意不可在焊缝熔池中心处回焊收弧，以防止产生冷缩孔，更不能在熔池上直接收弧，否则有可能在背面焊缝熔池表面产生冷缩孔，成为难以修复的缺陷，当弧坑还在红热状态时，在熔池下方1015 mm处斜坡上引弧，并焊至收弧处，此时弧坑温度逐步升高，应将焊条沿着预先做好的熔孔向坡口根部顶
35、一下，听到“扑扑”声后稍微停顿，做横向摆动，然后恢复正常焊接，这个阶段关键要点是焊条运送要到位，更换焊条要快，观察熔孔要准，手势要稳，接头尽可能采用热接以保证焊缝反面成形光滑、美观。II. 填充焊打底焊结束后，用角向砂轮机把接头不平处打磨干净，利用电弧吹力对焊缝两侧形成挖掘作用，有效地防止夹渣产生，运条采用斜锯齿形摆动，焊条在坡IZl两侧稍作停顿，熔池始终保持水平位置，并注意相邻层的起焊和熄弧点，应相互错开1015 mm，填充焊完成后，焊缝应低于母材12 mm，以利于盖面层焊接。III. 盖面焊施焊前，先降低电弧吹力，减弱电弧刚性，电弧柔软，可以控制焊缝咬边的缺陷产生，使焊缝外观光洁平滑，提高
36、了盖面层外观质量。前半圈焊条在仰焊部位首先形成待焊三角区域，以月牙形运条法沿水平方向施焊，当焊条摆动到坡口边缘时，应稍作停顿，其熔池基本处于水平状态，后半圈焊条在斜仰焊位置引弧后，从前半圈留下的待焊三角区域尖端向左横拉至坡口下边缘，使熔池与前半圈起头部位的待焊缝搭接上，用横向锯齿形运条法运条，后半圈收口方法将焊条运条至收口部位的待焊区域尖端时，使熔池逐个缩小，直至填满三角区后收弧，盖面层焊接的收弧和熄弧部位应做到平整，熄弧前应填满弧坑。总结：(1)焊缝外观经CCS中国船级社、ABS美国船级社、DNN挪威船级社验船师检验，结果符合船规技术要求。(2)焊缝内部质量按照JB4730-2000(无损检
37、测标准，100RT探伤，II级合格。(3)进行侧弯试验，取4块试样，在验船师监督下，试样弯曲角度180度，完好、无裂纹。七金属材料的焊接I 金属材料的焊接性可焊性：是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出“好焊”和“不好焊”的差别。内涵：1 结合性能 ：金属焊接时对缺陷的敏感性。2 使用性能 ：焊成的接头在指定的使用条件下可靠运行的能力。可焊性的含义：通常把金属在焊接时形成裂纹的倾向及焊接接头性能变坏的倾向，作为材料可焊性的主要指标。可焊性好的材料，通常不需采用附加工艺措施就能获得没有焊接缺陷，而
38、有良好机械性能的焊接接头。金属材料可焊性涉及的内容：首先决定于金属本身的性质，另一方面也决定于焊接方法、焊接工艺参数、焊接材料、接头形式、结构复杂程度、焊件使用条件和接头受力情况等。主要是冶金因素和热的因素，所以可焊性分为冶金可焊性和热可焊性。冶金可焊性在一定工艺条件下，焊缝金属对冶金过程和结晶过程的适应性。热可焊性在一定工艺条件下，近缝区金属对热作用的适应能力。1.冶金可焊性熔池中的金属与熔渣和气相间发生物理、化学反应，以及合金元素的蒸发、氧化、还原等，可能造成焊缝金属的成分、金相组织或性能的改变O、N、H、S、P等杂质的溶入和析出，可能形成气孔或影响焊缝金属的性能，熔池金属结晶时，成分偏析
39、及结晶方向等原因可能导致热裂纹。被焊金属的性质对其冶金可焊性很重要焊接材料、焊接方法、保护条件以及其它工艺措施对被焊金属的冶金可焊性也有较大影响热可焊性：热影响区金属在热循环下发生相变，引起机械性能的变化，导致产生冷裂纹、晶粒长大和局部脆化等缺陷的可能性。热可焊性基本取决于母材的化学成分、热处理过程和焊接时的热循环条件。热作用又决定于焊接方法、焊接工艺参数、焊件形状、接头形式以及预热温度等。可焊性是相对比较的概念：把材料在焊接时形成裂缝的倾向及焊接接头性能变坏的倾向作为评定材料可焊性的主要指标。可焊性好的材料，在焊接时不需要采用其它工艺措施(如预热、缓冷、后热等)，就能获得无焊接缺陷，并且有良
40、好机械性能的接头。绝对不能焊接的材料是没有的，可焊性是相对比较的概念。金属材料可焊性的好坏主要取决于材料的化学成分，并且与结构的复杂程度、刚性，焊接方法，采用的焊接工艺等也有密切关系。2.钢的可焊性钢的化学成分不同，可焊性也不同，一般分为四个等级 良好、一般、差和不好。可焊性较差的钢材在焊接时需要采取相应的措施(预热、焊接缓冷)，以防产生裂纹等缺陷。对钢的可焊性的评价方法有理论计算方法和试验方法。可焊性的理论计算方法：根据母材和焊缝金属的化学成分考虑某些条件(如焊接接头拘束度、焊缝的扩散氢含量)。利用经验公式估算产生热裂纹、冷裂纹、再热裂纹等倾向的大小。常用的理论计算方法：1、 碳当量法 2、
41、冷裂纹敏感系数法碳当量(1)：在钢的各种化学元素中，对可焊性影响最大的是碳，所以常用钢中含碳量的多少作为判别钢材可焊性的主要标志。钢中含碳量越高，可焊性越差 。钢中除碳元素以外，其它元素如锰、镍、铬、铜、钼等根据它们对钢的淬硬和焊接热影响的大小折合成相当的碳元素含量，称为碳当量。用CE表示，并以此来判别可焊性的好坏 。碳当量(2)：用碳当量方法确定钢的可焊性，具有快捷、经济等优点，但一般只能作出一个大致的定性估计，不能定量地断定钢材全面的可焊性。确定碳当量的公式很多，每一公式都有一定 的前提和适用范围，很难通用。国际焊接学会(IIW)推荐的碳当量公式为：W(C)当量=w(c)+w(Mn)/6+
42、w(Cr)+w(Mo)+w(V)/5+w(Ni)+w(Cu)/15(%)碳当量(3):根据经验：C当量0.4%时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预热。C当量=0.4%0.6%时，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，可焊性较差。焊前工件需要适当预热，焊后应注意缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。C当量0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，可焊性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理，才能保证焊接接头质量。碳当量(4)：用碳当量判断可焊性只是近似估
43、计，不能完全代表材料的可焊性对于某些碳当量较高，可焊性差的材料，在采取一定的工艺措施后，同样能得到满意的焊接接头，所以可焊性差的材料也是可以焊接的。所谓钢材的可焊性只是相对一定条件下而言的可焊性试验：用新材料制造焊接产品，为了解其在焊接中可能出现的问题，以及应采取的工艺措施，使用前应进行可焊性试验。从能否适应焊接加工并获得具有一定使用性能的焊接接头角度，可焊性试验包含四方面内容：检查焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力。检查焊缝及热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力。检查焊接接头抗脆性断裂的能力。检查焊接接头的使用性能。可焊性试验目的：具体地说，可焊性试验可达到以下目的：选择适用于基本金属的焊接材料；确定
44、合理的工艺规范和工艺方法(如焊接电流，电弧、电压、焊接速度、预热温度、热处理方法等)；确定新材料的适应性并做出评价；摸清焊接接头金属产生裂纹的敏感程度和焊接对材料韧性的影响以及焊接接头性能。可焊性试验方法：按其试验手段可分为直接法和间接法两类按试验内容可分为抗裂性试验、接头性能试验和工艺适应性试验。抗裂性试验的目的在于了解材料焊接后产生裂纹的倾向，通过改变焊接条件可初步提出减少或防止裂纹的工艺措施。接头性能试验的目的是通过对焊接接头部位的塑性和韧性进行试验，为焊接产品在使用中安全可靠、为设计和施工提供依据。II 可焊性试验用新材料制造焊接产品，为了解其在焊接中可能出现的问题，以及应采取的工艺措
45、施，使用前应进行可焊性试验从能否适应焊接加工并获。得具有一定使用性能的焊接接头角度，可焊性试验包含四方面内容：检查焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力；检查焊缝及热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力；检查焊接接头抗脆性断裂的能力；检查焊接接头的使用性能。可焊性试验目的：具体地说，可焊性试验可达到以下目的：选择适用于基本金属的焊接材料；确定合理的工艺规范和工艺方法(如焊接电流，电弧、电压、焊接速度、预热温度、热处理方法等)；确定新材料的适应性并做出评价；摸清焊接接头金属产生裂纹的敏感程度和焊接对材料韧性的影响以及焊接接头性能。可焊性试验方法：按其试验手段可分为直接法和间接法两类按试验内容可分为抗裂性试验、接
46、头性能试验和工艺适应性试验。抗裂性试验的目的在于了解材料焊接后产生裂纹的倾向，通过改变焊接条件可初步提出减少或防止裂纹的工艺措施。接头性能试验的目的是通过对焊接接头部位的塑性和韧性进行试验，为焊接产品在使用中安全可靠、为设计和施工提供依据。可焊性试验结论：工艺适应性试验主要是根据实际施工条件而设计的，如多次重复焊，碳弧气刨，定位焊等方法在可焊性试验时不能以一种试验方法的结果，轻易得出可焊性的结论。必须分析具体产品的材质和结构特点，选用合适的试验方法，比较试验和产品之间的差别，然后再对试验结果进行分析，得出结论。八焊接应力与焊接变形焊接应力与变形产生的原因(1)不受外界约束的杆件在自由状态下均匀
47、加热和均匀冷却，不会有任何内应力，也不会有残余应力与变形，在焊接中利用这个基本原理，以减小和消除焊接应力与变形，如铸铁和铸钢件的焊件，焊前将焊件均匀地加热到高温，并在焊后造成均匀冷却的条件，则在焊件中的应力和变形很小，(2) 有约束的均匀加热不许伸长，可自由缩短，杆不弯曲变形热伸长l，相当压短l，T=El / l若TS,为弹性变形，冷却后无残余应力和变形若TS,为弹塑性变形，冷却后有残余变形而无残余应力(3) 杆件两端固定杆件不能自由伸长或缩短，冷却后有残余应力而无变形。去除固定取下后同(4)不均匀加热引起应力与变形，三板相关，加热中间，加热区：高温受压、冷却后受拉。其他部位相反(5)焊接时的变形与应力焊接的应力与变形与2的情况基本一致，只是焊接时，温度均匀分布更为复杂
